Разработка методики расчета агрегатов пылесоса повышенной мощности всасывания

Пылесос – это пылеуборочное устройство, в котором воздуховсасывающий агрегат сообщает пылевоздушному потоку энергию, затрачиваемую на преодоление сопротивлений проточной части пылесоса, состоящей из входной насадки, шланга, фильтров.

Бытовые пылесосы используются для уборки помещений, чистки одежды, ковров и мягкой мебели, а также для других работ, связанных с использованием образующегося на входе в компрессор (вентилятор) вакуума и избыточного давления на выходе из компрессора.

Принцип действия пылесоса заключается в следующем. Компрессор воздуховсасывающего агрегата сообщает энергию воздуху, который движется от его входного сечения к выходному. В связи с неразрывностью потока на входе в компрессор абсолютное давление уменьшается, а вакуум растёт, что и обеспечивает движение пылевоздушной смеси от входного сечения насадки, ус- тановленной на шланге, до входа в компрессор. Энергия, полученная воздухом (пылевоздушной смеси) в компрессоре, расходуется на преодоление сопротивлений в нагнетательном тракте пылесоса.

По условиям эксплуатации пылесосы делятся на ручные (ПР) и напольные (ПН).

Ручные пылесосы имеют небольшие габаритные размеры и массу до 3 кг.

По конструктивному исполнению напольные пылесосы классифицируют как вихревые (ПНВ) и прямоточные (ПНП). В вихревом пылесосе воздух входит в пылесборник, закручивается и меняет направление с горизонтального на вертикальное. В прямоточном пылесосе поток воздуха движется параллельно горизонтальной продольной оси корпуса и воздуховсасывающего агрегата.

Робота пылесоса оценивается по таким показателям как потребляемая мощность, пылевместимость пылесбор-ника, время очистки, создаваемый вакуум.

Потребляемая мощность пылесосов определяется при полностью открытом всасывающем отверстии и измеряется ваттметром.

Пылевместимость пылесоса оценивается по количеству пыли, которое может вместить пылесборник до его очистки.

Под создаваемым вакуумом понимается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением (меньше атмосферного) в пылесборни-ке. Величину вакуума определяют с помощью вакуумметра, установленного на стенке корпуса во входном сечении компрессора.

В настоящее время широкое применение получили центральные системы пылеудаления (встроенные пылесосы). В таких системах воздуховсасывающий агрегат расположен за пределами обслуживаемых помещений.

В последнее десятилетие возросла потребность и производство пылесосов повышенной мощности всасывания, которые снабжены воздуховсасывающими агрегатами, работающими с вакуумом на входе более 15 КПа.

Пылесосы с такими параметрами наиболее эффективны в центральных системах пылеудаления, которые имеют длинные, разветвлённые всасывающие воздуховоды.

В типовых пылесосах повышение мощности всасывания за счёт увеличения скорости потока воздуха, обеспечивает удаление с очищаемой поверхности мелкой пыли и крупных частиц загрязнений.

Определение скорости вращения ротора и основных размеров компрессоров принято начинать с оценки величины окружной скорости.

Заданными параметрами для расчёта воздуховсасывающего агрегата (компрессора) являются начальное давление p ; начальная температура T ; и конечное давление p .

К

Начальное давление на входе в колесо компрессора

Р 0 ⁼ P н0 ~ P ,                  ⁽¹⁾

вак где p p атмосферное давление.

Вакуумметрическое давление

P вак= -                   (2)

Здесь - плотность воздуха; v   ско- рость движения воздуха, определяемая по формуле

4G vo “ ----------T-

Суммарный коэффициент сопро- тивления входного тракта пылесоса принимаем в пределах 15–30.

l вх      н     ф1     ф2         ,              ()

d где      коэффициент сопротивления входа в насадку;     – коэффициент сопротивления первого фильтра;

коэффициент  сопротивления второго фильтра;      коэффициент сопротив- ления входного шланга пылесоса.

Давление компрессора, расходуемое на преодоление потерь в нагнетательном тракте пылесоса

2 v p = ^-p^-,             (5)

где      суммарный коэффициент со противления выходного тракта пылесоса принимаем в пределах 5–10, а скорость в выходном отверстии пылесоса принимают v вых ≤12 м/с.

Давление, сообщаемое воздуху компрессором

v p = p + ^   .р^ых-, вак      вых        ^   ,

Конечное давление компрессора

v p = p +^   .р-вых-.

а      вых

Степень сжатия компрессора

В большинстве случаев, при отсутствии входного направляющего аппарата, принимаем М- = 0 .

Коэффициент зависит от угла установки лопасти на выходе β и от-

pк pо

.

Изоэнтропическую работу сжатия определяем по заданным парамет- Нм

v ношения —— = 0,25 - 0,38 и рассчиты- вается по формуле Стодола:

v

рам

Ц

кг

H

а

CT

p

но

k 1                   2         2

•I^s k -11 + Ь— ^ н-,

- 1 “ — r ²"ctg в “ — sin р “

U        ² z        ²

Угол установки

sin β

2 m

. (14)

лопасти на

где

v _н

и

v    скорости во входном и

внешнем диаметре принимают      15 –

90 Угол установки лопасти на входе

выходном сечениях компрессора назначаем в пределах 20 – 50 м/с.

Полная (теоретическая) работа

можно выбрать в пределах      20

32   .

–

H a н _т ---- .

Определённую, по формуле (11), величину окружной скорости U  срав-

a

Здесь адиабатический к.п.д. принимаем для стационарного компрессора в пределах П_а = 0,75 - 0 , 88 , а для транс-

портного компрессора - П_а = 0 , 6 - 0 , 8 .

находим,

Окружную скорость используя уравнение Эйлера:

U

H

T ,

ц

где m d ₂ d _ср 1,4–2,0.

Коэффициенты закрутки записываем в виде

потока

ц

v

-^1 ;Ц

U

v u2

U

v

= 1- ^ ._ctg р . (13)

U ²

ниваем с допустимыми значениями, которые зависят от условий эксплуатации компрессора. Так, в стационарных компрессорах основное внимание уделяется получению наибольшего к.п.д. Ввиду этого в них обычно применяются закрытые колеса с допустимой скоростью U (до 280–320 м/с).

При U U применяется многоступенчатая схема компрессора. Для транспортных компрессоров определяющим являются малые габариты и небольшой вес. Для этого допустимые скорости имеют более высокие значения (до 400–600 м/с), тип колеса выбирается полуоткрытый с радиальными лопастями. Диффузор чаще всего применяют лопаточный.

Если полученная по формуле (2) U U , то необходимо продолжить расчет одноступенчатого компрессора (рис.1).

Плотность воздуха перед колесом

.

Диаметр входа в колесо р0

0   RТ d0

_	4 G
1	Л'Р 1 -V 1 m -(l-v2 )

,

где     d d – втулочное отношение, выбирают в пределах 0,4–0,6 (рис.2).

Средний диаметр входных кромок лопастей колеса

Принимаем v v , а изоэн тропический к.п.д. - Ля = 0,88 .

Температура в конце изоэнтропического сжатия

^Т 2 а=^а Ч ^Т 2 "^Т 1 )^{+ Т} 1^.               ( ²¹ )

Давление воздуха за рабочим колесом

р ₂ р ₁

Т

2 а

к

\ — к1

d

1cp

₌ ( d 0 + d вт )

выбирают в пределах ( 1 ,0 - 1 , 25 ) • d ₀.

Рис. 1. Одноступенчатый воздуховсасывающий агрегат: 1- электродвигатель;

2- подшипник качения; 3- рабочее колесо;

4- верхний (задний) корпус; 5- нижний (передний) корпус; 6- гайка; 7- фильтр .

Наружный диаметр рабочего колеса d2 m d1cp .                             (18)

Частота вращения колеса

60 U n

d

Параметры воздуха за рабочим

колесом

ТТ 2        н0

Н     v ²

т2

C 2C рр

22  2

^v 2     ^v 2 u    ^v 2 m ^{; v} 2 u      2 ^U

Т 1

Плотность при давлении р

р

2    _{R Т}

.

Высоту лопастей на выходе ра бочего колеса (рис.2) определяем по

уравнению неразрывности

b ₂

G

,

Л • d • Р • LL • V

2    2     V 2 ^v 2 r

где _{V 2} =0,95.

Относительная высота b

b ₂ d

должна находиться в диапазоне 0,05 – 0,085.

Число лопастей рабочего колеса m1     β β z -(6,5_11)'------ sin -    -.    (25)

^р                m 1         2

Угол установки лопасти на внешнем диаметре принимают 15 – 90 . Угол установки лопасти на входе можно выбрать 20 – 32 .

Полное давление потока пылевоздушной смеси на выходе компрессо-

ра pпол    pк   pн    pвак    pвых .           (26)

Полезная мощность пылесоса

N п ⁼ p пол 5 •                           (27)

Мощность всасывания пылесоса

N вс⁼ p вак Q •                          (28)

Адиабатический к.п.д. определяем по формуле

п ад

Hад нт '

Рис. 2. К расчёту проточной части воздуховсасывающего агрегата

Величина адиабатического к.п.д. изменяется в пределах 0,6–0,8.

Механический к.п.д. принимаем Л _мех⁼ 0,98 “ 0,99, а объёмный — Л _о6 ^0, 99 .

ад    мех    об .(30)

Потребляемая мощностьком- прессора

N = H ад G .(31)

потр

Мощность приводного двигателя

N

N . -      .

э/дв

К.п.д. электродвигателя прини маем Л„ = 0,96 -0,98. э/дв

Как отмечалось выше, если в результате расчета по формуле (2) получено U U , то далее следует вести расчет воздуховсасывающего агрегата с многоступенчатым компрессором.

Применение двухступенчатого воздуховсасывающего агрегата (рис. 3) позволяет получить большую степень сжатия, чем одноступенчатого. Это обеспечивает большую свободу выбора числа оборотов и окружной скорости и, как следствие, меньшие радиальные размеры.

Рис. 3. Двухступенчатый воздуховсасывающий агрегат: 1- электродвигатель; 2-подшипник качения; 3- рабочее колесо второй ступени; 4- нижний (задний) корпус; 5- передний (нижний) корпус; 6- рабочее колесо первой ступени; 7- гайка; 8-фильтр.

Степень сжатия двухступенчатого компрессора p pк

, pн

где p давление на выходе из колеса второй ступени; p давление на входе в колесо первой ступени.

Степени сжатия ступеней компрессора принимают одинаковыми

£   = л/£

1 , 2

.

Первая ступень компрессора двухступенчатого сжатия рассчитывается по методике расчёта одноступенчатого компрессора по формулам (1 – 4) и (6 – 25).

Давление на входе в колесо второй ступени следует принимать равным давлению на выходе из первой ступени p _к1 p ₀₂ .                                   (35)

Далее расчёт колеса второй ступени необходимо выполнять по формулам (6 – 25).

Адиабатный напор двухступен-

чатого компрессора

H* = H , + H „.(36)

ад          адIадII

Теоретический напор

H* = Hn + HT„ .(37)

Адиабатный к.п.д.

1 ад = ^ -

H _Т

Механический к.п.д. следует назначить равным Л^ =0 , 98 ^_ 0 , 99 , а объёмный к.п.д. - Л_об = 0 , 99 .

подвод к следующей ступени. Поворотное колено профилируется обычно по дугам окружности с выполнением условия v_uR = const . Потери в обратном направляющем канале определяются по 2

формуле Вейсбаха   Рр_ж = ^ _0КР— , где

^ _ок = 0 , 15-0 , 25 .

Участок 4 – 5 (поворот) выполняется в виде конфузора. Потери на этом 2

участке

p пов

= ^.....р v ⁴-,

где

^_пов - 0,15 - 0,25 . Потери

между сече-

Полный к.п.д. компрессора ri = ri ri • ri                            Н91

ад     мех     об *                                  ⁽     )

В безлопаточном диффузоре кинетическая энергия воздуха, вышедшего из колеса частично преобразуется в давление от p за колесом до p на выходе из диффузора. Соответственно скорость снижается от С до С . Для получения максимального к.п.д. диффузора    рекомендуется    отношение d4/d2 = 1,8 -2,0 . В одноступенчатых

ниями 6–0 определяют по формуле 2

^Ар 6-0 = W v ^, где ^6-0 = 0,2"^{1 , 0}•

Потребляемая мощность  ком-

HG прессора N     ад

к

N э / дв

•

Мощность приводного двигателя

N к

Л

' э/дв

•

компрессорах для уменьшения радиального размера принимают отношение этих диаметров (1,5–1,7). Ширину диффузора можно принять b b .

Поворотное колено и обратный направляющий аппарат проектируется таким образом, чтобы обеспечить минимальные потери в нём и оптимальный