Учебная работа. Разработка устройства управления вентилятором, работающем на эффекте Коанда

Учебная работа. Разработка устройства управления вентилятором, работающем на эффекте Коанда

Содержание

Введение

1. Эффект Коанда

2. Виды вентиляторов и их систематизация

3. вентилятор работающий на эффекте Коанда

4. Разработка устройства управления вентилятором работающего на эффекте Коанда

Выводы

Перечень литературы

Введение

В данной курсовой работе поставлена задачка разработки устройства управления вентилятором, работающем на эффекте Коанда. Для этого нужно сначала обрисовать эффект Коанда. Дальше кратко разглядеть разные вентиляторы и их принципы работы и применение в разных вентиляционных системах. Обширно разглядеть принцип работы самого вентилятора, работающим на эффекте Коанда. Обрисовать плюсы и недочеты такового вентилятора. Сопоставить его с иными вентиляторами. Предложить метод регулирования расходом воздуха исходя из устройства вентилятора.

1. Эффект Коанда

Эффект Коанда — физическое явление, нареченное в честь румынского учёного Анри Коанды, который в 1932 году нашел, что струя воды, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стене и при определенных критериях «прилипает» к ней.

Набросок 1 — Слои воздуха

Никакого прилипания по сути, естественно же, нет. Разъясняется всё той же различием давлений меж слоями воздуха, которая является предпосылкой и почти всех остальных увлекательных явлений в воздухе и воде

Это разъясняется тем, что боковая стена препятствует вольному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая вихрь в зоне пониженного давления

В аэродинамике издавна пользуются моделью, основанной на слоях воздуха, имеющих схожую скорость движения. Согласно данной нам модели причина, в том, что трение меж твёрдой поверхностью и граничными к ней слоями потока меньше, чем меж отдельными слоями потока воздуха. Не считая того, кое-где на довольно большенном расстоянии от поверхности непременно покажется слой с практически нулевой скоростью течения относительно рассматриваемой твёрдой поверхности. Таковым образом, скорость слоёв потока около твёрдой поверхности выше, чем на неком удалении от поверхности. А по закон Бернулли, по которому наиболее неспешные слои воздуха оказывают большее поперечное давление, чем слои, которые движутся резвее. Другими словами, со стороны наиболее неспешных слоёв воздушный поток испытывает поперечное давление в сторону наиболее стремительных слоёв. И, весь поток отклоняется. Другими словами, в случае эффекта Коанда, отклоняется в сторону твёрдой поверхности, которая его ограничивает. Итак, эффект Коанда нередко в изобретательской практике употребляется для засасывания доборной массы воздуха не через вентилятор, а увлеканием высокоскоростным потоком. Это считается наиболее действенным. законсохранения энергии при всем этом, естественно же, не нарушается. Просто, небольшой вентилятор для того, чтобы подать больше воздуха, должен вертеться резвее, ускорять воздушный поток, чтобы прокачать больше. Но, затрачиваемая энергия, как нам дает подсказку формула кинетической энергии, растёт пропорционально массе и квадрату скорости. Так что, если нам требуется конкретно огромное количество воздуха, то весьма интригующе для изобретателя этот квадрат скорости конвертировать в как можно огромные массы.

2. Виды вентиляторов и их систематизация

вентилятор представляет собой механическое устройство, созданное для перемещения воздуха по воздуховодам систем кондиционирования и вентиляции, также для воплощения прямой подачи воздуха в помещение или отсоса из помещения, и создающее нужный для этого перепад давлений (на входе и выходе вентилятора).

По конструкции и принципу деяния вентиляторы делятся на осевые (аксиальные), круговые (центробежные) и диаметральные (тангенциальные). Зависимо от величины полного давления, которое они делают при перемещении воздуха, вентиляторы бывают низкого давления (до 1 кПа), среднего давления (до 3 кПа) и высочайшего давления (до 12 кПа).

По направлению вращения рабочего колеса (если глядеть со стороны всасывания) вентиляторы могут быть правого вращения (колесо вращается по часовой стрелке) и левого вращения (колесо вращается против часовой стрелки).

Зависимо от состава перемещаемой среды и критерий эксплуатации вентиляторы разделяются на:

обыденные — для воздуха (газов) с температурой до 80 °С

коррозионностойкие — для коррозионных сред;

теплостойкие — для воздуха с темпера турой выше 80 °С;

взрывобезопасные — для взрывоопасных сред;

пылевые — для запыленного воздуха (твердые примеси в количестве наиболее 100 мг/м3).

По способу соединения крыльчатки вентилятора и электродвигателя вентиляторы могут быть:

с конкретным соединением с электродвигателем;

с соединением на эластичной муфте;

с клиноременной передачей;

с регулирующей бесступенчатой пере дачей.

По месту установки вентиляторы делят на:

обыденные, устанавливаемые на специальной опоре (раме, фундаменте и т.д.);

канальные, устанавливаемые конкретно в воздуховоде;

крышные, размещаемые на кровле.

Главными чертами вентиляторов являются последующие характеристики:

Ш расход воздуха, Q [м3/ч];

Ш полное давление, H [Па];

Ш частота вращения, n [об/мин];

Ш потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, P [кВт];

Ш КПД (з) — коэффициент полезного деяния вентилятора, учитывающий механические утраты мощности на раз личные виды трения в рабочих органах вентилятора, большие утраты в итоге утечек через уплотнения и аэродинамические утраты в проточной части вентилятора;

Ш уровень звукового давления, N [дБ].

Различают уровни звукового давления в воздуховоде со стороны всасывания и нагнетания, также передаваемые в окружающую среду.

Осевые вентиляторы

Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе (обечайке) колесо из консольных лопастей, закрепленных на втулке под углом к плоскости вращения (в неких системах употребляются поворотные лопасти).

Рабочее колесо почаще всего насаживается конкретно на ось электродвигателя. При вращении колеса воздух захватывается лопастями и {перемещается} в осевом направлении. При всем этом перемещение воздуха в круговом направлении фактически отсутствует. На входе в вентилятор устанавливается коллектор (спрямляющий аппарат), существенно улучшающий аэродинамические свойства работы вентилятора. Осевые вентиляторы имеют больший КПД по сопоставлению с круговыми и диаметральными. Расход и напор регулируются поворотом лопаток, к тому же они имеют наименьшие размеры. Такие вентиляторы, обычно, используют для подачи значимых размеров воздуха при малых аэродинамических сопротивлениях сети.

Набросок 2 — Осевые вентиляторы

Круговые вентиляторы

Круговой вентилятор представляет собой расположенное в спиральном кожухе лопаточное (рабочее) колесо, при вращении которого воздух, попадающий в каналы меж его лопатками, двигается в круговом направлении к периферии колеса и сжимается. Под действием центробежной силы он отбрасывается в спиральный футляр и дальше направляется в нагнетательное отверстие.

Набросок 3 — Круговой вентилятор: а — на одном валу с электродвигателем; б — с клиноременной передачей

Рабочее колесо — главный элемент кругового вентилятора, представляет собой пустотелый цилиндр, в каком по всей боковой поверхности, параллельно оси вращения, установлены на равных расстояниях лопатки. Лопатки скреплены по окружности при помощи фронтального и заднего дисков, в центре которых находится ступица для насаживания рабочего колеса на вал. Зависимо от предназначения вентилятора, лопатки рабочего колеса изготавливают загнутыми вперед либо вспять. количество лопаток бывает разным, зависимо от предназначения и типа вентилятора. Вентиляторы выпускаются с восемью положениями кожуха. Могут иметь правое и левое вращение. В системах вентиляции и кондиционирования используются круговые вентиляторы (см. рис. IV.3.):

однобокого либо двухстороннего всасывания;

на одном валу с эл. движком либо с клиноременной передачей;

с лопатками, загнутыми вспять либо вперед.

Набросок 4 — вентилятор а — однобокого всасывания; б — двухстороннего всасывания

Применение круговых вентиляторов с лопатками, загнутыми вспять, дает экономию электроэнергии приблизительно 20%. Другое очень принципиальное достоинство вентиляторов с лопатками, загнутыми вспять, состоит в том, что они относительно просто переносят перегрузки по расходу воздуха. Круговые вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед, обеспечивают одни и те же расходные и напорные свойства, что и вентиляторы с лопатками, загнутыми вспять, при наименьшем поперечнике колеса и наиболее низкой частоте вращения. Таковым образом, они могут достигнуть требуемого результата, занимая меньше места и создавая наименьший шум.

Диаметральные вентиляторы

Диаметральный вентилятор состоит из рабочего колеса барабанного типа с загнутыми вперед лопатками и корпуса, имеющего патрубок на входе и диффузор на выходе. действие диаметральных вентиляторов основано на двукратном поперечном прохождении потока воздуха через рабочее колесо.

Набросок 5 — Диаметральные вентиляторы

Диаметральные вентиляторы характеризуются наиболее высочайшими аэродинамическими параметрами, по сопоставлению с иными типами вентиляторов, а именно, они делают тонкий равномерный поток воздуха большенный ширины; удобством компоновки, позволяющей производить поворот потока в широких границах; компактностью установки, позволяющей значительно уменьшить размер, занимаемый вентиляционной установкой. КПД таковых вентиляторов может достигать 0,7. Благодаря сиим качествам диаметральные вентиляторы отыскали самое обширное применение в разных агрегатированных установках вентиляции и кондиционирования воздуха: фанкойлах, внутренних блоках сплит-систем, воздушных завесах и т.д.

3. вентилятор работающий на эффекте Коанда

В первый раз таковой вентилятор был выполнен Джеймсом Дайсоном в октябре 2009 г. Джеймс Дайсон с его инженерами, когда делали сушилку для рук, направили внимание, что весьма много воздуха засасывается в отверстие для рук, что связанно конкретно с эффектом Коанда. Они сделали вентилятор без внешнего винта.

Набросок 6 — вентилятор Дайсона

Устройство и принцип деяния

В базе системы лежит пластиковое кольцо, сечение которого похоже на профиль самолётного крыла. На внутренней его поверхности по всему периметру размещена щель шириной всего 1,3 мм. Малая, но весьма действенная воздушная турбина (она приводится 40-ваттным электродвигателем) спрятана в основании устройства. Устройство конфискует воздух через решётку понизу и накачивает его в полость снутри кольца. Из узенькой щели воздух выходит с большой скоростью и начинает плавненько огибать внутренний аэродинамический профиль. При всем этом напротив центра кольца создаётся область разрежения, в которую втягивается воздух с далекой от юзера стороны. Этот поток стремительно вовлекается в общее движение. Причём течение ещё и подхватывает некое количество воздуха с наружной стороны обруча.

Набросок 7 — Эскиз вентилятора

Турбина подаёт в щель выше 20 л. воздуха в секунду. А на выходе из устройства объём воздуха растет в среднем в 10-20 раз. Из щели воздух выходит со скоростью 88 км/ч и опосля что тормозится до 35 км/ч.

Набросок 8 — Распределение воздуха

Набросок 9 — Модель обтекания обруча вентилятора с эффектом Коанда

Набросок 10 — Умножающий эффект вентилятора

Сопоставление лопастного вентилятора (ЛВ) с вентилятором на эффекте Коанда (ВД).

Таблица 1 — Разный расход воздуха при схожих мощностях моторов

Потребляемая мощность

Расход

ЛВ

40 Вт

230 м3/ч

ВД

40 Вт

1080 м3/ч

Плюсы и недочеты вентилятора Дайсона

Плюсы вентилятора Дайсона заключается также в сохранности, по тому, как нет наружных крутящихся деталей и лопастей. вентилятор Дайсона делает непрерывный поток воздуха, в то время как лопастной вентилятор рубит воздух. Также расход подаваемого воздуха в 4,7 раз больше чем у лопастного вентилятора при схожих мощностях, как следует КПД такового вентилятора горазда выше.

Недочетом является ограниченность использования. Его недозволено употреблять в системах вентиляции и в маленьких помещениях. Поэтому что для работы вентилятора нужен вольный воздух вокруг вентилятора.

Набросок 11 — Поток воздуха от осевого вентилятора и вентилятора Дайсона

4. Разработка устройства управления вентилятором работающего на эффекте Коанда

Регулируя количество подаваемого воздуха вентилятором можно оказывать действие на температуру объекта либо воздуха, также на влажность воздуха.

Пусть вентилятор регулирует температуру некого технологического объекта который не должен перенагреваться до некой определенной температуры. Примером такового объекта могут быть батареи конденсаторов.

В Начальных данных имеем текущую температуру объекта, которую определяет датчик температуры, и температуру задания. Дальше по разнице температур определяется количество подаваемого воздуха (расход). Расход воздуха в свою очередь регулируется скоростью вращения турбины, создающую стартовый поток. Таковым образом, имеется некая зависимость различия температур и скоростью вращения турбины. Контур регулирования показан на рисунке 12.

Набросок 12 — Контур регулирования температуры

где: Wр — передаточная функция регулятора

WЭП — передаточная функция электропривода

Wоб — передаточная функция объекта

Т — температура объекта

Тзад — температура задания

ДТ — ошибка регулирования

щ — скорость вращения

щзад — данная скорость вращения

Также для наиболее четкого регулирования можно употреблять оборотную связь по скорости.

Набросок 13 — Контур регулирования с ОС по температуре и скорости

Рассматривается передаточные функции в отдельности

Регулятор

Регуляторы бывают пропорциональные (П), дифференцирующие (Д), интегрирующие (И), также разновидности ПИ, ПИД, ПД регуляторов. В общем случае передаточную функция ПИД регулятора будет

Wр=,

где K — коэффициент усиления,

Tи — неизменная времени интегрирования

Tд — Неизменная времени дифференцирования,

Что соответствует рисунку 14

Набросок 14 — Передаточная функция регулятора

Реализация регулятора вероятна на процессоре в составе контроллера. к примеру контроллер ОВЕН ТРМ101.

Передаточная функция электропривода

Передаточная функция электропривода зависит от метода регулирования скорости. Для турбины мощностью 40 Вт выбирается регулирование входным напряжением. Для автоматического регулирования выбирается регулирование напряжения при помощи тиристорного преобразователя. Тогда передаточная функция состоит из регулятора скорости, тиристорного преобразователя, и передаточной функции мотора.

W(p)ЭП=Wр.с•WТП•Wд

Графически представлена на рисунке 15

Набросок 15 — передаточная функция ЭП

б — угол отпирание тиристора

U — напряжение на движке

Регулирование напряжения однофазным регулятором переменного напряжения

Главным элементом однофазного регулятора является тиристорный симистор, он представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора, с помощью, которых перегрузка подсоединяется к цепи переменного тока (набросок 16).

Набросок 16 — Схема однофазного регулятора переменного напряжения

Фазовые способы регулирования базируются на управлении работающим значением переменного напряжения на перегрузке методом конфигурации продолжительности открытого состояния 1-го из включенных встречно-параллельно тиристоров в течение полупериода частоты сети. При фазовом способе частота выходного напряжения соответствует частоте питающей сети, а регулирование делается методом конфигурации формы кривой выходного напряжения и тока. Форма тока зависит от нрава перегрузки. Разглядим обычной вариант, когда . Перегрузка чисто активная соответствующая для электротермических установок и ламп накаливания.

Фазовое регулирование может быть с отстающим углом управления ; с опережающим углом управления ; или с тем и остальным (двухстороннее фазовое управление).

Фазовое регулирование с отстающим углом управления. Временная диаграмма (набросок 17) иллюстрирует фазовое регулирование с отстающим углом управления . Тиристоры попеременно открываются в интервале положительной полуволны напряжения, приложенного к их анодам в момент прихода импульса тока в цепь управляющего перехода. Тиристоры запираются в точках естественной коммутации ,,.

Набросок 17 — Временная диаграмма фазового способа с отстающим углом управления для активной перегрузки

Зависимость работающего значения напряжения на перегрузке от угла управления именуется регулировочной чертой , определяется из уравнения

. (16.1)

При нахождении интеграла учтем, что

(16.2)

Получим

. (16.3)

Как видно из временной диаграммы угол сдвига первой гармонической составляющей тока , относительно питающего напряжения . В этом заключается некий феномен: перегрузка чисто активная, а ток отстает от напряжения, что типично для индуктивной перегрузки.

Набросок 18 — Регулировочные черта

Набросок 19 — Передаточная функция.

Математическую модель асинхронного мотора в общем виде можно представить в виде последующей системы уравнений

,

.

В операторной форме уравнения имеют вид

,

.

Передаточная функция асинхронного мотора представлена на рисунке 20.

Набросок 20 — Передаточная функция асинхронного электропривода

объект

Передаточная функция объекта отражает зависимость меж температурой объекта и скоростью вращения турбины. Для нагревающего объекта можно приняться как апериодическое звено 1-го порядка

Набросок 21 — Передаточная функция объекта

Выводы

В курсовой работе были проанализированы вентиляторы различного выполнения, их индивидуальности и принцип работы. Применение в различных областях вентиляции. Обширно был рассмотрен вентилятор работающий на эффекте Коанда. Этот вентилятор был придуман командой Джеймса Дайсона в октябре 2009, и не получил широкого распространения на предприятиях и технологическом процессе. вентилятор как уже было сказано работает на эффекте Коанда. Этот эффект был открыт румынским ученым Анри Коандом, который 1932 году нашел, что струя воды, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стене и при определенных критериях «прилипает» к ней. Были рассмотрены его специальные индивидуальности и принципы работы.

Был произведено сопоставление вентилятора Дайсона и обыденного лопастного вентилятора. вентилятор Дайсона имеет ряд плюсов посреди их можно выделить сохранность, большенный расход воздуха, высочайший КПД. Недочетом является ограниченность внедрения связанным с необходимостью вольного воздуха вокруг обода вентилятора.

Также было рассмотрен метод регулирования температуры при помощи вентилятора Дайсона. Предложены теоретические передаточные функции главных объектов входящих в автоматическую систему регулирования. Структурная схема регулирования. Определение характеристик для каждой системы персонально и зависит от объекта управления. Также в литературе не найдена передаточная функция самого вентилятора, это усложняет процесс синтеза АСУ. Для определения неведомой передаточной функции нужно провести опыты с настоящим вентилятором.

коанд вентилятор температура дайсон

Перечень литературы

1 Е.В. Стефанов. Вентиляция и кондиционирование воздуха./ Е.В. Стефанов. С-Пб. 2003 г. — 372 с.

2 www.membrana.ru/particle/3578 — Статья про вентилятор Дайсона

3 Моль Р. Гидропневмоавтоматика. Пер. с франц. М., «Машиностроение», 1975. 352 с.

4 Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода: Учеб. для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 544 с.: ил.

5 Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. Учеб. пособие для электротехн. спец. вузов. — М.: «Высшая школа», 1973. — 528с., ил.

6 Розанов Ю.К. Базы силовой электроники. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 296 с.: ил

7. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учеб. для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1991, 480 с.

]]>