Меню

От чего зависит необходимая подача вентилятора



Поддержание заданной производительности вентилятора в сети

В. Г. Караджи, канд. техн. наук, директор НИЦ ООО «ИННОВЕНТ»

Ю. Г. Московко, заместитель директора НИЦ ООО «ИННОВЕНТ»

Вентилятор выбирается на заданную производительность по воздуху, которую он должен обеспечивать при работе в составе приточной или вытяжной установки, вентиляционной системы. Производительность задается проектировщиком.

Какими методами можно обеспечить заданный режим работы вентилятора по производительности? Какие проблемы возникают? На эти вопросы мы ответим в настоящей статье.

Основные методы обеспечения заданного режима работы вентилятора по производительности

Известны следующие основные методы вывода вентилятора на требуемый режим по производительности в составе вентиляционной сети: дросселирование (искусственное введение в сеть дополнительного аэродинамического сопротивления), использование перед вентилятором входного направляющего аппарата, применение шкивоременной передачи между электродвигателем и вентилятором, использование частотного привода.

Дросселирование позволяет только увеличивать аэродинамическое сопротивление сети. Поэтому вентилятор должен быть подобран с некоторым запасом давления, чтобы он исходно вышел на несколько бóльшую производительность, чем расчетная. Этот метод очень часто используется на практике, однако он может оказаться очень затратным по потерям мощности.

Входной направляющий аппарат, в случае радиальных вентиляторов, позволяет только понижать аэродинамическую характеристику вентилятора, и поэтому исходно вентилятор также должен быть подобран с некоторым запасом давления для регулирования.

В случае осевых вентиляторов входной направляющий аппарат позволяет не только понижать, но и повышать в некоторых пределах аэродинамическую характеристику вентилятора. Следовательно, возможно не только снижение, но и повышение производительности вентилятора в сети. Для этого, однако, потребуется соответствующий запас установочной мощности вентилятора.

В целом входной направляющий аппарат является более эффективным устройством регулирования положения рабочей точки вентилятора в сети.

Шкивоременная передача позволяет, в принципе, обеспечить требуемую производительность вентилятора в сети подбором соответствующего соотношения диаметров ведущего и ведомого шкивов, то есть подбирается частота вращения рабочего колеса. Проблема в том, что это трудоемкий процесс. Чтобы упростить эти проблемы, вместо шкивоременной передачи используется частотный привод, который решает те же задачи, но проще в применении и легко перестраивается на требуемую частоту вращения рабочего колеса. Надо помнить только, что повышение частоты вращения выше расчетной исходной требует запаса мощности электродвигателя, допустимости работы электродвигателя и рабочего колеса на необходимых повышенных частотах. Особенность этого метода состоит в том, что, по законам аэродинамического подобия, производительность вентилятора пропорциональна частоте вращения, а полное давление вентилятора и сопротивление сети пропорциональны квадрату частоты вращения. Таким образом, изменение частоты вращения рабочего колеса хотя и приводит к изменению производительности и давления вентилятора, но положение рабочей точки на безразмерной аэродинамической характеристике вентилятора при этом не меняется. Это означает, что если вы исходно подобрали вентилятор так, что рабочая точка находится вне зоны высоких значений КПД, то регулирование частоты вращения не приведет к изменению первоначально выбранного значения КПД. Иначе говоря, применение частотного привода не устраняет проблемы правильного выбора типоразмера вентилятора и его рабочей точки.

Возникающие проблемы

Перейдем к рассмотрению проблем.

1. Первые проблемы возникают при наладке вентиляционной системы.

Приточные (или вытяжные) установки в составе вентиляционной системы при наладке требуют настройки на режим заданной производительности. Это достаточно сложный процесс, поскольку любые изменения аэродинамических сопротивлений элементов системы приводят к перераспределению расходов воздуха в системе и изменению режима работы вентилятора приточной установки по производительности. Практически при установке режимов работы, например, раздающих воздух устройств, клапанов и т. п., будет меняться сопротивление сети и, соответственно, режим работы вентилятора и других раздающих устройств. Поэтому процесс наладки сети есть процесс последовательных наладок-приближений к требуемому режиму. Он требует достаточно высокого уровня подготовки наладчиков, специальных приборов и умения ими грамотно пользоваться, значительного времени на проведение измерений и наличия в системе воздуховодов мест, где можно надежно измерить производительность установки или какой-либо ее ветви.

2. В процессе эксплуатации приточной системы происходит постепенное засорение воздушного фильтра (такая же ситуация возможна и в вытяжной системе при наличии в ней фильтра), что приводит к увеличению его аэродинамического сопротивления и, соответственно, к снижению производительности вентилятора приточной установки, по сравнению с первоначальным расчетным (рис. 1). Изменение производительности будет, конечно, зависеть от крутизны аэродинамической характеристики вентилятора вблизи рабочей точки. На заданной производительности установка будет работать только первоначально, при чистом фильтре.

Положение рабочей точки на характеристике вентилятора при трех вариантах сопротивления сети (отличаются потерями давления на фильтре)

В рамках этого пункта отметим также, что проектировщик не всегда в расчетах задает аэродинамическое сопротивление чистого фильтра. Мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда в задании сопротивление фильтра выбирается повышенное, с учетом частичного засорения, для того чтобы учесть дополнительное аэродинамическое сопротивление частично засоренного фильтра при выборе давления вентилятора. Например, аэродинамическое сопротивление чистого фильтра на расчетном режиме составляет 50 Па. В качестве предельного засорения фильтра рекомендуется, например, принимать 150 Па. Проектировщик принимает расчетное сопротивление фильтра 100–150 Па, чтобы обеспечить заданную производительность даже при засоренном фильтре. К чему это приводит?

Это приводит к тому, что вентилятор подбирается на более высокое давление, чем в случае чистого фильтра. Когда установка встроена в сеть и начинается наладка, воздушный фильтр еще чистый и имеет аэродинамическое сопротивление 50 Па. В процессе наладки вентиляционная система приводится к режиму требуемой производительности, как правило, путем введения в систему дополнительного аэродинамического сопротивления (поскольку вентилятор имеет запас давления на засорение фильтра) или снижением частоты вращения вентилятора с помощью частотного привода (если он используется в системе). А далее, в процессе эксплуатации вентиляционной системы аэродинамическое сопротивление фильтра будет возрастать и производительность вентилятора будет снижаться. Если частотный привод в системе есть, то возможно компенсировать потерю производительности, но надо знать, на сколько. Если же частотного привода в системе нет, то закладывать запас по давлению вентилятора практически бесполезно, поскольку вряд ли кто-либо будет периодически переналаживать систему.

3. Если аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы в процессе работы меняется по каким-либо причинам (открываются окна или двери, открывается/закрывается часть приточных/вытяжных решеток), это также сопровождается изменением производительности вентилятора. Кроме того, например, режимы работы вентиляционной системы по производительности требуется менять по заданному графику в течение суток или по технологии.

Схема автоматического поддержания заданной производительности вентилятора

Из изложенного выше можно заключить, что если правильно выбрать вентилятор и укомплектовать его частотным приводом, то полезно было бы легко и эффективно управлять производительностью вентилятора и, соответственно, системы. В частности, поддерживать заданную проектом производительность.

Задача поддержания производительности не является новой. Некоторые зарубежные изготовители вентиляторов делают на входном коллекторе вентилятора дренажи для измерения разрежения и, соответственно, производительности вентилятора. Входной коллектор является очень подходящим устройством для измерения производительности, поскольку весь воздух проходит через вентилятор и в суженной части коллектора происходит ускорение потока и выравнивание профиля скоростей, что повышает точность результатов измерений. Коллектор должен быть оттарирован, то есть должна быть получена зависимость производительности через него от разрежения в нем. Такие зависимости приведены в каталогах ряда зарубежных производителей вентиляторов. На вентиляторах закладывают необходимые измерительные точки, и из корпуса выводят необходимые трубки. То есть понятно, где измерять производительность системы. Важно решить, как использовать эти данные для управления производительностью.

Для автоматического поддержания заданной производительности вентилятора по воздуху или для регулирования производительности по заданному алгоритму может быть использовано устройство, функциональная схема которого показана на рис. 2.

Схема автоматического поддержания заданной производительности вентилятора в составе вентиляционной системы:
1 – приемник статического давления на входном коллекторе радиального вентилятора;
2 – приемник статического давления в канале перед вентилятором;
3 – дифференциальный датчик давления;
4 – источник опорного сигнала давления (задатчик требуемого расхода воздуха);
5 – измерительный вольтметр (индикатор расхода воздуха);
6 – усилитель – формирователь разностного сигнала давления (сигнал ошибки расхода воздуха);
7 – электродвигатель вентилятора;
8 – ПИД-регулятор частоты вращения электродвигателя;
9 – регулируемый частотный привод

Схема работает следующим образом. Предварительно пользователь устанавливает на приборе заданную производительность вентилятора по воздуху. Этому соответствует формирование сигнала опорного давления на коллекторе, который в дальнейшем используется схемой сравнения. Разность давлений перед вентилятором и в измерительном коллекторе вентилятора подается на вход дифференциального датчика давления, на выходе которого вырабатывается сигнал электрического напряжения, пропорциональный измеренной разности давлений. Этот сигнал поступает на вход усилителя-формирователя и схему сравнения, где производится сравнение измеренного давления в коллекторе и заданного опорного сигнала (соответствующего требуемой производительности вентилятора). Сигнал ошибки расхода воздуха поступает на вход ПИД-регулятора, формируется там соответствующим образом и далее подается на управляющий вход частотного привода, связанного с электродвигателем вентилятора. Значение реальной производительности вентилятора отображается на цифровом индикаторе устройства.

Аналогичная схема используется, например, в многоквартирных зданиях для поддержания заданного давления в системе подачи воды; однако, в отличие от рассматриваемого случая, объектом регулирования является давление воды в системе. В частности, выпускаются частотные приводы с ПИД-регулятором, максимально адаптированные для решения таких задач регулирования. Однако система регулирования для замыкания требует усилий специалиста для дополнения необходимыми элементами и построения правильного алгоритма работы и контроля.

Некоторые производители начали выпуск полностью законченных устройств регулирования, для применения которых необходим только правильный выбор по параметрам частотного привода. Такое устройство может быть настроено на проектную производительность конкретного оборудования в условиях завода-изготовителя и позволяет поддерживать и контролировать заданную производительность при изменении сопротивления сети по тем или иным причинам. Например, в процессе наладки, при исходно неизвестном сопротивлении сети, вентилятор автоматически выйдет на режим заданной производительности (при физической реализуемости такого режима) и этот режим будет поддерживаться в процессе наладки сети.

При необходимости в условиях применения можно изменить заданную производительность вентилятора в допустимых для конкретного вентилятора пределах. Кроме того, в системе должна быть предусмотрена защита электродвигателя и защита от недопустимых режимов работы и несанкционированных действий. Устройство автоматического поддержания заданной производительности вентилятора по воздуху должно работать как полностью автономно, так и в составе системы управления вентиляционной установкой.

Источник

§ 6.2. Вентиляторы

Вентиляторы предназначены для перемещения воздуха или других газов. Они подразделяются на центробежные и осевые. Основными характеристиками, определяющими вентилятор, яв­ляются: подача, давление и частота вращения рабочего колеса.

Теоретическое давление (Па), создаваемое вентилятором, определяется по формуле

Рm=ρ(u2c2cosα2u1c1cosα1), (6.23)

где ρ — средняя плотность перемещаемого газа, кг/м 3 ; u1 и u2 — окружные скорости газа на входе и выходе с рабочей лопатки, м/с; c1 и с2 — абсолютные скорости газа на входе и выходе с рабочего колеса, м/с; α1 и α2 — углы между аб­солютной и окружной скоростями на входе и выходе газа с рабочей лопатки.

Окружная скорость (м/с) газа при входе на рабочую лопатку

где d1 — внутренний диаметр рабочего колеса, м; n — частота вращения рабочего колеса, об/мин.

Окружная скорость (м/с) газа на выходе с рабочей лопатки

где d2 — наружный диаметр рабочего колеса, м.

Действительное, давление (Па), создаваемое вентилятором,

где ηг — гидравлический кпд вентилятора.

Мощность (кВт), потребляемая вентилятором,

где Р — действительное давление, создаваемое вентилятором, кПа; Q — подача вентилятора, м 3 /с; η — общий кпд вентилято­ра, %.

Мощность двигателя (кВт) для привода вентилятора находит­ся по формуле

где β — коэффициент запаса мощности двигателя, принимаемый для центробежных вентиляторов 1,1. 1,15, для осевых вентилято­ров — 1,05. 1,1.

Задача 6.23. Определить теоретическое давление, создавае­мое центробежным вентилятором, если частота вращения рабо­чего колеса n=1500 об/мин, внутренний диаметр рабочего коле­са d1=0,5 м, окружная скорость воздуха на выходе с рабочей лопатки u2=45 м/с, абсолютная скорость воздуха при входе на рабочее колесо c1=32 м/с, абсолютная скорость воздуха на вы­ходе с рабочего колеса с2=60 м/с, угол между абсолютной и окружной скоростями при входе воздуха на рабочую лопатку α1=40°, угол между абсолютной и окружной скоростями на выходе с рабочей лопатки α2=20° и средняя плотность воздуха в вентиляторе ρ=1,2 кг/м 3 .

Задача 6.24. Определить действительное давление, создавае­мое центробежным вентилятором, если частота вращения рабо­чего колеса n=1500 об/мин, внутренний диаметр рабочего коле­са d1=0,5 м, наружный диаметр рабочего колеса d2=0,6 м, про­екция абсолютной скорости с1 на направление окружной скорости воздуха при входе на рабочую лопатку c1cosα1=25 м/с, проек­ция абсолютной скорости с2 на направление окружной скорости воздуха на выходе с рабочей лопатки c2cosα2=58 м/с гидрав­лический кпд вентилятора ηг=0,8 и средняя плотность воздуха в вентиляторе ρ=1,2 кг/м 3 .

Задача 6.25. Определить мощность двигателя для привода центробежного вентилятора, если подача вентилятора Q=10 м 3 /с, коэффициент запаса мощности двигателя β=1,1, частота вращения рабочего колеса n=1500 об/мин, внутренний диаметр рабочего колеса d1=0,6 м, наружный диаметр рабочего колеса d2=0,7 м, средняя плотность воздуха в вентиляторе ρ=1,2 кг/м 3 , абсолютная скорость воздуха при входе на рабо­чее колесо c1=30 м/с, абсолютная скорость воздуха на выходе с рабочего колеса с2=56 м/с, угол между абсолютной и окру­жной скоростями при входе воздуха на рабочую лопатку α1=40°, угол между абсолютной и окружной скоростями на выходе воз­духа с рабочей лопатки α2=20°, гидравлический кпд вентилятора ηг=0,8 и общий кпд вентилятора η=65%.

Решение: Окружную скорость воздуха при входе на рабочую лопатку определяем по формуле (6.24):

Окружную скорость воздуха на выходе с рабочей лопатки находим по формуле (6.25):

Теоретическое давление, создаваемое вентилятором, опреде­ляем по формуле (6.23):

Рm=ρ(u2c2cosα2u1c1cosα1)=1,2(55·56·0,9397-47,1·30·0,766)=2129 Па.

Действительное давление, создаваемое вентилятором, нахо­дим по формуле (6.26):

Мощность двигателя для привода центробежного вентилято­ра определяем по формуле (6.28):

Задача 6.26. Определить мощность, потребляемую центро­бежным вентилятором, если теоретическое давление, создавае­мое вентилятором, Рт=2100 Па, гидравлический кпд вентилято­ра ηг=0,8, подача вентилятора Q=10 м 3 /с и общий кпд вен­тилятора η=65%.

Задача 6.27. Определить подачу центробежного вентилятора, если средняя плотность воздуха в вентиляторе ρ=1,2 кг/м 3 , окружная скорость воздуха при входе на рабочую лопатку u1=42 м/с, окружная скорость воздуха на выходе с рабочей лопат­ки u2=54 м/с, проекция абсолютной скорости с1 на направление окружной скорости воздуха при входе на рабочую лопатку c1cosα1=25 м/с, проекция абсолютной скорости с2 на направле­ние окружной скорости воздуха на выходе с рабочей лопатки c2cosα2=55 м/с, гидравлический кпд вентилятора ηг=0,82, мощ­ность, потребляемая вентилятором, Nв=20кВт и общий кпд вентилятора η=64%.

Задача 6.28. Определить общий кпд осевого вентилятора, ес­ли теоретическое давление, создаваемое вентилятором, Рт=2100 Па, гидравлический кпд вентилятора ηг=0,8, подача вентилятора Q=9,5 м 3 /с, мощность двигателя для привода вен­тилятора Nдв=24 кВт, коэффициент запаса мощности двигателя β=1,05.

Источник

Основы гидравлики

Вентиляторы

Классификация вентиляторов

Вентиляторами называют устройства, служащие для перемещения воздуха или других газов при давлении не более 0,15×10 5 Па.
Они, как и насосы, находят применение во многих отраслях народного хозяйства и, в частности, в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Автомобильная, дорожная и сельскохозяйственная техника применяет в своей конструкции, например, вентиляторы системы охлаждения двигателей, вентиляторы системы отопления и кондиционирования воздуха в салоне. Аэромобили, суда на воздушной подушке и подобные машины используют вентиляторы в качестве движителя.

Следует отличать вентиляторы от воздуходувок и компрессоров , способных перемещать газы при давлении более 0,15×10 5 Па. Компрессоры, в отличие от вентиляторов, чаще всего являются аэромашинами объемного типа, использующими принцип вытеснения вещества по аналогии с объемными насосами. Если же в качестве компрессора применяются динамические аэромашины (центробежные, осевые турбины и т. п.) , то сжатие воздуха в них осуществляется в несколько ступеней, т. е. поэтапно.

Вентиляторы разделяют на центробежные и осевые . Эти два типа вентиляторов используют непосредственное силовое воздействие рабочими органами (крыльчатками) на потоки воздуха или газов для увеличения их кинетической энергии, т. е. являются аэродинамическими машинами.

Как в конструкциях насосов, среди вентиляторов лопастного типа иногда выделяют тип диагональные вентиляторы , у которых лопасти изогнуты по схеме, не позволяющей классифицировать их как центробежные или осевые (рис. 1) . В диагональных вентиляторах лопатки расположены под углом 45˚ к оси колеса либо они имеют сложную геометрическую форму, придающую диагональное направление перемещаемому потоку газа.
Перемещение рабочей среды (газа, воздуха) в таких вентиляторах осуществляется и вдоль оси рабочего колеса (как у осевых вентиляторов) , и радиально (как у центробежных вентиляторов) вдоль внешней стенки кожуха.
Подобная конструкция имеет некоторые достоинства по сравнению с вентиляторами осевого типа, так как возникающие центробежные силы способствуют повышению давления в потоке.
Кроме того, лопасти диагональных вентиляторов в меньшей степени подвержены поперечной изгибающей нагрузке, поскольку значительная часть энергии передается потоку в осевом направлении, что выгодно отличает их от центробежных (радиальных) вентиляторов.

В отдельную группу можно выделить так называемые диаметральные вентиляторы , в которых схема перемещения воздушных потоков отличается от таковой у центробежных вентиляторов – и входящий, и нагнетаемый потоки перемещаются по внешнему периметру рабочего колеса (рис. 1) .
Рабочее колесо диаметральных вентиляторов оснащено длинными, но очень узкими лопатками.
Отличается у таких вентиляторов и конструкция кожуха – вдоль внешнего участка рабочего колеса имеется широкое окно, из которого лопасти захватывают газ (воздух) , перемещают его вдоль закрытой части кожуха и выбрасывают в выходное отверстие (раструб) . Иногда конструкция диаметральных вентиляторов вообще не предусматривает кожуха – остатки его функции выполняет раструб.

Поскольку диагональные и диаметральные вентиляторы представляют собой некоторую разновидность основных типов вентиляторов — центробежных и осевых, в этой статье более подробно рассмотрены характеристики двух последних конструкций.

Центробежные вентиляторы

Центробежные вентиляторы иногда называют радиальными вентиляторами, поскольку перемещение воздушного потока при контакте с лопастями осуществляется от центра к внешнему периметру, т. е. радиально.

Общий вид и схема устройства центробежного вентилятора (рис. 2) напоминают конструкцию центробежных насосов. Он состоит из рабочего колеса (ротора) 2 с лопатками, спирального корпуса 2 (кожуха) и станины 1 . Рабочее колесо насажено на вал 4 , который установлен в подшипниках на станине. Ротор центробежного вентилятора состоит из двух дисков, между которыми располагаются лопатки. Их число колеблется от 6 до 36.

Кожухи вентиляторов выполняют из листового металла сварными или клепаными. У центробежных вентиляторов кожух обычно имеет форму логарифмической спирали (улитки) . В нем имеются круглое входное и квадратное или прямоугольное выходное отверстия.

Принцип работы центробежного вентилятора аналогичен принципу работы центробежного насоса.
Воздух, поступивший через входное отверстие вентилятора в полость рабочего колеса, захватывается лопатками и приводится во вращение. Под действием центробежных сил он сжимается, отбрасывается к внешней стенке спирального кожуха, и, двигаясь по спирали, попадает через выходное отверстие в воздуховод.
Основное назначение кожуха – собрать поток воздуха, сбегающего с ротора и понизить его скорость, т. е. преобразовать кинетическую энергию потока газа (динамическое давление) в потенциальную энергию (статическое давление) .
В среднем скорость движения воздуха или газа в кожухе центробежного вентилятора принимается равной половине окружной скорости рабочего колеса.

Центробежные вентиляторы классифицируют по следующим признакам:

  • по создаваемому давлению – низкого давления (до 0,01×10 5 Па) , среднего (до 0,03×10 5 Па) и высокого давления (свыше 0,03×10 5 Па) ;
  • по назначению – общего (для перемещения чистого воздуха и неагрессивных газов) и специального назначения (для перемещения запыленного воздуха, дымовых газов – дымососы, и др.) ;
  • по числу сторон всасывания – одностороннего и двустороннего всасывания;
  • по числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые, работающие, как и многоступенчатые центробежные насосы.

Осевые вентиляторы

Этот тип вентиляторов иногда называют аксиальными вентиляторами, поскольку перемещение потока в них осуществляется вдоль оси рабочего колеса. Еще одно название осевых вентиляторов, издавна укрепившееся в быту – пропеллеры.

Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе (обечайке) лопаточное колесо, при вращении которого поступающий через входное отверстие воздух под воздействием лопаток перемещается между ними в осевом направлении. На рис. 3 показан простейший осевой вентилятор, состоящий из двух основных частей – осевого лопаточного колеса 1 , расположенного на одном валу с двигателем, и цилиндрического корпуса (кожуха) 2 .

Колесо осевого вентилятора состоит из втулки, на которой закреплены наглухо или в которую встроены лопатки. Число лопаток на колесе обычно от 2 до 32. Лопатки изготавливают симметричного или специального несимметричного профиля, расширяющегося и закручивающегося по мере приближения к втулке. Осевые вентиляторы с лопатками симметричного профиля называют реверсивными, а с лопатками несимметричного профиля – нереверсивными.

Колеса осевых вентиляторов делают сварными из листовой стали или литыми; они бывают также штампованными. В последнее время получили широкое распространение вентиляторы из пластмасс.

Кожух осевого вентилятора имеет цилиндрическую форму (обечайку) и роль его более ограничена, чем у центробежных вентиляторов, так как поток воздуха (газа) проходит вдоль оси вентилятора, и на его движение обечайка почти не оказывает влияние.
Диаметр кожуха не должен превышать 1,5 % длины лопатки колеса, так как большие зазоры между колесом и кожухом резко снижают аэродинамические качества осевого вентилятора.
При отсутствии всасывающего воздуховода на входе устанавливают коллектор, обеспечивающий хорошее заполнение входного сечения вентилятора, а также устанавливают обтекатель .
Для понижения скорости потока (преобразование кинетической энергии в потенциальную энергию давления) на выходе из вентилятора иногда устанавливают диффузор .

Сравнительные характеристики центробежных и осевых вентиляторов

Центробежные вентиляторы, по сравнению с осевыми, способны создавать большее давление на выходе, поэтому их целесообразно применять для подачи воздуха при значительном давлении. Поэтому их часто применяют в системах вентиляции со сложной разветвленной сетью воздуховодов, в системах пневмотранспорта материалов, в котельных установках в качестве тягодутьевых устройств, и в системах кондиционирования воздуха.

Осевые вентиляторы не способны создавать высокого давления, подобно центробежным, но имеют больший КПД, они способны работать реверсивно (т. е. в обратном направлении) , более просты в изготовлении (а значит и дешевле) , балансировке, монтаже и обслуживании, имеют меньшие габариты и вес. В связи с этим осевые вентиляторы чаще всего применяют для проветривания помещений, вентиляции шахт, тоннелей и т. п. – там, где не требуется создание относительно высокого давления потока воздуха (газа) .

Работа вентиляторов сопровождается шумом, интенсивность которого обусловливается типом вентилятора, режимом его работы, качеством изготовления и монтажа. Снижению шумов способствует установка вентилятора на одном валу с двигателем, применение специальных виброгасителей при креплении на станине, качественная балансировка ротора, тщательная обработка и отделка поверхностей лопаток рабочего колеса, мягкое соединение с воздуховодами.

Обозначение вентиляторов

В настоящее время промышленность выпускает вентиляторы многих типов и серий. Каждому вентилятору присваивается условное обозначение – индекс, в котором указаны:

  • давление , создаваемое вентилятором: н.д. – низкое, с.д. – среднее, в.д. – высокое давление;
  • назначение вентилятора: Ц – центробежный общего назначения, ЦП – пылевой и т. д.;
  • коэффициент давления при оптимальном режиме – цифрой, соответствующей 10-кратной величине этого коэффициента (с округлением до целых единиц) ;
  • удельная частота вращения (быстроходность) – цифрой, округленной до целых единиц;
  • номер вентилятора – цифра или число, соответствующее диаметру колеса в дециметрах.

Пример обозначения центробежного вентилятора: н.д. Ц4-70 № 8 , что означает центробежный вентилятор общего назначения низкого давления с коэффициентом давления 0,403, быстроходностью 70 и диаметром рабочего колеса 800 мм.

Рабочие параметры и характеристики вентиляторов

К основным техническим характеристикам вентиляторов относятся подача, полное давление, КПД, потребляемая мощность, критерий быстроходности.

Подача вентиляторов

Подача вентилятора L (м 3 /ч или м 3 /сек) – объем газа (или воздуха) , перемещаемого вентилятором за единицу времени.
В общем случае подача вентилятора может быть определена, как произведение площади живого сечения потока газа в выходном отверстии вентилятора на соответствующую проекцию абсолютной скорости потока на выходе из рабочего колеса:

где:
Sвых – площадь выходного отверстия, которая принимается с учетом коэффициента стеснения потока лопатками, равного 0,9…0,95;
сv2 – проекция абсолютной скорости потока газа: для центробежных вентиляторов – радиальная проекция, для осевых – осевая проекция.

При выборе вентилятора для конкретных практических нужд используют аэродинамические характеристики-графики, устанавливающие зависимость между основными рабочими параметрами вентилятора и расходом газа (воздуха) . Пример такой аэродинамической характеристики вентилятора приведен внизу на рис. 4 .

Полное давление вентилятора

Полное давление рп вентилятора зависит от плотности газа (его физическая характеристика) , коэффициента давления и скорости потока (кинематические характеристики) , и определяется на основе уравнения Эйлера:

где:
ρ – плотность газа;
ψ – коэффициент давления вентилятора; ψ = ηг φ2 (здесь ηг – гидравлический КПД вентилятора, φ2 — коэффициент закручивания потока, определяемый из отношения проекции скорости потока к его абсолютной скорости);
v2 –скорость потока на выходе из колеса.

Мощность вентилятора

Теоретическая мощность вентилятора, передаваемая перемещаемой среде, определяется по формуле:

Действительная мощность N , потребляемая вентилятором, значительно отличается от полезной вследствие гидравлических потерь энергии при протекании воздуха внутри вентилятора. Эти потери складываются из потерь на вихреобразование у кромок лопастей и лопаток, перетекание воздуха через зазоры между колесом и кожухом вентилятора и механических потерь на трение.

КПД вентиляторов

КПД – отношение полезной мощности к потребляемой вентилятором от приводного устройства:

Полный КПД вентиляторов, как и КПД насосов, может быть определен в виде произведения трех составляющих:

где: ηг – гидравлический КПД (потери в потоке), ηо – объемный КПД (утечка через зазоры), ηм – механический КПД (трение).

Полный КПД центробежных вентиляторов (в зависимости от быстроходности и конструкции лопаток) составляет от 0,65 до 0,85. У осевых вентиляторов он не превышает 0,9.

При подборе электродвигателя для вентиляторной установки используют коэффициент запаса К = 1,05…1,2 для осевых вентиляторов, и К = 1,1…1,5 – для центробежных вентиляторов.

Критерий быстроходности вентиляторов

Центробежные и осевые вентиляторы, как и насосы, удобно классифицировать по удельной частоте вращения (критерию быстроходности) . Критерий быстроходности характеризует аэродинамические качества вентилятора – его способность создавать большее или меньшее давление.
Для оптимальной работы вентилятора при ρ = 1,2 кг/м 3 критерий быстроходности определяется по формуле:

где:
L – подача в м 3 /с;
ω – угловая скорость в с -1 ;
рп – давление в Па.

Для геометрически подобных вентиляторов (имеющих одинаковую конструкцию и форму при разных габаритах) критерий быстроходности будет одинаковым. Для центробежных вентиляторов критерий быстроходности составляет 40…80, а для осевых – 80…300. Осевые вентиляторы при прочих равных условиях (в частности, при одинаковой угловой скорости колеса) развивают меньшее давление по сравнению с центробежными, поэтому значение nуд у них выше (т. е. для получения необходимого давления требуется более высокая скорость вращения) .

Использование критерия быстроходности облегчает подбор и расчет вентиляторов, так как быстроходность входит в индекс вентиляторов. По индексу можно судить о давлении, развиваемом вентилятором.

На рис. 4 представлена универсальная аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора, на которой графически изображены все допустимые или оптимальные для данного вентилятора режимы его работы. Пользуясь универсальной аэродинамической характеристикой, можно выбрать наиболее эффективный режим работы вентилятора, при котором его КПД будет иметь максимальное значение.

Пример решения задачи на подбор вентилятора

Задача
Определить давление, развиваемое центробежным вентилятором, если коэффициент давления ψ = 0,9, частота вращения рабочего колеса n = 1450 мин -1 , наружный диаметр колеса D2 = 0,4 м, а плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м 3 .

Решение .
Окружную скорость на наружном диаметре рабочего колеса определяем по формуле:

Определяем давление, развиваемое вентилятором:

Источник

Читайте также:  Вытяжка для коптильни в гараже

Вентилиция и кондиционирование © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.