Меню

Рабочая точка для вентилятора



И определение рабочей точки

Построение характеристики сети

Особенностью эксплуатации центробежных и осевых вентиляторов является зависимость их объемной подачи и поддерживаемого давления от характеристик сети, на которую они работают. В зависимости от характеристик сети один и тот же вентилятор может поддерживать различные давления и обеспечивать разный объемный расход.

Фактический объемный расход и полное давление центробежного или осевого вентилятора при его работе может быть определено только после построения характеристики вентиляционной сети.

Характеристика сети представляет собой зависимость потерь давления в сети от объемного расхода воздуха. Она строится в той же системе координат, что и аэродинамическая характеристика вентилятора.

Точка пересечения аэродинамической характеристики вентилятора и характеристики сети называется рабочей точкой. Ее координаты соответствуют фактическому объемному расходу и полному давлению центробежного или осевого вентилятора при его работе на данную сеть.

Рассмотрим вопрос определения рабочей точки более подробно.

Потери давления при движении потока воздуха по каналам вентиляционной системы определяются суммой потерь давления Dрдл по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы и потерь давления Dрм в местных сопротивлениях.

Потери давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяют на основании фор­мулы Дарси — Вейсбаха:

,

где — коэффициент потерь давления по длине, зависящий от режима движения теплоносителя; l – суммарная длина прямолинейных участков, м; dэ – эквивалентный диаметр вентиляционного канала, м; w — скорость движения воздушного потока, м/с; r — плотность воздуха при заданной температуре, кг/м 3 .

Эквивалентный диаметр трубопровода определяется формулой:

,

где F – площадь проходного сечения вентиляционного канала, м 2 ; П – периметр сечения вентиляционного канала, м.

Для расчета коэффициента потерь давления по длине трубопровода рассчитаем значение критерия Рейнольдса.

,

где n — коэффициент кинематической вязкости воздуха при заданной температуре, м 2 /с.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха может быть определен по справочнику [13] или рассчитан по формуле:

где m — коэффициент динамической вязкости воздуха при заданной температуре, Па.

Если рассчитанное значение критерия Рейнольдса

то режим движения воздуха ламинарный и коэффициент потерь давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяется формулой:

.

Если рассчитанное значение критерия Рейнольдса

то режим движения воздуха турбулентный и коэффициент потерь давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяется формулой:

.

Если рассчитанное значение критерия Рейнольдса

то режим движения воздуха развитый турбулентный и коэффициент потерь давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяется формулой:

Потери давления в местных сопротивлениях вентиляционной системы определяются по формуле:

,

где — суммарный коэффициент потерь давления в местных сопротивлениях вентиляционной системы, зависящий от вида местного сопротивления.

Значения коэффициент потерь давления в местных сопротивлениях выбираются в зависимости от вида сопротивления по справочной литературе [6].

Таким образом, потери давления при движении потока воздуха по каналам вентиляционной системы определяются формулой

.

Для построения характеристики вентиляционной сети выразим скорость потока воздуха через его объемный расход.

где V – объемный расход воздуха, м 3 /с.

Окончательно уравнение характеристики вентиляционной сети примет вид

.

Если на выходе из вентиляционной системы по технологическим соображениям должно поддерживаться некоторое избыточное давление РП, то уравнение характеристики вентиляционной сети примет вид

.

При построении характеристики вентиляционной сети на графике аэродинамической характеристики вентилятора выбираются значения его объемной подачи, для которых рассчитывается значение потерь давления в сети по полученным формулам.

Результаты расчета следует представлять в виде таблицы.

Построение характеристики сети и определение рабочей точки для различного давления на выходе из вентиляционной сети показано на рис. 11.

Рис. 11 – Построение характеристики сети

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Раздел теории

Аэродинамические характеристики вентиляторов показывают расход вентиляторов в зависимости от давления. Определенное давление соответствует определенному расходу воздуха, который проиллюстрирован кривой вентилятора.


Рисунок 28. Аэродинамические характеристики вентилятора и сети

Сопротивление вентиляционной системы при различных расходах отображаются на графике характеристики сети. Рабочая точка вентилятора это точка пересечения характеристики сети и кривой вентилятора. Она показывает характеристики потока для данной сети воздуховодов.

Каждое изменение давления в вентиляционной системе дает начало новой характеристике сети. Если давление возрастает, характеристика сети будет аналогична линии В. При снижении давления, линия системы будет аналогична линии С. (При условии, что количество оборотов рабочего колеса остается неизменным).


Рисунок 29. Изменение давления дает начало новым кривым сети

Если реальное сопротивление сети представленно кривой В, рабочая точка сдвигается с 1 на 2. Это также влечет за собой уменьшение расхода воздуха. Таким же образом расход воздуха возрастет, если сопротивление сети соответствует линии С.


Рисунок 30. Увеличение или уменьшение скорости вращения вентилятора

Для получения расхода воздуха, аналогичного расчетному, можно в первом случае (где характеристика сети соответствует В) просто увеличить скорость вентилятора. Рабочая точка (4) будет находиться в этом случае на пересечении характеристики сети В и кривой вентилятора для более высокой скорости вращения. Точно также скорость вращения вентилятора может быть уменьшена, если реальная характеристика сети соответствует линии С.


Рисунок 31. Разница в давлении при различных скоростях вращения

В обоих случаях будет наблюдаться некоторое отличие в показателях давления от характеристики сети, для которых были проведены расчеты, и это показано как ΔР1 и ΔР2 на рисунке, соответственно. Это означает, что рабочая точка для расчетной сети была выбрана таким образом, чтобы выйти на максимальный уровень эффективности, и каждое такое повышение и понижение скорости вращения вентилятора ведет к сокращению эффективности.

Эффективность и характеристики сети

Для того чтобы облегчить выбор вентилятора, можно построить несколько возможных характеристик сети на графике вентиляторов, а затем посмотреть, между какими характеристиками работает определенный тип вентилятора. Если пронумеровать характеристики сети от 0 до 10, вентилятор будет свободно дуть (максимальный расход воздуха) на линии 10, и захлебнется (нулевой расход) на линии 0. Это означает, что вентилятор на линии системы 4 производит 40% от свободного расхода.


Рисунок 32. Характеристики сети (0-10) на графике вентилятора

Эффективность вентилятора вдоль всей характеристики сети остается постоянной.

Вентиляторы с загнутыми назад лопатками часто имеют более высокую эффективность, чем вентиляторы с загнутыми вперед лопатками. Но более высокий уровень эффективности этих вентиляторов достижим лишь на ограниченном участке, где характеристика сети представленна меньшим расходом при заданном давлении, чем у вентиляторов с загнутыми вперед лопатками.

Чтобы получить расход аналогичный тому, что у вентиляторов с загнутыми вперед лопатками, и сохранить при этом высокий уровень эффективности, нужно выбрать вентилятор с загнутыми назад лопатками большего размера.


Рисунок 33. Значения эффективности для аналогичных размеров центробежных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад и загнутыми вперед, соответственно

Источник

Пример расчета рабочей точки вентилятора

Для того чтобы правильно выбрать вентилятор для шахты или подземного рудника, достаточно рассчитать его рабочую точку: оптимальное соотношение подаваемого объема воздуха и величины давления (сопротивление вентиляционной системы, которое необходимо преодолеть для подачи требуемого объема воздуха).

Постараемся решить такую задачу в зависимости от типа и качества применяемых вентиляционных рукавов. Рассмотрим и сравним результаты расчетов при использовании рукавов Ventiflex и рукавов из винилискожи (ТГВШ). Технические характеристики вентрукавов Ventiflex можно посмотреть здесь.

Задача:

Какой объем воздуха должен подать вентилятор при какой величине депрессии, чтобы получить исходные значения на конце вентиляционной трубы.

Qт = 8,5 м3/с – требуемое количество воздуха на конце трубы

L = 400м – длина трубопровода

D = 800мм – диаметр воздуховода

  1. Коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе выбирается из таблицы коэффициентов утечек:

таблица 1

Расход воздуха для проветривания (требуемая производительность ВМП) определяется по формуле:

2. Выбор вентилятора производится по расчётным значениям его производительностиQвмп, м 3 /с и депрессии hв, необходимой для преодоления сопротивления трубопровода.

Депрессия вентилятора определяется по формуле:

hвмп = hстат + hдин = 10,8× Qвмп 2 × R×Ψ + ;

где ρ – плотность воздуха,

υ – скорость движения воздуха,

R – сопротивление трубопровода, кμ

Ψ – коэффициент, учитывающий влияние утечек на сопротивление трубопровода, определяется по графику в зависимости от коэффициента доставки η – величины обратно пропорциональной kут трубопровода;

По таблице коэффициентов принимаем R = 2,19 kμ, Ψ = 0,957

hвмп = hстат + hдин = 10,8× Qвмп 2 × R×Ψ + = 10,8×8,88 2 ×2,19×0,957+ = 1784,87 + 190,68 = 1975,55 Па,

Необходимая мощность электродвигателя вентилятора составит: , Вт, где η – КПД вентилятора; N = = 21950 Вт = 21,95 кВт

Таким образом, для подачи воздуха потребуется вентилятор мощностью не менее 22 кВт, с подачей 8,88 м 3 /с и полным давлением 1975 Па

Аналогичные вычисления для вентиляционного рукава из винилскожи (ТГВШ), со значением коэффициентов утечек kут = 1,32 и R = 4,2 kμ Ventiflex составили

Qвмп = 11,22 м 3 /с

N = 64,9 кВт

Сравнительная таблица результатов расчетов рукавов Ventiflex и рукавов из винилискожи для различной длины воздуховодов:

таблица 2

Вывод:

Таким образом, сравнительный расчет рабочих точек для вентиляторов при использовании вентиляционных рукавов Ventiflex и рукавов, произведенных из винилскожи (ТГВШ), показал, что в первом случае

  • упрощается подбор вентилятора
  • вентилятор требуется гораздо меньшей мощности, что снижает эксплуатационные затраты на электроэнергию.

Обобщенные технические характеристики линейки вентрукавов от ООО «КолаВент» можно посмотреть здесь.

Источник

Как рассчитать центробежный вентилятор. Аэродинамические характеристики вентилятора: как их «читать» и применять на практике

В каталогах для вентиляторов часто приводят аэродинамические характеристики вентилятора в виде графика. В качестве примера рассмотрим такой график для центробежного вентилятора среднего давления ВЦ 14-46 №4.По горизонтальной оси: Q — производительность (количество воздуха, перекачиваемое вентилятором в единицу времени), измеряется куб метрами в час. По вертикальной оси: Pv — полное давление. Полное давление вентилятора равно разности полных давлений потока за вентилятором и перед ним. Масштаб графиков — логарифмический.

На графике:
Pv — полное давление, Па;
Q — производительность, тыс. м3/час;
— установочная мощность, кВт;
n — частота вращения рабочего колеса, об/мин;
η — КПД агрегата.

Реальные кривые полного давления вентилятора Pv(Q) при вращении его рабочего колеса (крыльчатки) при оборотах n=950 об/мин и n=1450 об/мин обозначены двумя жирными линиями. Здесь же приведена серия ниспадающих кривых, пересекающих кривые Pv(Q) (тонкие линии). Эти кривые иногда называют кривыми мощности (или кривыми равной мощности). На каждой такой кривой приведена мощность электродвигателя. На самом деле, это кривые полного давления Pv’(Q), которое имел бы этот вентилятор, если бы он работал с переменной частотой вращения, но при постоянной мощности. Слева от точки пересечения с реальной кривой Pv(Q) — с повышенной частотой вращения относительно номинала, а правее точки пересечения — с пониженной частотой. Из всего выше сказанного следует понимать, что в левой части, до пересечения мнимой кривой (тонкой линии) с реальной (жирной линии) электродвигатель вентилятора работает с запасом по мощности, а в правой части после пересечения — электродвигатель перегружен, и при длительной работе может выйти из строя.

Читайте также:  Перед началом работы продолжительность естественной вентиляции

Например, если взять вентилятор ВЦ 14-46 №4, укомплектовать его электродвигателем 4кВт 1500 об/мин и включить такой вентилятор с открытым входом — то в таком случае рабочая точка вентилятора сместиться в крайнее правое положение на кривой полного давления Pv(Q) для n=1450 об/мин (при этом Q > 10 тыс. куб м и Рv=1400 Па)(точка А на графике). Но чтобы перекачать такое количество воздуха и с таким давлением нужна установочная мощность электродвигателя не менее 7,5 кВт, а лучше и 11 кВт (см. графики). Поэтому в таком режиме электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин будет работать с большой перегрузкой и наверняка очень скоро перегреется и выйдет из строя (если у него нет соответствующей защиты).

И что же делать?

Надо закрывать (т.е. шиберовать) вход вентилятора. По идее, первый запуск вентилятора должен происходить при закрытом шибере на входе вентилятора (т.е. на «холостом» ходу). «Холостой» ход для вентилятора — это работа вентилятора при закрытом входе (рабочая точка на реальной кривой полного давления вентилятора смещена влево). После пуска агрегата шибер открываются одновременно с измерением тока потребления электродвигателя (рабочая точка по кривой смещается вправо). Постепенно открытием шибера значение тока потребления электродвигателя доводится до номинального* и при этом шибер фиксируется (точка В на графике). Дальнейшее открытие шибера будет смещать рабочую точку вентилятора вправо (к точке А), а это в нашем случае будет вводить электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин в режим перегрузки.

* — Номинальный ток электродвигателя указан на шильдике электродвигателя.

При выборе вентилятора полезными могут оказаться закономерности, связанные с частотой вращения его рабочего колеса (крыльчатки):

  • Производительность пропорциональна частоте вращения: удвоение частоты вращения рабочего колеса вентилятора в два раза — увеличивает его производительность в два раза.
  • Давление пропорционально квадрату частоты вращения: удвоение частоты вращения — увеличивает давление в 4 раза.
  • Потребляемая мощность пропорциональна частоте вращения в третьей степени: удвоение частоты вращения — увеличивает потребляемую мощность в 8 раз.

Вентиляторами называют воздуходувные машины, предназначенные для перемещения воздуха, других газов и пылегазовоздушных смесей. До недавнего времени их использовали в системах вентиляции и кондиционирования при давлениях до 2000. 3000 Па, а теперь ввиду значительного повышения аэродинамических и прочностных качеств область применения вентиляторов расширилась до давлений 20 000 и даже 30 000 Па.

Наибольшее распространение получили радиальные и осевые вентиляторы.

В зависимости от разности полных давлений, создаваемых при перемещении воздуха плотностью 1,2 кг/м 3 , радиальные вентиляторы делятся на три группы :

Вентиляторы низкого давления с разностью полных давлений, до 1000 Па;

Вентиляторы среднего давления с разностью полных давлений от 1000 до 3000 Па;

Вентиляторы высокого давления с разностью полных давлений более 3000 Па.

В системах вентиляции и кондиционирования воздуха чаще применяются вентиляторы низкого и среднего давления. Вентиляторы высокого давления используются в технологических установках, а также в вентиляционных системах при значительной протяженности воздуховодов и большом гидравлическом сопротивлении сети.

В зависимости от состава перемещаемого воздуха вентиляторы могут быть:

Обычного исполнения — из углеродистой стали для перемещения неагрессивных малозапыленных сред с температурой до 80 °С;

Коррозийностойкого исполнения — из титана, нержавеющей стали, алюминия, винипласта, полипропилена, углеродистой стали с антикоррозионным покрытием;

Пылевые — для воздуха с содержанием пыли свыше 150 мг/м 3 (поскольку эти вентиляторы подвергаются интенсивному истиранию, к материалу, из которого они изготовлены, предъявляются повышенные требования в отношении износоустойчивости);

Взрывобезопасного исполнения — по специальным условиям.

Вентиляторы изготавливаются со следующими типами приводов: с непосредственным соединением с электродвигателем, с клиноременной передачей при постоянном передаточном отношении, с регулируемой бесступенчатой передачей через гидравлические и индукционные муфты скольжения. Последние два способа применяются для вентиляторов больших размеров.

Предусматривается ряд схем исполнения радиальных и осевых вентиляторов (рис. 5.1). При исполнении 1 и 1а рабочее колесо непосредственно насаживается на вал электродвигателя, при исполнениях 2, 2а и 3 валы вентиляторов и электродвигателей соединяются с помощью эластичной муфты, при исполнениях 4-6 радиальные вентиляторы и исполнении 6 осевые вентиляторы снабжены шкивами для соединения с электродвигателями с помощью ременной передачи. При исполнении 7 радиальный вентилятор имеет двустороннее всасывание.

Радиальный вентилятор (рис. 5.2) состоит из трех основных частей: лопастного рабочего колеса турбинного типа (его называют также ротором или турбиной), корпуса спиральной формы (также именуемого кожухом или улиткой) и станины. Рабочее колесо служит для создания давления и подачи воздуха в сеть. Лопатки колеса передают мощность двигателя перемещаемому воздуху. Улиткообразный корпус служит для собирания потока воздуха, сбегающего с лопаток рабочего колеса, и для частичного преобразования динамического давления в статическое. Изготавливаются радиальные вентиляторы правого и левого вращения. Рабочее колесо вентилятора правого вращения вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания воздуха; рабочее колесо вентилятора левого вращения, соответственно, вращается против часовой стрелки.

Радиальные вентиляторы могут иметь различное положение кожуха и направление выпуска воздуха (рис. 5.3).

При вращении рабочего колеса возникает центробежная сила, под действием которой воздух отбрасывается к наружной поверхности лопаток, собирается в кожухе и выбрасывается через выхлопное отверстие. Вследствие выхода части воздуха в межлопаточном пространстве создается разрежение и воздух извне под действием атмосферного давления поступает во всасывающее отверстие вентилятора.

При прохождении через радиальный вентилятор воздух изменяет первоначальное направление своего движения, поворачивая на 90°.

Рис. 5.1. Схема исполнения радиальных и осевых вентиляторов.

рис. 5.2. Радиальный вентилятор: 1 — лопастное колесо; 2 — спиральный корпус; 3 — входное отверстие; 4 — выходное отверстие.

Рис. 5.3. Расположение спиральных корпусов правого (а) и левого (б) вращения.

Правильным является вращение колес по ходу разворота спиральных корпусов. При обратном же вращении колес производительность, давление и КПД вентиляторов резко уменьшаются, но реверсирование, т. е. изменение направления подачи воздуха, не происходит.

В радиальных вентиляторах встречаются лопатки рабочего колеса, загнутые вперед, назад и расположенные радиально (рис. 5.4).

Наибольшее давление создают вентиляторы, рабочие колеса которых снабжены лопатками, загнутыми вперед; наибольший КПД будет

Рис. 5.4. Форма лопаток радиального вентилятора: а — загнутые вперед; б — радиальные; в — загнутые назад.

при лопатках, загнутых назад. При этих же лопатках вентилятор создает меньший шум.

Осевые вентиляторы называются так потому, что движение воздуха происходит параллельно оси вентилятора. При прохождении осевого вентилятора воздух сохраняет направление своего движения ине поворачивает на 90°, как в радиальном вентиляторе.

Рис. 5.5. Осевой вентилятор: 1 — обечайка; 2 — втулка; 3 — лопасти; 4 — электродвигатель; 5 — направление потока воздуха.

Осевой вентилятор (рис. 5.5) состоит из рабочего колеса — втулки с лопастями — и обечайки. Число лопаток может быть различным — от двух и выше.

Осевые вентиляторы обладают значительной производительностью при сравнительно небольшом давлении — обычно до 350 Па, иногда до 700 Па и выше. Чаще всего осевой вентилятор соединяется с электродвигателем на одном валу или на одной оси. Применяются также соединения с помощью клиноременной передачи.

Осевые вентиляторы имеют более высокий КПД, чем радиальные, так как по пути движения потока через осевой вентилятор меньше внутренних потерь давления.

Осевые вентиляторы в конструктивном исполнении значительно проще радиальных, имеют меньшую металлоемкость. При работе осевых вентиляторов создается значительный шум, что является одним из основных недостатков.

Осевые вентиляторы устанавливаются без вентиляционной сети или с сетью незначительной протяженности, так как они рассчитаны на создание сравнительно небольших давлений. Осевые вентиляторы некоторых конструкций обладают реверсивностью, т. е. изменением направления движения воздуха через вентиляторы. Реверсивные вентиляторы имеют симметричный профиль лопаток.

Для удаления воздуха из верхней зоны помещения служат крышные осевые и радиальные вентиляторы. При транспортировании липкой, волокнистой и цементирующейся пыли крышные вентиляторы не применяются .

Осевые крышные вентиляторы предназначены для удаления воздуха с температурой до 40 °С при общеобменной вытяжной вентиляции, а также для направления удаляемого воздуха сосредоточенной струей вверх.

Радиальные крышные вентиляторы (стальные) могут применяться для установок с сетью воздуховодов (в том числе для многоэтажных зданий). В тех случаях, когда не требуется очистка воздуха перед выбросом в атмосферу, радиальные крышные вентиляторы используются для удаления воздуха с температурой не более 50 °С от местных укрытий.

Коррозионно стойкие крышные вентиляторы из титана типа ВКРТ предназначены для удаления невзрывоопасных газовоздушных смесей с агрессивными примесями, вызывающими ускоренную коррозию вентиляторов из углеродистой и нержавеющей стали. Эти вентиляторы применяются как для общеобменной вытяжной вентиляции, так и для систем местных отсосов, гидравлическое сопротивление которых находится в пределах напора, создаваемого вентилятором.

Между основными параметрами вентилятора и числом оборотов рабочего колеса существуют следующие соотношения.

Производительность вентилятора прямо пропорциональна числу оборотов рабочего колеса:

Давление, создаваемое вентилятором, прямо пропорционально квадрату числа оборотов:

Мощность вентилятора прямо пропорциональна кубу числа оборотов:

Приведенные зависимости называются законами пропорциональности.

Зависимость между основными параметрами вентилятора производительностью L, давлением Н, мощностью N, КПД и числом оборотов п определяется экспериментальным путем на основе стендовых испытаний и выражается в виде таблиц и номограмм. Эти таблицы и номограммы называются характеристиками вентиляторов.

На графике по оси абсцисс отложена производительность вентилятора L, а по оси ординат — полное давление Н.

При подборе вентиляторов наибольшие удобства и наглядность представляют характеристики, построенные для каждого вентилятора при разной частоте вращения (рис. 5.6).

Верхняя кривая HL обычно соответствует наибольшей допустимой частоте вращения по соображениям прочности, а нижняя кривая HL определяет условия работы нагнетателя без сети при L=L max т. е. Н=Н ДИН.

Читайте также:  Чехлы для кресел с вентиляцией

Рис. 5.6. Характеристика радиального вентилятора.

Работа вентилятора в сети не может рассматриваться изолированно от ее особенностей. Один и тот же вентилятор, работая при одинаковом числе оборотов в различных сетях, будет подавать различные количества воздуха и создавать различные давления. Это видно при рассмотрении характеристики вентилятора.

Режим работы вентилятора в данной сети может быть определен при совмещении характеристики вентилятора с выполненной в том же масштабе характеристикой сети.

Характеристика сети выражается уравнением:

Н с = k х L 2 , (5.4)

ще Н с — потери давления в сети; L — расход воздуха в сети; к — коэффициент, зависящий от особенностей сети.

Этому уравнению соответ-. ствует парабола, проходящая через начало координат.

Точка пересечения характеристики сети с характеристикой вентилятора называется рабочей точкой. При этом соблюдено условие, что производительность вентилятора L равна расходу воздуха в сети, а сопротивление сети Н с равно давлению, создаваемому вентилятором Н.

Совмещение характеристики вентилятора с характеристикой сети показано на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Совмещение характеристики вентилятора с характеристикой сети.

Подбор вентилятора и электродвигателей

Вентиляторы подбирают по характеристикам, помещенным в каталогах и справочниках . Для подбора вентилятора необходимо знать его производительность L и давление Н.

Производительность вентилятора определяется с учетом потерь илиподсосов воздуха в воздуховодах. Для этого вводятся поправочные коэффициенты на расчетное количество воздуха: для стальных, пластмассовых и асбоцементных (из труб) воздуховодов длиной до 50 м — 1,1; для остальных — 1,15. Кроме того, количество подсасываемого воздуха в пылеуловителях следует принимать по паспортным данным.

Производительность вентиляторов (в м 3 /ч) определяют по формуле:

где L p — расчетная производительность, м 3 /ч; п — поправочный коэффициент. Давление вентилятора Н принимают равным расчетному, если вентилятор предназначается для перемещения чистого и малозапылен-ного воздуха.

Давление вентилятора, транспортирующего запыленный воздух (в Па), определяют по формуле:

Н = 1,1 Н р х(1 +kμ), (5.6)

где к — коэффициент, учитывающий особенности перемещаемого материала;

μ — массовая концентрация транспортируемой смеси, т. е. отношение массы перемещаемого в воздушном потоке материала к массе воздуха.

Вентиляторы выбирают в следующем порядке: по заданным значениям производительности и давления на характеристике вентилятора находят точку пересечения координат L и Н. В том случае, если эта точка располагается между «рабочими» характеристиками, то ее сносят по вертикали на лежащую ниже «рабочую» характеристику и пересчитывают систему на новое давление, соответствующее полученной рабочей точке, или же повышают ее до расположенной выше «рабочей» характеристики. По принятой «рабочей» характеристике, по заданным L и Н находят частоту вращения рабочего колеса вентилятора п, мин -1 , его коэффициент полезного действия η. Затем определяют потребляемую мощность N, кВт.

Характеристики вентиляторов даны в пределах допустимых частот вращения рабочих колес нагнетателей из условий их прочности, поэтому применение вентиляторов с большей частотой вращения не допускается. Частоту вращения рабочих колес вентилятора ограничивают условия бесшумности.

Обычно определенным значениям L и Н удовлетворяют несколько номеров и типов вентиляторов. Остановиться нужно на вентиляторе, который имеет более высокий КПД.

Как правило, коэффициент полезного действия вентилятора должен быть не ниже 90% от максимально возможного для данной серии.

При подборе вентиляторов необходимо учитывать, что характеристики вентиляторов составлены для стандартных условий, т. е. для чистого воздуха при t=20°C; ф=50%; р=1,2 кг/м 3 , р б =0,101 МПа. Поэтому для условий, отличающихся от стандартных, при выборе вентилятора следует принимать производительность вентилятора и условное давление равным соответственно:

где L p — расчетный объем воздуха при рабочих условиях, м 3 /ч;

L — расход воздуха, принимаемый для подбора вентилятора,

Н в.р. — расчетное сопротивление сети, Па (для систем пневмЫтранспорта и аспирации с учетом потерь на примеси);

Н у — условное давление, принимаемое для подбора вентилятор

t — температура воздуха или газа, °С;

Р б — барометрическое давление в месте установки вентилятора,

р г — плотность газа (t=0 °C и р б =0,101 МПа);

р в — плотность воздуха при тех же условиях. Потребляемая мощность на валу электродвигателя N, кВт, опре« деляется по формуле:

При перемещении воздуха с механическими примесями:

где L — производительность вентилятора, м 3 /ч; Н — создаваемое вентилятором давление, Па; η в — КПД вентилятора в рабочей точке характеристики; η п — КПД передачи, принимаемый по табл. 5.1.

Значение КПД передач

Установочная мощность электродвигателя принимается с коэффициентом запаса k 3:

N ycт = k 3 x N. (5.10)

Значения коэффициента запаса мощности приведены в табл. 5.2,¾

По установочной мощности подбирают электродвигатель. При этом нужно учитывать характер помещения, где расположена вентиляционная установка. В случае необходимости применяют электродвигатели в защищенном или взрывобезопасном исполнении.

При установке электродвигателей в помещениях с температурой 45 °С установленную мощность электродвигателя необходимо увеличить на 8%, а при 50 °С — на 15%.

Подобрать радиальный вентилятор для перемещения L=30000 м 3 /ч чистого воздуха с температурой t=60 °C. Сопротивление сети воздуховодов Н в.р =660 Па. Барометрическое давление р б =0,089 МПа.

Температура перемещаемого воздуха отличается от стандартной (t=20 °C). Поэтому условное давление для подбора вентилятора определяем по формуле (5.7):

Этим условиям удовлетворяет радиальный вентилятор, универсальная характеристика которого приведена на рис. 5.8.

Вентилятор при L=30000 м 3 /ч и Н у =852 Па имеет КПД, равный 0,84.

В точке пересечения линии давления и производительности по характеристике для данного вентилятора находим частоту вращения рабочего колеса вентилятора (п=845 об./мин).

При установке вентилятора на клиноременной передаче требуемая мощность электродвигателя по формуле (5.8) составит:

Рис. 5.8. Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ4-75-10 (исполнение 6).

Установочная мощность электродвигателя с учетом запаса по формуле (5.10) должна быть не менее N y =l,l x 8,7=9,6 кВт. Принимаем ближайший больший по мощности электродвигатель.

Выбор типа электродвигателя зависит от места его установки. В сухих малозапыленных помещениях, не содержащих в воздухе агрессивных газов и взрывоопасных веществ, устанавливаются защищенные электродвигатели.

В помещениях пыльных, влажных и содержащих агрессивные газы применяют закрытые обдуваемые электродвигатели. Этот же тип двигателей применяется при установке на открытом воздухе .

В помещениях, содержащих взрывоопасные соединения, а также при установке электродвигателей в одном помещении с вытяжными вентиляторами, обслуживающими взрывоопасные производства, применяют электродвигатели во взрывобезопасном исполнении. Условия установки электродвигателей во взрывобезопасном исполнении приведены в .

При использовании клиноременной передачи электродвигатели устанавливаются на салазках.

При непосредственном соединении двигателей с вентиляторами по схемам исполнения 2 и 3 (см. рис. 5.1) применяют упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП (МН 2096-64).

Муфты этой конструкции подразделяются на нормальные (тип МН) — для передачи крутящих моментов от 128 до 15350 Нм и облегченные (тип МО) — для передачи крутящих моментов от 67 до 7160 Нм.

Крутящий момент можно определить по формуле:

где N — установочная мощность электродвигателя, кВт;

п — частота вращения вала, на котором устанавливается муфта,

Клиноременные передачи применяются при соединении двигателей с вентиляторами по схемам 4, 6 и 7 (см. рис. 5.1) . Клиноременную передачу рассчитывают по ГОСТ 1284-80.

По горизонтальной оси: Q – производительность (количество воздуха, перекачиваемое вентилятором в единицу времени), измеряется куб метрами в час.
По вертикальной оси: Pv – полное давление. Полное давление вентилятора равно разности полных давлений потока за вентилятором и перед ним. Масштаб графиков — логарифмический.

На графике:
Pv – полное давление, Па;
Q – производительность, тыс. м3/час;
– установочная мощность, кВт;
n – частота вращения рабочего колеса, об/мин;
η – КПД агрегата.

Реальные кривые полного давления вентилятора Pv(Q) при вращении его рабочего колеса (крыльчатки) при оборотах n=950 об/мин и n=1450 об/мин обозначены двумя жирными линиями. Здесь же приведена серия ниспадающих кривых, пересекающих кривые Pv(Q) (тонкие линии). Эти кривые иногда называют кривыми мощности (или кривыми равной мощности). На каждой такой кривой приведена мощность электродвигателя.

На самом деле, это кривые полного давления Pv’(Q), которое имел бы этот вентилятор, если бы он работал с переменной частотой вращения, но при постоянной мощности.
Слева от точки пересечения с реальной кривой Pv(Q) — с повышенной частотой вращения относительно номинала, а правее точки пересечения — с пониженной частотой.

Из всего выше сказанного следует понимать, что в левой части, до пересечения мнимой кривой (тонкой линии) с реальной (жирной линии) электродвигатель вентилятора работает с запасом по мощности, а в правой части после пересечения – электродвигатель перегружен, и при длительной работе может выйти из строя.

Пример характеристики вентилятора при комплектации электродвигателем

Рассмотрим такой пример. Если взять вентилятор ВЦ 14-46 №4 , укомплектовать его электродвигателем 4кВт 1500 об/мин и включить такой вентилятор с открытым входом – то в таком случае рабочая точка вентилятора сместиться в крайнее правое положение на кривой полного давления Pv(Q) для n=1450 об/мин (при этом Q > 10 тыс. куб м и Рv=1400 Па) (точка А на графике). Но чтобы перекачать такое количество воздуха и с таким давлением нужна установочная мощность электродвигателя не менее 7,5 кВт, а лучше и 11 кВт (см. графики). Поэтому в таком режиме электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин будет работать с большой перегрузкой и наверняка очень скоро перегреется и выйдет из строя (если у него нет соответствующей защиты).

И что же делать?

Надо закрывать (т.е. шиберовать) вход вентилятора. По идее, первый запуск вентилятора должен происходить при закрытом шибере на входе вентилятора (т.е. на «холостом» ходу).

«Холостой» ход для вентилятора — это работа вентилятора при закрытом входе (рабочая точка на реальной кривой полного давления вентилятора смещена влево).

После пуска агрегата шибер открываются одновременно с измерением тока потребления электродвигателя (рабочая точка по кривой смещается вправо). Постепенно открытием шибера значение тока потребления электродвигателя доводится до номинального* и при этом шибер фиксируется (точка В на графике). Дальнейшее открытие шибера будет смещать рабочую точку вентилятора вправо (к точке А ), а это в нашем случае будет вводить электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин в режим перегрузки.

Читайте также:  Вентилятор для распберри пай

* — Номинальный ток электродвигателя указан на шильдике электродвигателя.

Вентиляторы – устройства, предназначенные для создания воздушного (в общем случае, газового) потока. Основная задача, которую решают с применением этих устройств в оборудовании для вентиляции, кондиционирования и воздухоподготовки – создание в системе воздуховодов условий для перемещения воздушных масс от точек забора до точек выброса или потребителей.

Для эффективной работы оборудования воздушный поток, создаваемый вентилятором должен преодолеть сопротивление системы воздуховодов, обусловленное поворотами магистралей, изменением их сечения, появлением турбулентностей и прочими факторами.

В результате имеет место перепад давления, который является одним из важнейших характеристических показателей, влияющих на выбор вентилятора (кроме него основную роль играют производительность, мощность, уровень шума и т.д.). Зависят эти характеристики, прежде всего, от конструкции устройств и используемых принципов работы.

Все множество конструкций вентиляторов разделяют на несколько основных типов:

  • Радиальные (центробежные);
  • Осевые (аксиальные);
  • Диаметральные (тангенциальные);
  • Диагональные;
  • Компактные (кулеры)

Центробежные (радиальные) вентиляторы

В устройствах этого типа происходит всасывание воздуха по оси рабочего колеса и выброс его под действием центробежных сил, развиваемых в зоне его лопастей, в радиальном направлении. Использование центробежных сил позволят использовать такие устройства в случаях, когда требуется высокое давление.

Характеристики радиальных вентиляторов в значительной мере зависят от конструкции рабочего колеса и формы лопастей (лопаток).

По этому признаку крыльчатки радиальных вентиляторов разделяют на устройства с лопатками:

  • загнутыми назад;
  • прямыми, в том числе, отклоненными;
  • загнутыми вперед.

На рисунке упрощенно показаны типы крыльчаток (рабочее направление вращения колес обозначено стрелками).

Рабочие колеса с загнутыми назад лопастями

Для такой крыльчатки (B на рисунке) характерна значительная зависимость производительности от давления. Соответственно, радиальные вентиляторы такого типа оказываются эффективны при работе на восходящей (левой) ветви характеристики. При их использовании в таком режиме достигается уровень эффективности до 80%. При этом геометрия лопаток позволяет добиться низкого уровня рабочего шума.

Основной недостаток таких устройств – налипание находящихся в воздухе частиц на поверхности лопастей. Поэтому такие вентиляторы не рекомендуется применять для загрязненных сред.

Рабочие колеса с прямыми лопатками

В таких крыльчатках (форма R на рисунке) устранена опасность загрязнения поверхности содержащимися в воздухе примесями. Такие устройства демонстрируют эффективность до 55% . При использовании прямых отклоненных назад лопастей характеристики приближаются к показателям устройств с загнутыми назад лопатками (достигается эффективность до 70%).

Крыльчатки с загнутыми вперед лопастями

Для вентиляторов, использующих такую конструкцию (F на рисунке) влияние изменения давления на воздушный поток незначительно.

В отличие от крыльчаток с загнутыми назад лопастями наибольшая эффективность таких рабочих колес достигается при работе на правой (нисходящей) ветви характеристики, при этом ее уровень составляет до 60%. Соответственно, при прочих равных, вентилятор с крыльчаткой типа F выигрывает у устройств, снабженных крыльчаткой, по размерам рабочего колеса и общим габаритным показателям.

Осевые (аксиальные) вентиляторы

Для таких устройств и входной и выходной воздушный потоки направлены параллельно оси вращения крыльчатки вентилятора.

Главным недостатком таких устройств является низкая эффективность при использовании варианта установки со свободным вращением.

Значительное повышение эффективности достигается при заключении вентилятора в цилиндрический корпус. Существуют и другие методы улучшения характеристик, например, размещение непосредственно за рабочим колесом направляющих лопастей. Такие меры позволяют добиться эффективности аксиальных вентиляторов в 75% без использования направляющих лопастей и даже 85% при их установке.

Диагональные вентиляторы

При осевом воздушном потоке невозможно создать значительный уровень эквивалентного давления. Добиться увеличения статического давления позволяет использование для создания воздушного потока дополнительных сил, например, центробежных, которые действуют в радиальных вентиляторах.

Диагональные вентиляторы являются своеобразным гибридом аксиальных и радиальных устройств. В них всасывание воздуха осуществляется в направлении, совпадающем с осью вращения. За счет конструкции и расположения лопастей рабочего колеса достигается отклонение воздушного потока на 45 градусов.

Таким образом, в движении воздушных масс появляется радиальная составляющая скорости. Это позволяет добиться увеличения давления за счет действия центробежных сил. Эффективность диагональных устройств может составлять до 80%.

Диаметральные вентиляторы

В устройствах этого типа поток воздуха всегда направлен по касательной к рабочему колесу.

Это позволяет добиться значительной производительности даже при малых диаметрах крыльчатки. Благодаря таким особенностям диаметральные устройства получили распространение в компактных установках, таких как воздушные завесы.

Эффективность вентиляторов, использующих этот принцип действия, достигает уровня в 65%.

Аэродинамическая характеристика вентилятора

Аэродинамическая характеристика отражает зависимость расхода (производительности) вентилятора от давления.

На ней находится рабочая точка, показывающая актуальный расход при определенном уровне давления в систем.

Характеристика сети

Сеть воздуховодов при различных значениях расхода оказывает различное сопротивление движению воздуха. Именно это сопротивление определяет давление в системе. Отображается эта зависимость характеристикой сети.

При построении аэродинамической характеристики вентилятора и характеристики сети в единой систем координат рабочая точка вентилятора находится на их пересечении.

Расчет характеристики сети

Для построения характеристик сети используется зависимость

  • dP – давление вентилятора, Па;
  • q – расход воздуха, куб.м/ч или л/мин;
  • k – постоянный коэффициент.

Характеристика сети строится следующим образом.

  1. На аэродинамическую характеристику наносится первая точка, соответствующая рабочей точке вентилятора. К примеру, работает при давлении 250 Па, создавая воздушный поток 5000 куб.м/ч. (точка 1 на рисунке).
  2. По формуле определяется коэффициент kk = dP/q2Для рассматриваемого примера его величина составит 0.00001.
  3. Произвольно выбираются несколько отклонений давления, для которых пересчитывается расход.К примеру, при отклонения давления -100 Па (результирующая величина 150 Па) и +100 Па (значение 350 Па), рассчитанный по формуле расход воздуха составит 3162 и 516 куб.м/ч соответственно.

Полученные точки наносятся на график (2 и 3 на рисунке) и соединяются плавной кривой.

Каждому значению сопротивления сети воздуховодов соответствует собственная характеристика сети. Строятся они аналогичным образом.

В результате, при сохранении скорости вращения вентилятора, рабочая точка смещается по аэродинамической характеристике. При увеличении сопротивления рабочая точка из положения 1 смещается в положение 2, что вызывает снижение расхода воздуха. Наоборот, при уменьшении сопротивления (переход в точку 3 а линии С) расход воздуха увеличится.

Таким образом, отклонение реального сопротивления системы воздуховодов от расчетного приводит к несоответствию величины воздушного потока проектным значениям, что может отрицательно сказаться на эксплуатационных показателях системы в целом. Главная опасность такого отклонения заключается в невозможности для вентиляционных систем эффективно выполнять возложенные на них задачи.

Компенсировать отклонение расхода воздуха от расчетного можно за счет изменения скорости вращения вентилятора. При этом получается новая рабочая точка, лежащая на пересечении характеристики сети и той аэродинамической характеристики из семейства, которая соответствует новой скорости вращения.

Соответственно, при повышении или уменьшении сопротивления потребуется отрегулировать скорость вращения таким образом, чтобы рабочая точка переместилась в положение 4 или 5 соответственно.

В этом случае наблюдается отклонение давления от расчетной характеристики сети (величина изменений отображена на рисунке).

На практике появления таких отклонений говорит о том, что режим работы вентилятора отличается от того, который был рассчитан из соображений максимальной эффективности. Т.е. регулирование скорости как в сторону увеличения, так и в сторону снижения ведет к потере эффективности работы вентилятора и системы в целом.

Зависимость эффективности вентиляторов от характеристик сети

Для упрощения выбора вентилятора на его аэродинамических характеристиках строят несколько характеристик сети. Чаще всего используются 10 линий, номера которых удовлетворяют условию

  • L – номер характеристики сети;
  • dPd – динамическое давление, Па;
  • dP – величина общего давления.

На практике это означает, что в рабочей точке на каждой из построенных линий воздушный поток вентилятора составляет соответствующую величину от максимальной. Для линии 5 – это 50%, для линии 10 – 100% (вентилятор свободно дует).

При этом эффективность вентилятора, которая определяется соотношением

  • dP – общее давление, Па;
  • q – расход воздуха, куб.м/ч;
  • P – мощность, Вт

может оставаться неизменной.

В этом отношении интерес представляет сравнение эффективности радиальных вентиляторов с загнутыми назад и вперед лопастями рабочего колеса. Для первых максимальное значение этого показателя нередко оказывается выше, чем для вторых. Однако, такое соотношение сохраняется только при работе в области характеристик сети, соответствующим меньшему расходу при заданном значении давления.

Как видно из рисунка, при высоких уровнях расхода воздуха для получения равной эффективности вентиляторам с загнутыми назад лопатками потребуются больший диаметр рабочего колеса.

Аэродинамические потери в сети и правила монтажа вентиляторов

Технические характеристики вентиляторов соответствуют указанным производителем в технической документации в том случае, если выполняются требования по их установке.

Основным из них является монтаж вентилятора на прямом участке воздуховода, причем его длина должна составлять не менее одного и трех диаметров вентилятора со стороны всасывания и нагнетания соответственно.

Нарушение этого правила ведет к увеличению динамических потерь, и, как следствие, к росту перепада давления. При увеличении такого перепада расход воздуха может значительно уменьшится, по сравнению с расчетными значениями.

На уровень динамических потерь, производительность и эффективность влияет множество факторов. Соответственно, при установке вентиляторов необходимо выполнять и другие требования.

Со стороны всасывания:

  • вентилятор устанавливают на расстоянии не менее 0.75 диаметра до ближайшей стены;
  • сечение входного воздуховода не должно отличаться от диаметра входного отверстия более чем на +12 и -8%;
  • длина воздуховода со стороны забора воздуха должна быть больше 1.0 диаметра вентилятора;
  • наличие препятствий для прохождения воздушного потока (демпферов, ответвлений и др.) недопустимо.

Со стороны нагнетания:

  • изменение поперечного сечения воздуховода не должно превышать 15% и 7% в сторону уменьшения и увеличения соответственно;
  • длина прямолинейного участка трубопровода на выходе должна составлять не менее 3-х диаметров вентилятора;
  • для уменьшения сопротивления не рекомендуется использовать отводы под углом 90 градусов (при необходимости поворота магистрали их следует получить из двух отводов по 45 градусов).

Требования к удельной мощности вентиляторов

Высокие показатели энергоэффективности – одно из главных требований, которое применяется в европейских странах ко всему оборудованию, в том числе, и к системам вентиляции зданий. В соответствии с этим Шведским институтом внутреннего климата (Svenska Inneklimatinsitutet) была разработана концепция интегральной оценки эффективности для вентиляционного оборудования, основанная на так называемой удельной мощности вентиляторов.

Источник