Что такое быстроходность вентилятора
Обновлено: 14.05.2024
В настоящее время большое внимание уделяется энергоэффективности процессов, оборудования и т.д., не составляют исключение и вентиляционные системы. Если систему рассматривать только с точки зрения аэродинамики (то есть не учитывать подвод или отвод теплоты), то аэродинамически эффективной мы называем систему, которая для перемещения необходимого расхода воздуха потребляет минимальную мощность. При этом следует понимать, что речь идет о некой вентиляционной системе, которая по своей конфигурации может быть далеко не оптимальной.
Данная статья представлена в форме скрытого диалога как ответ авторов на ряд дискуссионных вопросов, связанных с эффективностью вентиляционных систем.
Как определить эффективность вентиляционной системы? Мы предложили свой вариант, который был изложен в статье [1]. В дальнейшем на эту тему на 44-м конгрессе KGH-2013 в Белграде был сделан доклад (ISSN 0350–1426), а по предложению Российского секретариата ИСО в Комитете ISO TK 117 (Fans) была открыта работа.
Какие основные факторы влияют на аэродинамическую эффективность вентиляционной системы?
В равной мере для эффективности вентиляционной системы важны и коэффициент полезного действия вентилятора (КПД) на рабочем режиме, и аэродинамические потери в вентиляционной системе. Что мы имеем в виду? Например, для подачи 100000 м 3 /ч (27,8 м 3 /с) свежего воздуха в первоначальном проекте суммарные потери в вентиляционной системе (включая потери в приточной установке) составляли 1500 Па, а после ее оптимизации – 1000 Па. Если принять, что вентиляторы в обоих случаях подобраны должным образом и на рабочем режиме они имеют довольно высокий КПД, равный 80%, то потребляемая мощность вентиляторов будет равна 52 и 35 кВт. То есть выигрыш в оптимизации потерь в вентиляционной системе довольно значителен. Однако если во втором случае вентилятор подобран неоптимально, например его КПД на рабочем режиме только 54%, то он будет потреблять те же 52 кВт, то есть ожидаемого эффекта от оптимизации вентиляционной системы не будет.
КПД вентилятора
Рассмотрим более подробно первую составляющую эффективности вентиляционной системы, а именно КПД вентилятора. Возникает вполне резонный вопрос: нужно ли гнаться за высоким максимальным КПД вентилятора? Однозначно утверждаем, что да, хотя и с некоторыми оговорками, о которых речь пойдет далее.
Сразу же необходимо пояснить: существуют два коэффициента полезного действия – по полным и статическим параметрам. Физический смысл и различие этих двух коэффициентов, как нам кажется, достаточно хорошо описаны в нашей книге [2]. В дальнейшем мы говорим о полном КПД вентилятора, если речь идет о сети на всасывании и нагнетании вентилятора, и о статическом КПД, если сеть расположена только на всасывании.
Подбор вентилятора на заданный рабочий режим:
А – рабочий режим вентилятора 1, Б – вентилятора 2
Осевые вентиляторы с упрощенными некручеными лопатками и большими радиальными зазорами между лопатками и корпусами
Огромные зазоры между входными коллекторами и колесами
В спиральном корпусе установлено колесо не того направления вращения
К сожалению, в России отсутствует независимый орган (лаборатория), который мог бы дать квалифицированную техническую оценку тому, что есть на вентиляционном рынке. Исключение, насколько нам известно, составляет независимая лаборатория АПИК, которая верифицирует небольшие воздушно-тепловые завесы. По вентиляторам, приточным установкам, кондиционерам ничего подобного нет. Над созданием лаборатории сейчас работают в комитете ТК061.
Здесь хотелось бы сделать замечание. Представьте себе: вы спроектировали вентиляционную систему, заложили вентилятор известного производителя с высоким максимальным КПД, монтажники все реализовали на объекте в металле без отступлений от проекта, но при наладке оказалось, что вентилятор не выходит на заданный расход. В чем проблема? С большой долей вероятности – в соединении вентилятора с сетью (в западной технической литературе – System Factor). Другими словами, элементы вентиляционной сети, расположенные перед вентилятором, могут ухудшать его аэродинамические характеристики. Равно как и вентилятор может увеличивать аэродинамические потери в элементах сети, расположенных непосредственно на его выходе. Но это уже совершенно другая тема.
Завершая тему вентиляторов с высоким КПД, следует сказать, что существует расхожее мнение, что проблему малого КПД вентилятора на расчетном режиме (или же неоптимального выбора вентилятора) может решить частотный преобразователь. Оно ошибочно. Частотный преобразователь изменяет частоту вращения колеса, и соответственно давление и потребляемую мощность, но не изменяет его КПД (если не меняются характеристики самой вентсистемы). Например, при уменьшении частоты вращения потребляемая вентилятором мощность уменьшается пропорционально кубу уменьшения частоты вращения. То есть имеет место прямая выгода. Но при этом КПД вентилятора остается неизменным, и если вентилятор изначально плохо подобран, то он и будет продолжать работать с низким КПД при всех частотах вращения. К слову сказать, при частотном регулировании существует ряд проблем, на которые пока не обращают внимания. Общий КПД привода (электродвигатель плюс частотный привод) сильно зависит от частоты вращения, загрузки электродвигателя и частотного преобразователя. В ряде случаев, несмотря на высокий исходный КПД вентилятора, общий КПД системы может уменьшиться на 20–30%. Кроме этого, при малых частотах вращения ухудшаются условия охлаждения электродвигателя при увеличивающихся внутренних тепловыделениях электродвигателя.
Аэродинамические потери в вентиляционной системе
О второй стороне проблемы, а именно об аэродинамических потерях вентиляционной системы или о том, как построена сама система. Для вентиляционной системы основным параметром является расход воздуха, а необходимое давление вентилятора – производной величиной, которая зависит от множества параметров: скорости воздуха в воздуховодах, конфигурации воздуховодов и т.д. Таким образом, чтобы увеличить эффективность вентиляционной системы, необходимо не только использовать вентилятор с высоким КПД на рабочем режиме, но и оптимизировать аэродинамические потери в самой системе. Говоря об аэродинамической оптимизации вентсистемы, мы подразумеваем, что это не только уменьшение потерь трения в воздуховодах, потерь в сетевых элементах и т.д., но и рациональное построение самой вентиляционной системы. Возвратимся к более понятной аналогии с автомобилем. Для минимизации затрат топлива при перевозке большого груза по маршруту с заездами в ряд удаленных от магистрали населенных пунктов маршрут должен быть соответствующим образом оптимизирован. Например, можно пустить по маршруту две менее грузоподъемные машины (разбиение вентсистемы на две), можно пустить одну большую машину, а для заезда в удаленные населенные пункты использовать менее грузоподъемные машины (использование вентиляторов-доводчиков) и т.д. Оптимизация вентиляционных сетей – довольно обширная тема, и мы предлагаем рассказать о ней в следующем номере журнала.
Г.С. Куликов, В.Б. Горелик, В.М. Литовка, А.Т. Пихота, А.М. Роженко, Н.И. Василенко, Т.Ю. Найденова, А.А. Пискунов, И.С. Бережная, Е.М. Жмулин, Л.А. Маслов, Т.С. Соломахова, Т.С. Фенько, А.Я. Шарипов, В.А. Спивак, М.С. Грановский, М.В. Фрадкин
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 27.03.90 № 591
3. Срок первой проверки - 1995 г.
периодичность проверки - 5 лет
4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4483-84.
5. ВЗАМЕН ГОСТ 10616-73
6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, приложения
2.11; 2.14; приложение
Настоящий стандарт распространяется на вентиляторы радиальные одно- и двусторонние и на осевые одно- и многоступенчатые, предназначенные для систем кондиционирования воздуха, вентиляции, а также других производственных целей, повышающие абсолютное полное давление потока не более чем в 1,2 раза и создающие полное давление до 12000 Па при плотности перемещаемой среды 1,2 кг/м .
Стандарт не распространяется на вентиляторы, встраиваемые в кондиционеры, а также в другое оборудование.
1. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ
1.1. Размер вентилятора характеризуется его номером. За номер вентилятора принимается значение, соответствующее номинальному диаметру рабочего колеса , измеренному по внешним кромкам лопаток и выраженному в дециметрах. Например, вентилятор с =200 мм обозначается № 2, =630 мм - № 6,3 и т. д.
1.2. Номинальные диаметры рабочих колес, диаметры всасывающих отверстий радиальных (черт. 1а) и осевых (черт. 1б) вентиляторов, снабженных коллекторами, и диаметры нагнетательных отверстий осевых вентиляторов, снабженных диффузорами, следует выбирать из ряда значений, соответствующих ряду R20 ГОСТ 8032, указанных в табл. 1.
При необходимости допускается применение ряда R80.
1.3. Вентиляторы разных номеров и конструктивных исполнений, выполненные по одной аэродинамической схеме, относятся к одному типу.
2. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
2.1. За производительность (объемный расход) вентилятора , (м /с) принимается объемное количество газа, поступающего в вентилятор в единицу времени, отнесенное к условиям входа в вентилятор (см. приложение).
2.2. За полное давление вентилятора (Па) принимается разность абсолютных полных давлений потока при выходе из вентилятора и перед входом в него при определенной плотности газа.
2.3. За динамическое давление вентилятора (Па) принимается динамическое давление потока при выходе из вентилятора, рассчитанное по средней скорости в выходном сечении вентилятора.
2.4. За статическое давление вентилятора (Па) принимается разность его полного и динамического давления.
2.5. За мощность (кВт), потребляемую вентилятором, принимается мощность на валу вентилятора без учета потерь в подшипниках и элементах привода.
2.6. За полный КПД вентилятора принимается отношение полезной мощности вентилятора , равной произведению полного давления вентилятора на его производительность , к мощности , потребляемой вентилятором.
2.7. За статический КПД вентилятора принимается отношение полезной мощности вентилятора , равной произведению статического давления вентилятора на его производительность , к потребляемой мощности .
2.8. Быстроходность [(м/с) Па ] и габаритность [(м/с) Па ] вентилятора являются критериями для оценки пригодности работы вентилятора в режиме, заданном величинами , , и частотой вращения , и служат для сравнения вентиляторов различных типов.
2.9. Безразмерными параметрами вентилятора являются коэффициенты производительности , полного и статического давления, а также потребляемой мощности .
2.10. Аэродинамические качества вентилятора должны оцениваться по аэродинамическим характеристикам, выраженным в виде графиков (черт. 2) зависимости полного и статического и (или) динамического давлений, развиваемых вентилятором, потребляемой мощности полного и статического КПД от производительности при определенной плотности газа перед входом в вентилятор и постоянной частоте вращения его рабочего колеса. На графиках должны быть указаны размерности аэродинамических параметров.
Допускается построение аэродинамических характеристик при частоте вращения, изменяющейся в зависимости от производительности, с указанием этой зависимости ( ) на графике. Вместо кривых и на графике может указываться кривая динамического давления вентилятора.
Допускается при построении аэродинамической характеристики кривые ; и не указывать.
2.11. Аэродинамические характеристики вентилятора должны строиться по данным аэродинамических испытаний, проведенных в соответствии с ГОСТ 10921, с указанием одного из четырех типов присоединения вентилятора к сети (А, В, С, D), принятого по табл. 2.
Типовой следует считать характеристику, полученную при испытаниях по типу присоединения вентилятора к сети А.
Под аэродинамическими характеристиками вентиляторов понимают производительность вентилятора в зависимости от значения давления воздуха в сети. Так, давление с определенным значением соответствует определенному удельному расходу воздушной массы. Данная зависимость проиллюстрирована на графике 1.
График 1– Аэродинамические характеристики вентилятора и сети воздуховода
График характеристики сети наглядно демонстрирует зависимость производительности вентилятора от значения давления воздуха в сети. На данном графике рабочей точкой вентилятора является точка лежащая на пересечении кривой характеристики сети и кривой аэродинамической характеристики вентилятора. Данная точка характеризует воздушный поток для заданной сети воздуховода.
График 2 – Кривые сети в зависимости от изменения давления
Данная зависимость наглядно показывает, как расход воздуха зависит от сопротивления воздуха в сети. В зависимости от кривой сопротивления сети рабочая точка может смещаться как вверх по графику, так и вниз, понижая или, соответственно, увеличивая расход воздуха.
При этом следует учитывать, что в случае отклонения перепада давления от теоретических (расчетных) значений, и положение рабочей точки, и расход воздуха будут отличаться от расчетных.
График 3 – Изменение значений скорости вентилятора
Для получения эксплуатационных характеристик сходных с теоретическими, возможно изменение значений скорости вращения рабочего колеса вентилятора, показано на графике 3. Так, например, при увеличении или уменьшении скорости вращения вентилятора можно смещать рабочие точки как вправо и вверх по графику, так и опускать их влево и вниз, изменяя тем самым расход воздуха.
График 4 – Изменение давления в зависимости от скорости вращения рабочего колеса вентилятора
И в первом, и во втором случаях возможно отклонение фактических показателей давления от теоретических расчетных данных (на графике 4 изображено, как ΔР1 и ΔР2). Вследствие чего, рабочая точка для расчетной сети может определяться так, чтобы была возможность выхода на уровень наибольшей эффективности эксплуатации. При этом изменение количества оборотов рабочего колеса вентилятора (и увеличение, и уменьшение) ведет к снижению эффективности.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
3.9.1. Общие сведения об аэродинамических характеристиках
Аэродинамической характеристикой вентилятора называется графическая зависимость междуосновными параметрами, определяющими
работу вентилятора, – полного давления, мощности и КПД от производительности при постоянном значении частоты вращения рабочего колеса.
Расчетные методы определения параметров работы вентилятора
не позволяют получить достаточно точные аэродинамические характе
ристики, поэтому построение их выполняется на основе данных аэро
динамических испытаний, проведенных в лабораторных условиях. Результаты исследований вентилятора при определенном числе оборотов рабочего колеса могут быть пересчитаны на другие режимы работы, а
также использоваться для построения характеристик вентиляторов, гео
метрически подобных испытанной конструкции.
Различают два вида аэродинамических характеристик: размерные
Размерные аэродинамические характеристики вентилятора
(рис. 3.42) представляют зависимости полного P V статического P SV и
(или) динамического P dV давлений, развиваемых вентилятором, потреб-
ляемой мощности N полного и статического S КПД от производительности Q при определенной плотности газа перед входом в вентилятор и постоянной частоте вращения его рабочего колеса.
При построении характеристики мощности вентилятора N Q поте
ри мощности в подшипниках и передаче не учитываются, так как способ соединения рабочего колеса с двигателем определяется в каждом кон-
Для вентиляторов общего назначения аэродинамические характеристики соответствуют работе на воздухе при нормальных условиях (плотность 1,2 кг/м 3 , барометрическое давление 101,34 кПа, температу-
ра плюс 20 °С и относительная влажность 50%). Если вентиляторы пред-
назначены для перемещения воздуха и газа, которые имеют плотность,
отличающуюся от 1,2 кг/м 3 , то на графиках приводятся дополнительные шкалы для величин P V P SV N , соответствующие действительной плотности перемещаемой среды.
Безразмерные аэродинамические характеристики представляют
собой графики зависимости коэффициентов полного и статичес
114 Генеральный спонсор –
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
Рис. 3.42. Аэродинамическая характеристика вентилятора
кого S давлений, мощности полного и статического S КПД от коэффициента производительности (рис. 3.43). При этом на гра-
фиках должны указываться значения быстроходности вентилятора диаметр D рабочего колеса и частота вращения при которых полу
Безразмерные характеристики используются для расчета размерных параметров и для сравнения вентиляторов разных типов. Пример
такого сравнения приведен на рис. 3.44.
Безразмерные параметры вентиляторов входят в область, ограни-
ченную коэффициентом производительности = 0 3 и коэффициентом
полного давления = 0 8. Анализ приведенных характеристик позволя-
ет сделать ряд практических выводов
– осевыевентиляторыявляютсясамымислабонапорными,ноимеютнаибольшие полные КПД среди рассматриваемых типов вентиляторов;
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
Рис. 3.43. Безразмерная аэродинамическая характеристика вентилятора
Рис. 3.44. Безразмерные аэродинамические характеристики вентиляторов
I – осевые; II – радиальные; III – диаметральные
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
Рис. 3.45. Аэродинамическая характеристика вентилятора в логарифмическом масштабе
при различных частотах вращения
– радиальные вентиляторы занимают промежуточную область по дав-
– диаметральные вентиляторы имеют самые большие коэффициенты
давления , достигающие значений 6 8, так как потоку сообщается
энергия дважды, при входе в колесо и при выходе из него, однако
имеют самые малые значения полного КПД.
У вентиляторов общего назначения, предназначенных для работы
с присоединяемой к ним сетью, за рабочий участок характеристи-
ки должна приниматься та ее часть, на которой значение полного КПД
0,9 (здесь – максимальное значение полного КПД). Режим
работы вентилятора, соответствующий максимальному КПД, является оптимальным. Рабочий участок характеристики должен также удовлетворять условию обеспечения устойчивой работы вентилятора.
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
При подборе вентиляторов обычно используются аэродинамичес-
кие характеристики серийно изготавливаемых вентиляторов, построен-
ные для рабочего участка одного определенного типоразмера и охватывающие различные режимы работы, т.е. соответствующие различной
частоте вращения (рис. 3.45). На график зависимости P V Q наносятся
линии постоянных КПД мощности N указаны окружная скорость и
частота вращения . При построении таких характеристик обычно изоб-
ражается часть кривой P V Q в интервале = (0,7 0,8) . Для удобс-
тва подбора вентиляторов характеристики построены в логарифмическом масштабе. Особенностями таких характеристик является отсутствие нулевых значений P V и Q и то, что параболические кривые представлены
прямыми линиями. В приложении 1 приведены такие аэродинамические
характеристики радиальных вентиляторов типа ВР-86-77.
Частота вращения для кривых P V Q принимается кратной 50, 100
или 200 об/мин (в зависимости от размеров вентилятора). Дополнительно к ним приводятся кривые, соответствующие числу оборотов стан-
дартных асинхронных электродвигателей, используемых в конструкции
вентилятора. Этими кривыми пользуются в тех случаях, когда рабочее
колесо непосредственно соединено с валом электродвигателя
Пересчет аэродинамических характеристик вентиляторов на
другие частоты вращения , диаметры рабочих колес D и плотности пе
ремещаемого газа проводится по зависимостям
Для каждой вентиляционной системы, аспирационной или пневмотранспортной установки вентилятор подбирают индивидуально, используя графики аэродинамических характеристик нескольких вентиляторов. По давлению и расходу воздуха на каждом графике находят рабочую точку, которая определяет коэффициент полезного действия и частоту вращения рабочего колеса вентилятора. Сравнивая положение рабочей точки на разных характеристиках, выбирают тот вентилятор, который даёт наибольший кпд при заданных значениях давления и расхода воздуха.
Пример подбора радиального вентилятора
Исходные данные: расход воздуха 1200 м3/ч, потери давления 500 Па.
Алгоритм подбора:
1. Выбираем вентилятор, подходящий по исходным данным: ВР 86-77 №2,5.
2. Откладываем на графике рабочую точку. Для заданных значений на характеристике — это точка под номером 1.
3. Находим рабочую точку вентилятора для заданной сети, для этого мы проводим прямую линию из начала координат до точки 1 и продлеваем её до пересечения с кривой (рабочая характеристика вентилятора) – это точка под номером 2.
4. Полученная точка 2 — это рабочая точка вентилятора без регулировки сети.
Обращаем внимание, что расход воздуха и создаваемое давление увеличится, так как вентилятор всегда подстраивается под систему.
Кроме того, подбор вентилятора рекомендуется осуществлять, если разница между точками 2 и 1 не превышает 150 Па.
Различают статический, динамический и полный напоры вентилятора.
После вентилятора воздух имеет более высокое давление, чем до вентилятора. Разность давлений воздуха – это и есть статический напор вентилятора (статическое давление вентилятора).
Кроме того, после вентилятора воздух приобретает некоторую скорость движения – так называемый скоростной напор. Если на пути воздуха поставить стенку, то, очевидно, достигнув стенки, воздух остановится, при этом слегка сжавшись. Возле стенки кинетическая энергия воздуха (скорость) превратится в потенциальную энергию (давление). Именно этот прирост давления и есть скоростной напор вентилятора. Иными словами, динамическое давление вентилятора – это давление, которое мог бы иметь движущийся поток воздуха, если его внезапно остановить.
Полное давление вентилятора – суть сумма статического и динамического давлений вентилятора.
Давление (напор) вентилятора зависит от его конструктива. Наименее напорными являются осевые вентиляторы. Их напор измеряется единицами и десятками паскалей.
Вентиляторы высокого давления создают напор, измеряемый тысячами паскалей. Такие вентиляторы используются в промышленных системах вентиляции для прокачки воздуха через длинные воздуховоды, применяются в качестве дымососов, а также для надува при сжигании топлива.
Несколько иная классификация вентиляторов принята в канальных кондиционерах. Канальные кондиционеры также бывают низкого, среднего и высокого давления. Чем выше напор кондиционера, тем более разветвленную сеть воздуховодов можно к нему подсоединить.
К низконапорным кондиционерам подсоединять воздуховоды не рекомендуется.
Они комплектуются всасывающими и нагнетательными адаптерами, которые имеют отверстия для всасывания и нагнетания воздуха. Средненапорные канальные кондиционеры предусматривают подключение воздуховодов средней длины. Обычно речь идёт о рукавах длиной по нескольку метров. Наконец, высоконапорные канальные кондиционеры способны прокачивать воздух на 10 и более метров.
Читайте также: