Как измерить полное давление вентилятора трубкой пито
Обновлено: 17.05.2024
Авторы Alex London, Юлия Захаренко-Березянская: перевод, Георгий Марховский, компания Novenco: техническое редактирование
Правильный выбор вентилятора для системы вентиляции должен основываться на правильной методике.
Это — простое, но важное условие. Однако в настоящий момент в специализированных изданиях, а также научной литературе приводится множество противоречивых методов подбора. Но, несмотря на множество методов, законы аэродинамики расставляют вещи по своим местам, недопуская противоречий.
Графическое изображение аэродинамических составляющих в вентиляционной системе
Графики на рис. 1 и 1a показывают взаимоотношение всех давлений, существующих в работающей системе, где:
F t — полное давление вентилятора — полное сопротивление системы;
F VP 0 — динамическое давление на выходе из вентилятора;
F VPi — динамическое давление на входе в вентилятор;
F s — статическое давление вентилятора;
SP s — полное статическое давление системы;
TP i and TP 0 — полное давление на входе и выходе из системы в точке
SP i и SP 0 — статическое давление на входе и выходе системы в некой точке;
V P i and V P 0 — динамическое давление на входе и выходе системы в некой точке.
Путаница
В технической литературе некоторое замешательство вызывает применение статического давления. Разница в терминологии и природе SP s и F s четко изображена на графиках рис. 1 и 1a .
Полное статическое давление системы есть разница статических давлений на входе и на выходе, или SP s = SP 0 - SP i .
Полное статическое давление вентилятора есть разница его полного и динамического давлений, или F s = F t - F VP 0 .
Так как статическое давление ни системы ( SP s ), ни вентилятора ( F s ) не показывает то количество энергии, которую должен передать системе правильно подобранный вентилятор, они не в коем разе не являются базой для его подбора.
В руководстве ASHRAE сказано «Полный напор вентилятора является настоящим индикатором энергии, которую передает вентилятор потоку воздуха… Потери энергии в системе воздуховодов могут рассматриваться только как потери полного давления…
Однако такой подход явно противоречит, следующему утверждению, приведенном в том же руководстве ASHRAE «Сопротивление системы определяется полным давлением… Величина статического давления, необходимая для подбора вентилятора, когда полное давление известно, находится по следующей формуле:
В таком случае естественно возникают следующие вопросы:
Согласно руководству ASHRAE, при подборе вентилятора необходимо пройти следующие шаги:
Пример расчёта
Процесс выбора вентилятора может быть наглядно продемонстрирован на следующем примере, где для одних и тех же расхода воздуха 5100 м 3 /ч и статического давления F s = 250 Па подобраны два различных типоразмера вентиляторов ( табл. 1, 2 ).
В первом случае, проектировщик выбирает вентилятор типоразмера 20 PLR. Во втором случае — более дешевый — 12 PLR. ( табл. 2 ). В обоих случаях вентиляторы обладают одинаковыми характеристиками по расходу воздуха и статическому давлению, однако значительно отличающимися значениями полного напора.
На графике рис. 2 показана работа системы в обоих вариантах:
Вентилятор 20 PLR, 5 100 м 3 /ч при F s = 250 Па; 1 000 об/мин:
❏ Парабола 0-1-3 показывает характеристику вентиляционной системы с расходом воздуха 5 100 м 3 /ч, при статическом давлении: F s 1 =линия 1-1c = 250 Па.
❏ Парабола 0-1с характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F VP 01 = линия 1b-1c = 25 Па.
Вентилятор 12 PLR, 5 100 м 3 /ч при F s = 250 Па; 3 200 об/мин:
❏ Парабола 0-2 характеризует вымышленную вентиляционную систему с расходом воздуха 5 100 м 3 /ч, при статическом давлении F s 2 = линия 2-2b = 250 Па.
❏ Парабола 0-2b-3c характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F VP 02 =линия 2b-1b = 200 Па.
Вентилятор 12 PLR, 5 800 м 3 /ч при F s = 250 Па; 3,200 об/мин:
❏ Парабола 0-1-3 характеризует проектируемую вентиляционную систему с расходом воздуха 5 800 м 3 /ч, при статическом давлении: F s 3 = линия 3-3c = 175 Па.
❏ Парабола 0-2b-3c характеризует динамическое давление на выходе из вентилятора: F VP 03 =линия 3c-3b = 250 Па.
Нюанс первый
Табл. 1, табл. 2 и график рис. 2 показывают ошибку, которая случается при использовании статического давления F s .
Вентиляторы 20 PLR и 12 PLR с одинаковым статическим напором F s (250 Па) обладают разными полными напорами F t . Вентилятор 20 PLR имеет полный напор F t = 275 Па, а вентилятор 12 PLR: F t = 450 Па. В результате, реальная производительность вентилятора 12 PLR в вентиляционной системе приближается к 5 800 м 3 /ч при F t = 425 Па и F s = 175 Па.
В табл 3 представлены вентиляторы из ассортимента производителя для воздухообмена 5 100 м 3 /ч при статическом напоре F s в 250 Па (Точка a на графике рис. 3 ).
График рис. 3 показывает кривую-характеристику системы для каждого вентилятора из таблицы, которая отличается от нашей проектируемой системы. При этом, парабола 0-а — условная кривая для проектируемой системы вентиляции с расходом воздуха 5 100 м 3 /ч при напоре в 250 Па.
Нюанс второй
Статический напор F s — это искусственно полученная величина, которая передаётся вентилятором в систему только вместе с составляющей динамического напора F VP 0 , образуя полный напор F t .
Следовательно, несмотря на одинаковые значения расхода воздуха и статического напора F s , разные вентиляторы ( табл. 3 , график рис. 3 ) располагают разным полным напором F t . График рис. 3 показывает, что в случае, когда выбор вентилятора основывается на значении F s , ни один из вентиляторов не обеспечивает требования проектируемой системы.
Заключение
В данной статье графически доказано, что метод выбора вентилятора на основе статического давления F s неприменим.
Важно помнить, что, какой бы из методов расчета системы вентиляции не применялся (равных сопротивлений, постоянных скоростей и т.д.), результат получают в виде полного, а не статического давления.
Также заслуживает внимание тот факт, что как расчеты падения давления, так и производительности вентилятора, находят конечное отражение в значениях полного давления. Таким образом, вполне очевидно и логично утверждение, что значение полное давление является основополагающим при выборе вентилятора.
Примечание редакции
В этой статье высказано одно из мнений на тему о принципах подбора вентиляторов, которая актуальна и для украинских вентиляционщиков. Со своей стороны, обратившись к ним, мы услышали одно уточнение к изложенному выше: статический напор всё-таки используется для подбора вентиляторов — для систем с неким наддуваемым объёмом. Это могут быть системы с переменным расходом воздуха или системы раздачи воздуха через общее подпольное пространство, камеры статического давления и т.д. Так что метод подбора по статическому давлению также имеет право на жизнь. Именно поэтому у некоторых производителей даже можно задавать в расчётных программах принцип подбора: по полному или по статическому давлению. ■
Литература
Будем благодарны, если воспользуетесь одной из этих кнопок:
Полное или частичное воспроизведение материала, в том числе в электронных СМИ,допускается только в их неизменном виде.
Публикация должна сопровождаться активной гиперссылкой на оригинал или главную страницу журнала С.О.К.
Для измерения скорости воздушного потока, как правило, используются три типа приборов, отличающихся диапазонами измерений и рабочей температурой:
- Трубки Пито
- Крыльчатые датчики потока/Анемометры с крыльчаткой
- Термоанемометры с измерительной головкой
Трубки Пито
Скорость воздушного потока определяется динамическим и статическим давлением. Трубки Пито имеют прочную конструкцию, надежны, изготовлены из нержавеющей стали или никелированной латуни. Они подсоединяются к приборам ALMEMO ® с помощью силиконовой трубки и модуля дифференциального давления.
Преимущества:
Трубки Пито просты в обращении и особенно подходят для измерения высоких скоростей потока, в условиях экстремальных нагрузок и высоких температур (до 600°C в зависимости от модели).
Недостатки:
Результаты измерений трубкой Пито зависят от температуры, от точности ориентации прибора в потоке, имеют ограниченную точность (не работают при низких скоростях потока), чувствительны к турбулентным потокам.
Крыльчатые датчики потока
Скорость воздушного потока определяется по измерениям частоты вращения крыльчатки. Данные приборы являются чувствительными датчиками с точно подогнанными алмазными подшипниками, что обеспечивает высокую точность измерений.
Преимущества:
Высокая точность измерений, нечувствительны к турбулентным потокам.
Недостатки:
Чувствительны к механическим повреждениям, строго направленные.
Термоанемометры
Термоанемометры – это высокочувствительные датчики для определения температуры и скорости газового потока. Принцип измерения: нагретый чувствительный элемент охлаждается потоком воздуха. При этом ток в цепи управления пропорционален скорости потока.
Преимущества:
Возможны измерения при самых малых скоростях воздушных потоков (т.е. измерение тяги), возможность измерять скорость потока в разных направлениях.
Недостатки:
Чувствительны к механическим повреждениям и загрязнениям окружающей среды, чувствительны к турбулентным потокам, высокое потребление тока, ограничения по температуре окружающей среды.
Поправочные коэффициенты для точных измерений скорости воздушных потоков
| Температура воздуха | 940 мбар | 960 мбар | 980 мбар | 1000 мбар | 1020 мбар | 1040 мбар |
|---|---|---|---|---|---|---|
| –30°C | 0.942 | 0.932 | 0.922 | 0.913 | 0.904 | 0.895 |
| –20°C | 0.961 | 0.951 | 0.941 | 0.932 | 0.923 | 0.914 |
| –10°C | 0.980 | 0.970 | 0.960 | 0.950 | 0.941 | 0.931 |
| 0°C | 0.998 | 0.988 | 0.978 | 0.968 | 0.958 | 0.949 |
| 10°C | 1.016 | 1.005 | 0.995 | 0.985 | 0.975 | 0.966 |
| 20°C | 1.035 | 1.024 | 1.013 | 1.003 | 0.993 | 0.983 |
| 30°C | 1.051 | 1.040 | 1.029 | 1.019 | 1.009 | 0.999 |
| 40°C | 1.069 | 1.057 | 1.047 | 1.036 | 1.026 | 1.016 |
| 50°C | 1.085 | 1.074 | 1.063 | 1.052 | 1.042 | 1.031 |
| 60°C | 1.102 | 1.09 | 1.079 | 1.068 | 1.057 | 1.047 |
| 70°C | 1.118 | 1.106 | 1.095 | 1.084 | 1.073 | 1.063 |
| 80°C | 1.135 | 1.123 | 1.111 | 1.100 | 1.089 | 1.078 |
| 90°C | 1.151 | 1.139 | 1.127 | 1.116 | 1.105 | 1.094 |
| 100°C | 1.167 | 1.154 | 1.142 | 1.131 | 1.120 | 1.109 |
| 150°C | 1.242 | 1.229 | 1.216 | 1.204 | 1.192 | 1.180 |
| 200°C | 1.314 | 1.300 | 1.287 | 1.274 | 1.261 | 1.249 |
| 250°C | 1.381 | 1.367 | 1.353 | 1.339 | 1.326 | 1.313 |
| 300°C | 1.446 | 1.431 | 1.416 | 1.402 | 1.388 | 1.375 |
| 400°C | 1.567 | 1.55 | 1.534 | 1.519 | 1.504 | 1.489 |
| 500°C | 1.68 | 1.663 | 1.646 | 1.629 | 1.613 | 1.597 |
| 600°C | 1.784 | 1.766 | 1.748 | 1.73 | 1.713 | 1.696 |
| 700°C | 1.884 | 1.865 | 1.846 | 1.827 | 1.809 | 1.791 |
Истинная скорость воздуха зависит от температуры воздуха и от барометрического давления воздуха. Для получения точного результата, измеренные значения умножают на коэффициенты поправок, представленные в таблице.
Пример:
Измеренная скорость воздуха 50 м/сек., температура воздуха +80°C, атмосферное давление 960 мбар.
Измеренную величину необходимо умножить на коэффициент 1.123. Истинная скорость воздуха составит 56.1 м/сек..
Скорость воздуха для выбранных значений динамического давления
(Трубка Пито/Прандтля, T = 22°C)
| Динамическое давление [Па] | Динамическое давление [миллиметров водяного столба] | Скорость воздуха [м/с] |
|---|---|---|
| 1 | 0.1 | 1.29 |
| 2 | 0.2 | 1.83 |
| 3 | 0.3 | 2.24 |
| 4 | 0.41 | 2.59 |
| 5 | 0.51 | 2.89 |
| 10 | 1.02 | 4.09 |
| 20 | 2.04 | 5.78 |
| 30 | 3.06 | 7.08 |
| 40 | 4.08 | 8.18 |
| 50 | 5.1 | 9.14 |
| 100 | 10.2 | 12.93 |
Другие материалы:
Для измерения давления в жидких и газообразных средах, в зависимости от задачи и характеристик среды измерения (вязкость, наличие примесей, макс. рабочее давление), широко применяются следующие типы датчиков.
Читайте также: