Общие данные и теория

Вентиляторы

Вентиляторы используются в вентиляционных агрегатах для перемещения воздуха от источников забора воздуха по системе воздуховодов в помещение. Каждый вентилятор должен преодолеть сопротивление вентиляционной сети, создаваемое изгибами воздуховодов и другими вентиляционными принадлежностями. Это сопротивление вызывает перепад давления, и величина этого давления является решающим фактором при выборе вентилятора.В зависимости от формы крыльчатки и принципа работы, вентиляторы можно разделить на несколько основных групп: радиальные, осевые, полуосевые и диагональные вентиляторы.

Прохождение воздушного потока через радиальный вентилятор с загнутыми вперед лопатками:

alt

Загнутые назад лопатки(крыльчатка В): объем воздуха, подаваемый вентилятором с загнутыми назад лопатками, значительно зависит от давления. Не рекомендуется для загрязненого воздуха. Этот тип вентилятора наиболее эффективен в узком спектре, находящемся в левой части кривой вентилятора. До 80% эффективности достигается при сохранении уровня низкого уровня шума вентилятора.

Отклонённые назад прямые лопатки: вентиляторы с такой формой лопаток хорошо подходят для загрязненного воздуха. Здесь можно достичь 70% эффективности. Прямые радиальные лопатки (крыльчатка R): Форма лопаток предотвращает налипание загрязняющих веществ на лопастное колесо даже более эффективно, чем при использовании лопастного колеса Р. С этим типом лопаток достигается эффективность более 55%. Загнутые вперед лопатки (крыльчатка F): Изменения давления воздуха оказывает незначительное воздействие на объем воздуха, подаваемый радиальными вентиляторами с загнутыми вперед лопатками. Крыльчатка F меньше, чем, например, крыльчатка В, и вентилятор занимает, соответствен-но, меньше места. По сравнению с крыльчаткой В, этот тип вентиляторов имеет оптимальную эффективность в правой части графика характеристик вентилятора. Это означает, что при предпочтении вентилятора с лопастным колесом F, а не В, можно выбрать вентилятор меньших габаритов. В этом случае можно достичь эффективности около 60%.

Осевые вентиляторы

Простейший тип осевых вентиляторов - пропеллерные вентиляторы. Свободно вращающиеся осевые вентиляторы этого типа имеют очень низкую эффективность, а потому большинство осевых вентиляторов встраивается в цилиндрический корпус. Кроме того, эффективность можно повысить, если укрепить направляющие лопасти непосредственно за лопастным колесом. Уровень эффективности может быть поднят до 75% без направляющих лопастей и до 85% с их использованием.

Прохождение воздушного потока через осевой вентилятор:

Диагональные вентиляторы

Радиальная крыльчатка вызывает увеличение статического давления в связи с центробежной силой, действующей в радиальном направлении. У осевой крыльчатки не возникает эквивалентного давления, поскольку воздушный поток является нормально осевым. Диагональные вентиляторы являются смешением радиальных и осевых вентиляторов. Воздух движется в осевом направлении, а затем в лопастном колесе он отклоняется на 45°. Радиальная составляющая скорости, которая увеличивается таким отклонением, вызывает некоторое увеличение давления посредством центробежной силы. Можно достичь эффективности до 80%.

Прохождение воздушного потока через диагональный вентилятор:

Диаметральные вентиляторы

В диаметральных вентиляторах воздух проходит напрямую вдоль рабочего колеса, и как входящий, так и исходящий потоки располагаются по периметру рабочего колеса. Несмотря на небольшой диаметр, рабочее колесо может подавать большие объемы воздуха, а потому пригодно для применения в небольших вентиляционных установках, например воздушная завеса. Уровень эффективности может достигать 65%.

Прохождение воздушного потока через диаметральный вентилятор:

Типы крыльчаток Стрелка указывает направление вращения колеса. alt

Аэродинамические характеристики вентиляторов

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

Аэродинамические характеристики вентилятора и сети:

Характеристики сети

Сопротивление вентиляционной системы при различных расходах отображаются на графике характеристики сети. Рабочая точка вентилятора это точка пересечения характеристики сети и аэродинамической характеристики 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).

Изменения давления дает начало новым кривым сети:

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

Если реальный перепад давления в системе воздуховодов больше или меньше, чем расчетный, рабочая точка и расход воздуха будут отличаться от того, что ожидалось.

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 характеристики вентилятора для более высокой скорости вращения. Точно также скорость вращения вентилятора может быть уменьшена, если реальная характеристика сети соответствует линии С.

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 delta P1 и delta P2 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.

Теоретические расчеты характеристики сети

где: delta P = общее давлении вентилятора (Па) qv = расход воздуха (м³/ч или л/с) k = постоянная Пример: Вентилятор подает 5 000 м³/ч при давлении 250 Па. A. Как изобразить характеристику сети на графике? а). Поставьте точку на характеристике вентилятора (1),где давление составляет 250 Па , а расход - 5 000 м³/час. Введите это значение в вышеприведенную формулу для получения значения константы k. k = delta P / qv2 = 250 / 50002 = 0.00001 b) выберите произвольное снижение давления, например, 100 Па, рассчитайте расход воздуха и поставьте на графике точку (2).

m³/h

c) Сделайте тоже самое для 350 Па и поставьте на графике точку 3.

m³/h

d) Теперь нарисуйте кривую, которая и покажет характеристику сети. alt

B. Что же произойдет, если давление в сети увеличится на 100 Па, например, из-за забитого фильтра? a) рассчитайте коэффициент для новой характеристики сети: k = 350/5000 (2) = 0,000014 b) выберите еще два других падения давления, например, 150 и 250 Па, и рассчитайте для них расход воздуха.

m³/h

c) постройте две новые точки (2 и 3) и проведите новую характеристику сети. alt

Новая рабочая точка (4) расположена на пересечении характеристики вентилятора и новой линией системы. Данный график также показывает, что увеличение давления вызывает также уменьшение расхода воздуха примерно до 4500 м^3/час.

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.

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 представлена 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.

Значения эффективности для аналогичных размеров центробежных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад и загнутыми вперед, соответственно:

Определение характеристики сети alt

где: L = линия системы delta pd = динамическое давление (Па) delta pt = общее давление (Пa)

Аэродинамические потери сети

Характеристики вентиляторов на графиках в каталоге приведены с тем условием, что соблюдаются определенные правила установки вентиляторов. Со стороны всасывания (забор) должен быть прямой участок воздуховода, равный 1-му диаметру воздуховода и аналогичный участок в 3-и диаметра воздуховода со стороны нагнетания (выхлоп).

Правильно установленный канальный вентилятор любого типа:

Если присоединение отличается от данного, может возникнуть больший перепад давления. Этот дополнительный перепад может заставить вентилятор давать меньший объем воздуха, чем показано на графике вентилятора. Для того чтобы этого избежать, необходимо учитывать следующие факторы:

Со стороны забора:

Расстояние до ближайшей стены должно быть больше, чем 0,75 х диаметр ввода.
Поперечное сечение входного воздуховода не должно превышать 112 % и не должно быть менее 92 % от входного отверстия вентилятора.
Длина воздуховода на всасывании должна составлять не менее 1-го диаметра воздуховода.
Воздуховод на всасывании не должен иметь никаких препятствий для воздушного потока (демпферы, ответвления или подобное).

Со стороны нагнетания:

Угол уменьшения поперечного сечения воздуховода должен составлять менее 15%.
Угол расширения сечения воздуховода должен составлять менее 7 %.
Длина прямого участка после вентилятора воздуховода должна составлять не менее 3 диаметров воздуховода.
Избегайте использования 90° отводов (используйте 45°).
Отводы должны иметь такую форму, чтобы повторять воздушный поток, выходящий после вентилятора, переходы при угле 15°.

Эффективность вентилятора alt

где: delta Pt = общее изменение давления (Па) q = расход воздуха (м3/час) P = мощность (Вт)