Об эффективном использовании вентиляторов
Нашей промышленностью выпускается большая гамма типоразмеров радиальных вентиляторов. Ниже рассмотрены только вентиляторы низкого и среднего давления, которые применяются в системах вентиляции. Наиболее широко известны вентиляторы типов ВЦ14-46 и ВЦ4-75. Эти вентиляторы выпускаются отечественной промышленностью уже на протяжении нескольких десятков лет. Их производство освоил ряд предприятий России и страны СНГ.
Следует отметить, что и за рубежом также выпускается немало вентиляторов, по конструкции и аэродинамическимхарактеристикам близких к указанным.
Вентилятор ВЦ4-75 появился в середине семидесятых годов в результате совершенствования и развития выпускавшегося с 60-х годов вентилятора ВЦ4-70.Основное отличие вентилятора ВЦ4-75 в углах входа -выхода лопаток и в их кривизне, в результате чего он имеет несколько выше КПД, хотя и развивает несколько меньшее давление, чем вентилятор ВЦ4-70 (рис. 1).
Исторически сложилось, что вентиляторы типа ВЦ4-75 выпускались и выпускаются под несколькими разными наименованиями: ВЦ4-75, ВЦ4-75, ВР80-75 (возможны и некоторые другие отличия в названии). В основном, это связано с изменениями стандарта, определяющего правила названия вентиляторов: первое число в наименовании пропорционально коэффициенту полного давления вентилятора (у данного вентилятора - 0,8). До изменения стандарта коэффициент пропорциональности был равен 5, поэтому первое число в названии было - 4. В настоящее время коэффициент пропорциональности равен 100, поэтому первое число в названии - 80. В 94-95 годах в развитие ВЦ4-75 был разработан новый вентилятор - ВР-86-77. Основной целью его разработки было максимально возможное расширение рабочей характеристики в область больших производительностей при обеспечении столь же высоких значений к.п.д., как и у вентилятора ВЦ4-75. На рисунке. 1 приведены рабочие характеристики вентилятора ВР-86-77 в сравнении с его предшественниками.

Рис. 1. Сравнение радиальных вентиляторов
?-коэффициент полного давления; ?-коэффициент производительности;
?-коэффициент мощности; s-статические параметры

Этот вентилятор позволяет, при прочих равных условиях, получать заметно большие расходы воздуха, однако платой за это является некоторое повышение потребляемой (соответственно, и установочной) мощности.
Рассмотренные родственные вентиляторы с загнутыми назад лопатками имеют большие значения КПД, поэтому предпочтительны в применении, однако, следует помнить о некоторых их особенностях.
Аэродинамические характеристики этих вентиляторов очень чувствительны к качеству изготовления узла стыковки входного коллектора с рабочим колесом. Максимальная эффективность вентилятора достигается при выполнении зазора между коллектором и колесом 0,5% на сторону от диаметра рабочего колеса. Например, для вентилятора №5 это - 2,5 мм.В реальных заводских условиях такие малые зазоры часто просто не реализуются. Кроме того, в ряде установок такие зазоры технологически нереализуемы. Например, в горячих машинах из-за возможных тепловых деформаций, или в транспортных машинах из-за повышенных вибраций и ударов и т.п. Важно также соблюсти малый кольцевой зазор между валом рабочего колеса и задней стенкой спирального корпуса вентилятора. Эти, а также и некоторые другие отклонения от аэродинамической схемы могут явиться причиной заметных изменений аэродинамической характеристики вентилятора.
На рис.2 приведен пример сравнения аэродинамической характеристики вентилятора, максимально приближенного к аэродинамической схеме, и такого же вентилятора, но некачественного исполнения.

Рис. 2 Безразмерные аэродинамические характеристики вентилятора ВР80-75

Как видно, потери могут быть очень велики. Это характерно для всех вентиляторов с загнутыми назад лопатками, причем, и зарубежных тоже.
Вентилятор типа ВЦ14-46 также является одним из самых широко распространенных. В этом вентиляторе используются рабочие колеса с загнутыми вперед лопатками, у них аэродинамика несколько хуже и такие вентиляторы имеют болеенизкие значения КПД, чем вентиляторы с загнутыми назад лопатками. Однако эти вентиляторы имеют более широкие аэродинамические характеристики и могут использоваться в ряде случаев, когда требуется уменьшить габариты вентилятора. На рис. 3 показано сравнение аэродинамических характеристик вентиляторов ВЦ14-46 и ВР-86-77.

рис. 3 Аэродинамические характеристики вентилятора ВР-86-77-5; n=1450об/мин

Аэродинамические характеристики вентилятора ВЦ14-46-3,15; n=1450об/мин
Pv-полное давление; Psv-статическое давление; Pdv-динамическое давление вентилятора

Видно, что по максимально достижимому полному давлению вентиляторы близки, и вентилятор ВЦ14-46-3,15 может частично даже по расходу заменить вентилятор ВР-86-77-5. ВЦ14-46-4 по расходу может полностью заменить ВР-86-77-5, однако, при более высоком давлении и существенно большей потребляемой мощности. Эти вентиляторы менее чувствительны к качеству исполнения узла "входной коллектор-рабочее колесо", однако и у них конструктивные отклонения могут привести к потерям аэродинамических характеристик (см. рис.4). При этом основные проблемы могут возникнуть при увеличении зазоров между коллектором и колесом, между валом колеса и задней стенкой спирального корпуса, при неправильной форме "языка" спирального корпуса и т.п.

рис. 4

Рассмотрим теперь некоторые существенные особенности применения указанных двух типов вентиляторов (используем рис. 3) в приточно-вытяжных системах вентиляции.

Сеть на стороне всасывания
сли выход потока из вентилятора непосредственно в атмосферу, то в этой схеме скоростной напор вентилятора полностью теряется и на рис. 3 надо рассматривать кривые статического давления вентиляторов и КПД определять по статическим параметрам. У вентиляторов типа ВЦ14-46 в рабочей области доля скоростного напора в полном давлении значительно выше, чем у вентиляторов типа ВР-86-77. Поэтому использовать их в данной схеме без диффузора нерационально, да и вентиляторы типа ВР-86-77 на правой ветви характеристики лучше использовать с диффузорами. Кроме того, следует отметить, что в вытяжных системах с запыленным потоком (пыль, дым, копоть и т.п.) барабанные колеса работают очень плохо - на них интенсивно откладывается пыль и это может явиться причиной повышенного шума и вибраций. Вентиляторы с загнутыми назад лопатками гораздо менее чувствительны к отложению пыли.
В справочнике по гидравлическим сопротивлениям [1] приведены результаты проведенных в ЦАГИ испытаний различных разновидностей диффузоров, что особенно важно, совместно с вентиляторами. Это позволило учесть влияние неравномерности течения на выходе из вентилятора на эффективность восстановления давления в диффузоре.
Например, для режима максимума КПД вентилятора ВР-86-77-5 при n=1420 об./мин. и полном давлении примерно 700 Па получим следующее:
- при свободном выходе (или с воздуховодом, когда площадь сечения присоединенного воздуховода более чем в два раза превышает площадь выхода вентилятора) скоростной напор - примерно 135 Па - теряется полностью; давление вентилятора составит 565 Па;
- в случае пирамидального диффузора (близкого к оптимальному) длиной 0,5м со скоростью на выходе 8 м/с полное (полезное) давление вентилятора составит около 620 Па;
- в случае ступенчатого диффузора (близкого к оптимальному) длиной 0,35м со скоростью на выходе 8 м/с полное (полезное) давление вентилятора составит около 640 Па.
Для режима максимума КПД вентилятора ВЦ14-46-3,15 при n=1400 об./мин.
и полном давлении примерно 880 Па получим следующее:
- при свободном выходе (или когда площадь сечения присоединенного воздуховода более чем в два раза превышает площадь выхода вентилятора) скоростной напор - примерно 280 Па - теряется полностью; давление вентилятора составит 600 Па;
- в случае пирамидального диффузора (близкого к оптимальному) длиной 0,5м со скоростью на выходе 8 м/с полное (полезное) давление вентилятора составит около 730 Па;
- в случае ступенчатого диффузора (близкого к оптимальному) длиной 0,22м со скоростью на выходе 8 м/с полное (полезное) давление вентилятора составит около 770 Па.
Таким образом, наличие диффузора на выходе вентилятора, особенно с загнутыми вперед лопатками, позволяет заметно повысить его эффективность. Мы рассмотрели режим максимума КПД, на правой ветви характеристики потери будут значительнее, особенно для вентиляторов с загнутыми вперед лопатками

Сеть на входе/выходе вентилятора
Рассмотренные выше вентиляторы имеют следующие средние скорости в выходной рамке на режиме максимума КПД:ВР-86-77-5 - около 12 м/с, ВЦ14-46 - около 22 м/с. Такие высокие скорости потока недопустимы в воздуховодах из-за больших потерь и высоких уровней аэродинамического шума. Поэтому необходимо расширять проходное сечение воздуховода после вентилятора для снижения скорости поток, и, следовательно, в этом случае применимы приведенные в предыдущем пункте данные по диффузорам. Ситуация даже несколько лучше (чем при расположении вентилятора в конце
системы), так как в системе частично используется также остаточный скоростной напор на выходе диффузора.
Эти проблемы очень существенны, например, при рассмотрении реальных свободных давлений типовых приточных камер, в которых радиальный вентилятор в спиральном корпусе стоит последним и наружу выходит выходная присоединительная рамка спирального корпуса. Для таких камер дается полное давление вентилятора, однако, при отсутствии хорошего диффузора после камеры можно, как рассмотрено выше, потерять значительную долю динамики, что приведет к завышенным
оценкам свободного давления приточной установки. Так, для уменьшения габаритов приточной камеры, бывают случаи применения вентиляторов с загнутыми назад лопатками (аналогов ВР-86-77) №2,5 с частотой вращения рабочего колеса около 3500 об./мин. Это означает наличие очень высоких скоростей в выходной рамке вентилятора и потребность в хорошем диффузоре после камеры. В каждом таком случае надо внимательно оценивать доли статического и динамического
давлений на выходе вентилятора. Еще один интересный случай связан с применением канальных вентиляторов, в которых используются лежащие на боку радиальные колеса с загнутыми вперед лопатками, аналогов ВЦ14-46, и двигатель с внешним ротором (т.е. внутри ящика находится сильно зажатый с боков спиральный корпус). Такие колеса очень чувствительны к условиям входа потока,
так что если не предпринимать специальных мер во входном устройстве, можно сильно испортить аэродинамическую характеристику вентилятора. Кроме того значительная часть электродвигателя оказывается внутри рабочего колеса, что существенно ограничивает расход вентилятора. Выходная рамка вписанного в ящик спирального корпуса занимает по площади около четверти от всей площади присоединительного отверстия вентилятора, т.е. если к выходу такого вентилятора присоединить воздуховод соответствующего сечения, то активным и для таких вентиляторов высокоскоростным
потоком будет занята небольшая часть поперечного сечения. Это приведет к существенным потерям полного давления. Такие канальные вентиляторы имеют малые значения КПД.

Сеть на стороне нагнетания
К выходу применимы все положения п.3. Условия входа потока в вентилятор в каждом конкретном случае необходимо проверять: если вентилятор не имеет плавного входного коллектора (часть вентиляторов предназначена для использования с входными воздуховодами и имеют входные фланцы), это может быть причиной дополнительных входных потерь и шума.

Карта проезда:

Рейтинг@Mail.ru

Радиальные вентиляторы - www.rowen.ru