Главная ВАЗ Двигатель Печка Глохнет

Имя: ( регистрация? ) Пароль ( забыл? ):

Об эффективной работе вентиляторов в системах вентиляции

Опубликовано: 03.09.2018

Summary:

Описание:

В статье излагаются основные требования к установке вентиляторов в системе, обеспечивающие эффективную их работу с параметрами, приведенными в технической документации. Указывается на необходимость корректировки характеристики вентиляторов, если эти требования не выполняются.

Т. С. Соломахова , доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник филиала ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского

Побудителем тяги в системах вентиляции является вентилятор. При выборе оптимального варианта вентилятора для проектируемой системы обычно используют его аэродинамические и акустические характеристики, приведенные в паспортах или в каталогах. При этом не обращают внимания, в каких условиях и на каких стендах получены эти характеристики. Не анализируют возможность использования этих характеристик при работе в заданной сети.

В статье излагаются основные требования к установке вентиляторов в системе, обеспечивающие эффективную их работу с параметрами, приведенными в технической документации. Указывается на необходимость корректировки характеристики вентиляторов, если эти требования не выполняются.

1. Типы стендов для аэродинамических испытаний вентиляторов

В соответствии с Международным стандартом ISO 5801 [1] и отечественным стандартом ГОСТ 10921– 90 [2] существуют четыре типа стендов, на которых могут быть получены в лабораторных условиях аэродинамические характеристики вентиляторов. Эти стенды максимально приближены к четырем реально существующим компоновкам вентиляторов в сети. Схемы этих стендов приведены на рис. 1.

Рисунок 1.

Схемы стендов для аэродинамических испытаний вентиляторов в лабораторных условиях: а) стенд типа А; б) стенд типа B; в) стенд типа C; г) стенд типа D

• Стенд типа А выполняют в виде камеры всасывания достаточно большого объема. Этот стенд является классическим, поскольку он имитирует идеальные условия работы вентилятора со свободными входным и выходным отверстиями.

• Стенд типа В представляет собой трубопровод, установленный за выходным сечением вентилятора. Размеры этого сечения должны соответствовать размерам поперечного сечения трубопровода. На этом стенде получают характеристики вентилятора, работающего в нагнетательной сети.

• Стенд типа С имеет трубопровод, расположенный перед входным отверстием вентилятора, с поперечным сечением, соответствующим этому сечению. Здесь имитируются условия работы вентилятора на всасывание.

• Стенд типа D выполняют с всасывающим и нагнетательным трубопроводами, примыкающими непосредственно к входному и выходному сечениям вентилятора. Этот стенд имитирует наиболее часто встречающиеся условия работы вентилятора во всасывающе-нагнетательной сети.

В стандартах [1, 2] указаны требования к конструкции, размерам и габаритам перечисленных выше стендов. Даны рекомендации по расположению измерительных сечений, предложена методика проведения испытаний. Следует отметить, что один и тот же вентилятор, испытанный на стендах разных типов, будет иметь различные характеристики. Это связано с различными условиями входа в вентилятор (входной коллектор или трубопровод) и выхода из него (свободный выход или трубопровод). Поэтому в каталогах, где приводятся аэродинамические характеристики вентиляторов, всегда указывается, на каком стенде проводились испытания вентилятора и какой компоновке вентилятора с сетью соответствуют эти характеристики.

Наилучшую характеристику вентилятора с высокими значениями создаваемого давления и КПД получают на классическом стенде типа А при свободном входном и выходном сечениях. Наиболее низкие характеристики вентилятора получают при испытаниях на стендах типов В и D, когда за выходным сечением вентилятора расположен трубопровод. В этом случае в начальном участке трубопровода происходит выравнивание параметров выходящего из вентилятора потока, сопровождаемое дополнительными потерями давления. Снижение создаваемого вентилятором давления и КПД на некоторых режимах может достигать 5 %. Однако характеристики, полученные на этих стендах, соответствуют реальным условиям работы вентилятора в нагнетательной сети. При использовании же в этом случае характеристик вентилятора, полученных на стенде типа А, необходимо предусматривать некоторый запас по давлению на 3–5 %.

2. Требования к установке вентилятора в сети

При проектировании вентиляционной системы необходимо не только точно рассчитать сопротивление сети и выбрать вентилятор, имеющий заданные параметры, но и правильно расположить вентилятор в системе. Основные требования к эффективной работе вентилятора в сети с характеристиками, полученными на указанных выше стендах, сводятся к созданию равномерного поля скоростей в непосредственной близости от входного и выходного сечений вентилятора. Особенно важно обеспечить равномерность потока при входе в вентилятор.

Выполненные многочисленные исследования [3–5] показали, что для эффективной работы вентилятора в нагнетательной сети необходимо на входе вместо фланца устанавливать входной коллектор (рис. 2а). При этом выигрыш КПД может достигать 2–3 %. Если вся сеть располагается на стороне всасывания, то за выходным сечением вентилятора следует размещать хорошо спроектированный диффузор (рис. 2б, в). При этом существенно снижается динамическое давление вентилятоа и уменьшается суммарное сопротивление сети.

Свободные входные и выходные сечения вентилятора не должны быть затенены близко расположенными стенками и громоздким оборудованием. Расстояние до ближайших стенок и панелей от рассматриваемых сечений должно быть не менее одного калибра (рис. 2г, д). За калибр принимается характерный размер сечения: диаметр D для круглого сечения и гидравлический диаметр Dг для сечения прямоугольной или какой-либо другой формы. Гидравлический диаметр рассчитывается по формуле:

где F и П – площадь и периметр рассматриваемого сечения соответственно.

При работе вентилятора во всасывающе-нагнетательной сети необходимо обеспечить прямолинейные участки воздуховодов непосредственно перед и за вентилятором. Длина входного участка должна быть не менее 4D для осевого вентилятора и 3D для радиального вентилятора (рис. 2е), где D – диаметр входного сечения вентилятора. Длина выходного участка, непосредственно примыкающего к вентилятору, должна составлять не менее двух калибров.

Очень важно, чтобы площадь и конфигурация входного и выходного сечений вентилятора соответствовали площади и конфигурации сечений примыкающих воздуховодов. При равной площади указанных сечений и различии в их конфигурации необходимо между вентилятором и воздуховодами размещать переходники длиной не менее одного калибра. Коэффициент сопротивления такого переходника z ≈ 0,1.

Рисунок 2.

Рекомендованные компоновки вентилятора в сети:

a) осевой вентилятор с входным коллектором;

б) осевой вентилятор с диффузором на выходе;

в) радиальный вентилятор с диффузором на выходе;

г) осевой вентилятор с экранами на входе;

д) радиальный вентилятор с экранами на выходе;

е) осевой вентилятор во всасывающе-нагнетательной сети

Недопустимо устанавливать вентилятор в воздуховодах, у которых поперечное сечение меньше, чем входное и выходное сечения вентилятора. Воздуховод меньшего сечения перед входом в вентилятор, особенно в осевой, нарушает работу периферийных сечений колеса, снижает создаваемое давление и производительность. При сужении выходного сечения вентилятора происходит нежелательное увеличение скорости в этом сечении. Кроме того, в случае осевого вентилятора увеличивается закрутка выходящего потока, что приводит к перемещению рабочего режима вентилятора в сторону меньших расходов и нарушению его нормальной работы.

При необходимости установки вентилятора в воздуховоды как меньшего, так и большего поперечного сечения, следует использовать переходные каналы в виде диффузоров и конфузоров. Однако установка этих и других элементов в виде, например, поворотных участков, в непосредственной близости от вентилятора нарушает условия равномерности поля скоростей в сечениях перед и за ним. При этом не обеспечиваются условия проведения испытаний вентиляторов на стендах. В этих случаях приведенная в каталоге аэродинамическая характеристика должна быть скорректирована.

Исследованием влияния различных входных и выходных эле-ментов на характеристику вентилятора занимались многие авторы [3–9]. Рассмотрим наиболее часто встречаемые в вентиляционной практике входные и выходные элементы сети и оценим их влияние на аэродинамическую характеристику вентилятора.

3. Влияние входных элементов

В качестве входных элементов используют (рис. 3) поворотные колена (простые и многозвенные), входные коробки, щелевые патрубки, диффузоры. Если эти элементы располагаются на достаточном расстоянии от входного сечения вентилятора, то их можно рассматривать как элементы сети и рассчитывать потери давления D p в них по известной формуле:

Здесь z – коэффициент сопротивления элемента, r – плотность перемещаемой среды, с – средняя скорость в характерном сечении элемента. Значения коэффициента z для элементов различной конфигурации приведены, например, в справочнике [8].

Если элемент расположен непосредственно перед входом в вентилятор, недостаточно рассчитать потери давления в нем. Необходимо учесть ухудшение исходной характеристики вентилятора за счет неравномерного поля скоростей за этим элементом. Особенно сильно ухудшается характеристика вентилятора, если сегментная часть его входного сечения будет закрыта или затенена [4].

3.1. Поворотные колена

Для осуществления поворота потока (обычно на 90°) служат простые (двухзвенные) и составные (многозвенные) поворотные колена. Известно [8], что в изогнутых трубах и каналах вследствие изменения направления потока появляются центробежные силы, направленные от центра кривизны к внешней стенке трубы. Это приводит к повышению давления у внешней стенки и понижению его у внутренней стенки, что связано с переходом потока из прямолинейного участка трубопровода в изогнутый до полного поворота. Скорость потока, соответственно, получается меньшей у внешней стенки и большей у внутренней, что может привести к отрыву потока.

Наибольшие потери давления и степень неравномерности потока возникают при острой кромке изгиба внутренней стенки канала. При простом колене (рис. 3а) с углом поворота потока на 90° область отрыва потока у внутренней стенки за поворотом занимает практически половину сечения трубы. Коэффициент потерь давления в таком колене z = 1,2. Естественно, что при установке данного элемента непосредственно перед входом в вентилятор получают значительное ухудшение его аэродинамических характеристик. Наибольшее ухудшение характеристик происходит у высокорасходных осевых вентиляторов и радиальных вентиляторов с загнутыми вперед лопатками колеса с большой скоростью течения во входном патрубке.

На рис. 4 приведены безразмерные характеристики радиального вентилятора со свободным входом (сплошные кривые) и с простым коленом на входе при различных углах a его установки по отношению к выходному сечению вентилятора. Частичное снижение кривой давления y (j ) на величину

происходит из-за потерь давления во входном элементе, а частично из-за дополнительных потерь давления в вентиляторе, вызванных неравномерным полем скоростей перед входом в него. Здесь – относительный диаметр минимального сечения входного патрубка, – относительная среднерасходная скорость потока в этом сечении, D2 и u2 – диаметр и окружная скорость колеса. Для представленного на рисунке вентилятора эти дополнительные потери составляют приблизительно половину потерь давления в колене. Изменение угла a установки колена, определяемого как угол между направлениями средних скоростей в выходном и входном сечениях вентиляторной установки и отсчитываемого в направлении движения часовой стрелки, мало изменяет характеристику вентилятора.

Рисунок 3.

Элементы, устанавливаемые перед входом в вентилятор: a) простое колено; б) составное колено; в) входная коробка; г) щелевой патрубок

Таким образом, суммарные потери давления в простом колене, учитывающие как снижение характеристики вентилятора, так и потери давления в самом элементе, составляют

Такого резкого ухудшения характеристики при установке перед входом простого колена не наблюдается для радиальных вентиляторов с загнутыми назад лопатками колеса. Это объясняется небольшими значениями относительной скорости при входе в колесо, а также тем, что входной патрубок у таких вентиляторов имеет конический суживающийся участок с последующим расширением. Происходит некоторое выравнивание поля скоростей в минимальном сечении такого патрубка и ослабление влияния простого колена. В этом случае суммарные потери давления в патрубке составляют:

Отметим, что удаление простого колена от входного отверстия вентилятора на расстояние, равное одному-двум диаметрам D0, существенно не улучшает аэродинамическую характеристику вентилятора, т. к. неравномерность потока при входе в вентилятор сохраняется.

Рисунок 4.

Аэродинамические характеристики высокорасходного радиального вентилятора с простым коленом на входе по данным работы [3]

Рисунок 5.

Аэродинамические характеристики высокорасходного радиального вентилятора с составным коленом на входе по данным работы [3]

Более благоприятным является поворот потока на 90° перед входом в вентилятор при помощи составного (многозвенного) колена (рис. 3б). Даже у высокорасходного радиального вентилятора не наблюдается резкого снижения кривой давления (рис. 5). Максимальный КПД при угле a = 0° уменьшается всего на 3 %. Здесь можно отметить две причины. Во-первых, коэффициент сопротивления показанного на рисунке четырехзвенного колена составляет всего 0,2 по данным справочника [8]. Во-вторых, степень неравномерности потока за таким элементом значительно меньше. Суммарный коэффициент сопротивления z многозвенного колена может быть принят равным 0,35.

Однако изготовление такого колена представляет известные трудности и при установке его перед вентилятором требуется достаточно большое свободное пространство. При необходимости осуществить поворот потока перед входом в вентилятор в ограниченных габаритах целесообразно применять специальные входные коробки.

Литература

1. ISO 5801. Industrial fans. Performance testing using standardized airways.

2. ГОСТ 10921–90. «Вентиляторы радиальные и осевые. Методы аэродинамических испытаний».

3. Центробежные вентиляторы / Под ред. Т. С. Соломаховой. – М. : Машиностроение, 1975.

4. Брусиловский И. В. Аэродинамика и акустика осевых вентиляторов // Труды ЦАГИ. – Вып. 2650. – М. : Изд. отд. ЦАГИ, 2004.

5. Рекомендации по расчету гидравлических сопротивлений сложных элементов систем вентиляции. – М. : Стройиздат, 1981.

6. Дейч М. Е., Зарянкин А. Б. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. – М. : Энергия, 1970.

7. Довжик С. А., Картавенко В. М. Экспериментальные исследования влияния закрутки потока на эффективность кольцевых каналов и выходных патрубков осевых турбомашин // Промышленная аэродинамика. – Вып. 31. – М. : Машиностроение, 1966.

8. Идельчик И. В. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М. : Машиностроение, 1975.

9. Чебышева К. В., Соломахова Т. С. Влияние входных элементов центробежных вентиляторов на их аэродинамические характеристики // Промышленная аэродинамика. – Вып. 31. – М. : Машиностроение, 1974.

Вторую часть статьи читайте в следующем номере журнала «АВОК»







Навигация
Реклама
Популярное
    Услуги бухгалтерского учета
    Дело вот в чем: для эффективного осуществления любой хозяйственной деятельности необходимо контролировать как доходы, так и расходы. Организациям важно владеть информацией о том, есть ли у них денежные

    Срочный выкуп авто
    В последнее время услуги выкупа автомобилей в срочном порядке приобретают все большую популярность. Это обусловлено особенностями и возможностями процесса, а также огромными преимуществами, как для клиентов,

    Замена шаровых опор ваз 2107
    Конструкция передней подвески с шаровыми опорами сменила популярный ранее шкворневый механизм и является самой распространенной. Задача этих узлов – обеспечение вертикального перемещения и поворота колеса

    На коробку передач ваз
    Автомобиль скомпонован очень плотно, и свободное место найти в подкапотном пространстве крайне затруднительно. Поэтому детали управления какими-либо узлами порой располагаются на значительном удалении

    Ремонт вмятин без покраски -от 1000
    PDR. MD — высоко технологичный и качественный сервис, который предлагает выгодный и профессиональный ремонт. Правка вмятин без покраски это мастерство, удаления больших и маленьких вмятин без

    Ремонт сдвижной крыши
    Очень повезло в жизни тем автомобилистам, которые пользуются автомобилями со сдвижной крышей. Ведь это прекрасное устройство исключительно высокой степени надежности. Хотя, все же, ремонт сдвижной крыши

    Ремонт apple
    Модульный ремонт iphone Обычно во всех сервис-центрах разделяют такие процессы, как починку и модульный ремонт. Модульный ремонт телефонов представляет собой процесс замены тачскрина, дисплея, какого-либо

    Катализатор Ауди А6
    На ул. Московской в Шебекино 24-летняя девушка за рулём ВАЗ-2110 при повороте налево не уступила дорогу Hyundai Solaris под управлением 18-летней автоледи. В результате ДТП в центральную райбольницу попали

    Дефлекторы окон для CITROEN
    Многие автолюбители задаются вопросом ставить или нет на новую машину дефлектор капота, а проще « мухобойку» . Плюсы и минусы конечно же существуют. Из плюсов это защита вашего капота от разных

    Автокран ивановец
    ОАО «Автокран» выпускает самый широкий ассортимент автомобильных кранов во всем бывшем СССР. Это достигается благодаря наличию всех необходимых видов производств для современного машиностроительного комплекса:



    '; $CONTENT_m .= '
    '.$a['title'].'

    '.prevlen11($a["preview"],300).'


    ';if (++$ibr >=10) break;}echo $CONTENT_m;?>
Опрос
Облако тегов


Архив


rss