Обеспечение подачи воздуха.

Режимы вентиляции, отопления и охлаждения связаны с подачей в системе определённого количества воздуха, что обеспечивается соответствующими воздухоподающими машинами, в качестве которых используются вентиляторы различных типов. Основными конструктивными элементами вентиляторов являются рабочее колесо и кожух. Рабочее колесо, приводимое во вращение двигателем, обеспечивает повышение давления перемещаемого вентилятором воздушного потока. Кожух вентилятора обеспечивает организацию перемещаемого воздушного потока. В нём имеются всасывающее и нагнетательное отверстия.

Работу вентилятора характеризуют такие показатели как L -производительность по воздуху, м³/с (м³/ч), т.е. подача; Dp_v - полное давление, представляющее собой разность давлений в нагнетательном и не всасывающем отверстиях, кгс/м² (Па): Dp_dv - динамическое давление, вычисляемое по средней скорости воздуха в нагнетательном отверстии, кгс/м² (Па); Dp_sv - статическое давление, определяемое как разность между полным и динамическим давлениями, кгс/м² (Па); N_вент- мощность на валу колеса вентилятора, кВт ( Вт); η_вент- коэффициент полезного действия вентилятора, выражающий отношение полезной работы совершаемой вентилятором, к работе, передаваемой двигателем на вал колеса вентилятора в одинаковые отрезки времени.

Мощность на валу колеса вентилятора (кВт- при L в м³/с и Dp_v в кгс/м²) определяется по формуле:

N_вент= L Dp_v / 102 η_вент (4.109)

Связь между производительностью по воздуху и давлением вентилятора обычно выражают в виде графика и называют его размерной индивидуальной характеристикой вентилятора.

Наибольшее распространение на практике полупили осевые и радиальные (центробежные) вентиляторы. Наиболее простыми по конструкции являются осевые вентиляторы, где имеется установленное в кожухе (корпусе) вращающееся рабочее колесо, лопатки которого расположены под углом к плоскости его вращения, в результате чего воздух перемещается в осевом направлении.

Радиальные вентиляторы имеют различное исполнение - одностороннего и двухстороннего всасывания как одинарные (с электродвигателем с односторонним приводным валом), так и сдвоенные (с электродвигателем с двухсторонним приводным валом). Основными конструктивными элементами радиального вентилятора являются рабочее колесо с лопатками и кожух (корпус) спиралевидной формы. Вращающееся рабочее колесо обеспечивает перемещение воздуха под давлением. Корпус обеспечивает организацию воздушного потока от осевого направления во всасывающем отверстии к тангенциальному в нагнетательном отверстии. Принципиальные схемы разновидностей таких вентиляторов представлена на рис.4.84.

Поскольку энергию воздуху в вентиляторе сообщает рабочее колесо, то его конструкция и размеры изначально определяют характеристики агрегата. С использованием данных рис.4.84 подача воздуха определяется из выражения:

L = π D_к b_к C_2r (4.110)

Величина скорости C_2r зависит от конструкции лопаток колеса (загнутые назад, вперёд или радиальные), их фермы, ориентации (принятые углы атаки и выходные углы) и окружной скорости U₂ вращения колеса. Давление, развиваемое колесом вентилятора, также зависит от его окружной скорости. Следует иметь в виду, что подача воздуха прямо пропорциональна частоте вращения колеса, давление - её квадрату, а потребляемая мощность- её кубу.

При выборе конструкции колеса необходимо учитывать, что по сравнению с лопатками других типов загнутые вперёд лопатки дают возможность получить наибольшее давление при одинаковых частоте вращения и диаметре колеса. Так, если принять за исходное давление Dp_sv вентилятора, снабженного колесом с радиальными лопатками, то при загнутых назад лопатках давление составит (0,4...0,6) Dp_sv, а при загнутых вперёд - (1,3…1,5)Dp_sv

Основное назначение спирального корпуса - сбор воздуха и организация его поступления в сеть. Средняя скорость воздушного потока в нём меньше скорости на выходе из колеса, вследствие чего здесь кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную, что, естественно сопровождается потерями. Эта особенность взаимодействия воздушного потока с кор­пусом является предпосылкой получения различных аэродинамических характеристик модификаций вентиляторов путём изменения размеров спирали корпуса при его постоянной ширине и одном и том же колесе, что применяется на практике.

Рис.4.84. Принципиальные схемы радиальных вентиляторов: а - форма и построение спирального корпуса; б - расположение лопатки (правое вращение) и план скоростей; в - одинарный вентилятор одностороннего всасывания; г - сдвоенный вентилятор одностороннего всасывания; д - одинарный вентилятор двустороннего всасывания; е - сдвоенный вентилятор двухстороннего всасывания; С₂ - результирующая скорость на выходе из лопатки; С_2r, С_2u - проекция результирующей скорости соответственно на радиальное направление и направление окружной скорости; U₂ - окружая скорость колеса; ω₂ - относительная скорость на выходе из лопатки; А_к -раскрытие корпуса; В_к - ширина корпуса; b_к - ширина колеса; С_к - длина выходного отверстия корпуса; D_к - диаметр колеса; d_к - диаметр входного отверстия колеса; Е_к - длина корпуса; Н_к и H¹_к- высота корпуса; R_к - радиус языка; 1 - электродвигатель; 2 - рабочее колесо; 3 - спиральный корпус

Размеры спирали корпуса определяются при её построении. Наиболее простое и широко используемое в практике - это построение спирали дугами окружностей по правилу «конструкторского квадрата» со стороной (рис.4.84), исходя из соотношения а = 0,25А_к. Для корпусов традиционной формы принимают раскрытие спирали А_к = 0,5D_к. За счёт сокращения величины А_к можно получить вентиляторы с корпусом уменьшенного размера, подача воздуха и давление которых будут соответственно снижены.

Вместе с тем, для расширения диапазона рабочих режимов вентилятора данного типоразмера используют его модификации с различными рабочими колёсами, диаметру которых больше или меньше номинального на. 5-10%.

Для систем вентиляции и кондиционирования серийно выпускаются вентиляторы, основные требования к которым регламентированы ГОСТ 5976-73 «Вентиляторы радиальные (центробежные) общего назначения». Они имеют обозначение типа, состоящее из буквы Ц (центробежный), уловных обозначений характеризующих коэффициент полного давления и значение быстроходности при максимальном коэффициенте полезного действия, а также номера вентилятора, численно равного диаметру колеса в дециметрах (например, Ц4-70 М4). Индивидуальные характеристики серийно выпускаемых вентиляторов этого типа номеров от 2,5 до 20 приводятся в соответствующих справочниках, по которым можно выбрать необходимую его модель следующим образом.

Вентилятор работает обычно в системе воздуховодов, регулирующих устройств, фильтров, теплообменников и др., называемых сетью. Элементы сети могут быть расположены только перед вентилятором, только за вентилятором или одновременно перед и за вентилятором. В первом случае вентилятор работает на всасывание, во втором - на нагнетание, в третьем - на всасывающенагнетательную сеть.

Рис.4.85. Области режимов работы серийных вентиляторов общего назначения

Такой метод, широко применяемый на практике, позволяет достаточно объективно подобрать для реальной сети наиболее приемлемый экономичный вентилятор, работающий в режиме максимального КПД, поскольку рабочей точке С соответствует условие, при котором производительность такого вентилятора равна требуемому расходу воздуха L_с через сеть, а развиваемое им давление равно потере давлений Dр_с в сети при этом расходе. В частности, для принятой нами аэродинамической характеристике сети, согласно рис.4.85 при Dр_с = 17,5 кгс/м² (172 Па) и L_с = 0,7 тыс. м³/ч подходит радиальный вентилятор марки Ц4 - 70 №2,5. Естественно, что при других расходах воздуха и потере давления потребуется свой соответствующий вентилятор.

В общем случае при расчёте мощности электродвигателя, кроме КПД вентилятора, должны быть учтены потери, зависящие от способа соединения колеса вентилятора с двигателем (потери в передаче η_п). Тогда мощность на валу двигателя (кВт) определяется по формуле:

N = L Dp_sv/3600×102 η_вент η_п, (4.111)

где η_п = 1 при непосредственной насадке колеса вентилятора на вал электродвигателя и η_п = 0,96 при соединении вала колеса вентилятора с валом электродвигателя с помощью муфты или клиноремённой передачи.

Установочную мощность электродвигателей N_у, кВт определяют по формуле:

N_у= k ₃ N, (4.112)

где k₃ - коэффициент запаса мощности, принимаемый по табл.4.30.

Таблица 4.30