Аэродинамика и акустика вентиляторов или Как правильно подобрать вентилятор

1. АЭРОДИНАМИКА И АКУСТИКА ВЕНТИЛЯТОРОВ или как правильно подобрать вентилятор

Ведущий вебинара –
Московко Юрий Георгиевич, к.т.н.
- советник по научно-техническим разработкам ГК
«ИННОВЕНТ»;
- член ТК 061 «Вентиляция и кондиционирование»;
- член комитета ТК 465 (ПК 14);
- член международного комитета ISO ТС 117;
- национальный эксперт ЮНИДО
1

2.

Расчет аэродинамических
потерь давления
в типичных элементах сетей
2

3.

Типичные элементы сети
Сети:
• линейные
• разветвленные
Аэродинамические потери в магистрали:
• трение;
• повороты;
• слияния, разветвления;
• выход потока;
• и т.д.
3

4.

Потери давления от трения
в прямой трубе
L W 2
dPтр
DГ
2
где:
- коэффициент сопротивления трения;
L – длина трубы, м;
DГ – гидравлический диаметр трубы, м (DГ = 4F/П);
ρ – плотность перемещаемого воздуха, кг/м3;
W – средняя скорость воздуха в трубе, м/с
4

5.

Коэффициент гидравлического сопротивления
труб с неравномерной шероховатостью
(стабилизированное течение)
•Число Рейнольдса
•Автомодельная
область
Число Рейнольдса
5

6.

Влияние диаметра,
шероховатости (стабилизированное течение)
Δ = 0,1 мм; D = 100 мм; W = 5 м/с;
Re = 0,33 * 10^5;
≈ 0,02
Δ = 0,1 мм; D = 500 мм; W = 5 м/с;
Re = 1,65 * 10^5;
≈ 0,018
Гофрированные трубы
Δ = 3,3 мм; D = 100 мм; W = 5 м/с;
Re = 0,33 * 10^5;
≈ 0,063
6

7.

Гибкие теплоизолированные
воздуховоды SONODUCT
Скорость
в воздуховоде, м/c
Диаметр
канала,мм
7

8.

Потери давления в колене
Число Рейнольдса
Внешний
радиус
Внутренний
радиус
8

9.

Потери давления
во входной решетке
Число
Рейнольдса
Живое сечение решетки
9

10.

Потери давления
в выходных устройствах
Выходные решетки
Δр = (1..3) ·ρ W2 /2
Сопла
Δр= 1,05 (D/d)4 ·ρ W2 /2
10

11.

Аэродинамические потери в сети
определятся как потери в элементах сети + потери,
связанные с выходом потока в атмосферу:
pc= ΣΔр эл + V2вых/2
При выходе потока из вентилятора: V2вентвых/2
Эти потери определяют мощность
вентилятора
11

12.

Потери с выходом потока
Производительность 36 000м3/час,
потери в элементах сети =500 Па
выход из вентилятора в атмосферу, Vвентвых=25м/с;
V2вентвых/2=375 Па. Потери в сети 500+375 = 875 Па.
выход из воздухораспределительного устройства
Vвых=1,5м/с, V2вых/2=2Па.
Потери в сети
500+2=502 Па.
Разница в потребляемой мощности:
(875-502)·10/0,8=4,7 кВт
12

13.

ВНИМАНИЕ !
При расчете аэродинамических
потерь в системе необходимо
учитывать
• температуру потока
• разрежение или подпор, создаваемые
перепадом высот и температур
• ветровой напор
13

14.

ВНИМАНИЕ !
При расчете аэродинамических
потерь в системе необходимо
учитывать
взаимодействие элементов сети между собой
взаимное влияние элементов сети на
вентилятор и наоборот (Эффект Системного
Фактора)*
* существует отдельная тема
14

15.

Взаимодействие элементов
сети и вентилятора
колено
Ступенчатый диффузор
15

16.

ТИПЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ
ГОСТ 34002-2016 (ISO 13349:2010 Вентиляторы.
Терминология и определение категорий. MOD ISO
13349:2010. Взамен ГОСТ 22270-76
ГОСТ 10616-2015 Вентиляторы радиальные и
осевые. Размеры и параметры. MOD ISO
13351:2009 ГОСТ 10616-90
ГОСТР 58642- 2019 Вентиляторы канальные.
Классификация и параметры
16

17.

Вентилятор –
машина объемного типа
единичный объем
17

18.

Ведро на палке
18

19.

Параметры при 60 об/мин
Объемный расход при изменении температуры не меняется !
19

20.

Параметры при 600 об/мин
Объемный расход при изменении температуры не меняется !
20

21.

Изменение параметров
вентилятора при изменении
частоты вращения и температуры
21

22.

Осевые вентиляторы
общего применения (для небольших систем
воздуховодов или без воздуховода)
стенные
дымоудаления
подпора свежего воздуха
в системах дымоудаления
дымососы
крышные
струйные
специальные технологические
1- электродвигатель
2- корпус
3 – лопатка
4- стойки крепления
22

23.

Закрутка потока
за рабочим колесом
Уравнение Эйлера
С1u
С2u
С2u
С1u
________________________________________
Вспомните «мясорубку»
23

24.

Радиальные вентиляторы
общего применения низкого,
среднего и высокого давления,
дымоудаления
дымососы
шахтные
пылевые
крышные
разные варианты канальных
специальные технологические
Схема радиального вентилятора со
спиральным корпусом:
1- рабочее колесо диаметром D
2- станина
3- спиральный корпус
24

25.

Радиальные рабочие колеса
а) рабочее колесо с
загнутыми назад плоскими
лопатками
б) рабочее колесо двустороннего
всасывания с загнутыми вперед
лопатками («барабанное» или
сирокко)
25

26.

Безразмерные характеристики
радиальных вентиляторов
а – загнутые вперед лопатки
б – радиально оканчивающиеся лопатки
в – назад загнутые лопатки
Коэффициенты
=L/(Fu) - расхода
=2рv/ u2 - давления
=2N/ u3F – мощности
рv - полное давление, Па
N- мощность, Вт
-
F= D2/4 – характерная площадь, м2
u= Dn/60 – окружная скорость колеса, м/с
n – частота вращения, об/мин
D -диаметр колеса, м
Полное давление
Статическое давление
26

27.

Диаметральные вентиляторы
Используются:
• в воздушных завесах
• во внутренних блоках кондиционеров
• в нагревателях воздуха
• в специальном технологическом
оборудовании
1- рабочее колесо диаметром D и
осевой длиной L
2- корпус вентилятора
3- прямоугольное входное
отверстие
4- прямоугольное выходное
отверстие
27

28.

Вихревые вентиляторы
Схема вихревого
вентилятора/компрессора:
1- рабочее колесо
2- нагнетательный канал
3- всасывающий канал
4- разделительная
перегородка
5- рабочий канал
28

29.

Полное и статическое давления
Р- статическое давление в потоке;
V- скорость течения;
Ро- полное давление в потоке;
Р01- полное давление перед вентилятором;
Р02- полное давление на выходе вентилятора;
Vвых- средняя скорость в выходной рамке вентилятора
29

30.

Давление вентилятора
Полное давление вентилятора
Pv = P02-P01
P01 - осредненное по входному сечению,
P02 -осредненное по выходному сечению полное
давление потока.
Статическое давление вентилятора
Psv= Pv - Pdv
Динамическое давление вентилятора
Pdv определяется по среднерасходной скорости
Vвых-вент выхода потока из вентилятора:
Pdv=ρV2вых-вент/2
30

31.

Скорость выхода потока и КПД
Скорость выхода потока из вентилятора
(один из способов осреднения):
Vвых-вент =Q/Fвых
где Fвых - площадь поперечного сечения выхода потока из вентилятора;
Q–производительность вентилятора.
Полный и статический КПД вентилятора
η= Pv Q/ N; ηst= Psv Q /N
где N - мощность, потребляемая вентилятором.
Nэл сеть – мощность, потребляемая вентилятором
из электрической сети: Nэл сеть= N/ (ηּηэл двиг),
где ηэл двиг – КПД электродвигателя
31

32.

Стандарты по испытаниям
вентиляторов
ГОСТ ISO 5802-2012 Вентиляторы промышленные. Испытания
в условиях эксплуатации. IDT ISO 5802:2001
ГОСТ 10921-2017 Вентиляторы радиальные и осевые. Методы
аэродинамических испытаний. MOD ISO 5801:2007. Взамен
ГОСТ 10921-90
ГОСТ 34055-2016 Вентиляторы промышленные. Испытания
и определение рабочих характеристик струйных вентиляторов.
MOD ISO 13350:2015
32

33.

Типы
аэродинамических
характеристик
а) пологая, без срыва;
б) «седловидная» с обратным
склоном;
Крайний
рабочий
режим
в) с ярко выраженным
срывом.
А- режим начала срыва;
А’- левая граница рабочего
режима
33

34.

ГОСТ 10616-90.
Вентиляторы радиальные и осевые.
Размеры и параметры
Условная мощность
Полный КПД
Рабочий диапазон
вентилятора ограничен
областью, в которой КПД
вентилятора не ниже 0,9
от его максимального
значения
34

35.

Изменение параметров
вентилятора при изменении
температуры и частоты вращения
1. Объемный расход не зависит от температуры
(вентиляторы дымоудаления).
2. Давление и мощность зависят прямо
пропорционально изменению температуры
(плотности).
3. При изменении частоты вращения:
- расход изменяется прямо пропорционально;
-
давление в квадрате;
мощность в кубе.
____________________________________________
Вспомните «ведро на палке»
35

36.

Акустические параметры
вентиляторов*
• Звуковое давление
• Звуковая мощность
*В полном объеме не рассматривается,
так как есть специальная тема
36

37.

Акустическое подобие
вентиляторов
Критерии акустического подобия вентиляторов
Lw L 60 lg u2 20 lg D2
~
Lw L 10 lg L 25 lg pv
Корректируемые уровни звукового давления, дБА
37

38.

Изменение параметров вентилятора
при изменении давления (L=const)
38

39.

Рабочий режим вентилятора
Рабочим режимом является точка
пересечения арактеристики вентилятора
с характеристикой сети.
Характеристикой сети (без массо и
теплообмена) является парабола р = к L2.
39

40.

Эпюра давлений в
вентиляционных сетях
40

41.

ВЫБОР
ВЕНТИЛЯТОРА
41

42.

Параметры вентилятора,
влияющие на его выбор
производительность
давление
потребляемая мощность (коэффициент полезного
действия)
характерные размеры (частота вращения)
уровни излучаемого шума
удобство компоновки
внешний вид
стоимость на рынке
наличие у поставщика и сроки поставки
надежность в работе
соответствие заявленных свойств вентилятора
реальным свойствам приобретенного вентилятора
42

43.

Характеристики вентиляторов
Осевые вентиляторы:
- большая производительность, малое давление, высокий КПД
Радиальные вентиляторы.
1.Назад загнутые лопатки:
- малое давление, средняя производительность
2.Вперед загнутые лопатки:
- среднее давление, средняя и большая
производительность, относительно низкий КПД
3. Двустороннего всасывания:
- среднее и большое давление,
большая производительность
Диаметральные вентиляторы:
любая производительность, большое давление, низкий КПД
43

44.

КПД вентиляционной системы
зависит
от того, как
построена сама
система*
от КПД
вентилятора на
рабочем режиме
* не рассматривается, так как
есть специальная тема
44

45.

КПД вентилятора
на рабочем режиме
Разница в КПД
Равная
производительность
45

46.

ГОСТ 31961-2012.
Вентиляторы промышленные.
Показатели энергоэффективности
Введены 3 класса эффективности вентиляторов, без учета
потерь в электродвигателях и т.д., то есть «чисто»
вентилятора.
46

47.

ГОСТ 31961-2012.
Вентиляторы промышленные.
Показатели энергоэффективности
47

48.

ГОСТ 33660-2015.
Классификация по эффективности
(MOD ISO 12759:2010)
48

49.

«Сквозной» (сеть-потребитель)
КПД вентилятора
В западной литературе (например, стандарты ISO)
имеет название «Wire to air»
49

50.

Частотно регулируемый привод
ЧРП изменяет частоту вращения
и, соответственно, давление и
мощность, но не изменяет КПД
вентилятора (при Re>Reавт, если нет
тепломассопереноса и не меняются
характеристики самой вентсистемы)
Общий КПД привода (электродвигатель плюс частотный привод)
сильно зависит от частоты
вращения, загрузки
электродвигателя и ЧРП
В ряде случаев КПД системы сетьпотребитель может уменьшиться
на 20-30%.
50

51.

ВНИМАНИЕ!
Необходимо проверять
установочную мощность
электродвигателя при работе
с частотным преобразователем
51

52.

Двигатели АДЧР
Ассинхронные частотно-регулируемые
двигатели
специальные подшипники
принудительная вентиляция
токоизолированные подшипники
52

53.

Классификация канальных
(радиальных) вентиляторов*
*В полном объеме не рассматривается,
так как есть специальная тема
53

54.

Канальные радиальные
вентиляторы
1. Прямоточные вентиляторы
(с осью вращения колеса,
параллельной оси
воздуховода)
1.1. Вентиляторы
в круглом
корпусе
1.1.В.
Колеса с назад
загнутыми
лопатками
1.1.В. R.
Радиальные
колеса
1.2. Вентиляторы в
квадратном/прямоугольном корпусе
1.2. В.
Колеса с назад
загнутыми
лопатками
1.1.В. D.
Диагональны
е колеса
1.1.В.D1.
Диаметр вентилятора
превышает диаметр
воздуховода (с
поджатием потока)
2. Вентиляторы с улиткой
(с осью вращения колеса,
перпендикулярной оси
воздуховода)
1.2.В.R.
Радиальные
колеса
1.1.B.D2.
Диаметр вентилятора равен диаметру
воздуховода
1.2.F.
Колеса с вперед
загнутыми
лопатками
2.1. Вентиляторы в
прямоугольном корпусе
(положенные на бок колеса)
2.1.В.
Колеса с назад
загнутыми
лопатками
2.1.F.
Колеса с вперед
загнутыми
лопатками
1.2.В.D.
Диагональны
е колеса
2.2. Радиальные
вентиляторы в
боксе
2.2.В.
Колеса с
назад
загнутыми
лопатками
2.2.F.
Колеса с
вперед
загнутыми
лопатками
2.2.F.SS.
Колеса с
односторонним
всасыванием
2.2.F.DS.
Колеса с
двусторонним
всасыванием
В – назад
F – вперед
R – радиальное
D – диагональное
SS – одностороннего всасывания
DS – двустороннего всасывания
54

55.

Трансформация входной
коробки в канальных вентиляторах
Канальный
вентилятор,
«лежачее колесо»
а- оптимальная входная
коробка
б- повернута на 180 град,
электродвигатель внутри
колеса
с- заужение входа
d- стандартный
вентилятор в коробке
Радиальный
вентилятор со
спиральным
колесом в корпусе
55

56.

Перегородка на входе
56

57.

Прямоточные канальные
вентиляторы
С круглым корпусом (1.1)
Закрученный
поток
Закрученный
поток
К – колесо
ОВ – ось вращения
СА – спрямляющий аппарат
57

58.

Канальные вентиляторы
со спиральным корпусом
«Положенные на бок
колеса» (2.1)
вентиляторы со спиральным
корпусом в боксе (2.2)
Потери на удар
Очень узкое сечение
К – колесо
ОВ – ось вращения
СК – спиральный корпус
58

59.

Сравнение
канальных
вентиляторов
«положенные
на бок
колеса»
Номер
криво
й
Вентилятор
Тип
вентилятора
1
RS70-40L3
2.1.В
2
КТ50-30-4
3
КТ 70-40-6
Мощность,
электродвигателя,
кВт
Частота
вращения,
об/мин
Поперечное сечение,
квадрат, мм
0,705
1410
700х400
2.1.F
0,8
1270
500х300
2.1.F
1,63
805
700х400
59

60.

Акустические характеристики КВ
со звукопоглощающими корпусами и без
(положенные на бок колеса с назад загнутыми лопатками)
Уровни звуковой мощности в октавных полосах
частот (дБА)
Суммарная
звуковая
мощность
fср, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
L, дБА
без ЗПК
Lwa, вход
67
68
71
73
69
69
63
53
78
с ЗПК
Lwa, вход
66
63
66
66
60
60
53
45
72
без ЗПК
Lwa, выход
64
71
77
77
75
74
67
58
83
с ЗПК
Lwa, выход
64
71
77
77
75
74
67
58
83
без ЗПК
Lwa, корпус
52
56
60
61
57
55
45
35
66
с ЗПК
Lwa, корпус
50
49
52
56
53
51
43
33
60
60

61.

Потери в переходных элементах
61

62.

НАПОМИНАНИЕ !
1.Параметры вентилятора зависят от
числа Re вентилятора
2. Аэродинамические характеристики
вентилятора зависят от Системного
Фактора*
* Есть специальная тема
62

63.

Влияние числа Рейнольдса
на параметры радиальных вентиляторов
Аптекарь М.В., Фонберштейн И.М. Судовые вентиляторы . Л.:
Судостроение,1971.
63

64.

О «СВОБОДНОМ ДАВЛЕНИИ»
Свободное давление приточной установки
это аэродинамические потери (по полным
параметрам) в вентиляционной сети плюс
потери перехода ∆Рпер *
* Потери перехода должны быть оценены самостоятельно
64

65.

Потери в переходных элементах
Пример: скорость в сечении F1 =25 м/с, F2 =5 м/с.
Потери в переходе (на удар) могут составить, примерно
1,2х (25-5)2/2=240 Па.
65

66.

Канальный вентилятор
УНИВЕНТ на выходе
Канальный вентилятор имеет полное давление
близкое к статическому, поэтому свободное
давление – это статическое давление
66

67.

На выходе
радиальный вентилятор
со спиральным корпусом
ООО «ИННОВЕНТ» дает статическое давление в сечении F1
При любом присоединении установки к воздуховоду,
восстановление давления в переходе идет в запас
67

68.

В апреле 2010 года издательством
«АВОК-ПРЕСС» была выпущена книга
Караджи В.Г. и Московко Ю.Г.
«Вентиляционное оборудование.
Технические рекомендации для
проектировщиков и монтажников».
В книге систематизирован обширный
материал и сформулированы актуальные
вопросы эффективного использования
вентиляционного оборудования,
приведены общие сведения о
вентиляторах, основная информация по
аэродинамике и акустике. Рассмотрены
особенности работы вентиляторов в
сетях, воздухоприточных установок и
воздушно-тепловых завес. Освещены
вопросы балансировки и наладки
вентиляционных систем.
Заказать книгу можно в интернетмагазине АВОК.
68

69. КОМУ МОЖЕТ БЫТЬ ИНТЕРЕСНА КНИГА

• проектировщикам
• преподавателям ОВК
• монтажникам
• производителям вентсистем
• студентам
69

70. СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ

1. Основная информация по аэродинамике и
термодинамике
2. Общие сведения о вентиляторах
3. Осевые вентиляторы
4. Радиальные вентиляторы
5. Диаметральные вентиляторы
6. Особенности работы вентиляторов в сетях
7. Шум вентиляторов
8. Воздухоприточные установки
9. Воздушно-тепловые завесы
10. Воздушно-отопительные агрегаты
11. О балансировке и вибрациях вентиляторов
12. О применении электродвигателей в вентиляторах
13. О наладке вентиляционных систем
70

71.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Запись вебинара можно будет
найти на сайте
www.innovent.ru
в разделе
Проектировщикам – Наши вебинары
https://innovent.ru/webinars/
71