Описание расчета осевого вентилятора

После того как сеть воздуховодов спроектирована и просчитана, наступает время подобрать под эту систему вентиляционную установку для подачи и обработки воздуха. Сердцем вентиляционной системы является вентилятор, приводящий в движение воздушные массы и призванный обеспечить необходимый расход и давление в сети. В этом качестве часто выступает агрегат осевого типа. Чтобы необходимые параметры были выдержаны, вначале следует произвести расчет осевого вентилятора.

Осевой вентилятор используется в системах воздуховодов для перемещения больших масс воздуха.

Общее понятие о конструкции агрегата и его назначении

Осевой вентилятор — это лопастная воздуходувная машина, которая передает механическую энергию вращения лопастей рабочего колеса воздушному потоку в виде потенциальной и кинетической энергии, а он затрачивает эту энергию на преодоление всех сопротивлений в системе. Осью рабочего колеса данного типа является ось электродвигателя, она располагается по центру воздушного потока, а плоскость вращения лопастей перпендикулярна ему. Агрегат перемещает воздух вдоль своей оси за счет лопаток, повернутых под углом к плоскости вращения. Крыльчатка и электродвигатель закреплены на одном валу и постоянно находятся внутри воздушного потока. Такая конструкция имеет свои недостатки:

Место установки вентилятора.

1. Агрегат не может перемещать воздушные массы с высокой температурой, которые могут повредить электродвигатель. Рекомендуемая максимальная температура — 100° C.
2. По той же причине не допускается применять этот тип агрегатов для перемещения агрессивных сред или газов. Перемещаемый воздух не должен содержать липких включений или длинных волокон.
3. В силу своей конструкции осевой вентилятор не может развивать высокое давление, поэтому непригоден к использованию для вентиляционных систем большой сложности и протяженности. Максимальное давление, которое может обеспечить современный агрегат осевого типа, находится в пределах 1000 Па. Однако, существуют специальные шахтные вентиляторы, конструкция привода которых позволяет развивать давление до 2000 Па, но тогда уменьшается максимальная производительность — до 18000 м³/ч.

Достоинства этих машин следующие:

Устройство осевого вентилятора.

• вентилятор может обеспечить большой расход воздуха (до 65000 м³/ч);
• электродвигатель, находясь в потоке, успешно охлаждается;
• машина не занимает много места, имеет небольшой вес и может быть установлена прямо в канале, что снижает затраты при монтаже.

Все вентиляторы классифицируются по типоразмерам, указывающим на диаметр рабочего колеса машины. Данную классификацию можно увидеть в Таблице 1.

Таблица 1

Описание вычислений параметров воздуходувной машины

Расчет вентиляционного агрегата любого типа выполняется по индивидуальным аэродинамическим характеристикам, не является исключением и осевой вентилятор. Вот эти характеристики:

Установка осевого вентилятора.

1. Объемный расход или производительность.
2. Коэффициент полезного действия.
3. Мощность, необходимая для привода агрегата.
4. Действительное давление, развиваемое агрегатом.

Производительность была определена ранее, когда выполнялся расчет самой вентиляционной системы. Вентилятор должен ее обеспечить, поэтому значение расхода воздуха остается неизменным для расчета. Если же температура воздушной среды в рабочей зоне отличается от температуры воздуха, проходящего через вентилятор, то производительность следует пересчитать по формуле:

L = Ln x (273 + t) / (273 + tr), где:

• Ln — необходимая производительность, м³/ч;
• t — температура воздуха, проходящего через вентилятор, °C;
• tr — температура воздуха в рабочей зоне помещения, °C.

Определение мощности

После того как необходимое количество воздуха окончательно определено, нужно выяснить мощность, необходимую для создания расчетного давления при этом расходе. Расчет мощности на валу рабочего колеса производится по формуле:

NB (кВт) = (L x p) / 3600 x 102ɳв x ɳп, здесь:

Технические характеристики осевых вентиляторов.

• L — производительность агрегата в м³ за 1 секунду;
• p — необходимый напор вентилятора, Па;
• ɳв — значение КПД, определяется по аэродинамической характеристике;
• ɳп — значение КПД подшипников агрегата, принимается 0,95-0,98.

Значение установочной мощности электродвигателя отличается от мощности на валу, последняя учитывает только нагрузку в рабочем режиме. При пуске любого электродвигателя происходит скачок силы тока, следовательно, и мощности. Этот пусковой пик должен быть учтен при расчете, поэтому установочная мощность электродвигателя будет:

Ny = K NB, где K — коэффициент запаса на пусковой момент.

Значения коэффициентов запаса при различной мощности на валу отражены в Таблице 2.

Таблица 2

Если агрегат устанавливается в помещении, в котором температура воздуха может достигать по разным причинам +40° C, то параметр Ny следует увеличить на 10%, а при +50° C установочная мощность должна быть выше расчетной на 25%. Окончательно этот параметр электродвигателя принимают по каталогу завода-производителя, выбрав ближайшее большее значение к расчетному Ny с просчетом всех запасов. Как правило, воздуходувную машину устанавливают до теплообменника, который нагревает воздух для дальнейшей его подачи в помещения. Тогда электродвигатель будет запускаться и работать на холодном воздухе, что есть более экономично в плане расхода электроэнергии.

Воздуходувные машины разных типоразмеров могут быть укомплектованы электродвигателями различной мощности в зависимости от напора, который требуется получить. Каждая модель агрегата имеет свою аэродинамическую характеристику, которую завод-производитель отражает в своем каталоге в графическом виде. Коэффициент полезного действия — величина переменная для различных условий работы, окончательно ее можно будет выяснить по графической характеристике вентилятора, опираясь на величины производительности, расхода и установочной мощности, вычисленные ранее.

Основная задача расчета и подбора вентилятора — выполнить требования по перемещению необходимого количества воздуха с учетом сопротивления сети воздуховодов, при этом добиться максимального значения КПД агрегата.

Если рабочая точка, определенная на графической характеристике по значениям давления и производительности, указывает на низкий КПД, следует взять вентилятор другого типоразмера.

Еще один параметр, характеризующий воздуходувные машины, называют удельной быстроходностью. Ее величина показывает, какая должна быть скорость вращения рабочего колеса вентилятора при нормальных условиях работы, чтобы переместить 1 м³ воздуха за 1 секунду, при этом развивается напор 10 Па и максимальное значение КПД. Расчет данного параметра выполняется по формуле:

nуд = 5,3 (Q0,5 / p0,75) n.

В этой формуле:

• nуд — величина удельной быстроходности, об/мин;
• Q — объемный расход воздуха, м³ за секунду, Q = L / 3600;
• p — необходимое давление, полученное в результате расчета, Па;
• n — скорость вращения рабочего колеса согласно каталогу производителя, об/мин.

Практические расчеты по данной формуле показывают, что осевые вентиляторы большой производительности и малого напора отличаются большей быстроходностью, и наоборот. Например, агрегаты с низким давлением имеют показатель быстроходности более 200 об/мин, а с высоким — от 50 до 100 об/мин.