Статическое давление вентилятора что это?

Что нужно знать о радиальных вентиляторах?

Радиальные, или центробежные вентиляторы являются преобладающей группой устройств для перемещения воздушных или газовых потоков. Они используются в бытовых или промышленных установках для вентиляции или в технологических целях. Конструкция радиального вентилятора практически неизменна с момента изобретения, что подтверждает высокий уровень эффективности, надежности и прочности.

Устройство и принцип действия

Радиальный вентилятор состоит из двух основных элементов:

Корпус имеет специфическую форму «улитки», способствующую эффективной организации движения воздушного потока. Рабочее колесо осуществляет непосредственное воздействие на газовоздушную смесь, заставляя ее перемещаться с определенным импульсом.

Важно! Радиальный вентилятор имеет специфический принцип организации воздушного потока. Забор производится вдоль оси вращения, а выброс — в перпендикулярном направлении.

Это обеспечивается рабочим колесом, имеющим форму цилиндра с лопатками, расположенными параллельно оси вращения. Воздух, находящийся между ними, приобретает большой запас кинетической энергии и под действием центробежной силы выбрасывается в выходное отверстие. При этом, на входе образуется зона разрежения, в которую снаружи устремляются новые потоки воздуха. В зависимости от потребности, устройство может быть использовано для нагнетения или для создания вакуума (всасывания), что делает его более универсальным и дает большие возможности.

Внимание! Принципиальной особенностью радиальных вентиляторов является способность создавать высокое давление, приближающее отдельные образцы к уровню компрессоров.

Это позволяет использовать устройства в связке с продолжительными и разветвленными линиями воздуховодов, перемещать потоки газовоздушных смесей на большие расстояния и осуществлять вентиляцию помещений сложной конфигурации.

Технические характеристики

В число параметров, определяющих технические возможности вентиляторов, принято включать:

• производительность
• давление
• число лопаток рабочего колеса
• направление и угол наклона лопаток
• частота вращения
• тип электродвигателя
• тип исполнения по условиям эксплуатации

Все эти параметры дают достаточно полное представление о свойствах данной модели и позволяют выбирать тот или иной вариант.

Виды радиальных вентиляторов

Существует несколько вариантов классификации центробежных вентиляторов. Они подразделяются по разным признакам. По создаваемому давлению:

Низкого давления

Развивают давление до 1000 Па.

Среднего давления

Способны выдавать от 100 Па до 3000 Па.

Высокого давления

Создают от 3000 до 12000 Па.

Устройства, способные превышать 12000Па относятся уже к компрессорам, хотя есть некоторые модели вентиляторов, развивающие гораздо большие давления.

По количеству всасывающих отверстий:

• одностороннего всасывания
• двухстороннего всасывания

Имеются разные номера вентиляторов, обозначающие их типоразмер. Так, №1 означает диаметр рабочего колеса в м, разделенный на 10, т. е. 0,1 м. №5 — соответственно 0,5 м и т. д.

Интересно! Имеются 5 вариантов привода центробежных вентиляторов, из которых на сегодня активно используются только вариант 1 (рабочее колесо установлено непосредственно на валу двигателя) и 5 (рабочее колесо приводится во вращение электродвигателем через систему шкивов и клиноременную передачу). Все остальные варианты требуют использования дополнительных устройств (редукторов), сложных и капризных в обслуживании и эксплуатации, поэтому практически не применяются.

Условия эксплуатации

Центробежные вентиляторы общего назначения рассчитаны на эксплуатацию в следующих условиях:

• температура перемещаемой газовоздушной смеси не превышает 80°С (для вентиляторов с двухсторонним всасыванием — до 60°)
• температура окружающей среды находится в пределах от -40°С до +40°С
• состав перемещаемой среды не должен включать в себя липкие и волокнистые взвеси, абразивные или агрессивные к материалу вентилятора вещества
• содержание твердых частиц не должно превышать 0,1 г/м3
• исключается наличие легковоспламеняющихся или взрывоопасных включений
• уровень вибрации основания не должен превышать 2 мм/с

Обозначения

Согласно требованиям ГОСТ, в обозначениях радиальных вентиляторов отражены следующие данные:

• ВР или ВЦ — вентилятор радиальный или центробежный
• коэффициент создаваемого давления, округленный до целых чисел
• быстроходность
• номер вентилятора (диаметр рабочего колеса)

Так, обозначение ВР-86-77-6,3 означает:

• Вентилятор Радиальный
• коэффициент давления — 0,86
• быстроходность — 76,5
• диаметр рабочего колеса — 630 мм

У разных производителей встречаются собственные системы обозначений, отображающие иные параметры.

Вентиляционные или отопительные комплексы

Основное предназначение радиальных вентиляторов — использование в составе вентиляционных или отопительных комплексов зданий промышленного, административного или общественного назначения. Кроме того, радиальные вентиляторы активно применяются в составе технологических установок различного назначения. Широко используются в различных сушильных комплексах, применяются для транспортировки сыпучих веществ или материалов. Например, на зерновых элеваторах или иных сельскохозяйственных предприятиях.

Системы аспирации и удаления отходов

Также успешно используются для удаления отходов в лесопильных или столярных производственных цехах. Для систем аспирации (транспортировки сыпучих материалов) применяются специальные виды вентиляторов с малым числом лопаток рабочего колеса, что позволяет исключить застревание более крупных частиц между лопатками и снижение рабочих характеристик устройства.

Устройства наддува при сжигании

Используются в металлургии и в энергетике в качестве устройств наддува при сжигании различного топлива, для создания необходимого давления в печах или домнах.

Противопожарные системы

Не менее широко применяются в системах дымоудаления или пожарной вентиляции для вывода из помещений продуктов горения, организации подпора для вытеснения дыма из путей эвакуации людей.

Широкое распространение радиальных вентиляторов обусловлено их неприхотливостью в обслуживании, стабильной и равномерной работой. Большое количество типоразмеров позволяет подобрать наиболее подходящий вариант для любых условий и требований, что делает эти устройства наиболее универсальными и предпочтительными из всех возможных вариантов.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a6d9a041aa80c6fe7d1c645/chto-nujno-znat-o-radialnyh-ventiliatorah-5ab1017577d0e63476e4e24c

Как определить давление вентилятора: методы измерения и рассчета давления в вентиляционной системе

Если комфорту в доме вы уделяете достаточно внимания, то наверное, согласитесь, что качество воздуха должно стоять на одном из первых мест. Свежий воздух полезен для здоровья и мышления. В хорошо пахнущую комнату не стыдно пригласить гостей. Проветривать каждое помещение по десять раз в день — нелегкое занятие, неправда ли?

Многое зависит от выбора вентилятора и в первую очередь его давления. Но до того как определить давление вентилятора, нужно ознакомиться с некоторыми физическими параметрами. Прочитайте о них в нашей статье.

Благодаря нашему материалу вы изучите формулы, узнаете виды давления в вентиляционной системе. Мы привели для вас сведения о полном напоре вентилятора и двух способах, по которым его можно измерить. В итоге вы сможете самостоятельно измерить все параметры.

Давление в вентиляционной системе

Чтобы вентиляция была эффективной, нужно правильно подобрать давление вентилятора. Есть два варианта для самостоятельного измерения напора. Первый способ — прямой, при котором замеряют давление в разных местах. Второй вариант — рассчитать 2 вида давления из 3 и получить по ним неизвестную величину.

Давление (также — напор) бывает статическим, динамическим (скоростным) и полным. По последнему показателю выделяют три категории вентиляторов.

К первой относят приборы с напором < 1 кПа, второй — 1—3 кПа и более, третьей — больше 3—12 кПа и выше. В жилых строениях используют устройства первой и второй категории.

В технической документации к вентилятору обычно указывают аэродинамические показатели, включая полное и статическое давление при определенной производительности. На практике «заводские» и реальные параметры часто не совпадают, и связано это с конструктивными особенностями вентиляционных систем.

Существуют международные и государственные стандарты, направленные на повышение точности измерений в лабораторных условиях.

В России обычно применяют методы A и C, при которых напор воздуха после вентилятора определяют косвенно, исходя из установленной производительности. В разных методиках в площадь выхода включают или не включают втулку рабочего колеса.

Формулы для расчета напора вентилятора

Напор представляет собой соотношение воздействующих сил и площади, на которую они направлены. В случае с вентканалом речь идет о воздухе и сечении.

Поток в канале распределяется неравномерно и не проходит под прямым углом к поперечному разрезу. Узнать точный напор по одному замеру не удастся, придется искать среднее значение по нескольким точкам. Сделать это нужно и для входа, и для выхода из вентилирующего прибора.

Осевые вентиляторы используют отдельно и в воздуховодах, они эффективно работают там, где нужно переносить большие массы воздуха при относительно низком давлении

Полное давление вентилятора определяют по формуле Pп = Pп (вых.) – Pп (вх.), где:

• Pп (вых.) — полное давление на выходе из устройства;
• Pп (вх.) — полное давление на входе в устройство.

Для статического давления вентилятора формула отличается незначительно.

Ее записывают как Рст = Рст (вых.) – Pп (вх.), где:

• Рст (вых.) — статическое давление на выходе из устройства;
• Pп (вх.) — полное давление на входе в устройство.

Статический напор не отображает нужное количество энергии для ее передачи системе, а служит дополнительным параметром, по которому можно узнать полное давление. Последний показатель — основной критерий при выборе вентилятора: как домашнего, так и промышленного. Снижение полного напора отображает потерю энергии в системе.

Статическое давление в самом вентиляционном канале получают из разницы статического давления на входе и выходе из вентиляции: Рст = Pст 0 – Рст 1. Это второстепенный параметр.

Проектировщики подают параметры с учетом небольшого засорения или без такового: на изображении показано несоответствие статического давления одного и того же вентилятора в разных вентиляционных сетях

Правильный выбор вентилирующего устройства включает такие нюансы:

• подсчет расхода воздуха в системе (м³/с);
• подбор устройства на основе такого расчета;
• определение скорости на выходе по выбранному вентилятору (м/с);
• расчет Pп устройства;
• измерение статического и динамического напора для сравнения с полным.

Для расчета места для замера напора ориентируются на гидравлический диаметр воздуховода. Его определяют формулой: D = 4F / П. F — это площадь сечения трубы, а П — ее периметр. Расстояние для определения места замера на входе и выходе измеряют количеством D.

Как вычислить давление в вентиляции?

Полный напор на входе измеряют в поперечном сечении вентиляционного канала, находящемся на расстоянии двух гидравлических диаметров воздуховода (2D). Перед местом измерения в идеале должен быть прямой фрагмент воздуховода с длиной от 4D и невозмущенным течением.

На практике вышеописанные условия встречаются редко, и тогда перед нужным местом устанавливают хонейкомб, который выпрямляет поток воздуха.

Потом в систему вентиляции вводят приемник полного давления: в несколько точек в сечении по очереди – минимум в 3. По полученным значениям высчитывают средний результат. У вентиляторов со свободным входом Pп входное соответствует давлению окружающей среды, а избыточный напор в таком случае равняется нулю.

Схема приемника полного давления: 1 — приемная трубка, 2 — преобразователь давления, 3 — камера торможения, 4 — держатель, 5 — кольцевой канал, 6 — передняя кромка, 7 — входная решетка, 8 — нормализатор, 9 — регистратор выходного сигнала, α — угол при вершинах, h — глубина впадин

Если измерять сильный поток воздуха, то по давлению следует определить скорость, а потом — сопоставить ее с размером сечения. Чем выше скорость на единицу площади и чем больше при этом сама площадь, тем производительнее вентилятор.

Полный напор на выходе — понятие сложное. Выходящий поток имеет неоднородную структуру, которая также зависит от режима работы и типа прибора. Воздух на выходе имеет зоны возвратного движения, что усложняет расчет напора и скорости.

Закономерность для времени появления такого движения установить не удастся. Неоднородность течения достигает 7—10 D, но показатель можно снизить выпрямляющими решетками.

Трубка Прандтля является усовершенствованным вариантом трубки Пито: приемники выпускают в 2 вариантах — для скоростей меньше и больше 5 м/с

Иногда на выходе из вентилирующего устройства стоит поворотное колено или отрывной диффузор. В таком случае течение будет еще более неоднородным.

Напор тогда измеряют по следующему методу:

1. За вентилятором выбирают первое сечение и сканируют его зондом. По нескольким точкам измеряют средний полный напор и производительность. Последнюю потом сравнивают с производительностью на входе.
2. Дальше выбирают дополнительное сечение — на ближайшем прямом участке после выхода из вентилирующего прибора. От начала такого фрагмента отмеряют 4—6 D, а если длина участка меньше, то выбирают сечение в самой отдаленной точке. Затем берут зонд и определяют производительность и средний полный напор.

От среднего полного давления на дополнительном сечении отнимают расчетные потери на отрезке после вентилятора. Получают полное давление на выходе.

Потом сравнивают производительность на входе, а также на первом и дополнительном сечениях на выходе. Правильными следует считать входной показатель и один из выходных — более близкий по значению.

Прямолинейного отрезка нужной длины может и не быть. Тогда выбирают сечение, которое разделяет участок для замера на части с соотношением 3 к 1. Ближе к вентилятору должна быть большая из этих частей. Замеры нельзя производить в диафрагмах, шиберах, отводах и других соединениях с возмущением воздуха.

Перепады давления можно регистрировать напоромерами, тягомерами по ГОСТ 2405-88 и дифманометрами по ГОСТ 18140-84 с классом точности 0,5—1,0

В случае с крышными вентиляторами Pп измеряют только на входе, а на выходе определяют статическое. Скоростной поток после вентилирующего устройства теряется почти полностью.

Также рекомендуем прочесть наш материал о выборе труб для вентиляции.

Особенности расчета напора

Измерение давления в воздушной среде усложняется из-за ее быстро меняющихся параметров. Манометры следует покупать электронные с функцией усреднения результатов, получаемых за единицу времени. Если напор резко скачет (пульсирует), пригодятся демпферы, которые сглаживают перепады.

Следует помнить такие закономерности:

• полное давление — это сумма статического и динамического;
• полный напор вентилятора должен равняться потерям давления в вентиляционной сети.

Измерить статическое давление на выходе не составит труда. Для этого используют трубку для статического напора: один конец вставляют в дифманометр, а другой направляют в сечение на выходе из вентилятора. По статическому напору вычисляют скорость потока на выходе из вентилирующего прибора.

Динамический напор тоже измеряют дифманометром. К его соединениям подключают трубки Пито — Прандтля. К одному контакту — трубку для полного напора, а к другому — для статического. Полученный результат будет равняться динамическому давлению.

Чтобы узнать потери давления в воздуховоде, можно проконтролировать динамику потока: как только вырастает скорость движения воздуха, повышается сопротивление вентиляционной сети. Напор теряется из-за этого сопротивления.

При росте скорости вентилятора статический напор падает, а динамический растет пропорционально квадрату увеличения расхода воздуха. Полное давление не изменится.

С правильно подобранным устройством динамический напор изменяется прямо пропорционально квадрату расхода, а статический — обратно пропорционально. В таком случае количество используемого воздуха и нагрузка электродвигателя если и будут расти, то несущественно.

Некоторые требования к электродвижку:

• малый пусковой момент — по причине того, что расход мощности меняется в соответствии с изменением количества оборотов, подведенного к кубу;
• большой запас;
• работа на максимальной мощности для большей экономии.

Мощность вентилятора зависит от полного напора, а также от КПД и расхода воздуха. Последние два показателя коррелируют с пропускной способностью вентсистемы.

На стадии ее проектирования придется расставить приоритеты. Учесть затраты, потери полезного объема помещений, уровень шума.

Выводы и полезное видео по теме

Обзор физических показателей, которые нужны для измерений:

Роль давления в вентиляционной сети:

Вентилятор — простая конструкция в виде колеса с лопастями. Одновременно это главная часть вентиляционной системы. Механический прибор влияет на напор в воздуховоде и определяет эффективность вентиляции.

Если хотите рассчитать давление вентилятора, разберитесь с такими величинами, как скорость, расход воздуха, мощность. Вы будете лучше понимать суть измерений. Главный показатель, полный напор измеряйте по описанных нами схемах.

Если у вас есть вопросы — задавайте их в форме под статьей. Пишите комментарии и обменивайтесь ценными знаниями с другими читателями. Возможно, у вас есть опыт в проектировании систем вентилирования – он будет полезен в чьей-то конкретной ситуации.

Источник: https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/kak-opredelit-davlenie-ventilyatora.html

Пример подбора вентиляторов для вентиляции

  Сопротивление прохождению воздуха в вентиляционной системе, в основном, определяется скоростью движения воздуха в этой системе. С увеличением скорости возрастает и сопротивление. Это явление называется потерей давления. Статическое давление, создаваемое вентилятором, обуславливает движение воздуха в вентиляционной системе, имеющей определенное сопротивление.

Чем выше сопротивление такой системы, тем меньше расход воздуха, перемещаемый вентилятором. Расчет потерь на трение для воздуха в воздуховодах, а также сопротивление сетевого оборудования (фильтр, шумоглушитель, нагреватель, клапан и др.) может быть произведен с помощью соответствующих таблиц и диаграмм, указанных в каталоге.

Общее падение давления можно рассчитать, просуммировав показатели сопротивления всех элементов вентиляционной системы.

Рекомендуемая скорость движения воздуха в воздуховодах:

Тип	Скорость воздуха, м/с
Магистральные воздуховоды	6,0-8,0
Боковые ответвления	4,0-5,0
Распределительные воздуховоды	1,5-2,0
Приточные решетки у потолка	1,0-3,0
Вытяжные решетки	1,5-3,0

Определение скорости движения воздуха в воздуховодах:

V= L / 3600*F (м/сек)

где L – расход воздуха, м3/ч; F – площадь сечения канала, м2.

Рекомендация 1

Потеря давления в системе воздуховодов может быть снижена за счет увеличения сечения воздуховодов, обеспечивающих относительно одинаковую скорость воздуха во всей системе. На изображении мы видим, как можно обеспечить относительно одинаковую скорость воздуха в сети воздуховодов при минимальной потере давления.

Рекомендация 2

В системах с большой протяженностью воздуховодов и большим количеством вентиляционных решеток целесообразно размещать вентилятор в середине вентиляционной системы. Такое решение обладает несколькими преимуществами. С одной стороны, снижаются потери давления, а с другой стороны, можно использовать воздуховоды меньшего сечения.

Пример расчета вентиляционной системы:

Расчет необходимо начать с составления эскиза системы с указанием мест расположения воздуховодов, вентиляционных решеток, вентиляторов, а также длин участков воздуховодов между тройниками, затем определить расход воздуха на каждом участке сети.

 Выясним потери давления для участков 1-6, воспользовавшись графиком потери давления в круглых воздуховодах, определим необходимые диаметры воздуховодов и потерю давления в них при условии, что необходимо обеспечить допустимую скорость движения воздуха.

Участок 1: расход воздуха будет составлять 220 м3/ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 200 мм, скорость – 1,95 м/с, потеря давления составит 0,2 Па/м х 15 м = 3 Па (см. диаграмму определение потерь давления в воздуховодах).

Участок 2: повторим те же расчеты, не забыв, что расход воздуха через этот участок уже будет составлять 220+350=570 м3/ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 250 мм, скорость – 3,23 м/с. Потеря давления составит 0,9 Па/м х 20 м = 18 Па.

Участок 3: расход воздуха через этот участок будет составлять 1070 м3/ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость 3,82 м/с. Потеря давления составит 1,1 Па/м х 20= 22 Па.

Участок 4: расход воздуха через этот участок будет составлять 1570 м3/ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость – 5,6 м/с. Потеря давления составит 2,3 Па х 20 = 46 Па.

Участок 5: расход воздуха через этот участок будет составлять 1570 м3/ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость 5,6 м/с. Потеря давления составит 2,3 Па/м х 1= 2,3 Па.

Участок 6: расход воздуха через этот участок будет составлять 1570 м3/ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость 5,6 м/с. Потеря давления составит 2,3 Па х 10 = 23 Па. Суммарная потеря давления в воздуховодах будет составлять 114,3 Па.

Когда расчет последнего участка завершен, необходимо определить потери давления в сетевых элементах: в шумоглушителе СР 315/900 (16 Па) и в обратном клапане КОМ 315 (22 Па). Также определим потерю давления в отводах к решеткам (сопротивление 4-х отводов в сумме будут составлять 8 Па).

Определение потерь давления на изгибах воздуховодов

График позволяет определить потери давления в отводе, исходя из величины угла изгиба, диаметра и расхода воздуха.

Пример. Определим потерю давления для отвода 90° диаметром 250 мм при расходе воздуха 500 м3/ч. Для этого найдем пересечение вертикальной линии, соответствующей нашему расходу воздуха, с наклонной чертой, характеризующей диаметр 250 мм, и на вертикальной черте слева для отвода в 90° находим величину потери давления, которая составляет 2Па.

Принимаем к установке потолочные диффузоры серии ПФ, сопротивление которых, согласно графику, будет составлять 26 Па.

Мы рассчитали систему и определили, что нам нужен вентилятор, удаляющий 1570 м3/ч воздуха при сопротивлении сети 186,3 Па. Учитывая требуемые для работы системы характеристики нас устроит вентилятор требуемые для работы системы характеристики нас устроит вентилятор ВЕНТС ВКМС 315.

Определение потерь давления в диффузорах

Источник: https://ventportal.com/node/1054

Давление в воздуховоде – измерение и расчет потерь

Перемещение газовоздушной смеси в воздуховодах происходит в определенном режиме. Все параметры потока должны быть известны заранее, чтобы оборудование работало без перегрузок, а сами воздуховоды не подвергались чрезмерным нагрузкам. Основное значение, которое надо определить в первую очередь — давление воздуха. Оно определяет эффективность работы системы и позволяет получить все остальные данные о режиме передвижения воздушного потока.

Давление воздуха — это составной показатель, представляющий собой сумму двух величин, определяемых по отдельности. Для того, чтобы вычислить общее значение, следует предварительно определить скорость воздушного потока.

Формула выглядит следующим образом:

v=L/3600*F

Где:

v – скорость

L — расход

F — сечение воздухопровода

Зная скорость потока, можно приступать к дальнейшим расчетам.

Поведение среды внутри воздуховода

Воздушный поток внутри воздухопровода получает импульс от вентилятора и под его воздействием перемещается в заданном направлении. При этом, общее давление складывается из двух самостоятельных величин:

статическое давление, обусловленное энергией взаимодействия молекул газа

динамическое давление, воздействующее на стенки трубы

Статическое давление Pст измеряют с помощью специальных приспособлений (трубка Пито, соединенная с дифманометром). Динамическое давление представляет собой произведение плотности воздуха на квадрат скорости потока, деленное пополам.

P дин = ρ*(v2/2)

Где:

P дин  — динамическое давление

ρ — плотность воздуха (или перемещаемого газа)

v2 — квадрат скорости потока

Сумма обоих значений и будет составным общим давлением воздуха на данном участке воздуховода. Важно понимать, что давление всегда вычисляется только при заданном расходе, т. е. определенном режиме работы вентилятора. Увеличение скорости вращения или изменение размеров рабочего колеса автоматически вызовет изменение давления.

Смысл определения давления воздуха в воздуховодах заключается в сохранении параметров системы. Если имеется отрезок трубопровода, равномерно сужающийся от начала к концу (такие участки называются конфузорами), то в конечной точке будет наблюдаться изменение режима потока:

увеличение скорости

уменьшение статического давления

увеличение динамического давления

В результате, общее давление останется неизменным, а скорость потока возрастет. Расход воздуха в конечной точке пропорционально упадет, поэтому перед началом понадобится придать потоку дополнительный импульс для сохранения общего режима работы системы. Для определения величины дополнительной энергии надо предварительно рассчитать давление и все остальные параметры потока.

Если на участке воздуховода имеется расширение (диффузор), происходит обратное явление — возрастает расход, но падает скорость и давление. Для сохранения режима также необходимо заранее рассчитать начальные значения всех показателей воздушного потока в системе.

Сеть воздуховодов представляет собой сложную систему с большим количеством изгибов, ответвлений, переходов. Все они образуют динамическое сопротивление движению воздуха, которое надо учесть при расчете режима работы вентиляции. Определение давления при этом играет главную роль, позволяющую оперировать другими данными.

Что такое потери давления в воздуховодах?

Потери давления — это снижение параметров воздушного потока, вызванное сопротивлением трубопроводов. Энергия потока расходуется на проход изгибов и прочих переходов, гасится или поглощается стенками воздуховодов. Возникают турбулентные завихрения, частично направляющие воздух по спирали или в обратную сторону, снижая его скорость и уменьшая общий импульс.

Расчет потерь давления возможен при наличии всей информации о режиме работы воздуховода (длина, сечение, давление, скорость потока и т.д.). Необходимо в первую очередь определить потери на трение и на местные сопротивления, которые зависят от скорости потока и плотности перемещаемого газа с учетом соответствующих коэффициентов и табличных значений.

Расчет воздуховодов может быть произведен по двум методикам. Оптимальным способом считается выполнение расчета и тем, и другим способом, с последующим применением на практике больших результатов. Рассмотрим их внимательнее:

Метод допустимых скоростей

Расчет по допустимым скоростям позволяет определить параметры воздуховодов исходя из потребностей и нормативных требований к вентиляции помещений разного назначения. Исходными данными являются табличное значение оптимальной скорости воздуха в данном помещении, а также расчетное сечение воздуховодов с величиной падения давления.

Затем производят расчет по следующей методике:

создается схема вентиляции с указанными значениями длины каналов и расхода воздуха на каждом участке

определяется оптимальный диаметр (размер) каналов

вычисляются потери давления на трение и местные сопротивления

потери давления суммируются и определяется окончательное значение для данного участка воздуховода

В результате получается значение, определяющее режим подачи воздуха в конечной точке системы или ее участка.

Метод постоянной потери напора

Этот метод достаточно прост, но не дает точных значений. Он используется на начальной стадии проектирования, для определения технико-экономических показателей данной вентиляционной системы. Методика базируется на показателе падения напора в зависимости от длины воздуховодов.

Порядок расчета:

определение скорости потока по специальной диаграмме зависимости скорости от расхода

рассчитывают начальную величину потери расхода, обозначающую падение производительности на 1 погонный метр воздуховода

выбирают наиболее нагруженную ветвь воздухопровода и принимают ее протяженность за общую величину

умножают общую длину на величину потери напора (начальную, на 1 п.м.)

прибавляют размер потерь на диффузорах

по диаграмме определяют начальный диаметр воздуховода, обеспечивающий заданный расход в конечной точке системы

Необходимо понимать, что выполнение подобных расчетов представляет собой большую сложность и не может быть произведено человеком без специальной подготовки.

Потери давления на изгибах

Изгибы воздуховодов создают сопротивление движению воздуха, в котором создаются турбулентные потоки и завихрения. Они гасят скорость и энергию, оказывая отрицательное влияние на режим перемещения среды. Величина падения напрямую зависит от угла изгиба.

Существует диаграмма, отображающая эту величину относительно разных углов изгиба, соответствующих параметрам стандартных фасонных изделий. По ней можно определить, насколько упадет давление при прохождении изгиба данной конфигурации. Эта диаграмма есть в таблицах СНиП, данные из нее учитываются при проектировании системы.

Потери давления на диффузорах

Диффузор — это участок воздуховода с равномерно расширяющимся сечением. Для определения падения давления может быть произведен специализированный расчет, но он сложен и недоступен для человека, не имеющего соответствующего образования и опыта.

Поэтому принято использовать диаграмму в таблицах СНиП, где заранее произведены все вычисления. Надо только найти начальное и конечное значение размеров и определить искомую величину. Поскольку все результаты одинаковы, делать каждый раз один и тот же расчет нецелесообразно.

Потери давления в прямолинейных воздуховодах

Прямые участки воздуховодов также создают определенное сопротивление потоку воздуха. Он теряет энергию из-за трения о стенки, турбулентности, ослабления общего импульса, полученного потоком от рабочего колеса вентилятора. Зависимость падения от длины и размеров трубы линейная, поэтому ее не считают, а находят по диаграмме в таблицах СНиП или ином справочнике. По вертикальной оси отображен объем перемещаемого воздуха (расход), по горизонтальной — величина потери давления.

Пользуются диаграммой не так, как обычно — сначала на вертикальной оси находят существующую величину расхода, потом совмещают ее с размером трубы на диаграмме и опускают перпендикуляр на горизонтальную ось, которая покажет требуемое значение.

Пример расчета на видео

  Воздуховод для вытяжки — круглые каналы предпочтительнее?

Источник: https://RSVgroup.ru/ventilyatsiya/davlenie-v-vozduhovode-izmerenie-i-raschet-poter.html

Как расчитать потери напора воздуха в системе вентиляции

Назначение	Основное требование
Бесшумность	Мин. потери напора
Магистральные каналы	Главные каналы	Ответвления
Приток	Вытяжка	Приток	Вытяжка
Жилые помещения	3	5	4	3	3
Гостиницы	5	7.5	6.5	6	5
Учреждения	6	8	6.5	6	5
Рестораны	7	9	7	7	6
Магазины	8	9	7	7	6

Исходя из этих значений следует рассчитывать линейные параметры воздуховодов.

Расчет нужно начинать с составления схемы системы вентиляции с обязательным указанием пространственного расположения воздуховодов, длины каждого участка, вентиляционных решеток, дополнительного оборудования для очистки воздуха, технической арматуры и вентиляторов. Потери определяются вначале по каждой отдельной линии, а потом суммируются. По отдельному технологическому участку потери определяются с помощью формулы P = L×R+Z, где P – потери воздушного давления на расчетном участке, R – потери на погонном метре участка, L – общая длина воздуховодов на участке, Z – потери в дополнительной арматуре системы вентиляции.

Для расчета потерь давления в круглом воздуховоде используется формула Pтр. = (L/d×X) × (Y×V)/2g. X – табличный коэффициент трения воздуха, зависит от материала изготовления воздуховода, L – длина расчетного участка, d – диаметр воздуховода, V – требуемая скорость воздушного потока, Y – плотность воздуха с учетом температуры, g – ускорение падения (свободного). Если система вентиляции имеет квадратные воздуховоды, то для перевода круглых значений в квадратные следует пользоваться таблицей № 2.

Табл. № 2. Эквивалентные диаметры круглых воздуховодов для квадратных

Размеры	150	200	250	300	350	400	450	500
250	210	245	275
300	230	265	300	330
350	245	285	325	355	380
400	260	305	345	370	410	440
450	275	320	365	400	435	465	490
500	290	340	380	425	455	490	520	545
550	300	350	400	440	475	515	545	575
600	310	365	415	460	495	535	565	600
650	320	380	430	475	515	555	590	625
700	390	445	490	535	575	610	645
750	400	455	505	550	590	630	665
800	415	470	520	565	610	650	685
850	480	535	580	625	670	710
900	495	550	600	645	685	725
950	505	560	615	660	705	745
1000	520	575	625	675	720	760
1200	620	680	730	780	830
1400	725	780	835	880
1600	830	885	940
1800	870	935	990

По горизонтали указана высота квадратного воздуховода, а по вертикали ширина. Эквивалентное значение круглого сечения находится на пересечении линий.

Потери давления воздуха в изгибах берутся из таблицы № 3.

Табл. № 3. Потери давления на изгибах

Для определения потерь давления в диффузорах используются данные из таблицы № 4.

Табл. № 4. Потери давления в диффузорах

В таблице № 5 дается общая диаграмма потерь на прямолинейном участке.

Табл. № 5. Диаграмма потерь давления воздуха в прямолинейных воздуховодах

Все отдельные потери на данном участке воздуховода суммируются и корректируются с таблицей № 6. Табл. № 6. Расчет понижения давления потока в системах вентиляции

Во время проектирования и расчетов существующие нормативные акты рекомендуют, чтобы разница в величине потерь давления между отдельными участками не превышала 10%. Вентилятор нужно устанавливать в участке системы вентиляции с наиболее высоким сопротивлением, самые удаленные воздуховоды должны иметь минимальное сопротивление. Если эти условия не выполняются, то необходимо изменять план размещения воздуховодов и дополнительного оборудования с учетом требований положений.

Калькулятор

Источник: https://plast-product.ru/raschet-poteri-napora-vozduxa-v-sisteme-ventilyacii/

Теоретический расчет величины воздушного потока и потребляемой мощности вентиляторов – Основные средства

О проблемах работы систем охлаждения наш журнал уже писал в статье «Антифриз». Мы продолжаем эту тему и рассмотрим проблемы расчета величины воздушного потока и потребляемой мощности вентиляторов систем охлаждения.

Все вентиляторы систем охлаждения мобильных машин относятся к классу «осевых», или «пропеллерных», т. е. вентиляторов, нагнетающих поток по направлению оси вращения лопастей. Этим они отличаются от «центробежных», которые изменяют направление потока на 90° и направляют его перпендикулярно оси вращения лопастей.

Теплообмен в радиаторах систем охлаждения

В основе расчетов систем охлаждения лежит формула теплопередачи

ΔQ=mCΔT,

где ΔQ – количество тепла, передаваемое телу;
m – масса тела;
ΔT – разница температур;
C – удельная теплоемкость.

Из приведенной формулы можно сделать важные выводы. Если ΔQ и С – величины постоянные, то чем больше ΔT , тем меньше m. И еще: количество тепла ΔQ, которое может быть передано от одного тела другому, прямо пропорционально разнице температур этих двух тел ΔT.

Относительно теплообмена в радиаторе системы охлаждения это означает: чем больше разница температур охлаждающей жидкости и окружающего воздуха ΔT (Tж–Tв), тем меньший поток воздуха F, кг/с, требуется для охлаждения. Эта зависимость представлена на рис. 1.

Этот и приведенные ниже графики построены на основе реальных испытаний.

Энергия, необходимая для создания воздушного потока заданной величины

Теперь рассмотрим зависимость энергопотребления привода вентилятора от величины воздушного потока и его скорости.

Как известно из классической механики, количество энергии, необходимой для приведения тела в движение, пропорционально скорости тела в квадрате:

E=mv2·0,5,

где E – энергия;
m – масса;
v – скорость.

Применительно к системе охлаждения из этого уравнения следует: чтобы увеличить поток воздуха, проходящий через радиатор, необходимо увеличить скорость потока, если эффективная площадь радиатора остается неизменной.

Отношение величины воздушного потока и энергии, необходимой для создания этого потока, выражается «законом вентилятора»:

Е2=Е1(F2/F1)3,

где Е1 – энергия, затрачиваемая для создания существующего воздушного потока;
Е2 – энергия, необходимая для создания будущего воздушного потока;
F1 – величина существующего воздушного потока;
F2 – величина необходимого воздушного потока.

Из этого уравнения можно сделать важный вывод: энергия, необходимая для увеличения воздушного потока, пропорциональна отношению новой и старой величин потока в третьей степени. То есть, чтобы увеличить поток воздуха через радиатор в 2 раза, надо увеличить количество энергии в 8 раз (даже без учета возрастания аэродинамического сопротивления радиатора).

На рис. 2 изображена относительная зависимость между мощностью, потребляемой вентилятором, и величиной воздушного потока.

Принципы разработки систем охлаждения

Проектирование системы охлаждения обычно начинают с выбора максимальной рабочей температуры, т. е. максимальной температуры окружающего воздуха, при которой система охлаждения способна поддерживать температуру охлаждающей жидкости двигателя на заданном уровне.

После выбора максимальной рабочей температуры можно определить расчетный перепад температур ΔT в системе и величину необходимого воздушного потока. Чем выше выбранная максимальная рабочая температура, тем больше величина необходимого воздушного потока.

Для создания оптимальной по характеристикам системы охлаждения следует учитывать факторы, перечисленные далее.

Как правильно выбрать максимальную рабочую температуру

Если выбрать слишком низкую максимальную рабочую температуру, машина будет перегреваться при высоких температурах окружающего воздуха, но если выбрать чрезмерно высокую, заложив в конструкцию системы охлаждения слишком большой запас производительности, система будет потреблять слишком большую мощность, а это приведет к перерасходу топлива и ухудшению экономичности машины. Поэтому очень важно выбрать оптимальное значение максимальной рабочей температуры.

На рис. 3 представлена зависимость величины воздушного потока от температуры окружающего воздуха для теплообменника типа «воздух–воздух». В испытанной системе охлаждения использовался вентилятор Ø 864 мм, максимальная рабочая температура равнялась 43 °С.

На рис. 4 представлена зависимость мощности, потребляемой вентилятором, от температуры окружающего воздуха: мощность быстро падает с понижением температуры. Если температура окружающего воздуха опускается всего на 17 °С ниже максимальной рабочей температуры системы охлаждения, потребляемая мощность уменьшается более чем на 50%.

Свести к минимуму нагрузку на систему охлаждения

Следует выявить и исключить все паразитные нагрузки на двигатель, которые увеличивают его теплоотдачу и нагрузку на систему охлаждения. Такие паразитные нагрузки обычно появляются из-за нерациональных конструкторских решений.

Например, гидромуфта привода вентилятора обычно имеет к.п.д. 75–85%. Это означает, что 15–25% подводимой к ней мощности превращается в тепло, от которого нагревается гидравлическое масло. Это тепло должно быть отведено через систему охлаждения самим вентилятором.

Гидропривод вентилятора на максимально напряженном режиме работы обычно создает 5–7% общей тепловой энергии, которая отводится системой охлаждения. За счет этого на максимальном режиме работы мощность, необходимая для привода вентилятора, увеличивается на 16–22%, чтобы дополнительно отвести тепло, созданное самим приводом, плюс потери 15–25% за счет не 100%-ного к.п.д.

В результате «набегает» лишней потребляемой мощности на привод вентилятора до 31–47% на максимальном режиме.

Сравним: ременный привод вентилятора обычно имеет к.п.д. 93–98% и не увеличивает нагрузку на систему охлаждения.

Выбор диаметра вентилятора

Увеличивая диаметр крыльчатки вентилятора, можно увеличить площадь сечения воздушного потока, за счет чего можно уменьшить его скорость. Поскольку площадь круга изменяется пропорционально величине диаметра в квадрате, скорость воздушного потока изменяется пропорционально квадрату диаметра вентилятора.

Как установлено ранее, потребляемая вентилятором мощность изменяется пропорционально квадрату скорости воздушного потока. Таким образом, мощность, потребляемая вентилятором, изменяется обратно пропорционально изменению диаметра в четвертой степени:

Е2=Е1(Ø1/Ø2)4,

где Е1 – мощность, потребляемая существующим вентилятором;
Е2 – мощность, потребляемая новым вентилятором;
Ø1 – диаметр существующего вентилятора;
Ø2 – диаметр нового вентилятора.

Из уравнения видно, что при увеличении диаметра вентилятора на 10% (и соответственно площади радиатора) потребляемая вентилятором мощность снижается на 32% при сохранении прежней величины воздушного потока. Поэтому выгодно использовать радиатор и вентилятор наибольшего размера, которые можно разместить в подкапотном пространстве машины.

Системы с регулируемой величиной воздушного потока

Оптимальное решение. Системы охлаждения с регулируемой величиной воздушного потока позволяют обеспечивать высокую максимальную рабочую температуру без чрезмерных паразитных затрат мощности. Два наиболее распространенных способа регулировки величины воздушного потока – изменение частоты вращения или угла поворота лопастей вентилятора. Следует заметить, что уменьшение частоты вращения вентилятора выгодно не только с точки зрения экономии мощности, но и для снижения шума работы.

Вентиляторы охлаждения с поворачивающимися лопастями (изменяемым шагом) позволяют регулировать воздушный поток. Использование таких вентиляторов дает возможность разработчикам систем охлаждения обеспечить требования при экстремально высоких температурах окружающего воздуха и в то же время свести к минимуму потребление мощности на привод.

На рис. 5 представлена зависимость величины воздушного потока, проходящего через радиатор, от статического давления: при увеличении статического давления воздушный поток уменьшается. Чем больше воздуха будет проходить через радиатор, тем большее давление потребуется создать. На графике видно, как изменяется величина воздушного потока при изменении угла поворота лопастей (кривые сдвигаются на графике).

Источник: https://os1.ru/article/4543-teoreticheskiy-raschet-velichiny-vozdushnogo-potoka-i-potreblyaemoy-moshchnosti-ventilyatorov-ventilyatory-sistem-ohlajdeniya