Еще раз о канальных вентиляторах

Р. К. Эсманский, ООО "КлиматВентМаш"

О некоторых утверждениях, с которыми нельзя согласиться

Со ссылкой на свои исследования и неназванные публикации других авторов утверждается [2], что аэродинамические характеристики канальных вентиляторов в прямоугольном и в квадратном корпусе "при прямоточной схеме и правильных соотношениях площадей поперечного сечения корпуса и колеса" "определяются, в основном, свойствами рабочего колеса".

По нашим данным при прямоточной схеме и примерно одинаковых площадях поперечного сечения корпуса его форма во многих случаях оказывает существенное влияние на аэродинамические характеристики рабочих колес с назад загнутыми лопатками. Аналогичные результаты получены и другими исследователями. В частности, установлено, что при радиальном зазоре между рабочим колесом и стенкой корпуса с двух противоположных сторон меньше 0,3 наружного диаметра рабочего колеса аэродинамическая характеристика прямоточного вентилятора существенно ухудшается [3]. У квадратных вентиляторов этот зазор значительно меньше, в то время как у прямоугольного вентилятора благоприятное значение зазора легко достигается.

Утверждается, что любой вентилятор с назад загнутыми лопатками "на режимах, составляющих менее 0,3 его максимальной производительности … работает в срывном режиме" [2]. Мы не можем с этим согласится потому, что при наших испытаниях никаких срывных явлений при работе вентиляторов ВРПП на режиме менее 0,3 от максимальной производительности не отмечено.

Заявляется, что "канальные вентиляторы малых (каких конкретно? - прим. автора) типоразмеров… в большинстве, являются вентиляторами доводчиками…", "от канальных вентиляторов (доводчиков) в пределах заданных габаритов и мощности требуется иметь как можно большую производительность при давлении, не превышающем 15…20 единиц динамического давления (единицы здесь не причем, по смыслу говорится о кратности значению динамического давления - прим. автора), посчитанного по скорости воздуха в воздуховоде".

В приведенной цитате содержится противоречие. Если задана мощность и известна зависимость давления от производительности, то условие "иметь как можно большую производительность" является лишним, потому что производительность однозначно определяется заданной мощностью. В данном случае речь ведется о неопределённом режиме из-за неоговоренной мощности.

Тем не менее, этими высказываниями ставится под сомнение широкое использование канальных вентиляторов в составе приточных установок и в вытяжных системах. Такого рода категоричные утверждения нуждаются в подтверждении сведениями об источниках статистики и её достоверности. В отсутствии таких данных, наличие в каталогах фирм, производящих канальные вентиляторы, например, в [4] разнообразных аксессуаров и рекомендаций по их использованию в составе приточных и вытяжных систем не позволяет нам разделить убежденность в высказанной предназначенности канальных вентиляторов.

О приведенном давлении канального вентилятора

В [1] введено два понятия: "характерная скорость воздушного потока в присоединительном патрубке канального вентилятора" и "приведенное давление канального вентилятора при работе на характерной скорости потока".

На их основе проведена оценка типоразмерных рядов нескольких семейств канальных вентиляторов. При этом автор не претендует на оригинальность методики. Известно, что номинальная производительность центральных кондиционеров устанавливается по характерной скорости воздушного потока, а ограниченность по развиваемому давлению канальных вентиляторов с приводом от двигателей с внешним ротором вызывает естественное желание выяснить, как это проявляется в различных типоразмерах вентиляторов.

В таблицах 3 и 6 [1] сведены результаты обработки характеристик различных семейств вентиляторов по каждому типоразмеру присоединительного патрубка. Представленная информация о каждом из типоразмерных рядов вентиляторов позволяет дать им оценку. Приведенное давление используется в [1] только для этих целей.

При анализе по указанному алгоритму характер оценки зависит от принятого значения характерной скорости и принципа выбора характеристики вентилятора. В [1] использовались значения характерной скорости 3,5 и 5,5 м/с, соответственно, для прямоугольного и круглого присоединительного патрубков канальных вентиляторов. Значения давления выбирались по характеристикам наиболее мощных вентиляторов. По мнению автора, такие условия позволяют оценить пригодность канальных вентиляторов для работы, в первую очередь, в составе приточной вентиляционной установки.

В таблицах 3 и 6 [1], как отмечено выше, используется приведенное давление, то есть давление, развиваемое вентилятором на характерной скорости, отнесенное к меньшему размеру поперечного сечения вентилятора. В таком виде давление характеризует эффективность использования габарита вентилятора, который определяет возможность размещения канального вентилятора в ограниченном пространстве. Автор считает полезной такую обработку абсолютного значения давления, потому что в таблице 6 [1] сравниваются вентиляторы, которые сильно различаются меньшим размером поперечного сечения.

Можно производить оценку и по величине абсолютного давления на характерной скорости, но при этом надо дополнительно иметь в виду, ценой какого поперечного габарита вентилятора оно достигается.

Об аргументированности критики приведённого давления

В ряду претензий уважаемых оппонентов - не понравившееся употребление слова "адаптер" вместо "переходник" и слова "энерговооруженность" вместо словосочетания "развиваемая аэродинамическая мощность". Вкусовые пристрастия позволим оставить без комментариев и перейдем к принципиальным моментам.

Самую большую дозу критики получает "приведенное давление". Оно, почему-то, рассматривается [2] вне связи с "характерной скоростью". При таком абстрактном подходе "приведенное давление" теряет смысл. Но уважаемые оппоненты не замечают этого, а для того, чтобы им было удобнее критиковать понятие "приведенное давление", они приписывают автору утверждение: "чем выше этот параметр, тем лучше считается вентилятор" [2] и, затем, это утверждение опровергают. Причем собираются это сделать с помощью общепринятых параметров, которые получаются с использованием теории подобия, таких как "безразмерные коэффициенты давления, производительности, мощности" и, почему-то оказавшегося в этом перечне, КПД. Но, кроме пространных рассуждений в конце статьи [2] об известных различиях в коэффициенте давления рабочих колес с вперед и назад загнутыми лопатками, уважаемые оппоненты нигде безразмерными параметрами не пользуются. Это и не мудрено, потому что канальные вентиляторы сравнивать по безразмерным параметрам очень трудно.

Во-первых, аэродинамическая характеристика вентиляторов с приводом от двигателя с внешним ротором приводится при переменной частоте вращения колеса. Это вызвано тем, что двигатель с внешним ротором имеет в несколько раз большее скольжение, чем у стандартного асинхронного двигателя. Построение безразмерной аэродинамической характеристики в этом случае бессмысленно.

Во-вторых, при одинаковом размере рабочего колеса в зависимости от полюсности используемого двигателя с внешним ротором может меняться соотношение габаритов колеса и двигателя, размещенного внутри него. То же самое может происходить при изменении диаметра колеса, потому что габариты двигателя меняются по своим зависимостям. Все это оказывает серьёзное влияние на характеристики вентиляторов и, при желании оперировать безразмерными параметрами, приводит к неоправданному анализу большого количества безразмерных характеристик.

Ну и, по большому счету, так ли уж волнуют потребителей, с помощью каких безразмерных параметров достигаются выходные характеристики вентиляторов?

Рисунок 1. Характеристики близких по развиваемой аэродинамической мощности вентиляторов

Поэтому критику приведенного давления уважаемые оппоненты вынуждены строить на сравнении размерных характеристик канальных вентиляторов.

Делается это следующим образом. Утверждается, что для сравнения берутся вентиляторы из таблицы 3 работы [1] . На самом деле большая часть вентиляторов никакого отношения к этой таблице не имеет, потому что их приведенное давление значительно ниже значений, указанных в таблице 3 [1] (см. таблицы 1 и 2 [2]). На основании такого рассмотрения уважаемые оппоненты делают вывод, что сравнение "не согласуется с данными, приведенными в табл. 3 обсуждаемой статьи".

Рассмотрим, как уважаемые оппоненты осуществляют сравнение размерных характеристик вентиляторов. Подбираются вентиляторы ВРПП [5], КТ и RS [4] со схожими характеристиками, сравнение которых может привести к такому же выводу, который получен в [1] на основе аналогичных примеров - прямоугольный вентилятор прямоточной схемы с приводом от общепромышленного двигателя является полноценной заменой прямоугольных вентиляторов с приводом от двигателя с внешним ротором.

Отличием примеров уважаемых оппонентов является то, что набор сравниваемых вентиляторов дополнен квадратными вентиляторами УНИВЕНТ. То, как это сделано, вызывает недоумение.

Аэродинамические характеристики вентиляторов УНИВЕНТ 4-4-2 (рис. 1) и УНИВЕНТ 5-4-2 [6] практически совпадают с характеристиками сравниваемых вентиляторов, но привлекаются для сопоставления характеристики вентиляторов УНИВЕНТ 4-4-1 и УНИВЕНТ 5-4-1, отличающиеся значительным сдвигом характеристики вправо. Почему? Потому, что у двух первых вентиляторов, как и у большей, части остальных вентиляторов УНИВЕНТ отсутствуют шумовые характеристики [6] или для того, чтобы завести разговор о различии режимов замера шума у сравниваемых вентиляторов?

По мнению уважаемых оппонентов, сравнивать шумовые характеристики вентиляторов из таблицы 1 и 2 [2] нельзя, так как "они получены на различных режимах,… а для вентилятора ВРПП этот режим не определен". Правда, далее в своей статье они указывают, что шумовая характеристика вентиляторов ВРПП приведена "для режима максимальной эффективности". Они знают каков этот режим, потому что указывают для вентилятора ВРПП 70×40Г конкретные значения меньшей производительности, при которой шум возрастает, но, почему-то, поделиться этой информацией с читателями в своей статье не считают нужным.

В каталоге КлиматВентМаш [5], указано, что "шумовые характеристики … представляют собой значения в дБА корректированного уровня звуковой мощности … на режиме максимального КПД вентилятора". В электронном приложении к каталогу "КВМ-подбор", опубликованном, в частности, и на Интернет-сайте фирмы, представлены кривые мощности каждого канального вентилятора, по которым можно установить, что зона максимального КПД соответствует примерно 0,65 максимальной производительности вентилятора.

В каталоге Системэйр [4] указана производительность, на которой замерялся шум и приведены кривые мощности, из которых следует, что точка замера соответствует зоне максимального КПД.

В каталоге [6] такого рода информация отсутствует, наряду с отсутствием значений асинхронной частотой вращения и другой общепринятой при подборе вентиляторов информации. Только из [2] мы впервые узнаем о режиме замера шума некоторых вентиляторов УНИВЕНТ.

О другой причине "невозможности" сравнения шума - слишком больших различиях в режимах, следует заметить, что эти различия появились в связи с неоправданным включением для сравнения вентиляторов с резко сдвинутой вправо характеристикой, о чем говорилось выше. А для вентиляторов ВРПП и вентиляторов Системэйр сравнение возможно. Причем для вторых оно выгодней, чем для первых, потому что зона максимального КПД вентиляторов Системэйр лежит левее, чем у вентиляторов ВРПП. При повышении производительности вентиляторов шум растет, и табличные значения шума вентиляторов Системэйр в таблицах [1] и [2] могут быть несколько больше при сравнении на режиме одинаковой производительности, но никак не меньше.

Если все-таки воспользоваться заявленным уважаемыми оппонентами подходом для сравнения вентиляторов, взять образцы из таблицы 3 [1] и дополнить их самым мощным вентилятором УНИВЕНТ, то для рассматриваемого сечения 70×40 получается следующая картина (рис. 2).

Рисунок 2. Характеристики вентиляторов с наибольшей развиваемой аэродинамической мощностью

Из представленной диаграммы следует, что в сечениях 70х40 и близким ему по площади 55,6х55,6 (у квадратного вентилятора) давление развиваемое вентиляторами RS и УНИВЕНТ более чем в 2 раза меньше, чем у вентиляторов КТ и ВРПП, что делает проблематичным создание на базе первых приточных установок.

Пунктирной линией на рис.2 показана характеристика вентилятора УНИВЕНТ - 4-4-1 с увеличенным на 10 % диаметром рабочего колеса. Некоторые отечественные производители с целью экономии затрат на штамповую оснастку, оставляют коллектор и передний диск радиального колеса без изменений и выпускают наружу увеличенную лопатку. При этом страдают аэродинамические и акустические качества вентилятора. К сожалению, в [6] отсутствуют данные по мощности на валу и шумовым параметрам таких вентиляторов, что не позволяет сделать более точные оценки.

Об использования вентиляторов за потолком и других замечаниях

Уважаемые оппоненты подвергают сомнению применение за подшивным потолком вентиляторов ВРПП с приведенным давлением свыше 1600 Па/м и делают это не совсем корректно. Формируется таблица 3 [2] с характеристиками таких вентиляторов, правда в таблицу включаются не все из них - отсутствуют вентиляторы с сечениями 50х25 и 40х20. Они, как это видно из таблицы 3 [1], имеют корпусной шум 66 и 62 дБА, соответственно, что, видимо, не подтверждает доводов уважаемых оппонентов. В угоду такой логике игнорируется использование подшивных потолков в удаленных от рабочих зон местах (в санузлах, коридорах и т. п.) и возможность существования звукоизолированных корпусов вентиляторов со снижением шума через стенки на 7-8 дБА. В результате утверждается - "использовать эти вентиляторы в межпотолочном пространстве, несмотря на их приемлемые габариты, не рекомендуется".

Изучая диаграммы характеристик вентиляторов, уважаемые оппоненты обратили внимание на оформительскую небрежность - характеристики полного давления проведены до пересечения с осью абсцисс, а не сделаны короче на 1-2 мм. Справедливо. Еще они заметили, что характеристики вентиляторов ВРПП с адаптерами и без них показаны одинаковыми и сделали предположение, что автор считает характеристики вентиляторов ВРПП с адаптерами и без них одинаковыми. Автор вынужден признаться, что так не считает, а только повторяет сложившуюся практику, когда у прямоугольных вентиляторов полное давление при максимальной производительности приводится одинаковым для прямоугольного и круглого выхода, хотя в случае круглого выхода динамическое давление более, чем в 4 раза выше [7].

Такой дотошный поиск неточностей может быть похвален в том случае, если они оказывают влияние на рассматриваемые вопросы. В данной ситуации это не так, сравнение вентиляторов с круглым каналом производится при скорости в адаптере 5,5 м/с. Это значение не имеет отношения к режимам близким к максимальной производительности вентилятора. В силу ничтожности аэродинамических потерь в адаптере, который представляет собой плавный конфузор, его применение не сказывается на значении полного давлении на режиме рассматриваемой характерной скорости.

Уважаемые оппоненты обращают внимание еще на одну неточность - в таблице 6 [1] указаны неверные значения приведенного давления для вентиляторов ВРПП, но не придают этому значение, потому что различия не принципиальны. Тем не менее, следует отметить, что в таблице 6 приведенное давление вентиляторов ВРПП во всех сечениях действительно увеличено примерно в 1,5 раза из-за ошибки, допущенной автором при обработке каталожных данных.

Уважаемые оппоненты приводят примеры, не относящиеся к рассматриваемой статье. Они заявляют следующее: "некоторые отечественные производители свели на нет достоинства малых поперечных размеров канальных вентиляторов с "положенными на бок рабочими колесами" (например, серии ВРПВ-Н и ВРПН-Н [4]), заменив в них двигатели с внешним ротором на обычные двигатели серии АИР. Таким образом, было потеряно главное достоинство таких вентиляторов - малая высота корпуса и возможность устанавливать его в узкие пространства" [2] (наконец-то, состоялось признание преимущества прямоугольного корпуса перед остальными - прим. автора).

Автор, все-таки, хотели бы уступить пальму первенства в этом вопросе зарубежным производителям, например из Системэйр или Динэйр, которые подобные вентиляторы начали производить раньше. Уважаемым оппонентам, видимо, невдомек, что такие вентиляторы появились неспроста. Что иногда встречаются перемещаемые среды с вредными для двигателя примесями, например, масляными загрязнениями или с повышенной влажностью. В таких случаях приходится выводить двигатель из потока в канальном вентиляторе. И такие вентиляторы пользуются значительным спросом.

Непонятно, зачем был привлечен для сравнений в статье оппонентов прямоугольный вентилятор ВРПД? Сопоставляя его с вентилятором, развивающим в 3 раза меньшую аэродинамическую мощность, уважаемые оппоненты удивлены тем, что двигатели вентиляторов имеют установочную мощность, отличающуюся примерно во столько же раз. Может быть, разговор о ВРПД заведен для того, чтобы заявить о том, что, "возможно в каталоге … допущена ошибка" при указании звуковой мощности на выходе? Приходится успокаивать уважаемых оппонентов. Ошибки нет. Просто по сравнению с вентилятором ВР-300-45 в вентиляторе ВРПД воздушный поток после выхода из рабочего колеса проходит два поворота на 90о в своем корпусе, которые играют роль лабиринтного глушителя.

Прямоугольный или квадратный?

Уважаемые оппоненты заявляют: "мы отдаем предпочтение канальным вентиляторам с квадратным корпусом, поскольку в таких вентиляторах конструктивно очень просто организовать выход потока практически в любом направлении (прямо, вверх, вниз, вправо, влево), а также и в нескольких направлениях одновременно (например, прямо и вверх или вправо и влево и т.д.), что представляет проблему для большинства канальных вентиляторов, в том числе и в прямоугольном корпусе. Это позволяет значительно экономить место при определенных компоновках вентсистем. Кроме этого квадратный корпус позволяет очень просто решить задачу шумопоглощения" [2].

Организация выхода в направлении перпендикулярном оси вращения рабочего колеса наиболее просто решается в классическом спиральном корпусе. Не совсем логично пренебречь спиральным корпусом для организации прямоточного движения воздуха и затем решать проблему поворота.

Прямо скажем, с аргументацией не густо на фоне решающего преимущества прямоугольного вентилятора - "малая высота корпуса и возможности устанавливать вентилятор в узкие пространства". К тому же, не понятно, почему в прямоугольном прямоточном вентиляторе задачу шумопоглощения решать труднее, чем в квадратном.

В дополнении к сказанному, в таблице 1 приведены результаты сравнения самых мощных прямоугольных [4,5] и квадратных [6] вентиляторов в каждом из рассмотренных типоразмеров сечений при характерной скорости воздушного потока 3,5 м/с.

Таблица 1 (смотреть) Приведенное давление прямоугольных и квадратного вентиляторов

Из представленной таблицы видно, что в половине типоразмеров квадратного вентилятора приведённое давление уступает аналогичному параметру прямоугольных вентиляторов в несколько раз, что затрудняет их использование в составе приточных установок.

С учетом упомянутого в первом разделе статьи благоприятного воздействия прямоугольного корпуса на аэродинамические характеристики прямоточного вентилятора, автор надеется, что приведенная аргументация достаточна, для того чтобы понять, почему следует отдавать предпочтение прямоугольной форме корпуса канального вентилятора.

* В этом же номере журнала опубликован второй отклик - А.Г. Степанова. Ответ на него помещён на сайте www.aircon.ru в сентябре с.г.

Литература

1. Эсманский Р.К. Канальный вентилятор и его привод. Анализ тенденций развития. АВОК, № 5, 2004 г.

2. Караджи В.Г., Московко Ю.Г. О "приведенном давлении" и о сравнении канальных вентиляторов. АВОК, № 7, 2004 г.

3. Sadi O. Kremer P. Einfluss von Klimakastengeraten auf das Verhalten von Laufradern. HLH, Bd. 55 (2004), Nr. 10 Oktober.

4. Вентиляционное оборудование 2003, SYSTEMAIR, 2003 г.

5. Оборудование для систем вентиляции. Каталог, ООО "КлиматВентМаш", 2004 г.

6. Каталог вентиляционного оборудования, ООО "ИННОВЕНТ", 2004 г.

7. Оборудование для систем вентиляции. Каталог, ЗАО "Арктика", б. г.

Обсудить статью на Форуме АВОК