О типоразмерных рядах канальных вентиляторов и критериях их оценки

Описание:

Цель данной работы состоит в том, чтобы показать отсутствие какого-либо смысла в этом параметре и некорректность его использования для сравнения различных канальных вентиляторов.

Ключевые слова: канальные вентиляторы

О типоразмерных рядах канальных вентиляторов и критериях их оценки

Т. С. Соломахова, .техн.наук, ведущий научный сотрудник Филиала ЦАГИ

Являясь профессионалом в области аэродинамики вентиляторов, считаю необходимым включиться в дискуссию специалистов, которая развернулась в последнее время в журнале и на сайте АВОК по поводу канальных вентиляторов. Дискуссия была вызвана публикацией статьи Р.К.Эсманского "Канальный вентилятор и его привод. Анализ тенденций развития", в которой автор представляет продукцию фирмы "КлиматВентМаш". Для доказательства преимуществ канальных вентиляторов этой фирмы по сравнению с аналогичными вентиляторами других фирм автор вводит новый параметр "приведенное давление".

Многие отечественные (Инновент, КлиматВентМаш) и зарубежные (Ostberg, Systemair) компании в настоящее время изготавливают серии канальных вентиляторов 1-4 в различных компоновках, с различным расположением рабочих колес и двигателей. Отличительной особенностью канальных вентиляторов являются их малые габариты, в особенности малая высота корпуса, что обуславливает их предпочтительное применение и удобную компоновку в протяженных вентиляционных каналах. Поэтому канальные вентиляторы находят широкое применение в системах вентиляции жилых и общественных зданий, в воздушных завесах и других установках.

В качестве рабочих колес применяют колеса радиальных вентиляторов, как правило, с загнутыми назад лопатками. Для обеспечения большого расхода колеса имеют большую ширину, согласованную с большим диаметром входного патрубка в его минимальном сечении.

Анализ аэродинамических характеристик канальных вентиляторов, приведенных в Каталогах разных фирм, показывает, что оптимальные рабочие колеса имеют следующие близкие для разных вентиляторов безразмерные параметры: максимальный коэффициент расхода при нулевом статическом давлении ; максимальный коэффициент статического давления при нулевом расходе , максимальный статический КПД .

Корпуса канальных вентиляторов имеют круглое, квадратное и преимущественно прямоугольное поперечное сечения, причем в последнем случае высота сечения может быть в 2 раза меньше его ширины.

Таким образом, канальные вентиляторы можно рассматривать как модификации радиальных вентиляторов, имеющих типовые рабочие колеса, но вместо спирального - специальный корпус круглого, квадратного или прямоугольного поперечного сечения.

Типоразмерные ряды вентиляторов обычно образуют из геометрически подобных вентиляторов, выполненных по одной аэродинамической схеме. Вентиляторы одного типоразмерного ряда имеют одинаковые безразмерные характеристики и параметры номинального режима, соответствующего максимальному значению КПД. Эти параметры установлены на основе теории размерности [5]. Они обоснованы, имеют четкий физический смысл и регламентированы ГОСТ 10616-90.

В Каталогах приводятся размерные аэродинамические характеристики вентиляторов типоразмерного ряда, в которых указываются параметры номинального режима, значения КПД и создаваемого шума. Эти данные используются для выбора и сравнения различных вентиляторов, обеспечивающих заданные параметры: расход и давление.

При сравнении и оценке аэродинамических качеств канальных вентиляторов возникают некоторые трудности. Дело в том, что в Каталогах обычно приводятся отрезки аэродинамических характеристик давления p_v (Q), дается частота вращения n и установочная мощность N_y двигателя. Не приводится диаметр рабочего колеса, потребляемая вентилятором мощность и его КПД. Не определен номинальный режим работы вентилятора, параметры которого обычно используются для оценки эффективности работы вентиляторов разных типов. При этом допускается работа вентилятора во всем диапазоне режимов приведенной аэродинамической характеристики.

Р.К.Эсманский в работе [6] предлагает "для сравнительной оценки различных видов канальных вентиляторов или при сравнении внутри типоразмерного ряда вентиляторов" ввести параметр - "приведенное давление" -, который равен создаваемому вентилятором полному давлению p_v, деленному на минимальный размер поперечного сечения корпуса, при характерной скорости в этом сечении.

Параметр имеет размерность Па/м. Автор не приводит каких-либо обоснований, почему именно этот параметр является характерным для канальных вентиляторов и определяет их эффективную работу. Он использует его для сравнения и подтверждения преимуществ канальных вентиляторов фирмы "КлиматВентМаш", в частности вентиляторов ВРПП, с аналогичными вентиляторами других фирм.

Рассмотрим параметр - "приведенное давление" - на примере серии прямоугольных канальных вентиляторов ВРПП и покажем его полную несостоятельность.

Таблица (смотреть)

Аэродинамические параметры прямоугольных канальных вентиляторов ВРПП

Параметры вентиляторов ВРПП приведены в таблице, составленной на основе данных Каталога [2]. Нумерация вентиляторов взята из таблицы, приведенной на стр. 2 Каталога. Величина расхода Q рассчитана по площади F поперечного сечения выходного патрубка и по принятой автором характерной скорости, равной 3,5 м/с. Величина создаваемого вентилятором давления pv при этом расходе Q определена по кривым давления p_v(Q) соответствующих вентиляторов, приведенным на стр.4 и 5 Каталога [2] . Рассчитанная величина "приведенного давления" представлена в последнем столбце таблицы.

1. Рассмотрим вначале, как автор использует параметр при сравнении вентиляторов внутри типоразмерного ряда.

- Типоразмерный ряд рассматриваемых вентиляторов ВРПП образован не по диаметрам рабочих колес одинаковой аэродинамической схемы, а по размерам поперечного прямоугольного сечения корпуса, причем в одном и том же корпусе установлены рабочие колеса различного диаметра с различной частотой вращения. Поэтому вентиляторы с одинаковым размером поперечного сечения корпуса имеют сильно отличающиеся друг от друга аэродинамические характеристики. Величина давления p_v , создаваемого вентилятором одного размера, и параметра , при фиксированном расходе Q может изменяться в 4 и более раз. При выбранной автором скорости 3,5 м/с параметр для некоторых вентиляторов принимает даже отрицательные значения. Такие вентиляторы вообще не могут работать в сети и автор должен исключить их из типоразмерного ряда. Таким образом, параметр никак не характеризует вентиляторы ВРПП даже одного размера (см. последний столбец таблицы).

- Некорректно сравнивать параметры вентиляторов с разными диаметрами и частотой вращения рабочих колес при одном расходе, поскольку при этом колеса будут иметь разные коэффициенты расхода и могут работать на невыгодных режимах с низким КПД. Поэтому судить об эффективности работы вентилятора с разными рабочими колесами на каком-либо одном расходе не имеет никакого смысла тем более, что выбранное автором характерное значение скорости 3,5 м/с в выходном патрубке никак не обосновано.

- Характеристики вентиляторов ВРПП зависят только от диаметра и частоты вращения установленного в них рабочего колеса и практически не зависят от размера корпуса и его минимальной высоты. Это наглядно подтверждается одинаковой характеристикой вентиляторов 5, 8 и 11, приведенной на стр.4 Каталога [2] . Эти вентиляторы имеют одинаковое рабочее колесо и корпуса разных размеров. Сравним эти вентиляторы при одной скорости 3,5 м/с в выходном патрубке, но при разных расходах Q (см. табл.). Параметр принимает соответственно разные значения от 2200 Па/м до отрицательных. Поэтому "приведенное давление" не характеризует и вентиляторы ВРПП разных размеров.

Выше приведенный анализ показывает, что настойчиво предлагаемый автором в статье [6] и последующих публикациях параметр - "приведенное давление" не может применяться для "сравнения типоразмерных рядов канальных вентиляторов", поскольку он в рамках одного типоразмерного ряда не характеризует ни один из параметров, подтверждающих эффективность вентиляторов.

2. Рассмотрим, как автор [6] использует параметр для сравнения вентиляторов ВРПП с другими канальными вентиляторами.

- Для подтверждения высокой эффективности вентиляторов ВРПП автор естественно выбирает для вентилятора каждого размера характеристику с максимальной мощностью, максимальным давлением и максимальным параметром , которые обеспечиваются максимальным диаметром рабочего колеса, причем диаметр колеса очень близок к минимальному размеру корпуса. Следует отметить, что выбранные вентиляторы имеют круто падающую кривую давления и узкий диапазон экономичной работы.

Эти вентиляторы, действительно, могут при некоторых расходах иметь большие значения параметра , чем аналогичные вентиляторы других фирм, но при большей мощности и большем создаваемом шуме. Зарубежные фирмы не устанавливают в прямоугольный корпус рабочие колеса большой мощности с большим диаметром колеса, близким к минимальному размеру корпуса. Они предпочитают изготавливать вентиляторы с меньшими диаметрами колеса, которые не создают рекордно большое давление, но обеспечивают экономичную работу вентилятора в широком диапазоне расходов и создают меньший шум.

- Преимущество вентиляторов ВРПП по величине создаваемого давления и параметра на некоторых расходах совсем не означает, что эти вентиляторы лучшие, поскольку для вентилятора, работающего в сети, одинаково важными являются оба параметра: и давление, и расход. Причем требуемая величина давления будет зависеть как от расхода, так и от конфигурации сети и потерь давления в ней. Если стоять на позициях автора, то вентиляторы высокого давления всегда имеют преимущества перед вентиляторами среднего и низкого давления. В связи с этим совершенно непонятно высказывание автора что "вентиляторы ВРПП выглядят значительно предпочтительней", поскольку у них "приведенное давление по типоразмерам определяется более равномерно".

- Некорректным изначально является подход автора [6], при котором сравнение канальных вентиляторов одного размера при произвольно выбранном расходе производится по одному параметру в то время, как эффективность работы вентилятора в заданной сети определяется комплексом параметров.

Приведенный выше анализ показывает, что предлагаемый Р.К.Эсманским параметр "приведенное давление" не характеризует эффективность работы канальных вентиляторов. Следует согласиться с авторами публикаций [7, 8], что использование этого параметра для сравнительной оценки канальных вентиляторов разных фирм является не только ошибочным, но и вредным, так как дезориентирует потребителей этой массовой продукции.

Вызывают сомнение характеристики канальных вентиляторов ВРПП, приведенные в Каталоге [2] на стр. 4 и 5. Так, например, характеристики вентиляторов 4 и 7 (стр.4) не могут совпадать. При больших расходах создаваемое вентилятором 4 давление должно быть существенно меньше, чем у вентилятора 7, поскольку стенки корпуса вентилятора 4 очень близко примыкают к рабочему колесу. Аналогичные замечания могут быть сделаны и для других вентиляторов с совпадающими характеристиками. Повидимому, на этих графиках при ведены характеристики свободных колес, а не канальных вентиляторов.

Таким образом, пока не определен номинальный режим работы канальных вентиляторов, пока в Каталогах не приводятся кривые потребляемой вентилятором мощности или хотя бы режимы и величины максимального значения КПД, не представляется возможным ввести какой-либо один критерий, пригодный для сравнительной оценки эффективности канальных вентиляторов разных типов. Сравнение, оценку и выбор канальных вентиляторов следует осуществлять по совокупности параметров: расходу, давлению, потребляемой мощности, создаваемому шуму и габаритным размерам.