О специфике канальных вентиляторов

Р. К. Эсманский, ООО "КлиматВентМаш"

В дискуссии по канальным вентиляторам [1,2…6] приняла участие Т.C. Соломахова [7]. Большая часть её статьи посвящена критике пресловутого параметра "приведенное давление". По аналогичному поводу автор подробно высказался [4,6].

Не обращая внимания на высказанные уточнения и разъяснения, утверждается, что, якобы, по мнению автора "приведенное давление характеризует эффективность канальных вентиляторов" [7], а затем даётся опровержение. Т.С. Соломахова не замечает, что подобные "доказательства" применимы к любому вырванному из контекста параметру, например полному давлению вентилятора.

Помимо этого, в [7] изложены представления Т.С. Соломаховой о канальных вентиляторах, которые, по нашему мнению, не в полной мере соответствуют действительности и дезориентируют читателей, не занимающихся разработкой и исследованиями канальных вентиляторов. Автор считает необходимым обсудить эти положения статьи [7], для того чтобы потребители канальных вентиляторов имели более четкое представление об используемом продукте.

Особенности канальных вентиляторов

За 30-тилетнюю историю существования канальных вентиляторов выработаны разнообразные технические приемы, которые до появления канальных вентиляторов в вентиляторостроении не применялись и не все из них нашли в дальнейшем применение в вентиляторах других видов.

Стремление разместить в сильно ограниченном пространстве вентиляторную установку, которая должна решать широкий круг задач вентиляции, заставил разработчиков пренебречь многими аспектами аэродинамического совершенства. Так, внутри радиального колеса стали размещать двигатель. Требования массового производства обусловили применение упрощенных корпусов, направляющих и спрямляющих аппаратов радиальных колес. На второй план отодвинулись проблемы обеспечения высокого КПД рабочего колеса.

Снижение требований к аэродинамической эффективности способствовало распространению большого количества разных по аэродинамической эффективности конструкций канальных вентиляторов, которые трудно отличить друг от друга по внешнему виду. Например, появились прямоточные вентиляторы в квадратном корпусе, где радиальный зазор между рабочим колесом и стенками корпуса в результате применения рабочих колес разных диаметров меняется в 2,5 раза и снижается до 10,5 % диаметра рабочего колеса [8, 9]. Есть прямоугольные вентиляторы с плашмя расположенным колесом и приводом от необращенного асинхронного двигателя, который, не смотря на свои габариты и громоздкий кронштейн крепления, размещён внутри барабанного колеса [10]. Такие вентиляторы значительно уступают по характеристикам аналогичным вентиляторам с приводом от двигателя с внешним ротором [8], но внешне почти не различимы.

Пониженная аэродинамическая эффективность канальных вентиляторов не вызывает претензий у потребителей. В качестве иллюстрации можно привести некоторые высказывания, которые были сделаны в рамках данной дискуссии: "Наверное, вопросы повышения к.п.д., снижения энергозатрат и пр. важны, но для многих проектировщиков систем вентиляции они не столь актуальны.... При общих огромных энергозатратах на системы вентиляции и кондиционирования, экономия или наоборот перерасход 20-30% от энергопотребления нескольких вентиляторов - несущественны. Гораздо важнее, что бы подобранные вентиляторы отвечали требуемым характеристикам по производительности, давлению и шуму…" [11]; "Вы пишите: "… Разве потребителя интересуют, какого диаметра и с какой частотой вращается рабочее колесо вентилятора, какого типа у него лопатки колеса? Его интересуют выходные параметры вентилятора, который обеспечивает ему получение требуемой рабочей точки: габариты, шумовая характеристика, электропотребление (с точки зрения определения требований к электрической части проекта - примеч. автора) и цена, в меньшей степени, вес, удобство обслуживания. Разумеется, высокая эксплуатационная надежность." Вы знаете - это очень правильное высказывание, я когда читал Вашу статью и последующую полемику, именно об этом думал" [12].

Для максимального удовлетворения потребностей в канальных вентиляторах более гибко решаются задачи облегчения подбора вентилятора для стеснённых пространств. Наряду с традиционным изменением частоты вращения, часто требующим использование относительно дорогих или громоздких регулирующих устройств, увеличение вариантности подбора обеспечивается применением в одном корпусе радиальных колес с различными диаметрами и шириной и с другими отличиями в геометрических параметрах.

Об игнорировании специфики

С оценкой научно-технической ситуации по канальным вентиляторам, выполненной специалистами с учетом многообразия технических решений, можно ознакомиться в [13], а, также, в работе автора [1].

Т.С. Соломахова излагает иное видение ситуации. Приведём несколько цитат из [7]. "…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 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 .

"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".

Иными словами, Т.С Соломахова предполагает, что в канальных вентиляторах применяются обеспечивающие большой расход широкие радиальные колеса и производители стремятся предусмотреть достаточно большой радиальный зазор между рабочим колесом и стенками корпуса, чтобы характеристики давление - расход канальных вентиляторов существенно не ухудшались по сравнению с так называемыми свободными колесам. Об этом можно судить по тому, что приведённые Т.С. Соломаховой безразмерные параметры, которые по её мнению характеризует оптимальные рабочие колёса канальных вентиляторов, идентичны параметрам лучших образцов свободных колес.

В том случае, когда минимальный размер поперечного сечения прямоугольного корпуса близок диаметру колеса, по мнению Т.С. Соломаховой, такие вентиляторы "имеют круто падающую кривую давления и узкий диапазон экономичной работы" [7]. Уважаемый оппонент, по-видимому, предполагает большие аэродинамические потери в таком корпусе. (Правда, далее Т.С. Соломахова, забыв о том, что такие характеристики ею названы круто падающими, пишет: "По-видимому, на этих графиках приведены характеристики свободных колес, а не канальных вентиляторов".)

Рассмотрим взгляды Т.С. Соломаховой по порядку.

Описанные уважаемым оппонентом принципы построения типоразмерных рядов с точностью наоборот характеризует ситуацию с канальными вентиляторами. Во-первых, у радиальных колес с приводом от двигателя с внешним ротором в пределах одного типоразмерного ряда неоднократно меняется аэродинамическая схема колеса: "…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" [4].

Во-вторых, как указывалось выше, в типоразмерном ряду канальных вентиляторов в корпусе одного типоразмера часто используются несколько разных колес.

Приведенные Т.С. Соломаховой оценки безразмерных параметров рабочих колес канальных вентиляторов имеют мало общего с действительностью. Повышенные требования по компактности канальных вентиляторов не позволяют достичь высоких значений КПД. По оценкам специалистов [13], которые мы можем подтвердить результатами своих испытаний вентиляторов с приводом от двигателей различных видов, даже полный КПД выпускаемых канальных вентиляторов не превышает 60 %. Анализ характеристик круглых радиальных вентиляторов [8] показывает, что максимальный коэффициент расхода не превышает 0,25, а максимальный коэффициент статического давления примерно равен 0,95. У прямоугольных канальных вентиляторов с плашмя расположенным свободным колесом [14] эти параметры имеют значения 0,32 и 1,0 соответственно.

Утверждение Т.С. Соломаховой о том, что для обеспечения большого расхода в канальных вентиляторах используются радиальные колеса большой ширины не точно. Во-первых, рабочие колеса круглых канальных вентиляторов просто не могут быть широкими, потому что возникаются сложности с согласованием колеса и двигателя [1, 15]. Во-вторых, наметилась тенденция к уменьшению ширины свободных колес. Это можно проследить по продукции фирм Punker, Nicotra, Ziehl-Abegg и других. Например, у колес вентиляторов RS компании Systemair (такие же колеса использует КлиматВентМаш в некоторых своих вентиляторах) имеют отношение ширины колеса на выходе к диаметру колеса - 0,25.

Также заблуждается Т.С. Соломахова, утверждая, что зарубежные фирмы не устанавливают в прямоугольный корпус рабочие колеса с диаметром "близким к минимальному размеру корпуса". У прямоугольных вентиляторов EK, выполненных по прямоточной схеме, диаметр рабочего колеса равен 0,85…0,87 "минимального размера корпуса" [16].

И, наконец, о работе радиального колеса в прямоугольном корпусе с минимальным размером поперечного сечения близким диаметру рабочего колеса. Автор неоднократно отмечал [4, 6], ссылаясь и на результаты зарубежных исследований [17], что в этом случае характеристика давление-расход свободного колеса меняется не существенно. Если Т.С. Соломахова не доверяет каталожным данным КлиматВентМаш, она может сравнить аэродинамические характеристики свободных колес [15] с характеристиками вентиляторов EK [16].

Выводы

1 Конструкции канальных вентиляторов представляют собой компромисс между компактностью и аэродинамической эффективностью.

2 Прямоугольная форма корпуса прямоточного вентилятора способствует гармоничному достижению указанного компромисса.

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. Степанов А.Г. К вопросу о канальных вентиляторах // АВОК. 2004. №7

4. Эсманский Р.К. Еще раз о канальных вентиляторах. Интернет - сайт АВОК. Диалог специалистов/ В порядке обсуждения/ Канальные вентиляторы, ноябрь, 2004 г.

5. Караджи В.Г., Московко Ю.Г.Об измерении канальных вентиляторов в попугаях. Интернет - сайт АВОК. Диалог специалистов/ В порядке обсуждения/ Канальные вентиляторы, ноябрь, 2004 г.

6. Эсманский Р.К. Еще раз о типоразмерных рядов канальных вентиляторов. Интернет - сайт АВОК. Диалог специалистов/ В порядке обсуждения/ Канальные вентиляторы, декабрь, 2004 г.

7. Соломахова Т.С. О типоразмерных рядах канальных вентиляторов и критериях их оценки. Интернет - сайт АВОК. Диалог специалистов/ В порядке обсуждения/ Канальные вентиляторы, январь, 2005 г.

8. New catalogue Edition II, SYSTEMAIR, web-version, 2005.

9. UNOBOX. Exhust units with free running impeller, Rosenberg Ventilatoren GmbH, Catalogue web-version, 2005.

10. CF. In-line Fans, NICOTRA SPA, Catalogue web-version, 2005.

11. Участник дискуссии на сайте abok.ru под ником "ss.23".

12. Участник дискуссии на сайте aircon.ru под ником "itpro".

13. Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Некоторые особенности эффективного использования вентиляционно-отопительного оборудования, ООО "ИННОВЕНТ", (Веб-версия), 2004 г.

14. Duct fans "Sigma" with low noise levels, Rosenberg Ventilatoren GmbH, Catalogue web-version, 2005.

15. Centrifugal blowers and fans. Axial fans. ebmpapst. Catalogue, 2004.

16. Duct fans. Tube fans. K01.7. Wolter GmbH + Co KG, web-version, 2005.

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

Обсудить статью на Форуме АВОК