Аэродинамическое сопротивление и пылеемкость фильтров

Воздушный фильтр является одним из элементов, определяющих размеры проходного сечения приточной установки. Поскольку весь приточный воздух должен пройти через фильтр, должна быть затрачена соответствующая энергия для преодоления аэродинамического сопротивления фильтра Δр_Ф.

Потери мощности от установки фильтра вычисляются по формуле:

ΔN_Ф = (L*?р_Ф) / η

Затраты мощности из электрической сети по формуле:

ΔN ^I_Ф = (L*Δр_Ф) / η* η_ЭЛ

η – КПД вентилятора, η_ЭЛ – КПД электродвигателя.

Чем меньшее количество частиц пыли проходит через фильтр и чем меньше их размеры, тем плотнее должен быть материал фильтра и тем больше будет его аэродинамическое сопротивление. По мере накопления пыли на передней поверхности фильтра и в некотором слое материала образуется дополнительный слой пыли. Это приводит в процессе эксплуатации к постепенному увеличению аэродинамического сопротивления фильтра. Поэтому правильный выбор фильтра для установки очень важен как с точки зрения качества очистки воздуха так и с точки зрения допустимых потерь мощности.

Потери давления, Па, на чистом фильтре в исходном состоянии в общем случае могут быть описаны формулой:

Δр_Ф = А*L^m _УД

L_УД — удельная производительность фильтра, м³/(с* м²);

m — показатель сте­пени.

Удельная производительность определяется как секундная производитель­ность через фильтр, отнесенная к площади поверхности фильтра, т. е. ее можно представить как нормальную скорость воздуха на поверхно­сти материала фильтра. По­казателя степени примерно 1—1,5 и зависит от свойств фильтра.

Ясно, что чем больше поверхность фильтра, тем меньше транзитная скорость на нем и его аэродинамическое сопротивление. Но, с другой стороны увеличе­ние фильтрующей поверхности может привести к чрезмерному увеличению га­баритов фильтра и его стоимости.

Пылеемкость

Не менее важной характеристикой фильтра является его пылеемкость, т. е. количество накопленной фильтром пыли при достижении максимальных, заданных производителем, потерь давления. Как правило, эти значения доволь­но велики и различные у фильтров разной степени очистки. В среднем принято конечное сопротивление:

• фильтров грубой очистки — 250 Па;

• фильтров тонкой очистки — 450 Па;

• фильтров высокой и сверхвысокой эффективности — 600 Па.

Если проследить процесс накопления пыли, то оказывается, что до накопле­ния примерно половины допустимого количества пыли потери давления на фильтре увеличиваются слабо и почти линейно. Это означает, что поры в ма­териале еще в значительной степени открыты для прохода воздуха. Дальнейшее накопление пыли приводит к существенному ускорению роста сопротивления фильтра, уже по степенному закону. При этом проходы для воздуха начинают сильно сужаться или закрываться. Поэтому пользователю фильтра или изготовителю приточных установок надо принимать в каждом конкретном слу­чае решение, какие предельно допустимые потери давления на фильтре следует принимать при проектировании воздухоприточной установки. Оптимальным может быть следующее. Во-первых, принимать нормальную скорость воздуха на поверхности фильтра, при которой начальное сопротивление фильтра было невелико. Это потребует некоторого увеличения габаритов фильтра, но возра­стут его пылеемкость и срок замены фильтра. Во-вторых, в оборудовании может быть заложено условие замены фильтра не по данным производителя фильтра, а по достижении более низкого предельного давления. Например, при началь­ных потерях давления 50—60 Па можно принять предельные по­тери давления 100—110 Па. Это приведет к более частой смене фильтра, но существенно умень­шится потребное давление вен­тилятора, а это означает эконо­мию мощности (для установок достаточно большой произво­дительности, особенно для фильтров тонкой очистки) и, что может быть наиболее важно, уменьшение шума вентилятора. Например, если производи­тельность приточной установки L — 10000 м³/ч, давление вен­тилятора 650 Па (фильтр G3, предельные потери давления фильтра 250 Па), то переход на предельные потери давления на фильтре 100 Па (уменьшение потерь давле­ния на фильтре на 150 Па) приводит к потенциальной экономии мощности вен­тилятора ΔN_Ф = 10000/3600*150/0,5 = 833Вт (η = 0,5). Уменьшение шума на входе/выходе вентилятора может составить ΔL = 25 log (650 Па/ 500 Па) = 2,8 дБ. Это хороший выигрыш, которого бывает трудно добиться другими способами.

При эксплуатации приточной установки необходимо тем или иным образом контролировать состояние загрязнения фильтра. Проверять состояние фильтра можно визуально, периодически вскрывая крышку секции фильтра. Может быть установлен датчик-реле перепада давления на фильтре, и, зная исходное аэро­динамическое сопротивление фильтра, можно установить на датчике предельно допустимое сопротивление фильтра, по достижении которого датчик будет вы­давать сигнал засорения фильтра. При этом существенную роль играет правиль­ность выбора места установки датчика-реле перепада давления. По­скольку фильтр относительно хорошо сглаживает неравномерности потока, то за фильтром приемник давления может быть установлен практически в любом ме­сте, т. к. поле давления будет однородно по пространству. Второй приемник дав­ления датчика должен находиться перед фильтром.

Если перед фильтром рас­положен, например, входной клапан или смесительная рециркуляционная секция, то поле скоростей и давлений может быть пространственно неоднород­ным. При установке приемника давления необходимо выбрать место с наи­меньшей неоднородностью поля давлений, иначе можно получить непредска­зуемые результаты измерений и неправильную работу датчика-реле давления. При наличии рециркуляции желательно устанавливать приемник давления в зонах с минимальной скоростью течения и предпочтительнее де­лать замеры не полного давления, а статического давления на стенках канала.