Аэродинамические характеристики вентиляторов

Аэродинамические характеристики вентиляторов определяются на специаль­ных стендах согласно ГОСТ 10921—90 «Вентиляторы радиальные и осевые» (за­рубежный аналог — ISO 5801 «Industrial fans. Performance testing using standardized airways»).

В этих документах строго регламентированы геометрические параметры стендов, обеспечивающие определенные условия входа (равномерный про­филь скорости и отсутствие закрутки) в вентилятор и выхода потока из него, а также положение измерительных сечений и процедура обработки параметров.

Существуют четыре основных типа стендов, конфигурация которых соответствует различному расположению вентилятора в сети. Не вникая в подробности необходимо иметь в виду, что аэродинамические характеристики одного и того же вентилятора, полученные на различных стендах, могут незначительно отли­чаться друг от друга. Стенд для испытаний является сетью для вентилятора. Про­цедура же определения аэродинамических характеристик вентилятора состоит в измерении производительности вентилятора при различном сопротивлении сети, при этом полное давление вентилятора равно аэродинамическому сопро­тивлению сети плюс динамическое давление на выходе из стенда (вентилятора).

Аэродинамические характеристики вентилятора обычно включают в себя:

• кривую полного давления P_V(L);

• кривую мощности N(L) или полного КПД вентилятора ?(L);

• кривую (либо шкалу) динамического давления вентилятора P_dV (L) или кри­вую статического давления вентилятора P_SV(L).

Если приведена кривая полного давления P_V(L), а статического не приведена, то статическое давление вентилятора находится по формуле P_SV = P_V – P_dV. В ряде случаев приводится только кривая статического давления вентилятора, напри­мер у канальных вентиляторов в квадратных или прямоугольных корпусах, крышных радиальных вентиляторов. В этом случае полное давление близко к статическому давлению и за полное можно принимать статическое давление.

При подборе вентилятора необходимо руководствоваться следующим: зона рабочих режимов вентилятора должна находиться в зоне максимальной эффек­тивности вентилятора и быть за пределами срывного режима вентилятора.

Существуют три основных вида аэродинамических характеристик вентилято­ров (см. рисунок):

• ниспадающая кривая полного давления (рис. а);

• кривая полного давления с обратным склоном (рис. 6);

• кривая полного давления с разрывом характеристики (рис. в).

В соответствии с ГОСТ 10616—90 рабочая зона аэродинамической характери­стики вентилятора должна быть ограничена диапазоном производительностей, в котором полный КПД вентилятора составляет не менее 0,9 от максимального КПД (рис. а). Именно в таком виде приведены аэродинамические характери­стики вентиляторов в каталогах большинства производителей. Однако в этом случае теряются режимы максимальной производительности, при которых воз­можна работа вентилятора, хотя и с несколько меньшей эффективностью.

В каталогах некоторых зарубежных, а в последнее время и отечественных про­изводителей приводится кривая полного давления P_V(L) от режима L = 0 до ре­жима максимальной производительности L_max(p_SV = 0). Если не приведены ни кривая мощности N(L), ни кривая полного (статического) КПД ?(L), то вы­брать рабочую зону крайне затруднительно. В этом случае для оценки можно принимать, что режим максимального полного КПД имеет место примерно на 2/3 максимальной производительности вентилятора L_МАХ. Следует избегать выбора рабочего режима на возрастающем участке кривой полного давления левее точки А (рис. 6) и левее срывного режима (точка А на рис. в), т. к. при определенных условиях могут возникнуть срывные режимы вентилятора, помпаж, вибрации и даже постепенное разрушение конструкции. С целью обеспечения некоторого запаса до срыва область рабочих режимов в обоих случаях должна быть ограничена слева точкой А‘, которая образуется пересечением параболы сети р_с = p_vmax(L/L_MAX)²/k_C c характеристикой вентилятора. Коэффициент запаса k_C можно принимать равным 1,2—1,5 (большие значения, если срыв оказывает большее силовое воздействие на конструкцию вентилятора).

При подборе вентиляторов по аэродинамическим характеристикам, приведенным в каталогах, необходимо обращать внимание на следующее:

• является ли указанная в характеристиках мощность потребляемой вентилятором или же это мощность, потребляемая электродвигателем вентилятора из сети;

• имеет ли электродвигатель, комплектующий вентилятор, запас мощности на пусковые токи, низкие температуры перемещаемой среды.

Эти параметры определяют эффективность вентилятора, его аэродинамические характери­стики и работоспособность элек­тродвигателя при низких темпе­ратурах перемещаемого воздуха. Например, если электродвига­тель не имеет запаса мощности (канальные вентиляторы с внеш­ним ротором), прямой пересчет давления на пониженную темпе­ратуру может не дать ожидаемых результатов, т. к. из-за увеличе­ния потребляемой мощности электродвигатель может «сбро­сить» обороты.

При анализе аэродинамиче­ских характеристик осевых вен­тиляторов необходимо иметь в виду следующее обстоятель­ство. В отечественной практике в ряде случаев, например, когда электродвигатель расположен перед колесом, а втулка колеса выходит за пределы корпуса в осевом направлении, динами­ческое давление подсчитывается по скорости выхода потока, опре­деленной по ометаемой лопатка­ми площади (полная площадь, вычисленная по диаметру коле­са, за исключением площади, занимаемой втулкой колеса).

В зарубежных каталогах динамическое давление осевых вентиляторов определяется по полной площади, т. е. по площади ометаемой колесом. Разница в статических давлениях, установленных по этим ме­тодам, начинает заметно сказываться при относительном диаметре втулки v > 0,4 (отношение диаметра втулки к диаметру вентилятора). Если не учитывать этого обстоятельства, то подобранный вентилятор может не дать ожидаемый расхода в данной сети.