Индустриални вентилатори
Начало > ОВК > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2006
Параметри, паралелна и последователна работа, регулиране на дебита
Вентилаторите отдавна са намерили своето място в индустрията като машини, предназначени за транспортиране, както на флуиди - предимно газ и газови смеси, така и на зърнести и прахообразни продукти. Те са задължителен елемент от техническото оборудване на технологичните процеси в металургията, химическата промишленост и енергетиката, както и във вентилационните и климатичните инсталации, сушилната и хладилната техника.
Известно е, че вентилаторите са работни хидравлични турбомашини, при които механичната енергия, подавана на вала на работното им колело се трансформира в хидравлична енергия - кинетична, и на налягане, в резултат от взаимодействието на работните лопатки с флуида.
В зависимост от направлението на въздушния поток през работното колело, вентилаторите са радиални, диагонални, осови и диаметрални. Обикновено в практиката, когато се говори за радиални или диагонални вентилатори, се използва общото им наименование - центробежни. В зависимост от начина на постъпване на флуида до работното колело, вентилаторите могат да бъдат едностранно и двустранно засмукващи. Най-често, двустранно засмукващите вентилатори се използват при транспортирането на големи дебити.
Основни параметри на вентилатори
Параметрите, с който се характеризира работата на вентилаторите, са:
Дебит - дефинира се като количеството флуид, преминал през вентилатора за единица време. Обикновено при вентилаторите се работи с обемен дебит Q (m3/s, m3/h), вместо с масов - q (kg/s).
Пълно налягане - p (Pa) - показва нарастването на специфичната енергия на флуида, преминал през вентилатора.
Ефективна (полезна) мощност - Ne (W, kW), свидетелства за нарастването на отдадената енергия на флуида за единица време.
Консумирана мощност - N (W, kW). Представлява мощността, която се консумира от задвижващата машина (електрически двигател). Тъй като с част от консумираната мощност се покриват различни загуби, съвсем логично тя е по-голяма от ефективната.
Загуби на мощност
Общите загуби на мощност при вентилаторите се дължат на хидравлични, обемни и механични загуби.
Хидравличните загуби са вследствие загуби на енергия при преодоляване на хидравлични съпротивления в проточната част на машината. Пресмятат се като Dp = pt - p, където pt е теоретично пълното налягане. Хидравличните загуби се отчитат посредством хидравличен коефициент на полезно действие hh = p/pt = p/p - Dp.
Обемните загуби отчитат загубите на енергията, отдадена на обемния дебит DQ, който протича през уплътненията от нагнетателната страна, т.е от област с повишено налягане към смукателната страна, за която е характерно ниско налягане. Става въпрос за енергията , която не се оползотворява, и работната машина отдава енергия на по-голям обемен дебит Q' от дебита Q или Q' = Q + DQ. Обемните загуби се отчитат посредством обемен коефициент на полезно действие, който се пресмята по зависимостта hQ = Q/Q' = Q/Q + DQ. Известно е, че отдадената на флуида от работното колело мощност се дефинира като хидравлична мощност. Отбелязва се с Nh и се пресмята чрез израза Nh = Q'pt; Nh = сgQ'Ht.
Механичните загуби са загуби на енергия от триене, като изразходваната за тях мощност се отбелязва с Nm. Триене се наблюдава в лагерите, уплътненията и др. конструктивни елементи на вентилаторите. Механичните загуби се отчитат посредством механичен кпд - hm = Nh/N = Nh/Nh+Nm.
Пълната загуба на енергия в един вентилатор се изразява като отношение на ефективната мощност към консумираната мощност чрез т.нар. пълен коефициент на полезно действие h. За него е в сила зависимостта h = hhhQhm = Ne/N.
Работни характеристики на вентилаторите
Работните характеристики при вентилаторите отразяват зависимостта на основните параметри на вентилатора - пълното налягане, коефициента на полезно действие и мощността от дебита т.е. p = p(Q), h = h(Q), N = N(Q) при постоянна честота на въртене n=const. Ако вентилаторът позволява задвижване с различна честота на въртене, характеристиката p = p(Q) се представя посредством фамилия криви за всяка конкретна честота на въртене. Върху работната характеристика на вентилатора се отразяват само работните участъци, ограничени от условието коефициентът на полезно действие да е по-голям или равен на 90% от максималния коефициент на полезно действие. Не всички производители на вентилатори представят в техническите проспекти на машините графичната зависимост на коефициента на полезно действие от дебита. Обикновено се посочват най-вече стойности на КПД в отделни точки от фамилията характеристики p = p(Q).
Когато се говори за работни характеристики на вентилаторите, следва да се обърне внимание и на шумовите характеристики. Действащите в държавите от Европейския съюз изисквания по отношение нивото на шума на работното място вече са в сила и у нас. С оглед постигането им, би било добре да се поинтересувате какви са нивата на звуковото налягане от дебита.
Работа
на вентилатор
в инсталация
Рационалното включване на вентилатор към дадена инсталация е свързано с прецизно определяне на работната точка на вентилатора от характеристиката му. Основен параметър, на базата на който се определя работната точка на вентилатора, е съпротивителната характеристика на инсталацията. Тя се изразява като Dp= Dp(Q). Дефинира се като параметър, отразяващ общата загуба на специфична хидравлична енергия от всички линейни и местни хидравлични съпротивления.
Паралелна и последователна работа на вентилатори
За повишаване на дебита или пълното налягане в една инсталация, често в практиката се използва паралелно или последователно включване на няколко вентилатора.
Съвместната работа на паралелно свързани вентилатори осигурява увеличаване на дебита в инсталацията. Известно е, че всеки от вентилаторите, работещ самостоятелно, се характеризира с определена работна точка от характеристиката му. При паралелната работа на всички вентилатори, работната точка се получава при пресичането на сумарната характеристика с характеристиката на инсталацията. Сумарната характеристика се получава чрез сумиране на пълните налягания на всеки от вентилаторите.
Когато е необходимо да се повиши специфичната енергия, т.е. пълното налягане в инсталацията, се използва последователно свързване на няколко вентилатора. В подобни приложения работната точка на инсталацията се получава чрез пресичане на сумарната характеристика на вентилаторите за един и същи дебит с характеристиката на инсталацията.
Регулиране на дебита на вентилатори
За всеки самостоятелно работещ вентилатор, както и за вентилатори, работещи паралелно или последователно в една инсталация, дебитът се определя еднозначно от работната им точка. В практиката, обаче, доста често се налага дебитът на вентилатора да бъде променен.
Регулирането на дебита се постига чрез два подхода - чрез промяна на характеристиката му или посредством изменение на характеристиката на инсталацията. В първия случай - чрез промяна на работната характеристика p = p(Q), дебитът се регулира по различни начини, в зависимост от конструктивния тип на вентилатора. Например, чрез промяна на честотата на въртене, в случай че вентилаторът е задвижван от регулируем двигател. При осовите машини регулирането на дебита се постига чрез промяна на ъгъла на монтиране на лопатките. Характерно за регулирането на дебита на вентилаторите чрез промяна на характеристиката му е високата ефективност на метода в широк диапазон на регулиране.
Друг метод за регулиране на дебита е чрез промяна на характеристиката на инсталацията, т.е. чрез дроселиране. Осъществява се посредством монтирането на спирателна арматура - шибъри, вентили и кранове в инсталацията. Този метод намира приложение най вече при центробежните вентилатори, като освен дебитът, по този начин се регулира и мощността им. Лесен е за приложение, но води до по-големи хидравлични загуби и следователно понижаване на коефициента на полезно действие.
Условия за устойчива работа на вентилатора
В процеса на експлоатация на инсталацията могат да възникнат различни смущения, дължащи се на колебания в честотата на въртене на вентилатора или промени в съпротивлението на самата инсталация. Вследствие на тези смущения е вероятно системата машина - инсталация да излезе от равновесие. Като цяло устойчивата работа на системата се определя от характеристиката на машината и от акумулиращата способност на инсталацията. Основен фактор за устойчива работа на системата е работната точка на вентилатора да се намира в низходящата част на характеристиката p = p(Q). Причината е, че при отклонение на дебита, разликата в наляганията води до възстановяване на първоначалната му стойност. При нарушаване на това условие, т.е работа на вентилатора в точка от възходящата част на характеристиката, е възможна появата на явлението помпаж, което освен с неустойчива работа на машината, се характеризира и с генерирането на специфичен шум и опасни за системата хидравлични удари и вибрации.
Вижте още от ОВК
Новият брой 6/2024
