Режими нестійкої роботи вентиляторів

Домогтися ідеальної роботи будь-якої технічної системи практично неможливо. Вентиляційні системи - не виняток. Хворим «місцем» більшості поширених вентсистем є порушення правильного режиму роботи головного елемента - вентилятора. І наслідки не змушують себе довго чекати - вентилятори починають ненормально вібрувати, сильно шуміти, а їх продуктивність помітно падає. Всі перераховані явища виникають в режимах нестійкої роботи вентиляторів.

Що ж може викликати подібні збої? На це питання існує 2 основних відповіді:

• Неправильний вибір вентиляторів на етапі проектування вентсістеми-
• Помилки при виконанні попередніх розрахунків.

В останньому випадку спостерігаються режими нестійкої роботи вентиляторів. У яких випадках вони мають місце і що це таке? Про це і піде мова далі.

До числа найбільш поширених типів відносяться спіральні відцентрові пристрої, лопаті яких загнуті вперед і назад. Графіки, наведені на малюнку 1.13, відображають типові аеродинамічні характеристики такого пристрою. У більшості каталогів з описом приладів призводять 2 обмежених ділянки кожного графіка, які описують тільки робочий режим. У цих межах ККД не стає менше, ніж на 90% від його максимуму. В рамках розгляду теми режимів нестійкої роботи вентиляторів особливий інтерес представляють які сегменти характеристики. Ці ділянки описують роботу приладу при великій і малій продуктивності відповідно.

Далі прислухаємося до розумних речей Ісаака Ньютона, одного разу який сказав, що при вивченні наук приклади корисніше правил. Нашим «піддослідним» стане радіальний вентилятор вітчизняного виробництва BP80-75 з загнутими в зворотному напрямку лопатями. У робочій області радіатор не шумить, створює стабільний тиск, і характеристики повітряного потоку не змінюються з часом. Також тут спостерігається робота з гранично можливим ККД. Якщо точка, що відповідає поточному режиму роботи, не виходить за межі ділянки 1, то все вище сказане можна віднести до пристрою будь-якої конструкції. Далі розберемо режими нестійкої роботи вентиляторів такого типу.

А тепер звернемося до малюнка 1.14 і подивимося, що відбувається при сильному відхиленні режиму від робітника. Різке зростання продуктивності тягне за собою посилення відривного повітряного потоку. Згідно з графіком на малюнку 1.13, в цьому випадку спостерігається різке падіння ККД, вентилятор починає видавати шум, обумовлений породженням випадкових повітряних вихорів на поверхнях передніх лопатей.

Якщо продуктивність падає, то точка, що відповідає поточному режиму вентилятора, також виходить за межі робочої області. Спостерігається збільшення відривного потоку поблизу задньої поверхні лопаті переднього колеса. Знову знижується ККД, однак продуктивність також падає. Вентилятор шумить, породжуються випадкові повітряні вихори.

Малюнок 1.14г описує протягом повітряного потоку в меридіональної площині робочого колеса вентилятора. Якщо ширина останнього значно вужче діаметра колеса, то повітряний потік проходить уздовж переднього диска колеса, причому це справедливо практично для всіх режимів аеродинамічній характеристики вентилятора. Якщо ширину робочого колеса зробити більше (такий прийом використовується для збільшення продуктивності), то при певних значеннях потік, що проходить поблизу поверхні переднього диска може помінятися на відривний. Це явище показано на малюнку 1.15 (область 2). Зміна потоку на відривний призводить до помітного падіння робочого тиску в ВЕНТСИСТЕМИ.

Тепер розглянемо процеси, які при цьому спостерігаються в спіральному корпусі вентилятора. Конструкція корпусу являє собою одну з реалізацій дифузора, призначення якого полягає в збільшенні статичного тиску. Оптимальна робота спірального корпусу тісно пов`язана з певним діапазоном продуктивності. Безвідривно характер повітряного потоку в корпусі вентилятора говорить про те, що прилад працює в номінальному, або недалеко віддалених від нього (на графіку аеродінамічен. Характеристики), режимах (рисунок 1.14 e).

При цьому має місце максимально можливий ККД, і гранично тиха робота приладу. Що відбувається, якщо продуктивність падає? Збільшується відривний течію повітря поблизу поверхні язика і передньої стінки спірального корпусу (рисунок 1.14 ж). Ця течія носить випадковий в часі характер, що призводить до зменшення ККД, а також переважанню низьких звукових частот в шумі, який починає видавати вентилятор. В результаті спіральний корпус послаблює основне течію повітря, наслідком чого є ще більше зниження ККД і збільшення шуму при роботі.

Можна впевнено говорити про взаємний зв`язок відривних потоків, що діють в спіральному корпусі і в його робочому колесі. Зв`язок можна описати таким чином - як тільки вихрові відривні потоки починають проявляти себе в одному елементі, вони зі стовідсотковою ймовірністю породжують аналогічні процеси в іншому елементі вентилятора. Але тут є один нюанс: найсильніший вплив на аеродинаміку вентилятора надає відривний протягом, що виникає в робочому колесі, так як саме воно являє собою механізм передачі механічної енергії повітряного потоку.

Опис режимів нестійкої роботи вентиляторів при зміщенні робочої точки вліво

До цих пір мова йшла про явища, що проявляються при зміщенні робочої точки вправо. Тепер обговоримо ситуацію, в деякому сенсі зворотний розглянутої раніше. Робоча точка на графіку йде сильно вліво, що відповідає зменшенню продуктивності. Зони відривних течій (рисунок 1.14 і 1.16 a) виникають на задніх поверхнях лопатей. Слідство дає про себе знати поділом межлопастное каналу на 2 області: активного перебігу потоку і відривного. При подальшому зменшенні продуктивності окружний потік стає нерівномірним.

Це призводить до ряду негативних явищ, таких як блокування течії потоку повітря через лопаті вентилятора відривними процесами. Всю сукупність процесів, що відбуваються при зниженні продуктивності активного елементу вентсистеми називають обертовим зривом. На графіку аеродинамічній характеристики видно, що обертає зриву супроводжує провал тиску (рисунок 1.15, область 1) з одночасним падінням ККД і переважанням в шумі низьких частот.

Продуктивність і раніше продовжує зменшуватися, що призводить до зміни швидкості обертання окружних повітряних зон, а також регулярної їх зміні їх кількості. Частотний спектр шуму, видаваного вентилятором, також зазнає змін. Іноді починаються різкі зміни продуктивності вентилятора, що приводить до стрибків тиску в каналі вентсистеми (помпаж), що тягне за собою виникнення резонансних явищ. Це не призводить до руйнування вентиляторів середнього і низького тиску, а тільки збільшує потужність низьких частот в виникає шумі. Амплітуда вібрацій також стає більше. Якщо в системі встановлено вентилятори високого тиску, то в даному випадку висока ймовірність виникнення помпажа з подальшим руйнуванням самого електроприладу.

Режими нестійкої роботи вентиляторів приводять до одних і тих же несприятливих явищ для пристроїв будь-яких типів і конструкції (з лопатями, загнутими назад, їх різною кількістю і т.д.)

Тепер розглянемо вентилятори зі спіральним корпусом, робочі колеса яких мають лопаті, загнуті в прямому напрямку. Як приклад можна привести модель Ц16-46, що випускається в декількох модифікаціях і має схожі варіанти закордонного виробництва. Графік аеродинамічній характеристики цього електроприладу наведено на малюнку 1.13 (лінія 2.). Середній кут входу повітряної течії в колесо обмежений максимальним значенням в 45 при кутах встановлених лопатей 80-90. В цілому, ККД вентиляторів такого типу завжди менше, ніж у аналогічних з загнутими назад лопатями.

Які ж режими нестійкої роботи вентиляторів даної конструкції? Для цього потрібно зміститися сильно вправо за графіком, наведеним на малюнку 1.13 і вийти за межі робочої ділянки. При зростанні продуктивності вентилятора збільшується інтенсивність повітряного потоку в робочому колесі, а також кути його входу в переднє колесо. Внаслідок чого поблизу мови корпусу даного приладу виникає відривний перебіг. Його характер аналогічний описаному раніше для іншої моделі (рисунок 1.14 з). Відривний протягом веде до падіння ККД і посилення шумів.

Якщо знижується продуктивність, то стають менше і кути входу повітряної течії в переднє колесо. При цьому зростає інтенсивність відривних областей. Тиск в системі падає, одночасно погіршується ККД роботи приладу. Подальше посилення описаної тенденції призводить до виникнення обертового зриву, описаного раніше (рисунок 1.17 б). Має місце відрив повітряного потоку від диска (малюнок 1.18 б), а розмір відривний області виростає до такої міри, що стає практично порівнянної з шириною робочого колеса.

Далі спостерігаються процеси відриву потоку від внутрішньої поверхні язика (за аналогією з ситуацією, відображеної на малюнку 1.14 ж). На графіку аеродинамічній характеристики має місце провал тиску, ККД зменшується, з`являється шум з переважанням в його звуковому спектрі низьких частот. Якщо продуктивність стає ще менше, то вентилятор може перейти до вкрай нестійкою роботі в помпажном режимі. Таким чином, режими нестійкої роботи вентиляторів завжди пов`язані з погіршенням ККД приладів і зростанням шумів.