Вентилятор в зависимости от его параметров и аэродинамического сопротивления (R) вентиляционной сети, на которую он работает, может подавать различное количество воздуха.
Зависимость производительности вентилятора (L) от диаметра рабочего колеса ( 
) и его числа оборотов ( 
) описывается уравнениями
, (1.28)
. (1.29)
Давление (Рв1), развиваемое вентилятором, зависит от диаметра рабочего, колеса ( ) и числа его оборотов ( ).
, (1.30)
. (1.31)
Экспериментальным путем на заводах – изготовителях для каждого вида вентиляторов строят индивидуальные характеристики (рис.1.3, кривая 1), которые показывают зависимость между производительностью вентилятора (L) и развиваемым им давлением (Рв) при работе на ту или иную вентиляционную сеть.
Зависимость между потерей давления (Рn) в вентиляционной сети и расходом воздуха ( L ) согласно уравнений (1.7; 1.8; 1.9) имеет вид
где Рn – потеря давления воздуха в воздуховоде, Па.
Если построить в системе координат Рв — L кривую уравнения (1.32), то она изобразится в виде параболы (рис.1.3, кривая 2) и будет представлять собой так называемую характеристику вентиляционной сети. Для построения кривой 2 (рис. 1.3) нужно вычислить аэродинамическое сопротивление сети (R), затем, задаваясь значениями (L) и соответственно (Vср), найти соответствующие им значения 
.
Рисунок 1.3 – Индивидуальная характеристика вентилятора (1) и характеристика вентиляционных сетей (2,3,4), при 
Для того, чтобы определить расход воздуха (L, м 3 /c) и давление (Рв), которое должен развивать вентилятор в данной сети, необходимо наложить характеристику сети (кривую 2, рис. 1.3) на характеристику вентилятора (кривую 1, рис. 1.3), при этом характеристики должны быть выполнены в одном масштабе. Точка (А) пересечения характеристик определит искомые давление и производительность вентилятора.
При увеличении аэродинамического сопротивления сети (R) крутизна вентиляционной характеристики возрастает (кривая 3, рис. 1.3) и производительность вентилятора ( 
) снижаетcя. С уменьшением (R) крутизна характеристики сети (кривая 4, рис. 1.3) уменьшается, что приводит к увеличению производительности вентилятора (L4 ).
Тип вентилятора, диаметр рабочего колеса и число его оборотов подбирают так, чтобы производительность вентилятора была на 5 – 10 % выше расчетной, а коэффициент полезного действия не ниже 0,65.
СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И СТЕНДА
Лабораторная установка
Измерение динамического давления производится на вентиляционной установке (рис. 2.1), которая состоит из воздуходувки I, воздуховода 2, регулятора напряжения 3, штепсельной вилки 4, микронанометра 5, пневмометрической трубки 6 и двух шлангов резиновых 12.
Рисунок 2.1 – Схема лабораторной установки
Микроманометр 5 состоит из резервуара 7 с жидкостью, наклонной трубки 8 со шкалой, трехходового крана 9, сегмента 10 для фиксации наклонной трубки 8.
Пневмометрическая трубка 6 состоит из двух трубок с загнутыми концами II. У трубки с открытым загнутым концом противоположный конец условно обозначен знаком (+), по этой трубке передается полное давление (Рд + Рст). У трубки с заглушенным загнутым концом противоположный конец условно обозначен знаком (-), по ней передается только статическое давление (Рст ).
Концы пневмометрической трубки 6 (+) и (-) при помощи резиновых шлангов 12 соединяются соответственно со штуцерами (+) и (-) на трехходовом кране 9 микроманометра. Соединение штуцера (+) с резервуаром 7 микроманометра и штуцера (-) с наклонной трубкой 8 осуществляется при помощи рукоятки 13 трехходового крана, которую ставят в положение «открыто”.
Воздуховод 2 диаметром 27 мм для измерения динамического давления и определения средней скорости воздушной потока условно разделен на два равновеликих кольца (площадки). Центры первого кольца (рис. 4.1, 14) обозначены точками (а, аꞋ), второго – (в, вꞋ). Центр поперечного сечения воздуховода – точкой (0).
Загнутый конец II пневмометрической трубки 6 располагается в соответствующей точке измерения при совмещении конца указателя 15 с точкой на планшете 16.
Лабораторный стенд
На лабораторном стенде (рис. 2.2) нанесена принципиальная схема вытяжной установки для исследования влияния параметров вентиляционной сети и вентилятора на его производительность.
Вытяжная вентиляционная установка (рис. 2.2) состоит из центробежного вентилятора I с электродвигателем 2, вытяжных участковых 3,4 и магистрального 5 воздуховодов, фильтра 6, выхлопной трубы 7, двух панелей Чернобережского 8 и дроссель – клапана 9 на участковом воздуховоде 4.
Рисунок 2.2 – Схема лабораторного стенда
Измерение объемного расхода воздуха в воздуховодах производится электротермоанемометром с помощью датчиков II, установленных в воздуховодах. Шкала электротермометра 10 отградуирована в объемных единицах расхода воздушного потока (L, м 3 /с). Электротермометр 10 подключается к датчикам II при помощи переключателя П7.
Число оборотов электродвигателя 2 измеряют при помощи электротахометра 12.
Переключатели предназначены для изменения: П1 – числа оборотов электродвигателя N, П2 – диаметра воздуховода d, П3 – длины воздуховода l, П4 – шероховатости стенок воздуховода α, П5 – диаметра рабочего колеса вентилятора Д, П6 – положения дроссель-клапана 9 в воздуховоде 4. Переключателем П6 задается программа исследования.
Кнопки К1, К2, К3, К4 и К5 предназначены для включения в работу соответствующих переключателей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание для эксперимента
Измерить динамическое давление воздуха в точках равновеликих колец воздуховода.
Исследовать зависимость производительности вентилятора от диаметра рабочего колеса и его скорости вращения, а также от диаметра воздуховода, его длины и шероховатости. Исследовать распределение воздуха в параллельных воздуховодах от аэродинамического сопротивления одного из них.
Методика исследования
1. До измерения динамического давления воздуха в воздуховоде 2 (рис. 2.1) необходимо рукоятку 13 крана 9 поставить в положение «0» и проверить правильность соединения пневмометрической трубки 6 со штуцерами (+) и (-) микроманометра 5 (рис. 2.1).
Записать в табл. 3.1 начальный уровень жидкости (Н) в наклонной трубке 8 микроманометра и коэффициент угла ее наклона (К).
Включить воздуходувку 1 в электрическую сеть при помощи штепсельной вилки (рис. 2.1). Установить регулятором 3 заданное параметром А напряжение по вольтметру автотрансформатора.
Таблица 3.1 – Динамическое давление воздуха и скорость его движения в воздуховоде U = ….В
| Задано | Измерить | Вычислить | ||||
| Коэффициент наклона, К | Точки измерения | Расстояние от точки до центра измерения, мм | Показание микроманометра, мм | Динамическое давление воздуха, Рд, Па | Скорость воздуха, V, м/с | Расход воздуха, м 3 /с |
| Начальное, Н | Конечное, Нк | |||||
| в | 10, 40 | |||||
| а | 6, 00 | |||||
| о | 0, 00 | |||||
| а´ | 6, 00 | |||||
| в´ | 10, 40 |
Рукоятку 13 крана 9 (рис. 2.1) поставить в положение (+).
Установить пневмометрическую трубку 6 так, чтобы конец указателя 15 совпал с точкой (в) планшета (см. рис. 2.1), снять показание с микроманометра (Нк) и записать в табл. 3.1 в графу точки (в). Показание необходимо снимать при прекращении колебаний жидкости в наклонной трубке 8. Затем передвинуть пневмометрическую трубку 6 до совпадения конца указателя 15 с точкой (а) планшета, снять показание микроманометра (Нк) и записать в табл. 3.1 (графа точки а). Для остальных точек (о, а, в´) измерения динамического давления производятся аналогичным способом.
2. При исследовании зависимости производительности вентилятора от числа оборотов рабочего колеса подготовить табл. 3.2 и записать позицию переключателя П, заданную параметром Б.
Переключателем П1 (табл. 3.2) измеряется скорость вращения рабочего колеса.
Таблица 3.2 – Зависимость производительности вентилятора от числа оборотов рабочего колеса при П = ….
| № п.п | Задано | Измерить |
| Позиция переключателя П1 | Число оборотов рабочего колеса вентилятора, N, об/мин | Производительность вентилятора, L, м 3 /с |
| П1 – 1 | ||
| П1 – 2 | ||
| П1 – 3 | ||
| П1 – 4 | ||
| П1 – 5 | ||
| П1 – 6 | ||
| П1 – 7 |
Привести стенд в исходное положение: переключатель П поставить в заданное положение (параметр Б); переключатель П7 в позицию 3; все другие переключатели поставить в позицию 1.
Нажать на кнопку К1, снять показания приборов 12 ( N, об/мин), 10 (L, м 3 /с) и результаты записать в табл. 3.2 для позиции П1 – 1. Затем переключатель П1 поставить в позицию 2, нажать на кнопку К1, снять показания приборов 12, 10 и результаты записать в табл. 3.2. Для остальных позиций переключателя П1 измерения произвести по указанной выше методике.
3. Для исследования зависимости производительности вентилятора от диаметра рабочего колеса подготовить табл. 3.3 и записать позицию переключателя П0, заданную параметром Б.
Переключателем П5 (табл. 3.3) изменяется диаметр рабочего колеса вентилятора.
Таблица 3.3 – Зависимость производительности вентилятора от диаметра рабочего колеса при П = ….
| № п.п | Задано | Измерить |
| Позиция переключателя П5 | Диаметр рабочего колеса, Д, м | Производительность вентилятора, L, м 3 /с |
| П5 – 1 | 0, 60 | |
| П5 – 2 | 0, 55 | |
| П5 – 3 | 0, 50 | |
| П5 – 4 | 0, 45 | |
| П5 – 5 | 0, 40 | |
| П5 – 6 | 0, 30 |
Привести стенд в исходное положение: переключатель П поставить в заданное положение (параметр Б); переключатель П1 – в позицию 7; переключатель П7 – в позицию 3; все остальные переключатели поставить в позицию 1. Нажать на кнопку К5, снять показания прибора 10 и результат записать в табл. 3.3 в первую строку.
Затем П5 поставить в положение 2, нажать на кнопку К5, снять показания прибора 10 и результат записать во вторую строку табл. 3.3. Для остальных позиций переключателя П5 измерения произвести аналогичным способом.
4. Для исследования зависимости производительности вентилятора от диаметра воздуховода подготовить табл. 3.4 и записать позицию переключателя П, заданную параметром Б.
Переключателем П2 (табл. 3.4) изменяется диаметр воздуховода.
Таблица 3.4 – Зависимость производительности вентилятора от диаметра воздуховода при П = ….
| № п.п | Задано | Измерить |
| Позиция переключателя П2 | Диаметр воздуховода, d, мм | Производительность вентилятора, L, м 3 /с |
| П2 – 1 | ||
| П2 – 2 | ||
| П2 – 3 | ||
| П2 – 4 | ||
| П2 – 5 | ||
| П2 – 6 |
Привести стенд в исходное положение: П поставить в позицию заданную параметром. Б; П1 – в позицию 7; П7 – в позицию 3; все остальные переключатели – в позицию 1.
Нажать на кнопку К2, снять показания прибора 10 и результат записать в табл. 3.4 под порядковым номером 1. Затем П2 поставить а позицию 2, нажать на кнопку К2, снять показания прибора 10 и результаты записать в табл. 3.4 под порядковым номером два. Для остальных позиций переключателя П2 измерения произвести по указанной выше методике.
5. Для исследования зависимости производительности вентилятора от длины воздуховода подготовить табл. 3.5 и записать позицию переключателя П, заданную параметра Б.
Переключателем П3 (табл. 3.5) изменяется длина воздуховода.
Таблица 3.5 – Зависимость производительности вентилятора от длины воздуховода при П = ….
| № п.п | Задано | Измерить |
| Позиция переключателя П3 | Длина воздуховода, l, м | Производительность вентилятора, L, м 3 /с |
| П3 – 1 | ||
| П3 – 2 | ||
| П3 – 3 | ||
| П3 – 4 | ||
| П3 – 5 | ||
| П3 – 6 |
Привести стенд в исходное положение: П поставить в позицию заданную параметром. Б; П1 – в позицию 7; П7 – в позицию 3; все остальные переключатели – в позицию 1.
Нажать на кнопку К3, снять показания прибора 10 и результаты записать в табл. 3.5 в строку порядкового номера один. Затем П3 поставить в позицию 2, нажать на кнопку К3, снять показание прибора 10 и результат записать в табл. 3.5 в строку порядкового номера два. Для остальных позиций переключателя П3 измерения произвести аналогичным способом.
6. При исследовании зависимости производительности вентилятора от коэффициента аэродинамического сопротивления воздуховода (шероховатости стенок) подготовить табл. 3.6 и записать позицию переключателя П, заданную параметром Б.
Переключателем П4 (табл.3.6) изменяется коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода.
Таблица 3.6 – Зависимость производительности вентилятора от коэффициента аэродинамического сопротивления воздуховода при П = ….
| № п.п | Задано | Измерить |
| Позиция переключателя П4 | Коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода α, кг/м 3 | Производительность вентилятора, L, м 3 /с |
| П4 – 1 | 0, 0006 | |
| П4 – 2 | 0, 0009 | |
| П4 – 3 | 0,0012 | |
| П4 – 4 | 0,0015 | |
| П4 – 5 | 0,0018 | |
| П4 – 6 | 0,0021 |
Привести стенд в исходное положение: П поставить в позицию, заданную параметром Б; П1 – в позицию 7; П7 – в позицию 3; все остальные переключатели – в позицию 1.
Нажать на кнопку К4, снять показания прибора 10 и результат записать в табл. 3.6 в строку порядкового номера один. Затем П4 поставить в позицию 2, нажать на кнопку К4 снять показание прибора 10 и результат записать в табл. 3.6 в строку порядкового номера два. Для остальных позиций переключателя П4 измерения произвести аналогичным способом.
7. Для исследования зависимости распределения воздуха в параллельных воздуховодах от аэродинамического сопротивления первого участка, а также его влияния на производительность вентилятора подготовить табл. 3.7 и записать позицию переключателя П, заданную параметром Б.
Переключателем П6 (табл. 3.7) изменяется аэродинамическое сопротивление воздуховода 4 (рис. 2.2).
Таблица 3.7 – Зависимость распределения воздуха в параллельных воздуховодах от аэродинамического сопротивления одного из них при П = ….
| № п.п | Задано | Измерить |
| Позиция переключателя П6 | Аэродинамическое сопротивление воздуховода № 4, R1 | Расход воздуха в воздуховодах, м 3 /с |
| L1 | L2 | L |
| П6 – 1 | R1 = R2 | |
| П6 – 2 | R1 = 2, 3 R2 | |
| П6 – 3 | R1 = 4, 7 R2 | |
| П6 – 4 | R1 = 10, 0 R2 | |
| П6 – 5 | R1 = 16, 6 R2 | |
| П6 – 6 | R1 = 36, 1 R2 |
Привести стенд в исходное положение: П поставить в позицию, заданную параметром Б; П1 – в позицию 7; все остальные переключатели – в позицию 1.
Поставить П7 в позицию 1, нажать на кнопку К1, снять показания прибора 10 и результат записать в табл. 3.7 в отроку порядкового номера один воздуховода № 4 (L1). Поставить, П7 в позицию 2, нажать на кнопку К1, снять показания прибора 10 и результат записать в табл. 3.7 в первую строку воздуховода № 3 (L2). Поставить П7 в позицию 3, нажать на К1, снять показания прибора и записать в первую строку табл. 3.7 воздуховода №5 (L).
Затем переключатель П6 поставить в позицию 2, а П7 – в позицию 1 и снова, как указано выше, произвести измерения объемного расхода воздуха в воздуховодах № 4; 3 и 5.
Для остальных позиций переключателя П6 измерения произвести по указанной выше методике.
В каталогах для вентиляторов часто приводят аэродинамические характеристики вентилятора в виде графика. В качестве примера рассмотрим такой график для центробежного вентилятора.
В нашем случае это вентилятор среднего давления ВЦ 14-46 №4 .
Аеродинамические характеристики вентилятора среднего давления ВЦ14-46 №4
По горизонтальной оси: Q – производительность (количество воздуха, перекачиваемое вентилятором в единицу времени), измеряется куб метрами в час.
По вертикальной оси: Pv – полное давление. Полное давление вентилятора равно разности полных давлений потока за вентилятором и перед ним. Масштаб графиков — логарифмический.
На графике:
Pv – полное давление, Па;
Q – производительность, тыс. м3/час;
Nу – установочная мощность, кВт;
n – частота вращения рабочего колеса, об/мин;
η – КПД агрегата.
Реальные кривые полного давления вентилятора Pv(Q) при вращении его рабочего колеса (крыльчатки) при оборотах n=950 об/мин и n=1450 об/мин обозначены двумя жирными линиями. Здесь же приведена серия ниспадающих кривых, пересекающих кривые Pv(Q) (тонкие линии). Эти кривые иногда называют кривыми мощности (или кривыми равной мощности). На каждой такой кривой приведена мощность электродвигателя.
На самом деле, это кривые полного давления Pv’(Q), которое имел бы этот вентилятор, если бы он работал с переменной частотой вращения, но при постоянной мощности.
Слева от точки пересечения с реальной кривой Pv(Q) — с повышенной частотой вращения относительно номинала, а правее точки пересечения — с пониженной частотой.
Из всего выше сказанного следует понимать, что в левой части, до пересечения мнимой кривой (тонкой линии) с реальной (жирной линии) электродвигатель вентилятора работает с запасом по мощности, а в правой части после пересечения – электродвигатель перегружен, и при длительной работе может выйти из строя.
Пример характеристики вентилятора при комплектации электродвигателем
Рассмотрим такой пример. Если взять вентилятор ВЦ 14-46 №4, укомплектовать его электродвигателем 4кВт 1500 об/мин и включить такой вентилятор с открытым входом – то в таком случае рабочая точка вентилятора сместиться в крайнее правое положение на кривой полного давления Pv(Q) для n=1450 об/мин (при этом Q > 10 тыс. куб м и Рv=1400 Па) ( точка А на графике). Но чтобы перекачать такое количество воздуха и с таким давлением нужна установочная мощность электродвигателя не менее 7,5 кВт, а лучше и 11 кВт (см. графики). Поэтому в таком режиме электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин будет работать с большой перегрузкой и наверняка очень скоро перегреется и выйдет из строя (если у него нет соответствующей защиты).
И что же делать?
Надо закрывать (т.е. шиберовать) вход вентилятора. По идее, первый запуск вентилятора должен происходить при закрытом шибере на входе вентилятора (т.е. на «холостом» ходу).
«Холостой» ход для вентилятора — это работа вентилятора при закрытом входе (рабочая точка на реальной кривой полного давления вентилятора смещена влево).
После пуска агрегата шибер открываются одновременно с измерением тока потребления электродвигателя (рабочая точка по кривой смещается вправо). Постепенно открытием шибера значение тока потребления электродвигателя доводится до номинального* и при этом шибер фиксируется ( точка В на графике). Дальнейшее открытие шибера будет смещать рабочую точку вентилятора вправо (к точке А ), а это в нашем случае будет вводить электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин в режим перегрузки.
* — Номинальный ток электродвигателя указан на шильдике электродвигателя.
При выборе вентилятора полезными могут оказаться закономерности, связанные с частотой вращения его рабочего колеса (крыльчатки):
- Производительность вентилятора пропорциональна частоте вращения: удвоение частоты вращения рабочего колеса вентилятора в два раза — увеличивает его производительность в два раза.
- Давление пропорционально квадрату частоты вращения: удвоение частоты вращения — увеличивает давление в 4 раза.
- Потребляемая мощность пропорциональна частоте вращения в третьей степени: удвоение частоты вращения — увеличивает потребляемую мощность в 8 раз.
Вентилятор осевой ВО-8.0 — изготавливается из листовой оцинкованной стали и оснащён гравитационными жалюзи. Комплектуется двигателем с повышенной степенью скольжения, что позволяет использовать вентиляторы в системе автоматического управления (САУ) «Климат-Т-МП» с регулированием по заданной программе от 3 до 10 уровня, обеспечивая скорость вращения рабочего колеса в диапазоне от 80 – 220 В и производительность от 4 000 – 22 000 м 3 /ч.
Используя эти технические характеристики, в полном соответствии с заданной по технологии программой САУ регулирует температуру, объём воздуха и скорость его потока в производственном помещении в зависимости от температуры наружного воздуха, вораста животных (птицы) и ежедневного прироста их живой массы.
Зависимость производительности вентилятора ВО-8.0 от изменения напряжения :
Вентилятор осевой клиноременный высокой производительности ВО-12
применяется для вентиляции птицеводческих производственных помещений, требующих высокой степени воздухообмена в соответствии с технологией содержания птицы.
Корпус, рабочее колесо с самоочищающимися лопастями и гравитационные жалюзи изготавливаются из оцинкованного стального листа.
Клиноременная передача состоит из вала, вращающегося в закрытых подшипниках (не требующих смазки) и шкива, закреплённых между двумя стойками.
Двигатель с повышенной степенью скольжения, позволяет использовать вентиляторы в системе автоматического управления (САУ) «Климат-Т-МП» с регулированием по заданной программе от 3 до 10 уровня, обеспечивая скорость вращения рабочего колеса в диапазоне от 120 – 220В и производительность от 7 000 – 40 000 м 3 /ч.
Используя эти технические характеристики, в полном соответствии с заданной по технологии программой САУ регулирует температуру, объём воздуха и скорость его потока в производственном помещении в зависимости от температуры наружного воздуха, возраста животных (птицы) и ежедневного прироста их живой массы.
Зависимость производительности вентилятора ВО-12 от изменения напряжения :
