Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Гримитлин А.М. 1 Крупкин Г.Я. 1 Мухин В.А. 2

---

1 ООО НПП «Экоюрус-Венто»

2 ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет"

Проведен графоаналитический анализ влияния изменения сопротивления воздушных фильтров на производительность вентилятора. Представлена зависимость полной характеристики сети при максимальной пылеёмкости фильтра от соотношения начального и конечного сопротивления фильтра. В отличие от рукавных фильтров, где основное улавливание пыли происходит на поверхности фильтрующего материала, в воздушных фильтрах, применяемых в приточных и вытяжных установках, улавливание пыли происходит как на поверхности так и в объёме фильтрующего материала. Общее сопротивление сети предлагается разделить на условно постоянные и переменные, к которым относится фильтрующий элемент, меняющий своё сопротивление в процессе эксплуатации за счёт запыления. Рассматривается связь периодичности замены фильтров с допустимым уменьшением производительности вентилятора, которая в свою очередь зависит от допустимых отклонений микроклиматических и пылегазовых параметров воздушной среды.

Статья в формате PDF

142 KB

подбор вентилятора

ресурс фильтра

допустимого уменьшения расхода вентилятора

аэродинамическая характеристика сети

постоянные и переменные сопротивления сети

1. Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости): Уч. пособие для вузов. Изд. 2-ое, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975. С.265-267.

2. Воскресенский В. Е. Системы пневмотранспорта, пылеулавливания и вентиляции // Политехника. 2009. - С.124-135.

3. Гримитлин А. М., Дацук Т. А., Крупкин Г. Я. и др. Отопление, вентиляция производственных помещений // АВОК Северо-Запад. - С. 365-374.

4. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1965. 560 с.

5. Справочник проектировщика. - М.: Стройиздат, 1977. - С. 80; таблица 4.2.

Секция пылеулавливания в приточных и рециркуляционных вентиляционных системах является необходимой и существенно влияющей на выбор располагаемого давления вентилятора [1]. Очистка воздуха, как правило, производится методом фильтрации воздуха с помощью воздушных фильтров, сопротивление которых увеличивается в процессе эксплуатации и может составлять значительную часть общих потерь давления в сети. При этом производительность вентилятора снижается.  Необходимо увязывать максимальное допустимое снижение производительности вентиляторов с максимальным использованием ресурса фильтра (максимальной пылеёмкостью). Наиболее существенно эти факторы проявляются при проектировании систем кондиционирования «чистых комнат», где, с одной стороны, снижение расхода производительности увязано с необходимыми перепадами давления между помещениями, а с другой стороны, используются дорогостоящие фильтры сверх высокой эффективности. В рукавных фильтрах, где основное улавливание пыли происходит на поверхности фильтрующего материала с последующей регенерацией [2], в воздушных фильтрах, применяемых в приточных и вытяжных установках, улавливание пыли происходит как на поверхности, так и в объёме фильтрующего материала и применение регенерации не производится, так как усложняется конструкция.

Основная часть

В данной статье рассматривается проблема оптимизации использования ресурса фильтра (пылеёмкости) и допустимого уменьшения расхода вентилятора. Подбор вентилятора производится с учётом сопротивления всех элементов сети, которые можно разбить две группы: условно постоянные и переменные (изменяющиеся в процессе эксплуатации). Под условно постоянными принимаются участки воздуховодов, местные сопротивления, секции нагрева и охлаждения воздуха, условными их можно назвать потому, что в практическом применении секции обработки воздуха должны быть защищены фильтрами, а шероховатость воздуховодов и местных сопротивлений меняется незначительно [3,4]. К элементам с переменным сопротивлением относятся воздушные  фильтры, сопротивление которых увеличивается по мере их запыления.

В данной статье приводится графоаналитический метод выбора конечного сопротивления фильтра с учётом допустимого снижения расхода подаваемого воздуха. Если подбор вентилятора производится по индивидуальной характеристике вентилятора, то рабочая точка на характеристике вентилятора при чистых фильтрах - точка 1 на рис. 1 - определяется графически, этой точке соответствует производительность вентилятора L_пр, полное сопротивление системы ΔР_пр при максимальном КПД вентилятора. Однако современное состояние теории турбомашин, к которым относятся вентиляторы, не позволяет достоверно составить аналитическое уравнение его характеристик, как правило, используются экспериментальные данные.

Условия движения воздуха по сети воздуховодов и местным сопротивлениям описываются уравнением параболы P=kL². Пересечение параболы и аэродинамической характеристики вентилятора образует рабочую точку, которая графически определяет режим работы вентилятора.

По существующим рекомендациям конечное сопротивление фильтра не должно превышать начальное более чем в 3 раза [5]. Однако некоторые производители указывают допустимое сопротивление фильтров, превышающее начальное в 10 раз.

Целью данной статьи является анализ возможности использования допустимого сопротивления фильтра при обеспечении снижения производительности вентилятора не более определённой величины. В общем случае снижение производительности вентилятора задаётся не более 10 % от проектного расхода. Однако для общеобменной вентиляции, рассчитанной на поддержание заданной температуры в рабочей зоне, это снижение может достигать 30 %. Например, при незначительных тепловыделениях допустимый рабочий перепад температур в рабочей зоне должен составлять 3 ^оС, а возможное отклонение по рабочей зоне - 1 ^оС, в помещениях со строгим поддержанием температуры (микроклиматические камеры) допустимое отклонение по температуре может составлять            0,1 ^оС. В этом случае уменьшение производительности вентилятора не должно превышать 3 %.

Допустимое снижение производительности вентилятора при конечном допустимом сопротивлении фильтра P_ф^к определяется по графику (рис.1).

Рис.1.  Графическое изображение работы вентилятора в режиме фильтрации

Условные обозначения

L_пр- проектное значение производительности вентилятора;

L_к - конечная допустимая производительность вентилятора;

ΔP_с^н - сопротивление сети без фильтров при проектном расходе;

ΔP_с^к - сопротивление сети без фильтров при конечном расходе;

ΔP_ф^н - начальное сопротивление (чистых) фильтров;

ΔP_ф^к - конечное допустимое сопротивление (запылённых) фильтров;

ΔP_пр- полное сопротивление сети с учётом начального сопротивления фильтров;

ΔP_п^к - полное сопротивление сети с учётом конечного сопротивления фильтров;

ΔP₁ - прирост сопротивления фильтра при конечном расходе;

α = L_к /L_пр - допустимое относительное предельное уменьшение производительности вентилятора;

ΔP₂=ΔP_прα² - полное сопротивление сети с учётом начального сопротивления фильтров при расходе L_к;

k₁,k₂  - константы характеристик сети в начале и конце режима фильтрации.

(1)

ΔP₁=ΔP_ф^к -ΔP_ф^н α², отношение отрезков  , тогда ΔP_ф^к =mΔP_ф^н, а

ΔP₁=mΔP_ф^н -ΔP_ф^н α², подставляем в (1)

(2)

или

  (3)

Уравнение (3) решаем относительно ,

(4)

Уравнение (3) решаем относительно ,

  (5)  

Выражаем отношение  с учётом этого и подстановки отношения в формулу (3),

 (6)

Уравнение (6) выражаем относительно к₂,

 (7)

Как видно из зависимости (7), увеличение характеристики k₂ зависит пропорционально отношениям ΔP_ф^н/ ΔP₂ и ΔP_ф^к/ΔPф^н

Рассмотрим пример анализа изменений сопротивления фильтра с заданным падением расхода. Исходные данные:  L_пр=3000 м³/ч,  ΔР_пр =400 Па, выбран вентилятор ВР 86-77-4,0, фильтр ФЯК ΔP_ф^н=50, L_к=2700м³/ч, ΔP_с^н=350 Па. По индивидуальному графику характеристики вентилятора определяем ΔP_п^к  при L_к=2700м³/ч , ΔP_п^к=500 Па. Решаем эту задачу, подставляя в уравнение (5)
=216,5 Па

Рис. 2. Рассмотрены различные варианты режимов фильтрации в зависимости от отношений ΔP_ф^н и ΔP_с^н

На рисунке 2 представлены возможные варианты изменения падения расхода вентилятора в зависимости от начального и максимально допустимого сопротивления фильтра.

Первый вариант: с  начальным соотношением  ΔP_ф^н /ΔP_с  при запылении фильтра этой сети на предельно допустимое значение,  характеристика  сети переходит в точку «В» пересечения  k₂ с характеристикой вентилятора. При этом достигнуто максимальное допустимое сопротивление для данного фильтра, но уменьшение расхода ещё не достигло своего минимального возможной величины L_к. Это приводит к необходимости более частой замены фильтров.

Второй вариант:  здесь ΔP_ф^н΄ /ΔP_с΄ >ΔP_ф^н /ΔP_с , тогда при запылении фильтра на предельно допустимое значение  характеристика  сети переходит в точку «С». При этом уменьшение производительности вентилятора выходит за рамки допустимого, и критерий замены фильтра будет определяться по расходу L_к. Это будет приводить к неполному использованию ресурса фильтра.

Наилучшим решением этих вариантов является подбор вентилятора, при котором предельное допустимое значение сопротивления фильтра обеспечивает допустимое снижение производительности вентилятора. Такие характеристики вентиляторы на рис.2 показаны пунктиром, а  для данного вентилятора оптимальным будет  такое соотношение ΔP_ф^н΄΄ /ΔP_с΄΄, при котором конец режима фильтрации соответствует точке «Z».

Заключение

1. Полученная аналитическая зависимость для определения конечного сопротивления воздушного фильтра ΔP_ф^к при заданном допустимом отклонении производительности вентилятора от проектного значения.
2. Получена аналитическая зависимость константы к² характеристики сети в конце режима фильтрации, обеспечивающие связь с допустимым отклонением производительности вентилятора от проектного значения.

Рецензенты:

• Воскресенский Владимир Евгеньевич, д.т.н., профессор каф. теории механизмов деталей машин в подъемно-транспортных устройствах ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет», г. Санкт-Петербург.
• Юрманов Борис Николаевич,  д.т.н., профессор кафедры вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург.

Библиографическая ссылка