Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,120

GRAPHICALLY ANALYTICAL ANALYSIS OF CHANGES OF PRODUCTIVITY OF THE FAN DEPENDING ON INITIAL AND FINAL RESISTANCE OF THE FILTER

Grimitlin A.M. 1 Krupkin G.Ya. 1 Mukhin V.A. 2
1 "Ecoyurus-vento"
2 Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
The graphic analytical analysis of influence of change of resistance of air filters on productivity of the fan is carried out. Various options of use of a resource of the filter with admissible reduction of productivity of the fan are considered. Dependence of a total characteristic of a network is presented at maximum a dust holding capacity from a ratio of initial and final resistance of the filter. Unlike hose filters where the main catching of a dust occurs on a surface of a filtering material, in air filters of applied stitched and recilcular installations catching of a dust occurs both on a surface and in volume of a filtering material. The general resistance of a network is offered to be divided on conditionally constant and variable to which the filtering element changing the resistance in use at the expense of a dusting belongs. Communication of periodicity of replacement of filters with admissible reduction of productivity of the fan which in turn depends on tolerances of microclimatic and dust-gas parameters of the air environment is considered.
fan selection
resource of the filter
admissible reduction of an expense of the fan
aerodynamic characteristic of a network
constants and variable resistance of a network
Введение

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 Lпр, полное сопротивление системы ΔРпр 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 Pфк определяется по графику (рис.1).

Рис.1.  Графическое изображение работы вентилятора в режиме фильтрации

Условные обозначения

Lпр- проектное значение производительности вентилятора;

Lк - конечная допустимая производительность вентилятора;

ΔPсн - сопротивление сети без фильтров при проектном расходе;

ΔPск - сопротивление сети без фильтров при конечном расходе;

ΔPфн - начальное сопротивление (чистых) фильтров;

ΔPфк - конечное допустимое сопротивление (запылённых) фильтров;

ΔPпр- полное сопротивление сети с учётом начального сопротивления фильтров;

ΔPпк - полное сопротивление сети с учётом конечного сопротивления фильтров;

ΔP1 - прирост сопротивления фильтра при конечном расходе;

α = Lк /Lпр - допустимое относительное предельное уменьшение производительности вентилятора;

ΔP2=ΔPпрα2 - полное сопротивление сети с учётом начального сопротивления фильтров при расходе Lк;

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

 

(1)

ΔP1=ΔPфк -ΔPфн α2, отношение отрезков  , тогда ΔPфк =mΔPфн, а

ΔP1=mΔPфн -ΔPфн 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 ΔPфн/ ΔP2 и ΔPфк/ΔPфн

Рассмотрим пример анализа изменений сопротивления фильтра с заданным падением расхода. Исходные данные:  Lпр=3000 м3/ч,  ΔРпр =400 Па, выбран вентилятор ВР 86-77-4,0, фильтр ФЯК ΔPфн=50, Lк=2700м3/ч, ΔPсн=350 Па. По индивидуальному графику характеристики вентилятора определяем ΔPпк  при Lк=2700м3/ч , ΔPпк=500 Па. Решаем эту задачу, подставляя в уравнение (5)
=216,5 Па

Рис. 2. Рассмотрены различные варианты режимов фильтрации в зависимости от отношений ΔPфн и ΔPсн

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

Первый вариант: с  начальным соотношением  ΔPфн /ΔPс  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 Lк. Это приводит к необходимости более частой замены фильтров.

Второй вариант:  здесь ΔPфн΄ /ΔPс΄ >ΔPфн /ΔPс , 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 Lк. 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 ΔPфн΄΄ /ΔPс΄΄, при котором конец режима фильтрации соответствует точке «Z».

Заключение

  1. Полученная аналитическая зависимость для определения конечного сопротивления воздушного фильтра ΔPфк 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.