Полное и статическое давление вентиляторов

Каждый кто занимается вопросами проектирования и монтажа вентиляционных систем прекрасно знает, что верно рассчитанное давления вентилятора влияет на:

выбор типа вентилятора
его сечение
грамотное применение

Также от давления зависит потребляемая вентилятором мощность и возможность его применения в каждом конкретном случае. Иначе, при неверном подборе вентилятора у вас могут произойти серьезные трудности при его использовании.

Рассмотрим простой пример

Вот условно показан вентилятор и его входное отверстие. Площадь сечения на входе может меняться. Оно может быть шире или сжиматься ко входу. Площадь входного отверстия вентилятора, то, что принято принимать за вход вентилятора — F₁ и его средняя скорость потока V₁. На выходе площадь F_выхода и, соответственно, скорость на выходе V_выхода.

Если речь идет о понятии полного давлении, например вообще в воздуховоде, то оно представляет собой статическое давление плюс скоростной напор, построенный по средней скорости. Скоростной напор в свою очередь это ρ (плотность воздуха) умноженная на скорость в квадрате, деленное на два (см. рисунок).

Таким образом и во входном сечении мы имеем полное давление P₀₁, равное P₁ (статистическому давлению). И ρV₂ в квадрате — скоростной напор во входном сечении.

И то же самое относится к выходу. P₀₂ (полное давление на выходе из вентилятора) — есть P статическое в этом сечении. Плюс скоростной напор, ρV квадрат выхода пополам. Это и есть полное давление на входе и на выходе вентилятора. Вот тут мы и приходим к самому главному вопросу.

Что такое полное давление вентилятора?

Обозначается PV. Это — разница между полным давлением на выходе и полным давлением на входе вентилятора. Это — величина, характеризующая подвод энергии в вентиляторе к воздуху. От входа до выхода в вентиляторе подводится энергия, пропорциональная этой разнице.

Опираясь на эту базу, вы можете определить и рассчитать следующие параметры.

Статическое давление

Полное давление вентилятора за вычетом скоростного напора в выходной рамке. ρV выхода в квадрате, деленное на два. Вычитается из полного давления вентилятора скоростной напор, построенный по скорости в этом сечении. Это — статическое давление вентилятора. Разница между полным и статическим давлением определяется скоростью выходной рамки.

Скорость выходной рамки

Важная величина, которую надо учитывать при подборе вентилятора под определенную задачу. Важно это учитывать именно по выходу, потому что по входу обычно идет, даже если здесь есть увеличенное сечение, то, как правило, сужение сечения не приводит к большим потерям давления. А вот на выходе картина совсем другая, и это может существенно повлиять на полное давление вентилятора.

Мощность, подводимая к вентилятору

Это произведение полного давления вентилятора на его производительность в секунду, деленное на КПД вентилятора. То есть мощность, потребляемая вентилятором, в целом определяется его полным давлением.

Поэтому производительность вентилятора L — заданная величина. А — полное давление, которое также входит в величину потребляемой мощности, в существенной мере зависит от правильного выбора системы, построения сети, поскольку в зависимости от сопротивления сети обеспечивается использование полного давления вентилятора.

КПД вентилятора

Мощность (при фиксированной величине производительности) существенно зависит от сети, ее построения, полного давления вентилятора. Более рациональным видится использование сетей с минимальным аэродинамическим сопротивлением. Но в этом случае может понадобиться существенное место для сети, повышенная металлоемкость и более низкие показатели скоростей.

Практические рекомендации

Чем больше полное давление вентилятора, тем, соответственно, выше его вибрации, излучаемый шум. Соответственно, стоимость вентилятора тоже выше. Еще: полное давление, поскольку связано с расходом выходной рамки (со средней скоростью выходной рамки), и скорость выходной рамки может быть значительно выше, чем скорость транспортирования воздуха по системе воздуховода.

Например, если вентилятор стоит в приточной камере, где имеется стенка камеры и выходное отверстие. Если соотношение этих площадей таково, что большая площадь (поперечное сечение камеры) существенно больше, чем поперечное сечение выходной рамки вентилятора, то скоростной напор вентилятора практически теряется, и использование полного давления вентилятора невозможно

В этом случае придется перейти к использованию статического давления. Либо если приходится согласовывать вентилятор с сетью, придется сделать переход на используемую сетью скорость. Это не просто. Если используется полное давление вентилятора, то при переходе с понижением скорости, то есть диффузор с расширением потока, обязательно происходит потеря минимум половины давления вентилятора.

Очень грамотно надо делать переход от сечения выходной рамки вентилятора к сечению воздуховода для минимальной потери подведенной к вентилятору энергии.

Зависимость давления вентилятора от производительности

Верхняя кривая — полное давление вентилятора.
Первая кривая — статическое давление для одного вентилятора
Вторая кривая — для другого вентилятора.

В втором случае разность между полным и статистическим давлением небольшая, то есть скоростной напор выходной рамки маленький. Они близки между собой.

Значит, у этого вентилятора ниже скорости в сети и, соответственно, на выходе его проще согласовывать с сетью. А вот первый вентилятор, у которого скорости выходной рамки больше, у него разность между полным и статистическим давлением больше и выше скоростной напор выходной рамки, выше скорости выходной рамки и придется применять специальные меры для оптимизации диффузора на выходе для согласования с сетью.

Соответственно, крайняя точка использования вентилятора определяется статистическим давлением. И где статическое давление вентилятора равно нулю, дальше вентилятор сам по себе работать не может. Для первого вентилятора это точка отмеченная красным цветом (см. рисунок выше), а для второго это зеленая точка. Таким образом, часть кривой полного давления после этих точек уже не играет роли. Например в случае вентилятора 1 это часть кривой заштрихованная на рисунке красным.

Это конечно очень поверхностное ознакомление с данной темой, но

Главное что следует помнить про давление вентилятора

===============================

Чем больше скорость выходной рамки подобранного вами вентилятора, тем тяжелее вам придется согласовывать его с сетью и тем большую часть полного давления вы потеряете просто так.