Наибольшее полное давление создают вентиляторы, имеющие колеса с лопатками, загнутыми вперед. По этой причине они находят достаточно широкое применение, особенно в случаях, когда габариты вентиляторной установки ограничены производственными площадями, конфигурацией вентиляционной системы или необходима пониженная частота вращения, как, например, в случае ременной передачи.

Максимальная скорость ремня не может превышать 25¸30 м/с при максимальной передаваемой мощности 35 кВт на один ремень. При этом следует иметь в виду, что КПД таких вентиляторов от 0,6 до 0,65 (максимум до 0,7), в то время как КПД вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, составляет от 0,77 до 0,85. Экономия электроэнергии достигает в последнем случае примерно 20%

Большая напорность вентиляторов с лопатками вперед при заданном проектом давлении неизбежно приводит к выбору вентилятора меньшего номера. При этом следует помнить, что КПД вентилятора меньшего номера всегда ниже.

С точки зрения эксплуатации немаловажен и тот факт, что кривые давления и мощности вентиляторов с лопатками назад более плавные, а значит они в меньшей степени подвержены перегрузкам при пуске под нагрузкой.

Конструктивное исполнение вентилятора определяет КПД передачи крутящего момента от электропривода к рабочему колесу. Исполнение 1 центробежного вентилятора, соответствующее моноблочной схеме, имеет КПД передачи 1,0. При исполнениях 2,3,5 колесо находится на собственном валу с подшипниками, соединенным с валом электродвигателя муфтой. Трение в подшипниках снижает КПД передачи на 2% по сравнению с моноблоком, и КПД передачи становится равным 0,98. Замена муфты на ременную передачу (исполнение 4,6,7) снижает КПД еще на 3%, и КПД уменьшается до 0,95 даже в случае неизношенного ремня. При заметном износе КПД может достигать 0,92. Клиноременный вариатор может понизить КПД до 0,85.

Перерасход электроэнергии возможен и при выборе электропривода с большим запасом мощности по отношению к вентилятору. Для вентиляционных систем СНиП II-33. предусматривает запас по мощности 10% для двигателей с мощностью выше 5 кВт. Данный коэффициент запаса теоретически не обоснован и совершенно не учитывает исполнение вентилятора, т.е. КПД передачи. Методика не отражает и разгонные характеристики вентиляторов значительной мощности (более 150 кВт), когда перегрев обмоток двигателя во время пуска вследствие инерции колес вентиляторов больших номеров вызывает выход установки из строя.

Не вводятся поправки и на фактическое несоответствие КПД вентилятора его паспортному значению. Согласно требованиям ГОСТ 5976 уменьшение КПД против паспортного значения не должно превышать 5%. Следовательно, необходимо вводить коэффициент запаса на неточность изготовления равный 1,05.

Общепринятой практикой являются поправки на неточность расчета аэродинамического сопротивления вентиляционной системы. При этом расчетное давление вентилятора увеличивают на 10¸15 % без учета типа вентилятора.

Пример 1.

Требуется выбрать центробежный вентилятор исполнения 1, обеспечивающий производительность Q = 12 тыс. м³/ч, полное давление p = 108 кгс/м² при температуре воздуха t = 60°C.

Решение.

Приведем заданное давление к стандартным условиям. Для этого определим плотность воздуха при t = 60°C:

.

Приведенное к стандартным условиям давление составит:

.

Рассчитаем быстроходность задания при стандартных частотах вращения асинхронных электродвигателей на основании соотношения (1):

n, об/мин…………..725 960 1450 2900

n _s…………………….36  48    73  146

Возможные значения быстроходности для центробежных вентиляторов: n _s = 36; 48; и 73. Быстроходность n _s = 146 соответствует области режимов работы осевых вентиляторов.

Рассмотрим возможность использования серийных вентиляторов, обеспечивающих параметры проектного задания.

Из наиболее широко применяемых аэродинамических схем Ц 4-70, Ц 4-76, Ц 14-46, Ц 10-28, Ц 8-18 по данным выполненного расчета могут быть использованы первые три.

Согласно таблице П.4 наибольшей экономичностью обладают вентиляторы аэродинамической схемы Ц 4-76.

Эксплуатационный КПД вентиляторов уточняется по сводному полю характеристик каждой схемы.

Произведем выбор вентилятора, руководствуясь сводным полем характеристик вентиляторов наиболее используемых схем (Рис. П.5).

Параметры рабочей точки обеспечивают вентиляторы Ц 14-46 № 5 (n = 980 об/мин), Ц 4-70 № 6,3 (n = 1450 об/мин) и Ц 4-76 № 8 (n = 1450 об/мин). Вентилятор Ц 4-76 № 8 обладает большими габаритами, поэтому целесообразно сравнение вентиляторов аэродинамических схем Ц 14-46 и Ц 4-70.

Схема Ц 4-70 экономичнее: его максимальный КПД на 9 % выше, чем у Ц 14-46 (см. табл. П.4). Однако вентилятор этой схемы более габаритный, чем вентилятор схемы Ц 14-46, поэтому, если требование малогабаритности является решающим, следует выбрать Ц 14-46 № 5. В противном случае необходимо выбрать более экономичный вентилятор Ц 4-70 № 6,3.

При окончательном выборе вентилятора целесообразно сравнение вариантов по уровню создаваемого шума [3].

Пример 2.

Расчетное сопротивление вентиляционной системы при расходе воздуха 30 тыс. м ³/ч составляет 1220 Па. При выборе вентилятора его давление завышено на 15 % и составляет 1400 Па. Требуемым параметрам в соответствии с рабочими характеристиками удовлетворяют вентилятор Ц4-76-10 с к.п.д. при n =950 об/мин  (лопатки загнуты назад) и вентилятор Ц14-46-8 с к.п.д. в рабочей точке при n=735 об/мин =0.68 (лопатки загнуты вперед).

Расходуемая мощность Ц4-70-10 составит N=(30000 1400)/(3600 1000 0,78) = 15,0 кВт.

ТаблицаП.4

Для Ц14-46-8 эта величина равна N=(30000 1400)/(3600 1000 0,68) =17,2 кВт.

При точно выполненных расчетах фактические рабочие точки сместятся по напорным характеристикам вентиляторов. Фактическая подача Ц4-76-10 будет равна Q=31,6 тыс. м³/ч при давлении P=1350 Па и КПД =0.8, а для вентилятора Ц14-46-8 соответственно Q=32,7 тыс. м³/ч при P=1500 Па и =0,67.

Расходуемые мощности составят:

Ц4-70-10:N= (31600 1350)/(3600 1000 0,8) = 14,9 кВт.

Ц14-46-8:N= (32700 1500)/(3600 1000 0,67) = 20,4 кВт.

Таким образом, в случае вентилятора с лопатками загнутыми вперед перерасход электроэнергии составит 18 %. При запасе по давлению 10 % перерасход равен 8 %.

Коэффициент запаса по давлению безусловно должен выбираться с учетом опытных результатов. Данные аэродинамических испытаний вентиляторов говорят о том, что этот коэффициент для колес с лопатками назад можно принимать равным 1,0, а для колес с лопатками вперед 1,1.

Итогом обычного метода выбора мощности двигателя по СНиП II-33 является ее завышение и, как результат, перерасход электроэнергии агрегатом.

Рассмотрим примеры возможных вариантов выбора мощности электродвигателя.

Пример 3.

Определить установочную мощность электродвигателя для вентилятора с расходом воздуха Q=14 тыс. м³/час при полном давлении P=1000 кПа.

Решение:

Выбран вентилятор Ц4-70-6,3 с КПД в рабочей точке  Его мощность при запасе по КПД 5% составляет:

N= (1.05 1.0 14000 1000)/(3600 1000 0.76)=5,37 кВт

С учетом запаса по мощности 10% мощность привода должна составить в соответствии со СНиП II-33 N= (1,1 14000 1000)/(3600 1000 0,76)=5,63 кВт.

При отказе от резервирования по мощности и учете реального исполнения вентилятора мощность составит:

при исполнении 1: N=5,37/1.0=5.37 кВт;

при исполнении 3: N=5,37/0,98=5,48 кВт;

при исполнении 7: N=5,37/0,95=5,65 кВт.

Выбран вентилятор Ц14-46-5 с КПД в рабочей точке =0,61. При запасе по КПД 5% и давлению 10 % его мощность составит:

N= (1,05 1,1 14000 1000)/(3600 1000 0,61)=7,36 кВт

По СНиП II-33 N=(1,1 14000 1000)/(3600 1000 0,61)=6,37 кВт

С учетом КПД передачи:

при исполнении 1: N=7,36/1=7.36 кВт

при исполнении 3: N=7,36/0,98=7,51 кВт

при исполнении 7: N=7,36/0,95=7,75 кВт

Таким образом, в случае вентилятора с лопатками назад существенного расхождения с методикой СНиП II-33 не отмечается. Однако для вентилятора с лопатками вперед рабочий режим соответствует перегрузке, и двигатель выйдет из строя преждевременно.

Приведенные примеры наглядно показывают, что вентиляторы, имеющие колеса с лопатками вперед обладают не только невысоким КПД, но и вызывают трудности с выбором привода.