Интервью о подборе и применении вентиляционного оборудования: ответы Караджи В.Г.

10.06.2025 Прошла встреча экспертов вентиляционного рынка, на которой выступили: Татьяна Маринина, Фёдор Игоревич Андронов, Александр Николаевич Колубков. Были заданы вопросы Караджи Вячеславу Георгиевичу, как в устном так и в письменном виде.

Эпиграф встречи:

Статьи в научных журналах пишутся не для того, чтобы их читали. Как правило, их невозможно читать. Элла Панеях когда-то написала, что на Западе жанр научной статьи возник из переписки ученых, а в России — из записок начальству.

Ответы на вопросы Караджи Вячеслава Георгиевича (очень коротенькие вопросы приводят к очень длинным ответам, постараюсь быть полаконичней):

1. Как проверить за менеджером подбор вентилятора (где должна быть рабочая точка, что с КПД, что такое помпаж, должен ли быть запас по мощности, занижено статическое давление – какие ошибки в листе подбора может заметить проектировщик)?

Начинать надо с проверки соответствия вентилятора поставленной задаче: правильно ли выбран тип вентилятора (осевой или центробежный, центробежный с загнутыми назад лопатками или вперёд и ряд других вариантов). Для этого надо немного разбираться в особенностях вентиляторов разных типов и аэродинамических схем. Надо смотреть производителя, насколько он надежный и отвечает ли за параметры продаваемой продукции. После этого можно рассматривать рабочие характеристики вентилятора.

Во времена Советского Союза правильно было подбирать вентилятор в основной рабочей зоне, т.е. в области расходов, где КПД вентилятора по полным параметрам был в пределах от ղ_мах до 0,9 ղ_мах. В настоящее время многие производители в каталогах вообще не приводят данные о КПД вентилятора. Однако это можно преодолеть.

На рис.1 показана типичная аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора с загнутыми назад лопатками. Здесь P_v и P_sv – полное и статическое давления вентилятора, L – объёмная производительность. ղ – КПД вентилятора по полным параметрам (если это канальный вентилятор, то можно использовать статические параметры, поскольку, как правило, разница между полными и статическими параметрами невелика). Максимальному значению КПД обычно соответствует расход, при котором кривизна кривой давления начинает существенно уменьшаться. Рабочую зону можно оценить примерно по отклонению расхода L от положения максимума КПД примерно на ΔL = ± 0,15L_мах . В настоящее время у нас в стране никто, практически, не измеряет потребляемую аэродинамическую мощность, пишут КПД «с потолка». Но, если знать немного аэродинамику вентиляторов, по реальной конструкции вентилятора можно кое-что понять.

На рис.2 показана типичная аэродинамическая характеристика осевого вентилятора. Всё написанное выше можно отнести и к осевому вентилятору. Только зону работы можно брать, как правило, от режима неустойчивой работы (конечно, с некоторым отступом от начала неустойчивой работы) и до режима максимальной производительности.

Определение помпажа можете найти в интернете. Он характерен для работы компрессоров при их взаимодействии с сетью. Это резкий автоколебательный процесс, который может разрушить машину за несколько циклов. Всё это происходит в зоне малых коэффициентов расхода (на рис.1 показана как зона неустойчивой работы). Для защиты от него делают специальные конструктивные решения и соответствующие электронные датчиковые системы предупреждения. Помпаж в вентиляторах маловероятен. Вероятнее всего влияние условий входа в вентилятор на аэродинамику рабочего колеса, когда течение на входе становится асимметричным и нестационарным во времени. Либо, при неправильном использовании вентилятора, попадание в зону неустойчивой работы на рис.1. Это может привести к низкочастотному шуму и серьёзным вибрациям вентилятора и, позже, к усталостным разрушениям конструкции. При этом надо учитывать, что осевые вентиляторы гораздо нетерпимее к режимам неустойчивой работы и могут быстрее дойти до разрушения.

Запас по мощности может потребоваться при изменении температурных условий потока на входе вентилятора. Вентилятор – объёмная турбомашина, он перекачивает что летом, что зимой, один и тот же секундный объём воздуха. Но плотность перекачиваемого воздуха зависит от температуры, т.е. перекачиваемая секундная масса бывает разная. Плотность влияет на давление, создаваемое вентилятором и потребляемую мощность. Поэтому, если вентилятор всасывает воздух из атмосферы с разными температурами, то это надо учитывать при выборе установочной мощности электродвигателя вентилятора. Если вентилятор, например, используется в приточной установке (или в соответствующей вытяжной) со стоящим перед вентилятором теплообменником, то запас мощности нужен только для непредвиденных ситуаций или для потребности выхода в рабочую точку с более высокой частотой вращения рабочего колеса (в случае несоответствия вентилятора и сети).

Что касается полного и статического давления вентилятора, то постараюсь быть краток: полное давление равно сумме статического давления и скоростного напора (динамического давления) в выходной рамке вентилятора. У оптимального вентилятора используется статическое давление, скоростной напор в выходной рамке должен соответствовать условиям применения вентилятора. Лучше всего, когда средняя скорость на выходе соответствует скорости в присоединяемой к выходу системе. Тогда вентилятор можно использовать без всяких переходов и потерь давления. Или вентилятор выдает воздух в атмосферу с заданной скоростью, тогда на выходе используется только динамика и статическое давление вентилятора определяется только потерями в сети перед ним.

2. Работа вентилятора на одну сеть: общий воздухозабор или нагнетание в одну сеть. Как учесть это в подборе вентилятора?

Это параллельная работа двух вентиляторов, тема подробно изложенная во многих книгах по вентиляции. Поэтому не буду останавливаться на ней в общем виде. Рассмотрим некоторые особенности.

В первую очередь, конечно, надо отметить качество работающих параллельно вентиляторов – соответствуют ли они заявленным характеристикам? Предположим, соответствуют. Тогда всё нормально. Но бывает, что это надо проверить. Тогда надо проводить измерения на месте эксплуатации или отправлять вентиляторы на лабораторные измерения. Например, если два вентилятора всасывают воздух параллельно, достаточно просто проверить расходы воздуха в каждой из ветвей на соответствие. При несоответствии надо разбираться в причинах: это проблемы сопротивления ветвей или качества вентиляторов? Нельзя забывать при этом об общей части системы. Например, если два вентилятора работают параллельно, всасывая воздух откуда-то, то откуда всасывается воздух? Из свободного пространства или из какого-то помещения? Если из помещения, то воздух в него должен подаваться каким-то вентилятором через какую-то сеть, и эта часть общей системы должна работать при проверке работы параллельных ветвей и обеспечивать требуемый режим по расходу воздуха. Если воздух всасывается из помещения

Если вентиляторы разные (тип, размер, частота вращения), то надо разбираться какие у них полные и статические давления и как они используются в системах, чтобы учесть это в расчётах. Например, общий воздухозабор: два раздельных входа на каждый вентилятор с последующими сетями или отрезок общей сети перед вентиляторами и потом разделение на две ветви для каждого вентилятора? В первом случае, для исключения влияния входов вентиляторов друг на друга,  входы двух вентиляторов должны быть удалены друг от друга на расстояние между ближайшими краями входов не менее максимального размера большего входного отверстия. Во втором случае надо внимательно отнестись к устройству разделения общего потока на две ветви, как это сделано и не даёт ли преимущество одной из ветвей? Оптимально было бы сделать общий воздуховод перед разделением на два потока по принципу камеры статического давления со средними скоростями в несколько раз меньше, чем в каждой из отделяющихся ветвей и, опять же, расстояние между разделяющимися ветвями не должно быть маленькое (смотри выше). То же самое можно отнести к объединению потоков с выходов двух вентиляторов: объединяющее потоки устройство может быть сделано так, что вентиляторы окажутся в заведомо неравных условиях. Результат может оказаться неожиданный. По крайней мере, площадь объединенного воздуховода не должна быть меньше суммы площадей двух объединяющихся воздуховодов.

3. Как влияет вытяжной вентилятор ДУ на приточный вентилятор КДУ (компенсации дымоудаления), если обслуживаемое ими помещение герметично?

Это ситуация последовательной работы двух вентиляторов в системе. О последовательной работе двух вентиляторов, так же как и параллельной, очень хорошо написано во многих книгах по вентиляции. Стоит обратить внимание на следующее.

Как уже было указано выше, важно знать качество используемых вентиляторов и их соответствие заявленным производителем аэродинамическим характеристикам (об этом смотри выше).

Важно также помнить, что вентилятор – это объемная турбомашина. Из этого следует, что вентилятор подпора (при постоянном объемном расходе) в разное время года будет подавать разную секундную массу воздуха (плотность зависит от температуры), создавать разное, соответствующее времени года, давление и потреблять разную, соответствующую времени года, мощность (поэтому установочную мощность этого вентилятора выбирают по низшей температуре перекачиваемого воздуха). Работающий с ним последовательно в системе вентилятор дымоудаления также является объёмной машиной, значит, будет удалять постоянный объёмный расход, независимо от температуры продуктов горения. Чем выше температура горения (пусть, например, расчётная), тем ниже плотность воздуха и больше секундный объём нарабатываемых продуктов горения. Например, если вентилятор подпора подает в помещение в зону горения 1000 м³/час при температуре воздуха (-40^оС или 233^оК) и происходит горение с температурой (+400^оС или 673^оК), то потребный секундный объёмный расход газов (рассмотрим как воздух) увеличится в 673/233 = 2,9 раза. Если подобран вентилятор подпора на 1000 м³/час и статическое давление 100 Па (поскольку вентилятор подпора подает воздух в помещение и на его выходе нет хорошего диффузора, то скоростной напор на выходе полностью теряется; по этой причине ставить осевой вентилятор с высокой динамикой на выходе не имеет смысла) для нормальных атмосферных условий (+20^оС), то при температуре (-40^оС) он будет давать те же 1000 м³/час, но давление будет в 293/233 = 1,26 раз выше, т.е. 126 Па и потребляемая вентилятором мощность будет больше тоже в 1,26 раз. При нормальных атмосферных условиях вентилятор дымоудаления на испытаниях, предположим, даёт те же 1000 м³/час и полное давление 400 Па. Теперь рассмотрим условия пожара с температурой (+400^оС). При этом секундный объём газов увеличится в 2,9 раза, значит объемный расход вентилятора ДУ должен быть в 2,9 раза больше, т.е. 2900 м³/час. Развиваемое вентилятором давление уменьшится в 2,9 раза = 138 Па и так же уменьшится потребляемая вентилятором мощность. Потери давления в сети уменьшатся в той же пропорции. Получается, что при условиях испытаний (без горения) и в натурных условиях имеются значительные отличия в объемном расходе вентилятора ДУ. Видим, что на режимах повышенных температур возникает большая разница объемных производительностей вентилятора подпора и дымоудаления. Это получилось для ситуации, когда обслуживаемое помещение герметично. Реально это будет означать, что вентилятор ДУ не в состоянии будет удалять продукты горения. При этом, как в последовательной системе двух вентиляторов, повысится нагрузка на вентилятор подпора и он также снизит свою производительность.

Конечно, если в помещении есть окно, можно разбить стекло и ситуация несколько улучшится.

4. Можно ли регулировать вентилятор дросселем на магистрали?

Конечно, можно и это часто делают на практике. Надо только учитывать, что это всегда регулирование в сторону уменьшения производительности и, поскольку регулирование осуществляется на магистрали, может произойти некоторое перераспределение производительностей по ветвям, если в ветвях стоят элементы с разной зависимостью расхода от средней скорости воздуха в ветви  (обычно эта зависимость квадратичная, но может быть и другая; например, для фильтра, клапана теплообменника). Это надо проверять по справочнику гидравлических сопротивлений (Идельчик И.Е.).

5. Должен ли поставщик при подборе оборудования указывать требования по его корректному подключению (обвязке), учитывая, что далеко не всегда на практике возможно повторить условия испытаний?

Приличные фирмы-поставщики оборудования пишут рекомендации по правильному подключению их оборудования на месте эксплуатации. Можно пользоваться нашим отечественным ГОСТ 10921-… Там, например, показаны оптимальные варианты установки вентиляторов в составе испытательных стендов. Эти варианты полностью соответствуют наилучшему применению вентиляторов на практике. Есть много рекомендаций разных фирм, Руководств применения, международных стандартов, рекомендаций. Было бы желание у проектировщиков и монтажников. К сожалению, вся эта информация не очень часто используется. Живая практика показывает это. Вся суть в ответственности соответствующего работника за результаты своего труда. Система будет работать, когда ответственность конкретного исполнителя будет неотвратима.

6. Несоответствие вентилятора сети. Проблематика (подробно про аэродинамические процессы). Последствия. Пути решения. Пример: Свободное статическое давление в листе подбора ПВУ равняется 359 Па, реальное сопротивление сети 200 Па (возьмём расход 8000 м³/час).

На Рис.3 показана аэродинамическая характеристика вентилятора по полным параметрам P_v в зависимости от расхода L (красная линия). Там же показана расчётная Сеть1. Получается рабочая точка с расходом L_расч и давлением вентилятора P_расч.

Предположим, что в реальности получился расход L₂. Это означает, что реальная Сеть2 имеет меньшее аэродинамическое сопротивление Р₂ и вентилятор выходит, соответственно, на режим большей производительности L₂. В таком случае, чтобы обеспечить требуемую заданием производительность L_расч  , надо либо ввести в сеть дополнительное аэродинамическое сопротивление, т.е. изменить Сеть2 (прикрыть немного дроссель), либо с помощью частотного преобразователя понизить частоту вращения вентилятора и выйти в точку 2 (синяя характеристика вентилятора).

Или предположим, что в реальности получился расход L₃. Это означает, что реальная Сеть3 имеет большее аэродинамическое сопротивление Р₃ и вентилятор выходит, соответственно, на режим меньшей производительности L₃. В таком случае, чтобы обеспечить требуемую заданием производительность L_расч  , надо было бы уменьшить аэродинамическое сопротивление, т.е. изменить Сеть3 (это, в принципе, возможно, но требует определённых умственных усилий от проектировщика и готовности к этому исполнителя), либо с помощью частотного преобразователя, если есть запас мощности электродвигателя и выполняются условия пункта 9, повысить частоту вращения вентилятора и выйти в точку 3 (зелёная характеристика вентилятора).

7. Последовательная работа вентиляторов в сети. Возможности такой системы. Правила подбора вентилятора-доводчика. Примеры практического применения такой схемы. 

Эта тема достаточно подробно изложена в справочнике

Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников. -М.: АВОК-ПРЕСС, 210.- 432 с.

Текста и рисунков там не так много и всё вполне доступно любому интересующемуся специалисту, так что повторяться здесь не буду. Практическая польза от этого есть. Сам не раз сталкивался с ситуациями, когда с помощью одной системы пытаются решать несовместимые задачи и применение доводчика позволяет находить требуемое решение, например, большая система с малорасходным «аппендиксом» с высокими потерями давления.

8. Работа вентиляторов параллельная при заборе воздуха из одной камеры или из общего воздуховода. Проблематика, правила расчёта общего воздуховода или камеры. Примеры.

Смотри выше.

9. Применение производителями ПВУ (приточно-вытяжная установка) рабочих колес с высокими скоростями вращения, раскрутка колёс до 90-92 Гц (часто впритык к предельным величинам.) Проблематика, последствия, пути решения.

Применение ПВУ с высокими частотами рабочих колёс вентиляторов – это хитрый ход одноразового продавца оборудования. Суть в желании выиграть заказ на поставку оборудования любой ценой. Результаты:

Уменьшение размеров и, соответственно, стоимости установки – это плюс.

А дальше пошли одни минусы.

Высокая частота вращения рабочего колеса приводит, как правило, к повышенным вибрациям установки, обычно неустранимым, поскольку предельно нагруженное колесо может упруго (в лучшем случае) деформироваться и не балансируется.

Повышенный шум в области лопаточных частот и на низких частотах, связанный с дисбалансом и вибрациями. Этот шум очень трудно глушить.

Повышенные скорости в проточной части установки, что приводит к проблемам защиты от замораживания теплообменника, большим потерям давления в фильтре и теплообменнике (соответственно, повышается потребляемая или установочная мощность вентилятора), воздушый фильтр на входе установки имеет меньшую поверхность и засоряется быстрее.

Путь решения этих проблем один: грамотно подбирать ПВУ на заданные параметры. Опять встаёт вопрос о неотвратимой ответственности исполнителя за принятое решение.

10. Борьба с шумом от рабочего колеса и лопаток. Подбор рабочего колеса с наименьшим шумом для системы. Зависимости размеров колеса, его типа, количества лопаток, скорости вращения. Лопаточный шум – типичные частоты в спектре, материалы и конструкции шумоглушителей.

Борьба с шумом на входе/выходе и вокруг корпуса вентилятора уже хорошо изучена. Можно, например, ознакомиться со справочником

Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е.Я.Юдин, Л.А.Борисов, И.В.Горенштейн и др. Под общ.ред.Е.Я.Юдина.– М.: Машиностроение, 1985.

Там всё подробно и очень хорошо изложено. Снижение шума в источнике, т.е. в вентиляторе, было и является темой многих работ и исследований. Это проблема производителей вентиляторов. Для пользователей важно знать, как правильно использовать вентилятор в системе, чтобы он меньше шумел, как правильно спроектировать вентиляционную систему, чтобы минимизировать давление вентилятора, его мощность и результирующий шум, как лучше сделать звукоизоляцию корпуса, звукопоглощение корпуса, глушители шума на входе и выходе вентилятора. В указанном справочнике на эти вопросы можно найти практические ответы. Мне не следует переписывать справочник сюда.

По поводу шума рабочего колеса отмечу следующее. Шум определяется окружной скоростью на внешнем диаметре лопаточной системы рабочего колеса (т.е. диаметром и частотой вращения колеса). Если колесо хорошо динамически сбалансировано, то низкочастотный шум, связанный с частотой вращения и её гармониками невелик. Основным является шум на лопаточной частоте и её гармониках. Лопаточная частота равна произведению частоты вращения на количество лопаток, измеряется в Герцах. При этом, чем лучше аэродинамика колеса, тем более выражен шум на лопаточной частоте и видно больше её гармоник. Чем хуже аэродинамика колеса, тем меньше выделяется тональный лопаточный шум на фоне широкополосного случайного турбулентного шума.

По материалам и конструкциям шумоглушителей для вентиляторов важно, что тип материала, его физические свойства определяются частотным диапазоном шума и необходимой степенью его снижения. Конструкция глушителя шума вентилятора определяется конкретной поставленной задачей и может быть очень разная. Более подробно можно ознакомиться, например, в указанном выше справочнике. Есть и другая специальная литература. Это большой объём задач и их решений. Просто так в виде ответа на вопрос это сделать невозможно.

Вам, как пользователям, полезно знать, что приводимые изготовителями глушителей шума их спектральные характеристики снижения шума (даже если они реально измерены по существующим стандартам), на практике, не будут соответствовать реальным характеристикам (снижение шума глушителем в дБ в октавных полосах частот), поскольку физические свойства реального шума на входе/выходе вентилятора существенно отличаются в худшую сторону от модельного шума образцового источника в лабораторных испытаниях.