Оборудование вентиляционных систем

УДК 628.8
ББК 38.762

Р95

Рецензенты:

доктор технических наук, член-корреспондент РААСН, профессор В.Г. Гагарин, 

главный научный сотрудник НИИСФ РААСН;
кандидат технических наук, доцент С.В. Саргсян, 

доцент кафедры ТГВ НИУ МГСУ

Рымаров, А.Г.

Р95  
Оборудование вентиляционных систем [Электронный ресурс] : учебно-методическое посо
бие / А.Г. Рымаров, Д.Г. Титков ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Мос ковский государственный строительный университет, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции. — Электрон. дан. и прогр. (3,8 Мб). — Мос ква : 
Издательство МИСИ – МГСУ, 2019. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/Scripts/irbis64r_91/
cgiirbis_64.exe?C21COM= F&I21DBN=IBIS&P21DBN=IBIS — Загл. с титул. экрана.

 
 
ISBN 978-5-7264-2056-1 (сетевое)

 
 
ISBN 978-5-7264-2055-4 (локальное)

Представлены основные сведения о работе вентиляционного оборудования, представлены теорети
ческие основы гидроаэромеханики жидкости и газов, работа вентиляционного оборудования в сети. Рассмотрен вопрос работы и применения компрессоров в системах ТГВ. Представлены виды и работа электродвигателей применяемых для работы вентиляционных систем. Даны рекомендации для подготовки к 
практическим занятиям и самостоятельной работы обучающихся.

Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль «Теплогазоснабже
ние, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений и населенных пунктов».

Учебное электронное издание

© Национальный исследовательский 

Московский государственный 
строительный университет, 2019

Редактор Т.Н. Донина

Корректор Л.В. Светличная

Верстка и дизайн титульного экрана Д.Л. Разумного 

Для создания электронного издания использовано:

Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS6, ПО Adobe Acrobat

Подписано к использованию 20.11.2019 г. Объем данных 3,8 Мб.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования 

«Национальный исследовательский 

Московский государственный строительный университет».

129337, Москва, Ярославское ш., 26.

Издательство МИСИ — МГСУ. 

Тел.: (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.

E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

Оглавление

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ..........................................................................................................................  5

1.1. Введение ...............................................................................................................................................................  5

1.2. Классификация гидравлических машин по принципу действия ................................................................  5

1.3. Области применения гидравлических машин ................................................................................................12

Вопросы к практическим занятиям ........................................................................................................................14

Вопросы для самостоятельного изучения..............................................................................................................14

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЛОПАСТНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ И КОМПРЕССОРОВ .............14

2.1. Общие понятия и определения гидроаэродинамики. Основные законы 

гидроаэродинамики. Уравнение расхода, уравнение неразрывности, уравнение Бернулли ...................14

2.2. Уравнение количества движения. Уравнение движения Навье — Стокса. Математическая 

модель движения потока Лагранжа и Эйлера. Траектории частиц, линии тока и линии 
отмеченных частиц. Виды простейших потоков. Уравнение количества движения ................................21

2.3. Теория Н.Е. Жуковского о подъемной силе профиля ....................................................................................29

Примеры решения задач ...........................................................................................................................................31

Задачи для самостоятельного изучения .................................................................................................................36

3. РАБОТА ЛОПАСТНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ В СЕТИ. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАСХОДА 

ПЕРЕМЕЩАЕМОЙ ЖИДКОСТИ ..........................................................................................................................37

3.1. Основные параметры работы гидравлической машины ...............................................................................37

3.2. Характеристики лопастных нагнетателей ......................................................................................................38

3.3. Совместная работа нагнетателей в сети ..........................................................................................................38

3.4. Изменение нагнетательных характеристик ....................................................................................................39

3.5. Регулирование подачи нагнетателей ................................................................................................................41

Примеры решения задач ...........................................................................................................................................42

Задачи для самостоятельного решения ..................................................................................................................46

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ОБЪЕМНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ. КОМПРЕССОРЫ 

В ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА (СКВ) ...........................47

4.1. Устройство и принцип действия поршневого компрессора .........................................................................48

4.2. Характеристики поршневого компрессора .....................................................................................................49

4.3. Регулирование подачи центробежных компрессоров ...................................................................................52

5. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ, КОМПЛЕКТУЕМЫЕ С НАГНЕТАТЕЛЯМИ И КОМПРЕССОРАМИ ................56

6. МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ШУМОМ И ВИБРАЦИЕЙ ..............................................................................57

Библиографический список ..........................................................................................................................................59

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

1.1. Введение

В последнее время в Российской Федерации стало появляться новое оборудование систем венти
ляции, отопления и центрального кондиционирования воздуха, которое требует современных подходов расчета. Бакалавр должен уметь использовать и подбирать необходимое оборудование при 
разработке проектов систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха в зданиях различного назначения. В соответствии с программой дисциплины «Оборудование вентиляционных 
систем» обучающийся должен владеть навыками не только компьютерного, но и ручного подбора 
оборудования и иметь представление о физических основах движения жидкости и газов [1]. 

Цель дисциплины — подготовка специалистов, способных проектировать, рассчитывать и под
бирать соответствующее оборудование по расчетным условиям эксплуатации, исследовать и прогнозировать работу гидравлических машин в условиях эксплуатации.

Задачи дисциплины:
1) изучение:
 – конструкционных особенностей и строения гидравлических машин и их классификации по 

принципу действия, назначению, виду перемещаемой среды и развиваемому давлению; 

 – методик расчета, проектирования и эксплуатации гидравлических машин; 
 – теоретических основ работы основных элементов гидравлических машин и способов их регу
лирования; 

 – работы нагнетателей в сети; 
 – совместно работающих гидравлических машин, анализа работы последовательно и параллельно 

включенных насосов и вентиляторов и построения их характеристик при совместной работе; 

 – технико-экономических основ выбора нагнетателя для работы в сети; 
 – возможности регулирования подачи и напора гидравлической машины;
2) приобретение знаний и навыков:
 – ставить и решать задачи, связанные с системами теплогазоснабжения и вентиляции; 
 – давать оценку проектных решений; проектировать и подбирать насосы, вентиляторы и ком
прессоры для систем теплогазоснабжения и вентиляции; 

 – самостоятельно принимать инженерные решения в области использования и эксплуатации 

различных гидравлических машин.

1.2. Классификация гидравлических машин по принципу действия

Гидравлическая машина — устройство, способное преобразовывать механическую работу 

в энергию потока жидкости и наоборот. Гидравлическая машина, которая способна преобразовывать механическую энергию жидкости при ее движении в механическую работу вращения вала или 
возвратно-поступательное движение поршня, называется турбиной, или гидравлическим двигателем. 
Гидравлическая машина, способная преобразовать механическую работу в энергию движения жидкости, называется нагнетателем. Нагнетатели подразделяются на насосы и воздуходувные машины. 
В зависимости от степени сжатия воздуходувные машины делятся на вентиляторы и компрессоры. 

Нагнетатель — гидравлическая машина, которая преобразовывает механическую работу вра
щения рабочего колеса в механическую энергию жидкости.

Вентилятор — воздуходувная гидравлическая машина, способная подавать воздух или иной 

газ под давлением до 15 кПа.

Компрессор — воздуходувная гидравлическая машина, способная сжимать воздух или любой 

другой газ под давлением свыше 0,2 МПа.

Насос — гидравлическая машина для напорного перемещения несжимаемых жидкостей в ре
зультате сообщения ей механической энергии от рабочего колеса.

Турбина — гидравлическая машина, которая способна преобразовывать механическую энергию 

жидкости при ее движении в механическую работу вращения вала или возвратно-поступательное 
движение поршня.

Основное назначение любого нагнетателя — повышение полного давления среды, перемещае
мой по сети, подключенной к гидравлической машине. Гидравлические машины классифицируют по 
принципу действия и по конструкции, а также их классифицируют на объемные и динамические [1].

Объемные нагнетатели работают по принципу создания давления с помощью сжатия объема 

жидкости или газа. К таким нагнетателям относятся возвратно-поступательные (поршневые) и роторные насосы.

Динамические нагнетатели работают по принципу преобразования механической энергии ра
бочего колеса гидравлической машины и сообщения энергии потоку жидкости для повышения полного давления и транспортировки жидкости или газа по сети. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные и осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые и струйные). 

Гидравлические машины, предназначенные для систем теплогазоснабжения и вентиляции, 

должны удовлетворять следующим требованиям:

1) соответствие фактических параметров работы (напор, подача и мощность) заданным расчет
ным условиям;

2) возможность регулирования подачи и напора в заданном диапазоне;
3) устойчивость и надежность работы; 
4) простота монтажа;
5) малошумность при работе нагнетателя;
6) долговечность в эксплуатационных условиях.
В радиальном вентиляторе со спиральным кожухом (рис. 1.1) воздух перемещается, двигаясь 

в осевом направлении через всасываемый коллектор, затем попадает на рабочее колесо с лопатками, изменяет направление своего движения к периферии рабочего колеса, закручивается в направлении движения, поступает в спиральный кожух и далее через нагнетательный патрубок выходит из вентилятора. Рабочее колесо закреплено на валу электродвигателя и приводится в движение 
приводом. Это снижает КПД вентилятора, но предотвращает возникновение искр при его работе. 
Для повышения КПД вентилятора рабочее колесо присоединяют непосредственно к валу электродвигателя, что способствует меньшим механическим потерям при работе нагнетателя [1].

Аналогичную конструкцию и принцип действия имеет центробежный насос, представленный 

на рис. 1.2.

             

а                                                                                          б   

Рис. 1.1. Схема (а) и вид (б) радиального вентилятора: 1 — рабочее колесо с лопатками;  
2 — спиральный кожух; 3 — вал; 4 — воздухоприемный коллектор; 5 — выходной коллектор

         

а                                                                                           б   
Рис. 1.2. Схема (а) и вид (б) центробежного насоса

К достоинствам таких нагнетателей можно отнести их использование для привода высокоско
ростных электродвигателей с высоким КПД (более 80 %), равномерность подачи, простоту изготовления и регулирования. Недостатком является то, что подача нагнетателя зависит от сопротивления 
сети, в которой он работает.

В осевом вентиляторе (рис. 1.3) поток движется в направлении оси вращения и закручивание 

приобретает только при выходе из колеса. Воздух через всасывающий патрубок поступает во входной направляющий аппарат, затем на рабочее колесо и в выходной направляющий аппарат. Рабочее 
колесо крепится к валу электродвигателя, вращающегося в подшипниках, укрепленных на стойках. 
Рабочее колесо и направляющие аппарата заключены в кожух. Втулка рабочего колеса имеет обтекатель. Как в осевом, так и в радиальном вентиляторе передача энергии от электродвигателя воздуху происходит во вращающемся рабочем колесе. Осевые нагнетатели просты в изготовлении и компактны. По сравнению с радиальными осевые нагнетатели имеют более высокие КПД и подачу при 
относительно низком рабочем давлении [1].

         
 

а                                                                                        б   

Рис. 1.3. Схема (а) и вид (б) осевого вентилятора: 1 — лопатки и рабочее колесо вентилятора;  

2 — кожух вентилятора; 3 — электродвигатель; 4 — крепления с виброопорами

В прямоточном радиальном вентиляторе (рис. 1.4) перемещаемая среда движется в осевом на
правлении и поступает на рабочее колесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном направлении в межлопаточном пространстве и выходит в осевом направлении по кольцу 
через радиальный лопастной диффузор, стенки которого имеют криволинейную форму, а лопатки 
установлены на осесимметричном коленообразном участке диффузора. В диффузоре часть динамического давления переходит в статическое давление. КПД такого вентилятора достигает 70 %. Одним из преимуществ вентиляторов такого типа является возможность размещения электродвигателя внутри кожуха, что приводит к снижению шума от вентилятора [1].

Смерчевой вентилятор (рис. 1.5) имеет рабочее колесо с относительно малым числом лопаток, 

прикрепленных к заднему диску. Колесо размещено в специальной нише в задней стенке спирального кожуха.

Рис. 1.4. Схема прямоточного вентилятора: 
1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — диффузор

Рис. 1.5. Схема смерчевого вентилятора: 
1 — кожух; 2 — лопатка; 3 — задний диск