Когда инженеры проектируют пластиковый корпус, содержащий электронные компоненты, двигатели, блоки питания, платы управления, датчики или другие тепловыделяющие устройства, одним из самых важных вопросов является то, какой объем охлаждающего воздушного потока на самом деле требуется корпусу. Выбор центробежного вентилятора только на основе его максимального номинального расхода воздуха может легко привести к использованию системы охлаждения недостаточной или избыточной мощности.

Более практичный подход заключается в том, чтобы сначала рассчитать требуемый CFM, определить допустимое повышение температуры, оценить сопротивление воздушному потоку внутри и снаружи корпуса, а затем выбрать центробежный вентилятор, который сможет обеспечить необходимый расход воздуха при фактическом давлении в системе.

Для производителей и OEM-инженеров этот процесс особенно важен, поскольку пластиковый корпус может иметь относительно небольшой внутренний объем, при этом выделяя значительное количество тепла. Компактный корпус также может содержать узкие каналы для прохождения воздуха, фильтры, защитные решетки, печатные платы, кабели и другие компоненты, которые увеличивают сопротивление.

Компания China Chungfo Fan специализируется на исследованиях, разработке и производстве вентиляторов постоянного и переменного тока, центробежных нагнетателей, тангенциальных вентиляторов, осевых вентиляторов, безрамных вентиляторов и сопутствующих моторных изделий. Для задач охлаждения корпусов процесс выбора вентилятора можно оптимизировать путем сочетания тепловых расчетов с тестированием воздушного потока и статического давления.

1, Понимание CFM в пластиковом корпусе с вентилятором

CFM означает кубические футы в минуту. Это показатель объема воздуха, который вентилятор может переместить за одну минуту. В задаче охлаждения корпуса требуемый CFM представляет собой количество воздуха, которое должно пройти через корпус для отвода тепла, выделяемого внутренними компонентами, при поддержании внутренней температуры в требуемом диапазоне.

Однако существует важное различие между требуемым расходом воздуха и расходом воздуха, указанным в спецификации вентилятора.

Вентилятор может иметь номинальный расход воздуха в свободном пространстве, выраженный в определенном значении CFM, когда практически отсутствует сопротивлениена входе или выходе. Как только этот же вентилятор устанавливается внутри пластикового корпуса, реальный расход воздуха может стать значительно ниже, поскольку воздух должен проходить через вентиляционные отверстия, фильтры, решетки, воздуховоды, радиаторы и внутренние компоненты.

Современные инженерные руководства неизменно подчеркивают, что расход воздуха в свободном пространстве не следует рассматривать как окончательный расход воздуха в установленном состоянии. Фактическая рабочая точка определяется зависимостью между характеристикой вентилятора и сопротивлением системы корпуса.

Поэтому основной инженерный вопрос заключается не просто в том: «Сколько CFM производит вентилятор?»

Более правильный вопрос: «Сколько CFM требуется корпусу при фактическом статическом давлении системы?»

2, Почему CFM важен для пластиковых корпусов

Пластиковые корпуса широко используются в бытовой технике, электронном оборудовании, системах управления, коммуникационном оборудовании, медицинских устройствах, промышленных машинах, зарядных устройствах и небольших электрических изделиях.

По сравнению с большими металлическими шкафами, пластиковые корпуса часто проектируются компактными, легкими и визуально интегрированными с конечным продуктом. Это делает управление тепловыми режимами более сложной задачей.

Небольшой корпус может содержать несколько тепловыделяющих компонентов. Блок питания может выделять тепло. Драйвер двигателя может выделять тепло. Печатная плата может постоянно выделять тепло. Трансформатор, реле, контроллер или светодиодный модуль также могут вносить вклад в общую тепловую нагрузку.

Если тепло не может быть эффективно отведено, внутренняя температура будет продолжать расти.

Чрезмерная температура может повлиять на надежность компонентов, электрические характеристики, изоляционные материалы, срок службы смазки, устойчивость пластика к деформации и общий срок службы изделия.

Поэтому цель охлаждающего вентилятора — не просто создать поток воздуха. Его цель — установить достаточную скорость воздухообмена, чтобы тепло, выделяемое внутри корпуса, могло постоянно отводиться.

3, Базовая формула для требуемого CFM

Для предварительной инженерной оценки наиболее полезная формула отвода тепла выглядит так:

Требуемый CFM ≈ 1,76 × Тепловая нагрузка (Вт) ÷ Допустимое повышение температуры (°C)

Формула основана на взаимосвязи между тепловой энергией, расходом воздуха, плотностью воздуха и удельной теплоемкостью воздуха. Современные технические справочники приводят ту же приблизительную зависимость для предварительных расчетов охлаждения корпуса.

В этой формуле тепловая нагрузка означает количество тепла, выделяемого внутри корпуса.

Допустимое повышение температуры означает максимально приемлемую разницу между температурой воздуха на входе в корпус и внутренней температурой или температурой воздуха на выходе, используемой для теплового проектирования.

Например, предположим, что корпус содержит компоненты, которые выделяют в общей сложности 100 Вт тепла.

Если допустимое повышение температуры составляет 10°C, теоретическая потребность в расходе воздуха составляет:

Требуемый CFM = 1,76 × 100 ÷ 10

Требуемый CFM = 17,6 CFM

Это означает, что при допущениях упрощенного расчета требуется примерно 17,6 CFM фактического расхода воздуха.

Важное слово здесь — «фактического».

Вентилятор, рекламируемый как 17,6 CFM в свободном пространстве, не является автоматически подходящим.

Выбранный вентилятор должен быть способен обеспечить примерно 17,6 CFM при статическом давлении, создаваемом корпусом.

4, Как рассчитать общую тепловую нагрузку

Перед расчетом CFM необходимо определить общую тепловую нагрузку.

Это один из самых важных шагов, поскольку требуемый расход воздуха напрямую зависит от тепла, которое необходимо отвести.

Тепловая нагрузка обычно должна включать мощность, рассеиваемую каждым основным компонентом внутри корпуса.

Например, пластиковый корпус управления может содержать блок питания, который рассеивает 30 Вт, контроллер двигателя, который рассеивает 20 Вт, плату управления (PCB), которая рассеивает 15 Вт, релейную систему, которая рассеивает 5 Вт, и другие электронные компоненты, которые рассеивают 10 Вт.

Приблизительная общая тепловая нагрузка составит:

30 Вт + 20 Вт + 15 Вт + 5 Вт + 10 Вт = 80 Вт

Проектировщику следует использовать фактическое тепловыделение, а не просто складывать номинальную электрическую входную мощность каждого компонента.

Устройство, потребляющее 100 Вт электрической мощности, не обязательно преобразует все 100 Вт в тепло внутри корпуса. Часть энергии может передаваться механически, электрически или через другой выход.

Для точного проектирования следует учитывать данные производителя о потерях компонентов, измеренные температурные данные или результаты прямого теплового тестирования.

Как только общая тепловая нагрузка известна, ее можно подставить в формулу воздушного потока.

5, Как допустимое повышение температуры влияет на CFM

Допустимое повышение температуры оказывает значительное влияние на требуемый воздушный поток.

Рассмотрим тепловую нагрузку 100 Вт.

Если допустимое повышение температуры составляет 5°C:

Требуемый CFM = 1,76 × 100 ÷ 5

Требуемый CFM = 35,2 CFM

Если допустимое повышение температуры составляет 10°C:

Требуемый CFM = 17,6 CFM

Если допустимое повышение температуры составляет 15°C:

Требуемый CFM ≈ 11,7 CFM

Если допустимое повышение температуры составляет 20°C:

Требуемый CFM = 8,8 CFM

Это демонстрирует важный принцип проектирования.

Чем меньше допустимое повышение температуры, тем больше требуется воздушный поток.

Если электроника должна оставаться всего на 5°C выше температуры окружающей среды, потребуется значительно больший воздушный поток, чем если допустимо повышение температуры на 20°C.

Поэтому допустимое повышение температуры должно исходить из фактических тепловых требований оборудования, а не из произвольной спецификации вентилятора.

6, Расчет CFM на основе ватт

Полезный инженерный рабочий процесс заключается в том, чтобы начинать с ватт, а не с размера вентилятора.

Предположим, пластиковый корпус содержит:

Теплопотери блока питания: 40 Вт

Теплопотери платы управления: 15 Вт

Теплопотери драйвера двигателя: 25 Вт

Прочие электронные потери: 10 Вт

Общая тепловая нагрузка: 90 Вт

Если максимальное допустимое повышение температуры составляет 10°C:

Требуемый CFM = 1,76 × 90 ÷ 10

Требуемый CFM = 15,84 CFM

Таким образом, предварительная тепловая цель составляет примерно 15,8 CFM.

Если инженер-проектировщик хочет учесть практические потери воздушного потока, выбранный вентилятор, возможно, должен обеспечивать более высокий расход воздуха по каталогу, чем 15,8 CFM, при условии, что его рабочая характеристика показывает, что примерно 15,8 CFM все еще могут быть обеспечены при требуемом давлении в системе.

Вот почему простое сопоставление рассчитанного CFM с номинальным значением для свободного потока может привести к разочаровывающим результатам.

7, Учет объема пластикового корпуса

Объем корпуса также имеет значение, но он не должен заменять расчет тепловой нагрузки.

Для прямоугольного корпуса объем можно рассчитать как:

Объем = Длина × Ширина × Высота

Если размеры измерены в футах, результатом будут кубические футы.

Например, корпус размером 2 фута × 1,5 фута × 1 фут имеет объем:

2 × 1.5 × 1 = 3 кубических фута

Объем показывает проектировщику, сколько воздуха содержится внутри корпуса, но не показывает, сколько тепла выделяется.

Небольшому корпусу с тепловыделением 150 Вт может потребоваться больший поток охлаждающего воздуха, чем гораздо более крупному корпусу с тепловыделением всего 30 Вт.

По этой причине тепловая нагрузка и допустимый рост температуры обычно должны быть основными переменными для расчета теплового воздушного потока.

Объем затем можно использовать в качестве вторичного показателя для проверки воздухообмена и распределения внутреннего воздушного потока.

8, Кратность воздухообмена в час как вторичный метод

Для задач вентиляции другим методом является использование кратности воздухообмена в час.

Формула выглядит так:

CFM = Объем корпуса × Кратность воздухообмена в час ÷ 60

Например, если объем корпуса составляет 3 кубических фута, а целевой показатель проекта — 60 обменов воздуха в час:

CFM = 3 × 60 ÷ 60

CFM = 3 CFM

Этот расчет может быть полезен, когда целью является общая вентиляция, а не отвод точно известной электронной тепловой нагрузки.

Однако для тепловыделяющего электронного корпуса метод тепловой нагрузки, как правило, более информативен, поскольку он напрямую связывает воздушный поток с количеством тепла, которое необходимо отвести.

Кратность воздухообмена затем можно использовать в качестве дополнительной проверки проекта.

9, Почему необходимо учитывать статическое давление

После расчета необходимого воздушного потока следующим важным вопросом является статическое давление.

Именно здесь центробежные вентиляторы могут обеспечить значительное преимущество.

Пластиковые корпуса часто имеют ограниченные пути прохождения воздушного потока. Впускное отверстие может содержать защитную решетку. Для предотвращения попадания пыли может быть установлен фильтр. Выпускное отверстие может иметь узкое сечение. Внутренние печатные платы могут блокировать воздушный поток. Воздуховод может заставлять воздух менять направление.

Каждое ограничение создает перепад давления.

Общее сопротивление системы может включать сопротивление впуска, сопротивление выпуска, сопротивление фильтра, сопротивление решетки, сопротивление воздуховода, изгибы, радиаторы и препятствия в виде внутренних компонентов.

В недавних справочниках по выбору вентиляторов подчеркивается, что фактическая рабочая точка определяется пересечением кривой производительности вентилятора и кривой сопротивления системы.

Это означает, что вентилятор с более высоким номинальным значением CFM при свободном потоке иногда может работать хуже в ограниченном пространстве корпуса, чем центробежный вентилятор с более низким номинальным значением при свободном потоке, но с более высокой способностью создавать давление.

10, Понимание P-Q кривой вентилятора

P-Q кривая вентилятора показывает зависимость между воздушным потоком и статическим давлением.

При очень низком сопротивлении вентилятор может создавать относительно высокий воздушный поток.

По мере увеличения сопротивления системы воздушный поток уменьшается.

При максимальном статическом давлении воздушный поток приближается к нулю.

Фактическая рабочая точка находится там, где кривая вентилятора пересекает кривую сопротивления корпуса.

Например, предположим, что центробежный вентилятор имеет номинальный воздушный поток при свободном выходе 30 CFM.

Корпус может создавать сопротивление в 100 Па.

Если кривая вентилятора показывает, что он может обеспечить 22 CFM при 100 Па, то практический воздушный поток составляет примерно 22 CFM, а не 30 CFM.

Если тепловой расчет требует 25 CFM, этот вентилятор не будет соответствовать требованию, даже если его каталожное значение при свободном потоке кажется выше расчетного значения.

Это различие чрезвычайно важно при выборе пластикового центробежного вентилятора.

11, Оценка сопротивления корпуса

Самый простой способ повысить точность выбора вентилятора — определить каждое ограничение на пути воздушного потока.

Следует оценить впускную решетку.

Следует оценить выпускную решетку.

Следует оценить фильтры.

Следует оценить воздуховоды.

Следует оценить резкие повороты.

Следует оценить узкие проходы.

Следует оценить радиаторы и плотно скомпонованные электронные узлы.

Чем более ограничивающей становится система, тем большая способность к созданию статического давления требуется вентилятору.

Простой открытый корпус может иметь относительно низкое сопротивление.

Компактный герметичный или полугерметичный пластиковый корпус с фильтром и узким выпускным каналом может иметь существенно более высокое сопротивление.

При инженерной разработке прототипное тестирование может обеспечить более надежное значение перепада давления, чем одна лишь теоретическая оценка.

12, Как центробежный вентилятор помогает в компактном корпусе

Центробежные вентиляторы часто выбирают, когда воздух должен проходить через ограничивающий путь.

В отличие от многих осевых вентиляторов, которые перемещают воздух в основном вдоль оси вращения, центробежные вентиляторы ускоряют воздух радиально через структуру рабочего колеса и спирального корпуса.

Это делает их полезными для применений, где воздушный поток должен входить в одном направлении и выходить в другом, или где требуется более высокое статическое давление.

Например, пластиковый электронный корпус может иметь впускное отверстие с одной стороны и выпускной канал с противоположной стороны.

Центробежный вентилятор может быть встроен в корпус так, чтобы воздух протягивался через тепловыделяющие компоненты и выбрасывался через узкое выходное отверстие.

Такое расположение может улучшить общий путь воздушного потока и помочь отвести тепло от конкретных зон.

13, Как рассчитать практический запас прочности

Теоретический расчет CFM является отправной точкой, а не окончательной спецификацией вентилятора.

Реальные системы содержат производственные допуски, накопление пыли, засорение фильтров, утечки воздушного потока, препятствия в виде компонентов и изменения условий окружающей среды.

Поэтому инженеры обычно включают проектный запас.

Соответствующий запас зависит от применения.

Для предварительного проекта инженерная группа может решить использовать запас по воздушному потоку от 20% до 30%, но это следует рассматривать как проектное допущение, а не как универсальный стандарт.

Например, если расчетная потребность составляет 20 CFM и выбран 25% проектный запас:

20 × 1.25 = 25 CFM

Целевой показатель проекта становится примерно 25 CFM.

Однако конечный вентилятор все равно должен быть способен обеспечить 25 CFM при фактическом рабочем давлении.

Большое значение CFM при свободном потоке не компенсирует недостаточное статическое давление.

Пример расчета для корпуса с пластиковым центробежным вентилятором

Рассмотрим пластиковый корпус, используемый для электронного оборудования.

Внутренняя тепловая нагрузка составляет 120 Вт.

Максимальная температура окружающей среды составляет 35°C.

Максимальная желаемая внутренняя температура воздуха составляет 45°C.

Следовательно:

Допустимый рост температуры = 45°C − 35°C

Допустимый рост температуры = 10°C

Предварительный расчет воздушного потока:

Требуемый CFM = 1.76 × 120 ÷ 10

Требуемый CFM = 21.12 CFM

Теперь предположим, что проектная группа применяет 25% инженерный запас:

21.12 × 1.25 = 26.4 CFM

Предварительная проектная цель становится примерно 26.4 CFM.

Затем инженер оценивает сопротивление корпуса.

Предположим, что впускная решетка, фильтр, внутренние каналы и выпускное отверстие вместе создают сопротивление системы 120 Па при примерно 26 CFM.

Теперь инженеру необходимо найти центробежный вентилятор, рабочая характеристика которого может обеспечить не менее 26 CFM при 120 Па.

Вентилятор, который выдает 35 CFM при нулевом давлении, может не подойти, если он способен обеспечить только 20 CFM при 120 Па.

Другой вентилятор с номинальной производительностью на свободном выходе 32 CFM может быть более подходящим, если его рабочая характеристика обеспечивает 28 CFM при 120 Па.

Этот пример показывает, почему расчет CFM и оценка статического давления должны выполняться вместе.

14, Использование небольших вентиляторов постоянного тока в компактных корпусах

Не каждому корпусу требуется большой центробежный вентилятор.

Некоторые компактные электронные изделия имеют относительно низкие тепловые нагрузки и ограниченное пространство для установки.

В этих приложениях может быть достаточно небольшого вентилятора постоянного тока.

Вентилятор 30mm 5v можно рассматривать для компактной электроники, портативных устройств, небольших модулей управления и других маломощных приложений, где ограничены как физический размер, так и рабочее напряжение.

Тот же принцип применим к вентилятору постоянного тока 25mm. Его малый размер рамки может быть полезен там, где доступная площадь для установки крайне ограничена.

Однако малый размер вентилятора не отменяет необходимости в инженерных расчетах.

Проектировщику все равно необходимо определить требуемый расход воздуха, доступное статическое давление, рабочее напряжение, требования к шуму, рабочую температуру и ожидаемый срок службы.

Для очень компактных изделий вентилятор также может потребоваться для непрерывной работы в течение тысяч часов, что делает важными конструкцию двигателя, выбор подшипников и тепловую надежность.

15, Маленький вентилятор против центробежного вентилятора

Выбор между небольшим осевым вентилятором и центробежным вентилятором должен основываться на пути прохождения воздушного потока.

Если корпус имеет относительно открытый путь воздушного потока и низкое сопротивление, осевой вентилятор может стать эффективным решением.

Если воздух должен проходить через узкий воздуховод, фильтр или сложный внутренний путь, центробежный вентилятор может быть более подходящим из-за его способности создавать более высокое статическое давление.

Вентилятор постоянного тока 25mm может подойти для небольшого электронного модуля с коротким и открытым путем вентиляции.

Вентилятор 30mm 5v может подойти для компактной бытовой электроники, где источник питания ограничен 5 V.

Центробежный вентилятор может стать более привлекательным, когда тот же компактный корпус содержит узкие воздушные каналы или более длинный воздуховод.

Правильный выбор всегда должен подтверждаться с использованием рабочей характеристики вентилятора, а не только размера рамки.

16, Пример применения: Охлаждение холодильника

Холодильное оборудование предоставляет еще один полезный пример проектирования воздушного потока в корпусе.

Холодильник содержит компрессоры, системы управления, тепловыделяющие электрические компоненты и структуры теплообмена.

Вытяжной вентилятор холодильника может использоваться в определенных схемах вентиляции для отвода теплого воздуха из определенной зоны.

Однако точная потребность в расходе воздуха зависит от тепловой нагрузки, доступной площади вентиляции, температурных пределов, потерь давления и общей конструкции системы охлаждения.

Вентилятор не следует выбирать только потому, что холодильное оборудование, по-видимому, требует высокого расхода воздуха.

Проектировщик должен рассчитать тепло, которое необходимо отвести, и определить требуемый рабочий расход воздуха.

Если воздушный поток должен проходить через узкий канал или ограниченное выпускное отверстие, следует также учитывать статическое давление.

17, Важность направления воздушного потока

Вентилятор может иметь достаточный CFM на бумаге и при этом обеспечивать плохое охлаждение, если направление воздушного потока спроектировано неудачно.

Воздух обычно должен поступать через более холодную область и проходить через тепловыделяющие компоненты перед выходом из корпуса.

Если впускное и выпускное отверстия расположены слишком близко друг к другу, вентилятор может циркулировать воздух локально, не охлаждая эффективно остальную часть корпуса.

Это может создать короткое замыкание воздушного потока.

Выходящий воздух может немедленно вернуться к впускному отверстию, вместо того чтобы проходить через основную тепловыделяющую область.

Для компактных пластиковых корпусов для сложных конструкций можно использовать вычислительную гидродинамику, но тестирование физических прототипов остается ценным.

Датчики температуры могут быть установлены рядом с критически важными компонентами, чтобы определить, действительно ли воздушный поток достигает необходимых мест.

18, Предотвращение появления горячих точек внутри корпуса

Средняя температура корпуса не всегда отражает температуру самого чувствительного компонента.

Силовой транзистор, контроллер двигателя или регулятор напряжения могут работать при гораздо более высокой температуре, чем окружающий воздух.

Вот почему важно распределение воздушного потока.

Центробежный вентилятор можно расположить так, чтобы воздушный поток был направлен в область с наибольшей плотностью тепловыделения.

Перегородки также можно использовать для предотвращения обхода критически важных компонентов воздушным потоком.

Цель состоит не просто в достижении расчетного значения CFM на выходе вентилятора.

Цель состоит в том, чтобы обеспечить поступление необходимого количества охлаждающего воздуха к компонентам, которые действительно нуждаются в охлаждении.

Учет температуры окружающей среды

Температура окружающей среды должна быть включена в тепловой расчет.

Система, работающая в помещении при 20°C, имеет совершенно иные требования к охлаждению, чем та же система, работающая при 40°C.

Если максимальная внутренняя температура компонента составляет 60°C, допустимый рост температуры при температуре окружающей среды 20°C может составлять 40°C.

При температуре окружающей среды 40°C допустимый рост температуры составляет всего 20°C.

Второе условие требует значительно большего воздушного потока.

Это одна из причин, почему промышленное и уличное оборудование часто требует более тщательного выбора вентилятора, чем потребительское оборудование, используемое в контролируемых условиях помещений.

19, Высота над уровнем моря и плотность воздуха

Плотность воздуха меняется в зависимости от высоты и температуры.

На большой высоте воздух становится менее плотным.

Следовательно, при том же объемном расходе воздуха масса воздуха, проходящего через корпус, может быть меньше.

Базовая формула CFM предполагает стандартные условия воздуха, поэтому для работы на большой высоте может потребоваться дополнительная инженерная корректировка.

Это особенно актуально для оборудования, предназначенного для работы в горных районах или в условиях, где параметры окружающей среды значительно варьируются.

Для предварительных расчетов полезна стандартная формула.

Для критически важного оборудования фактическая рабочая температура, высота над уровнем моря и плотность воздуха должны быть включены в тепловой расчет. Технические справочники также рекомендуют корректировать расчеты воздушного потока, когда условия окружающей среды существенно отличаются от стандартных допущений.

Напряжение вентилятора и требования к управлению

Как только требования к воздушному потоку и давлению определены, необходимо также подобрать электрические характеристики.

Распространенные значения напряжения для вентиляторов постоянного тока включают 5 В, 12 В и 24 В.

Компактному изделию может потребоваться 5 В вентиляторпотому что основная электронная система уже работает при 5 В.

В промышленном оборудовании может использоваться вентилятор на 12 В или 24 В в зависимости от доступной архитектуры питания.

Помимо напряжения, инженерам следует учитывать силу тока, поведение при запуске, защиту от блокировки ротора, регулировку скорости, выход тахометра, ШИМ-управление и функции аварийной сигнализации, где это необходимо.

Вентилятор, который соответствует требованиям к воздушному потоку, но не может быть правильно интегрирован в систему питания и управления изделием, не является полноценным решением.

20, Учет шума

Шум может стать важным фактором в небольших пластиковых корпусах.

Вентилятор с более высокой скоростью вращения может обеспечить мощный воздушный поток, но также может создавать больше аэродинамического шума и шума двигателя.

В бытовой технике, медицинском оборудовании, офисной электронике и потребительских товарах акустические характеристики могут быть почти так же важны, как и тепловые.

Поэтому проектировщику следует избегать простого выбора вентилятора с максимально доступными оборотами в минуту (RPM).

Более правильный подход заключается в определении требуемой рабочей точки и выборе вентилятора, который может обеспечить необходимый воздушный поток и давление без чрезмерной скорости.

Путь воздушного потока также следует проектировать тщательно, поскольку турбулентность, резкие изгибы и узкие отверстия могут создавать дополнительный шум.

Надежность и непрерывная работа

Для оборудования, рассчитанного на непрерывную работу, надежность вентилятора является важным фактором.

Вентилятор может работать много часов каждый день.

Выбор подшипников, конструкция двигателя, температура обмотки, рабочая температура, вибрация и воздействие пыли — все это может влиять на срок службы.

По этой причине China Chungfo Fan при разработке вентиляторных решений учитывает не только воздушный поток, но и конструкцию изделия, электрические характеристики и условия эксплуатации.

Для OEM-клиентов кастомизация может включать напряжение, силу тока, скорость, воздушный поток, давление, конфигурацию проводов, конфигурацию разъемов и другие функциональные требования.

21, Тестирование конечного корпуса

Теоретические расчеты всегда должны сопровождаться испытаниями прототипа, если речь идет о важном применении.

Прототип корпуса можно протестировать в типичных условиях окружающей среды.

Датчики температуры можно разместить рядом с критически важными компонентами.

Затем вентилятор можно запустить при заданном напряжении и режиме управления.

Инженеры могут измерить температуру на входе, температуру на выходе, температуру внутренних «горячих точек», воздушный поток и давление.

Полученные результаты затем можно сравнить с первоначальным расчетом.

Если внутренняя температура слишком высока, следует изучить несколько факторов.

Возможно, вентилятор не создает достаточного воздушного потока при фактическом давлении в системе.

Путь воздушного потока может быть заблокирован.

Входное или выходное отверстие может быть слишком маленьким.

Вентилятор может быть расположен неправильно.

Возможна чрезмерная утечка воздуха.

Тепловая нагрузка может оказаться выше, чем предполагалось изначально.

Корпус также может иметь недостаточную площадь вентиляции.

Тестирование позволяет выявить эти проблемы до начала массового производства.

22, Распространенные ошибки при расчете CFM

Одна из распространенных ошибок — выбор вентилятора только на основе максимального значения CFM, указанного в спецификации.

При этом игнорируется статическое давление.

Другая ошибка — расчет воздушного потока только на основе объема корпуса.

Один лишь объем не описывает, какое количество тепла необходимо отвести.

Третья ошибка — использование номинальной электрической мощности каждого компонента в качестве его тепловой нагрузки без определения фактического рассеивания мощности.

Еще одна проблема — использование слишком малого значения повышения температуры без учета того, достижим ли требуемый воздушный поток физически.

Проектировщики иногда также забывают, что фильтры становятся более ограничивающими по мере накопления пыли.

Поэтому систему воздушного потока следует оценивать в реалистичных условиях эксплуатации.

Еще одна распространенная ошибка — слишком близкое расположение входа и выхода.

Это может привести к рециркуляции воздуха вместо эффективного охлаждения.

Последняя ошибка — выбор вентилятора до определения тепловых требований.

Более правильная последовательность: рассчитать тепловую нагрузку, определить допустимое повышение температуры, рассчитать требуемый воздушный поток, оценить сопротивление системы, определить рабочую точку и затем выбрать вентилятор.

23, Практический рабочий процесс выбора вентилятора

Весь процесс можно свести к практическому инженерному рабочему процессу.

Во-первых, определите максимальную температуру окружающей среды.

Во-вторых, определите максимально допустимую внутреннюю температуру или температуру компонентов.

В-третьих, рассчитайте допустимое повышение температуры.

В-четвертых, рассчитайте общую внутреннюю тепловую нагрузку.

В-пятых, рассчитайте теоретически требуемый CFM.

В-шестых, оцените путь воздушного потока в корпусе.

Седьмое: оцените или измерьте статическое давление в системе.

Восьмое: добавьте соответствующий инженерный запас.

Девятое: сравните целевую рабочую точку с рабочими характеристиками центробежного вентилятора.

Десятое: проверьте окончательный выбор с помощью испытаний прототипа.

Этот рабочий процесс помогает предотвратить распространенную проблему выбора вентилятора на основе одного каталожного номера.

24,Как China Chungfo Fan может помочь с охлаждением корпуса

China Chungfo Fan разрабатывает и производит ряд вентиляторов постоянного тока и вентиляторов охлаждения переменного тока для различных видов оборудования.

Ассортимент продукции включает осевые вентиляторы, центробежные нагнетатели, тангенциальные вентиляторы, безрамные вентиляторы и соответствующие моторные решения.

Для OEM-приложений вентилятор может быть оценен в соответствии с требуемым напряжением, силой тока, скоростью, расходом воздуха, статическим давлением, размерами, уровнем шума, рабочей средой и требованиями к подключению.

Для компактных пластиковых корпусов процесс проектирования может начинаться с тепловой нагрузки заказчика и доступного места для установки.

Затем можно рассчитать требуемый CFM и сопоставить его с требованиями по давлению.

Этот подход более надежен, чем просто выбор вентилятора в соответствии с его внешними размерами.

China Chungfo Fan также обладает производственными и испытательными мощностями, охватывающими разработку продукции, разработку пресс-форм, литье под давлением, SMT, сборку и контроль качества.

Испытательное оборудование может использоваться для оценки расхода воздуха, давления, шума, электрических характеристик и других параметров изделия.

Для OEM-приложений и индивидуальных заказов эти возможности помогают связать теоретический расчет вентилятора с фактически произведенным продуктом.

25,Заключение

Расчет требуемого CFM для корпуса с пластиковым центробежным вентилятором начинается с тепла, а не с размера вентилятора.

Базовая предварительная формула:

Требуемый CFM ≈ 1.76 × Тепловая нагрузка в Вт ÷ Допустимое повышение температуры в °C

Этот расчет определяет теоретическую потребность в расходе воздуха.

Однако он не представляет собой окончательный выбор вентилятора.

Проектировщик также должен учитывать статическое давление, фильтры, решетки, воздуховоды, внутренние компоненты, направление потока воздуха, распределение температуры, температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря, шум и надежность.

Наиболее важное различие заключается в расходе воздуха при свободном потоке и фактическом рабочем расходе воздуха.

Центробежный вентилятор следует выбирать в соответствии с точкой, где его рабочая характеристика пересекается с кривой сопротивления системы корпуса.

Для корпуса с низким сопротивлением может быть достаточно компактного осевого вентилятора.

Для компактного корпуса с узкими проходами, фильтрами или воздуховодами центробежный вентилятор может обеспечить более подходящие характеристики давления и потока.

В небольших изделиях может использоваться 30-мм вентилятор 5 В или 25-мм вентилятор постоянного тока, когда тепловая нагрузка и требования к расходу воздуха относительно невелики, в то время как для более крупных или более ограниченных систем может потребоваться более производительный центробежный нагнетатель.

Тот же принцип расчета можно применить к таким приложениям, как системы вытяжных вентиляторов холодильников, электронные шкафы, бытовая техника, медицинское оборудование, зарядные устройства и промышленное оборудование.

Таким образом, наиболее надежный подход — это рассчитать тепловую нагрузку, определить допустимое повышение температуры, рассчитать CFM, оценить статическое давление, выбрать вентилятор по его рабочей характеристике, а затем проверить окончательный проект с помощью испытаний.

26,Часто задаваемые вопросы

FAQ 1: Какова базовая формула для расчета требуемого CFM?

Предварительная формула: Требуемый CFM ≈ 1.76 × Тепловая нагрузка в ваттах ÷ Допустимое повышение температуры в °C. Результат представляет собой приблизительный фактический расход воздуха, необходимый для отвода тепла при допущениях, принятых в расчете.

FAQ 2: Является ли CFM вентилятора при свободном потоке тем же самым, что и фактический расход воздуха в корпусе?

Нет. CFM при свободном потоке обычно измеряется в условиях очень низкого сопротивления потоку воздуха. Как только вентилятор устанавливается в корпус с фильтрами, решетками, воздуховодами или узкими проходами, фактический расход воздуха может снизиться. Поэтому рабочую характеристику вентилятора следует проверять при ожидаемом статическом давлении.

FAQ 3: Какой CFM требуется для корпуса мощностью 100 Вт?

Ответ зависит от допустимого повышения температуры. При повышении температуры на 5°C предварительная потребность составляет около 35.2 CFM. При 10°C — около 17.6 CFM. При 15°C — около 11.7 CFM. При 20°C — около 8.8 CFM.

Часто задаваемые вопросы 4: Почему при выборе центробежного вентилятора следует учитывать статическое давление?

Статическое давление представляет собой сопротивление, которое должен преодолеть вентилятор. Фильтры, решетки, воздуховоды, радиаторы и узкие каналы для прохождения воздуха могут значительно снизить поток воздуха. Поэтому центробежный вентилятор следует оценивать исходя из фактических требований к давлению, а не только в условиях свободного потока.

Часто задаваемые вопросы 5: Можно ли использовать небольшой вентилятор постоянного тока для пластикового корпуса?

Да, если тепловая нагрузка и требования к потоку воздуха достаточно низкие. Вентилятор 30 мм 5 В или вентилятор постоянного тока 25 мм могут подойти для компактных электронных изделий, но необходимо оценить требуемый поток воздуха, статическое давление, напряжение, уровень шума и срок службы.

Часто задаваемые вопросы 6: Когда следует выбирать центробежный вентилятор вместо осевого?

Центробежный вентилятор может быть особенно полезен, когда поток воздуха должен проходить через ограничивающий путь, узкий воздуховод, фильтр или компактный внутренний канал. Если путь потока воздуха относительно открыт и сопротивление низкое, осевой вентилятор также может подойти.

Часто задаваемые вопросы 7: Всегда ли для корпуса большего размера требуется больше CFM?

Нет. Объем корпуса — это лишь один из факторов. Требуемый поток воздуха в первую очередь зависит от тепловой нагрузки и допустимого повышения температуры. Небольшому корпусу с высокой тепловой нагрузкой может потребоваться больше охлаждающего потока воздуха, чем большому корпусу с низкой тепловой нагрузкой.

Часто задаваемые вопросы 8: Следует ли добавлять запас по потоку воздуха?

Запас при проектировании может быть полезен для учета практических факторов, таких как потери потока воздуха, допуски компонентов, засорение фильтров и условия эксплуатации. Соответствующий запас зависит от области применения и не должен рассматриваться как универсальное фиксированное значение.

Часто задаваемые вопросы 9: Как можно проверить окончательный выбор вентилятора?

Лучший подход — сравнить требуемый поток воздуха и статическое давление с кривой производительности P-Q вентилятора, а затем проверить выбранный вентилятор в репрезентативном прототипе корпуса. Во время тестирования можно измерить температуру, поток воздуха и давление.

Часто задаваемые вопросы 10: Может ли China Chungfo Fan предоставить индивидуальные решения по центробежным вентиляторам?

China Chungfo Fan может оценить требования к вентилятору на основе размеров, напряжения, тока, скорости, потока воздуха, давления, шума, проводки и условий эксплуатации. Для проектов OEM эти требования могут быть использованы в качестве отправной точки для выбора или разработки подходящего решения по вентилятору.