У этого термина существуют и другие значения, см.
Тяга
.
Тяга
? снижение
давления
воздуха
или
продуктов сгорания
в каналах сооружений и технических систем, способствующее притоку среды в область пониженного давления. Может быть
естественной
(под действием
Архимедовой силы
) либо
принудительной
(под действием технических устройств, обеспечивающих отток газов или воздуха, например,
вентиляторов
).
Плотность
нагретого воздуха и любого другого
газа
меньше, чем плотность более холодного, следовательно, давление столба высотой
h
(
p
= ρ
g
h
) у него меньше. Этот факт приводит к появлению разности давлений внутри и снаружи дымовой трубы или отапливаемого здания; наибольшее разрежение достигается снизу, где высота вышележащих столбов с разной плотностью максимальна:
.
Если здание не является герметичным, то за счёт этой разницы давлений возникает поток холодного воздуха, направленный внутрь, а тёплый воздух вытесняется (всплывает) и выходит наружу (могут быть предусмотрены специальные вытяжные вентиляционные каналы). Движущая сила тяги определяется перепадом средних высот входа и удаления воздуха. Так обеспечивается работа вытяжной
вентиляции
с естественным побуждением.
Если летом в здании работают
кондиционеры
, то происходит обратный эффект ? тёплый воздух входит к нам из улицы, а уже холодным проникает внутрь.
В современных высотных зданиях с замкнутыми внешними контурами эффект тяги может достигать больших масштабов. Поэтому при конструировании таких зданий уделяют внимание борьбе с этим эффектом. Частично это достигается за счёт принудительной вентиляции, частично за счёт встраивания внутренних перегородок. В случае пожара эффект тяги играет большую роль в распространении дыма.
Аналогичный процесс протекает в
печах
и
котлах
. Воздух поступает в
топку
под
колосник
или подаётся на
горелки
. Там происходит
горение
, в ходе которого образуются горячие
дымовые газы
. Поверхностями нагрева котла или стенками печи
тепловая энергия
от них отбирается, иногда также в них проникает окружающий воздух, но на выходе они всё равно обычно гораздо горячее окружающего воздуха (даже если технически возможно охладить их сильнее, от этого обычно отказываются, чтобы предотвратить выпадение в системе едкого и токсичного
конденсата
).
Дымовая труба
по своему первоначальному назначению требуется для создания как можно большего столба нагретых газов, который создаёт довольно значительную тягу (тем не менее многие высокие трубы создавались в основном из
экологических
соображений, для рассредотачивания продуктов сгорания). Газы эвакуируются через устье трубы, где разрежение (с поправкой на
гидравлическое сопротивление
выхода) равно нулю. Тем не менее, в тракте сужающейся трубы может (обычно если есть устройства принудительной тяги) возникать и зона с избыточным давлением
[1]
.
В небольших котлах и печах естественная тяга бывает достаточна для преодоления
аэродинамического сопротивления
всего газовоздушного тракта, и даже требует ограничения. В плохо отрегулированных системах печного отопления зданий иногда засасывается столько холодного воздуха снаружи, что тепла, выделяемого
камином
, не хватает даже на его нагрев. Для регулировки тяги применяются
шиберы
, заслонки, а также несложные автоматические устройства, подающие в газоход воздух при слишком большом разрежении ?
ограничители тяги
.
Тяга может стать и недостаточной, что приводит к плохому горению в топке и выходу продуктов сгорания в помещение (наиболее опасен
угарный газ
). При естественной тяге с этим ничего нельзя сделать, кроме как прочистить дымоход и облегчить доступ воздуха в помещение, откуда он забирается.
Естественная тяга зависит от
атмосферных условий
: чем выше температура наружного воздуха, тем, как правило, меньше разница плотностей его и газов. Существенно увеличить её напор можно, только значительно увеличив высоту трубы, что конструктивно сложно и дорого, а для
паровозов
невозможно по транспортным габаритам; чтобы избежать аэродинамических сопротивлений, требуется делать широкие газоходы с малой скоростью газов. При таких скоростях дымоходы могут легко загрязниться
золой
, что опять же снижает тягу.
Для увеличения тяги без применения механических устройств можно установить на устье трубы или вентиляционного канала
дефлектор
, преобразующий в разрежение энергию обтекающего его
ветра
. Он может обеспечить естественную вентиляцию даже без перепада температур. Но когда нет ветра, дефлектор не работает, к тому же установка дефлекторов и зонтов на трубах отопительного оборудования в
России
была запрещена до
2003
г.
[2]
. На выходе можно также использовать
диффузор
. Однако для устройств с высокофорсированным горением экономически оправдано создание принудительной тяги при помощи
дымососов
.
Принудительная тяга в
котельных установках
побуждается лопастными машинами ?
дымососами
(были отдельные примеры применения и
струйных вытяжных устройств
). В зданиях принудительная вытяжная вентиляция аналогичным образом обеспечивается
вентиляторами
. На всасе таких машин создаётся разрежение, которое так или иначе можно регулировать (поворотом направляющих аппаратов, скоростью вращения, (неэффективно) шиберами и т. п.). Разрежение, как правило, падает по мере удаления от машины. Часть тракта котельных установок, близкая (со стороны всаса) к дымососам, может работать под разрежением, а часть со стороны горелок и других
дутьевых
устройств ? под избыточным давлением (под наддувом); котлы-утилизаторы
ПГУ
всегда оказываются под наддувом.
Для участков газового тракта с давлением выше давления окружающего воздуха (даже на наружной дымовой трубе, чтобы газы не проникали в толщу кирпичной или бетонной конструкции и не разрушали её) требуется газоплотность (герметичность). Технически её трудно достичь, особенно на больших установках, поэтому обычно стараются поставить дымососы достаточной мощности для создания разрежения по всему тракту, начиная от топки; синхронизированная таким образом работа тяговых и дутьевых устройств называется
уравновешенной тягой
.
Существуют небольшие котлы с дутьевым вентилятором, но без дымососа, если естественной тяги хватает. Дымососы требуют значительного расхода энергии на привод, создают сильный
шум
, а их лопасти в агрессивной среде быстро приходят в негодность. Снижение шума особенно важно для вытяжных устройств вентиляции, устанавливаемых внутри помещений.
Напор принудительной тяги во всех случаях складывается с напором естественной тяги (если только они сонаправленны).
Тяга создаётся за счёт разницы давлений (
ΔP
) и может быть подсчитана следующим образом. Уравнение даст точное значение для случая воздуха как в трубе так и снаружи трубы высотой
h
. Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст только приближённую оценку.
,
где (
в единицах
СИ
):
|
|
ΔP
|
= разница давлений,
Па
|
C
|
= 0.0342
|
a
|
=
атмосферное давление
,
Па
|
h
|
= высота трубы,
м
|
T
o
|
= абсолютная внешняя температура,
К
|
T
i
|
= абсолютная внутренняя температура,
К
|
Поток воздуха за счёт тяги может быть подсчитан следующим образом. Формула действует с теми же ограничениями.
,
где (
в единицах
СИ
):
|
|
Q
|
= поток воздуха,
м³
/
с
|
A
|
= площадь сечения трубы,
м²
|
C
|
= коэффициент, вводимый из-за трения (обычно берутся значения от 0.65 до 0.70)
|
g
|
=
ускорение свободного падения
, 9.807 м/с²
|
h
|
= высота трубы,
м
|
T
i
|
= средняя внутренняя температура,
К
|
T
o
|
= абсолютная внешняя температура,
К
|