Классификация вентиляторов - Вентилятор и вентиляционное оборудовение

Основные параметры вентиляторов

К ним относятся:

Подача вентилятора – количество воздуха (или иного газа), проходящее через выходной патрубок вентилятора в единицу времени, измеряется м3/час (м3/с).

Полное давление – представляет собою разницу между полным давлением на выходе из вентилятора и полным давлением на входе, измеряется в Па.

Полезная мощность – энергия, приобретенная прошедшим через вентилятор газом за единицу времени, измеряется в кВт.

Потребляемая мощность – мощность, подводимая к вентилятору от двигателя за единицу времени, измеряется в кВт.

Коэффициент полезного действия – отношение полезной и потребляемой мощностей вентилятора. Полезная и потребляемая мощности вентилятора различаются на величину потерь в нем, к.п.д. вентилятора оценивает данные потери.

Частота вращения или критерий быстроходности – данный параметр характеризует аэродинамические свойства вентилятора, то есть его возможности по созданию большего или меньшего давления.

Принцип действия вентилятора

Основным элементом вентилятора является вращающееся рабочее колесо, оснащенное специальными лопастями. Рабочее колесо, расположенное на валу вентилятора, передает воздуху энергию от приводного двигателя. Лопасти рабочего колеса имеют крыловой профиль. Поток воздуха, обтекая такой формы профиль, образует перепад давления. Благодаря перепаду давления возникает сила, аналогичная подъемной силе крыла самолета.

Момент подъемных сил лопастей рабочего колеса вентилятора имеет направление противоположенное направлению его вращения. Для преодоления этого момента колесо вынуждено совершать работу, для чего ему и подается энергия от двигателя. В соответствии с законом сохранения энергии эта энергия переходит воздуху/газу. В результате чего растет его удельная энергия. Таким образом энергия привода вентилятора трансформируется в полезную мощность – в давление воздушного потока на выходе вентилятора. Часть энергии двигателя теряется, превращаясь в тепло из-за трения, поэтому вентилятор должен иметь такую конструкцию, чтобы эти потери энергии были минимальными.

Классификация вентиляторов

Вентиляторы делят на две основные группы:

Это наиболее востребованные группы вентиляторов, но кроме них на практике еще используют диагональные и диаметральные вентиляторные устройства, имеющие свои конструктивные особенности, связанные со схемой движения воздушного потока.

В общем виде классификация вентиляторов можно представить таким образом:

Центробежные вентиляторы

В центробежных вентиляторах воздушный поток с входа поступает в рабочую полость вентилятора, вовлекается лопатками рабочего колеса во вращение и центробежные силы отбрасывают его радиально от центра к стенке спирального корпуса. Поэтому центробежные вентиляторы имеют и еще одно название – радиальные. Двигаясь далее по спирали, воздушный поток уже с требуемыми параметрами направляется через выходное отверстие в воздуховод. Корпус центробежного насоса выполняется в форме улитки – логарифмической спирали, размеры которой влияют на величину подачи и полного давления вентилятора.

Центробежные вентиляторы главным образом используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить поток воздуха с относительно большим давлением, а подача его, то есть объем воздуха в единицу времени, не имеет первостепенного значения. В отличие от них осевые вентиляторы применяют, как правило, тогда, когда существует потребность в перемещении больших объемов газа с относительно невысоким давлением.

Виды центробежных вентиляторов по конструкторскому исполнению

По конструкторскому исполнению центробежные вентиляторы подразделяют на:

Многоступенчатые вентиляторы применяют для создания более высокого выходного напора воздуха вентилятора. Если одноступенчатые конструкции оснащаются одним рабочим колесом, то в многоступенчатых устанавливаются несколько рабочих колес, которые закрепляют последовательно на одном валу. В многоступенчатых вентиляторах воздушный поток, проходя последовательно через все рабочие ступени, многократно разгоняется. В результате давление увеличивается пропорционально числу ступеней.

В вентиляторах с двусторонним всасыванием воздух/газ подается в рабочее колесо с двух сторон двумя потоками. В полостях колеса оба потока соединяются в один, который перенаправляется в общий отвод. У вентиляторов, имеющих двусторонний вход, больше подача, чем у вентиляторов с одним входом с таким же полным давлением, с одинаковыми размерами колес и частотой их вращения.

Осевые вентиляторы

В осевых вентиляторах поток воздуха движется вдоль оси, по цилиндрическим поверхностям соосно валу, а не радиально, как в центробежных вентиляторах. Поэтому осевые вентиляторы еще иногда называют аксиальными – от латинского axis (ось).

Осевой вентилятор имеет рабочее колесо своей формой похожее на гребной винт корабля. Оно представляет собой втулку с закрепленными на ней несколькими лопастями.

В качестве отвода в осевых вентиляторах обычно используют специальный направляющий аппарат, конструкция которого позволяет устранить закрутку воздуха и преобразовать его кинетическую энергию в энергию выходного давления.

Осевые вентиляторы используют там, где требуются большие подачи и невысокое давление. Они просты в производстве, достаточно компактны по габаритам и обладают реверсивностью. В отличие от центробежных вентиляторов аксиальным вентиляторам свойственна более высокая подача и более высокий к.п.д. со сравнительно малой степенью сжатия рабочего газа.

Широкое применение получили осевые реверсивные вентиляторы. Они хорошо востребованы там, где требуется равномерность воздуха по температуре и по его составу и чистоте, например, в шахтных воздухораспределительных системах, в морозильных и сушильных камерах и т.д.

Реверсивные вентиляторы способны обеспечить движение воздушного потока как в прямом, так и в обратном направлении. Существует три основных способа реверсирования:

Первый способ самый простой и потому самый распространенный – достаточно только поменять направление вращения вала вентилятора. Тогда движение воздуха в противоположном направлении обеспечивается за счет работы задних поверхностей лопаток колеса. Такой способ прост, но сильно снижает к.п.д. вентилятора и его производительность. Он применяется в основном в аварийных ситуациях и лишь иногда в штатных, в спецвентиляторах, например, при проветривании туннели метрополитена. Данный способ может осуществлять изменение направления потока воздуха даже с помощью вентилятора, который не был изначально сконструирован для этого. Для повышения производительности реверсного режима изготавливают рабочие колеса, у которых лопатки имеют особую реверсную кривизну, способную эффективно работать и при обратном вращении. Стоит также отметить, что из всех типов вентиляторов этот способ применим только для осевых вентиляторов.

Второй способ имеет ряд своих преимуществ относительно первого. Он удобен тогда, когда не желательно останавливать работу вентилятора, чтобы дать вращению обратный ход. И самое главное, оптимальный угол поворота лопаток значительно повышает выходные характеристики вентилятора.

Третий способ самый эффективный, при определенной конструкции лопаток рабочего колеса в сочетании с изменением направления вращения вентилятор обеспечивает обратный поток с теми же показателями производительности, что и в основном режиме. Такой способ реализуется в специальных вентиляторах, работающих с повышенной нагрузкой на больших мощностях, там, где реверсный режим оправдан производственной необходимостью. Недостаток – сложность конструкции и, соответственно, более высокая стоимость.

Диагональные и диаметральные вентиляторы

Диагональные вентиляторы имеют особую геометрию лопаток с углом их расположения к оси колеса равным 45°. Это позволяет направлять поток воздуха и соосно валу, и радиально, и по диагонали. По сравнению с осевыми вентиляторами диагональные способны задавать перемещаемой среде более высокое давление за счет возникающих центробежных сил. А в сравнении с радиальными вентиляторами рабочие колеса диагональных из-за своей особой конструкции подвержены меньшей нагрузке.

В диаметральных вентиляторах и поступающий и выходящий потоки воздуха движутся по внешней окружности рабочего колеса. Колесо диаметрального вентилятора имеет барабанообразную конструкцию и длинные и узкие лопатки. Такие вентиляторы способны обеспечивать относительно высокое полное давление, но из-за больших потерь они имеют низкий к.п.д.

Классификация вентиляторов по назначению

Основные требования к конструкциям вентиляторов регламентируют следующие документы:

Наиболее широкий класс составляют вентиляторы общего назначения. К нему относятся вентиляторы разного конструктивного исполнения, ориентированные на перемещение газообразной среды, агрессивность которой не превышает агрессивность воздуха, а температура 80°С, которая не содержит твердой примеси и пыли больше, чем 100 мг/м3 и не имеет липкого и волокнистого вещества. Вентиляторы этого класса используются в вентиляционных и отопительных системах производственного, административного и жилого секторов и для решения иных хозяйственных задач.

Вентиляторы, которые перемещаю воздух, содержащий механические примеси, называют пылевыми. Обозначение таких вентиляторов содержит букву «П». Данный класс вентиляторов работает с невзрывоопасными, неабразивными средами, имеющими в составе механические примеси до 1 кг/м3. Как правило, они задействованы на производстве в очистке оборудования от металлической и древесной стружки и пыли, к.п.д. их в силу особенностей конструкции и специфического назначения несколько ниже, чем у вентиляторов общего назначения.

Крышные вентиляторы

Крышные вентиляторы предназначены для обеспечения постоянного или периодического циркулирования воздуха в жилых и административных зданиях. Крышные вентиляторы не используют рабочие параметры перемещаемой среды – давление и температуру, поэтому обычно оснащены свободным выходом потока воздуха в пространство, если он не требует дополнительной очистки в соответствии с санитарно-техническими нормами.

Канальные вентиляторы

Канальные вентиляторы используют для перемещения воздуха через систему каналов. Данные устройства производят для работы в круглых, квадратных и прямоугольных каналах (шахтах). Соответствующие условия применения диктуют свои особенности конструкции вентилятора.

Тягодутьевые вентиляторы

К ним относятся вентиляторы-дымососы и дутьевые вентиляторы.

Наиболее распространенное применение вентиляторов-дымососов это откачка пылеугольной смеси от котельного оборудования. Перемещаемая ими среда может содержать твердые частицы золы и угля. Вентиляторы-дымососы имеют системы охлаждения и могут перекачивать воздушную смесь температурой до 200°С. По конструкции они бывают одностороннего и двустороннего всасывания. В обозначении дымососов присутствует буква «Д».

Дутьевые вентиляторы производятся для подачи воздуха в топки и камеры крупного котельного оборудования и теплоэлектростанций. Подобно дымососам бывают односторонние и двухсторонние. Вентиляторы горячего дутья работают с температурой воздуха до 400 °С.

Шахтные вентиляторы

Предназначены для работы в шахтах и рудниках в системе вентиляции и подачи воздуха, с большими значениями подачи и давления.

Вентиляторы, предназначенные для работы с агрессивными средами, изготавливают из материалов, стойких к воздействию этих сред – из титанового сплава, нержавеющей стали специальных марок, винипласта, полипропилена и других. Срок службы вентиляторов перемещающих особо агрессивные смеси может составлять не более 5-7 месяцев. Для продления его рабочие элементы вентилятора – лопатки и внутренние поверхности корпуса – укрепляют навариванием специальных элементов из твердых сплавов или применением технологии напыления порошковыми материалами с особыми свойствами.