Вентилятори. Призначення, класифікація вентиляторів. Технічні показники і порядок їх підбору.

Вентиляторами називаються нагнітачі обертової дії, призначені для переміщення повітря і газів. Як відомо, повітря і гази мають густину біля 1,2кг/м³, а створюваний вентиляторами абсолютний тиск складає біля 115 кПа, тобто збитковий тиск, створюваний вентиляторами, складає біля 15кПа. Таким чином, ступінь підвищення тиску повітря, яке переміщують вентилятори, у порівнянні з природним його станом, складає не більше 1,15 разів.

За величиною створюваного надлишкового тиску вентилятори поділяються на вентилятори низького тиску - до 1,0 кПа, середнього - 1,0...3,0 кПа і високого - 3,0...15 кПа.

За типом конструкції вентиляториподіляються на відцентрові (радіальні), осьові, дахові і стельові.

Вентилятори класифікуються за номерами. Номер вентилятора - це діаметр його робочого колеса, виражений у дециметрах. Наприклад, вентилятор з робочим колесом діаметром 250мм має № 2,5, з діаметром 1600 мм - № 16.

За напрямком обертання робочого колеса вентилятори випускаються правого обертання - колесо обертається за годинниковою стрілкою (якщо дивитися з боку усмоктування), і лівого обертання - проти годинникової стрілки.

Оскільки ступінь підвищення тиску, створюваного вентиляторами, порівняно невеликий (1,15), то стиснення повітря не чинить суттєвого впливу на робочий процес і в розрахунках вентиляторівдо уваги не береться.

Внаслідок незначного підвищення тиску вентиляторами вонине змінюють термодинамічний стан переміщуваних ними повітря і газів.

Це є підставою для застосування теорії насосів для вентиляторів.

 

 

Рис 2.28. Схема вентиляційної установки з відцентровим вентилятором: 1 – всмоктувальний повітропровід; 2 – вакуумметр; 3 – відцентровий вентилятор; 4 – нагнітальний повітропровід; 5 – манометр; 6 – електродвигун; 7 – станина.

 

Вентилятор у поєднанні з двигуном (здебільшого електричним) створюють вентиляційний агрегат.

Вентиляційний агрегат сам по собі не може забезпечити перекачування повітря і газів. Для цього необхідно вентиляційний агрегат оснастити усмоктувальним і нагнітальним повітропроводами, що разом становить вентиляційну установку (рис. 2.28).

Технічні показники вентиляторів. Основними технічними показниками вентиляторів є тиск, подача, потужність і ККД.

Тиск р, Па, - збитковий тиск, створюваний вентилятором. Він складається зі статичного р _ст, і динамічного р _дин тисків, тобто

p= р_ст+ р_дин                  (2.49)

У свою чергу складова статичного тиску складаєтьсяз вакуумметричного (на вході) і манометричного (на виході) тисків, тобто

р _ст= р_вак+ р_ман                       (2.50)

де р _вак - вакуумметричний тиск на вході у вентилятор; р _ман - манометричний тиск на виході з вентилятора.

Динамічний тиск описується рівнянням

р _дин=                (2.51)

де С - швидкість руху повітря чи газів у вихідному патрубку вентилятора; С²/2g - швидкісний напір.

Отже, повний тиск вентилятора визначається формулою

р = р_вак+ р_ман+       (2.52)

У залежності від наявності або відсутності усмоктувальногочи нагнітального повітропроводів можливі три види (схеми) роботи вентиляційних установок: безнапірна, нагнітальна й усмоктувальна.      

Безнапірна схема. При ній у вентиляційній установці відсутні усмоктувальний і нагнітальний повітропроводи, вентилятор тільки переміщує повітря і р _вак= 0 та р _ман = 0.

Тиск, що створюється такою установкою, визначається тільки однією складовою, а саме - швидкісною:

р =                  (2.53)

Нагнітальна схема. При ній у вентиляційній установці відсутній усмоктувальний повітропровід і усмоктувальний патрубок вентилятора відкритий безпосередньо в атмосферу (р _ман = О). Тиск вентиляційної установки визначається залежністю

р = р_ман+                  (2.54)

Усмоктувальна схема. При ній у вентиляційній установці відсутній нагнітальний повітропровід і нагнітальний патрубок вентилятора відкритий безпосередньо в атмосферу (р _ман = 0). Тиск вентиляційної установки визначається залежністю

р = р_вак+                   (2.55)

Подача Q, м³/с, - об'єм повітря, що подається вентилятором за одну секунду, тобто

Q=                        (2.56)

де W - об'єм повітря, м³; Т- час, що дорівнює одній секунді, с.

Потужність N, Вт. Слід розрізняти корисну потужність, створювану вентилятором, і потужність, що отримує вентилятор на валу від електродвигуна, тобто вживану потужність.

Корисна потужність N_кор, Вт, - це робота, виконувана вентилятором за одну секунду при переміщенні одного кубічного метра повітря на шляху, що дорівнює висоті стовпа, на який піднімається повітря і який дорівнює р/γ (р - тиск, γ - питома вага повітря; γ=ρg, де ρ- щільність повітря, ρ = 1,2 кг/м³).

Таким чином,

N_кор=Q·p,              (2.57)

де Q - подача, м³/с; р - тиск. Па.

Потужність, вживана вентилятором, N, Вт, що передається валу вентилятора від двигуна (здебільшого електричного), визначається за допомогою приладів (амперметра), з урахуванням втрат потужності в електродвигуні і передачі, з наступним перерахуванням сили струму в потужність, за залежністю

N= ,     (2.58)

де U -лінійна напруга електромережі, U = 380 В; I -сила струму, А, береться з показання амперметра; соs φ - коефіцієнт потужності,   соs φ = 0,8; η_ед - ККД електродвигуна.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - відношення корисної потужності вентилятора до вживаної:

η=      (2.59)

Графічне зображення залежності тиску, потужності і ККД вентиляторів від подачі називається робочими характеристиками вентиляторів. Для різних типів вентиляторів робочі характеристики будуть відрізнятися між собою.

 Конструкції вентиляторів

Відцентрові вентилятори — це вентилятори, що складаються з лопатевого робочого колеса турбінного типу, розташованого в спеціальному корпусі (рис. 2.29).

Принцип роботи відцентрового вентилятора полягає в наступному: повітря, проходячи через вентилятор, отримує енергію за рахунок відцентрової сили, створюваної робочим колесом (рис. 2.30). А відбувається це так: повітря, що заповнює простір, обмежений робочим колесом, при обертанні його під тиском, створюваним лопатями, і під дією відцентрової сили рухається від центра колеса до зовнішнього його кола, тобто радіальне, за що лопаті ще називають радіальними. В усмоктувальному (вхідному) патрубку завдяки цьому створюється вакуум, і повітря під дією атмосферного тиску нескінченним потоком надходить у робоче колесо, заміщаючи об'єм повітря, викинутого колесом у корпус (кожух).

 

Рис 2.29. Відцентровий вентилятор: а – загальний вигляд; б – робоче колесо; 1 – корпус (кожух); 2 – вхідний патрубок; 3 – вихідний патрубок; 4 – станина; 5 – робоча лопать; 6 – диски.

У корпусі (кожусі) вентилятора, завдяки його спіральності, повітря після виходу з робочого колеса направляється у вихідний (нагнітальний) патрубок, де динамічна складова зменшується, а тиск збільшується.

Особливістю відцентрових вентиляторів є те, що напрям обертання робочого колеса повинен строго відповідати напрямку вхідної кромки лопаті, тобто повітря повинне рухатися по випуклій стороні лопатей. Напрямок розширення спірального кожуха повинен також відповідати напрямку обертання робочого колеса (рис 2.30), тобто робоче колесо повинно обертатися по ходу розвороту (розширення) спірального кожуха. При недотриманні цих вимог вентилятор різко знижує аеродинамічні параметри і практично не працює.

Робоче колесо складається з переднього диска, що має вигляд кільця, і заднього суцільного диска, у центрі якого улаштована ступиця для насаджування колеса на вал. Між переднім і заднім дисками розташовані лопаті. Робоче колесо виготовляється зварним. Спіральні кожухи зварюються зі сталі.

Виготовляються відцентрові вентилятори зі спіральним корпусом правого й лівого обертання (рис. 2.31), тобто при правому обертанні робоче колесо обертається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися зі сторони привода, а при лівому - проти неї.

 

 

Рис 2.30. Аеродинамічна схема відцентрового вентилятора: 1 – робоче колесо; 2 – корпус (кожух); 3 – вхідний патрубок; 4 – вихідний патрубок.

Конструкція їх дозволяє встановлювати нагнітальний патрубок у різне положення (рис. 2.31).

Марка відцентрових вентиляторів вказує: тип вентилятора (В - звичайний відцентровий, ВП - відцентровий пиловий і т. д.); коефіцієнттиску при максимальному значенні ККД; швидкісність. Наприклад, вентилятор В9 - 57.

Робочі характеристики відцентрових вентиляторів схематично зображені на рис. 2.32. Характеристика р- Q - характеристика тиску, показує, що при збільшенні подачі тиск, створюваний вентилятором, зменшується, а "сідловина" на початку характеристики обумовлена деякою зміною щільності повітря при невеликих подачах.

Потужнісна характеристика N-Q показує, що зі збільшенням подачі збільшується й уживана потужність, а це значить, що пуск відцентрового вентилятора слід здійснювати при закритій заслінці на нагнітальному повітропроводі. Характеристика ККД η-Q показує, що від нульової подачі ідо оптимальних й" значень ККД підвищується, а потім знижується.

Рис 2.31. Схема варіантів розташування вихідного патрубка корпуса (кожуха) відцентрових вентиляторів у залежності від виробничих потреб: а – правого обертання; б – лівого обертання.

Осьові вентилятори - це вентилятори, що складаються з робочого колеса у вигляді втулки і прикріплених до неї лопатей, розташованого в циліндричному корпусі (рис.2.33).

Зазорміж кінцями лопатей і кожухом повинен бути мінімальним, тому що аеродинамічні якості вентилятора залежать не тільки від профілю лопатей, а й від розміру вищеназваного зазору. Осьові вентилятори виготовляються правого й лівого обертання (тобто робоче колесо обертається в лівому або правому напрямках, див. відцентрові вентилятори).

Часто робоче колесо осьового вентилятора насаджується безпосередньо на вал електродвигуна. Лопаті робочого колеса бувають симетричними й несиметричними. Вентилятори з симетричними лопатями переміщують однакову кількість повітря при обертанні робочого колеса в будь-якому напрямку, їх називають реверсивними. В осьових вентиляторів з несиметричними лопатями робоче колесо обертається тільки в напрямку, при якому вони направлені тупим боком уперед.

 

 

Рис 2.32. Робочі характеристики відцентрових вентиляторів: p - Q  - характеристика тиску; N - Q – характеристика потужності; η- Q – характеристика ККД.

Осьові вентилятори забезпечують великі подачі повітря при порівняно малому тиску, що враховується при застосуванні їх, і використовуються вони широко в опалювально-вентиляційних системах.

На рис. 2.34 схематично показані робочі характеристики осьових вентиляторів.

 

 

Рис 2.33. Схема осьового вентилятора: 1 – робоче колесо; 2 – фланці (для приєднання повітропровода або для закріплення вентилятора на опорі); 3 – циліндричний корпус (кожух, обичайка); 4 – електродвигун; 5 – опора.

Характеристика р-Q -характеристика тиску, як і у відцентрових вентиляторів, вона показує, що зі збільшенням подачі повітря тиск, створюваний вентилятором, зменшується. Характеристика N-Q - потужнісна характеристика, показує, що зі збільшенням подачі вживана потужність зменшується, а це свідчить, що пуск осьових вентиляторів здійснюється при відкритій заслінці на нагнітальному повітропроводі. Характеристика ККД η-Q показує, що від нульової подачіі до оптимальних її значень ККД підвищується, а потім знижується.

Установки цих вентиляторів у більшості випадків не обладнуються повітропроводами.

 

 

 

 

Рис 2.34. Робочі характеристики осьових вентиляторів: р-Q – характеристика тиску; N-Q – характеристика потужності; η-Q – характеристика ККД.

Дахові вентилятори призначаються для застосуванняпоза приміщеннями, на покрівлях. Ці вентилятори є агрегатами з осьовими і відцентровими робочими колесами, обертання яких відбувається в горизонтальній площині на вертикальному валу.

Стельові вентилятори застосовуються для прискорення рухливості повітря в приміщеннях. Вони складаються з електродвигуна, на корпус якого насаджені осьові лопаті. Розмір лопатей цих вентиляторів складає 900, 1200, 1500 і 1800 мм. Вони оснащуються регуляторами швидкості обертів.

Підбір вентиляторів. Вихідними показниками для підбору вентиляторів є отримані в результаті розрахунків значення необхідних витрати повітря 0 і тиску р. При виборі вентилятора необхідно керуватися тим, щоб його використання здійснювалося при найбільших значеннях ККД. При порівняно малому тиску, що вимагається від вентилятора, необхідно застосовувати осьові вентилятори. Таким чином, за необхідними подачею 0 і тиском р підбирається вентилятор з числа тих, що випускаються промисловістю.