Моторизованное рабочее колесо с загнутыми вперед лопатками
Определив требуемый объёмный расход, будь то для подачи свежего воздуха или технологического охлаждения, необходимо учесть сопротивление потоку, с которым вентилятор столкнётся в процессе эксплуатации. Объёмный расход (в м³/ч) и давление (в паскалях – Па) в совокупности определяют рабочую точку, в которой должен работать вентилятор. Важно выбрать вентилятор, рабочие характеристики которого соответствуют требуемой рабочей точке, соответствующей точке максимальной эффективности или близкой к ней. Использование вентилятора на максимальной эффективности минимизирует энергопотребление и уровень шума, обеспечивая при этом требуемую производительность.
Как работает центробежный вентилятор с загнутыми вперед лопатками?
Название «центробежный вентилятор» происходит от направления потока и того, как воздух поступает в рабочее колесо в осевом направлении, а затем выбрасывается наружу по внешней окружности вентилятора. Разница в направлении потока между центробежными вентиляторами с загнутыми вперед и назад лопатками заключается в направлении, в котором воздух выходит из окружности рабочего колеса. В случае рабочего колеса с загнутыми назад лопатками воздух выходит в радиальном направлении, тогда как в случае с загнутыми вперед лопатками воздух выходит по касательной к окружности вентилятора.
Центробежный вентилятор с загнутыми вперёд лопатками характеризуется цилиндрической формой и множеством небольших лопаток по окружности рабочего колеса. В показанном ниже примере вентилятор вращается по часовой стрелке.
В отличие от рабочего колеса с загнутыми назад лопатками, для рабочего колеса с загнутыми вперед лопатками требуется корпус, который преобразует высокоскоростной поток воздуха, выходящий с кончиков лопаток рабочего колеса, в статическую силу с меньшей скоростью. Форма корпуса также направляет воздушный поток к выходному отверстию. Этот тип корпуса вентилятора обычно называют спиральным; однако его также называют корпусом со спиралью или корпусом типа «сирокко». Устанавливая рабочее колесо с загнутыми вперед лопатками в спиральный корпус, мы обычно называем его вентилятором с загнутыми вперед лопатками.
Существует два типа воздуходувок, в которых используется загнутое вперед рабочее колесо с электроприводом, как показано ниже…
Вентилятор с одним входом слева забирает воздух с одной стороны корпуса через круглое входное отверстие и направляет его к квадратному выходному отверстию (здесь виден монтажный фланец). Вентилятор с двумя входами имеет более широкий спиральный корпус, забирает воздух с обеих сторон спирали и направляет его к более широкому квадратному выходному отверстию.
Как и в случае центробежного вентилятора с загнутыми назад лопатками, всасывающая сторона лопасти рабочего колеса забирает воздух из центра вентилятора, что приводит к изменению направления воздушного потока между впускным и выпускным отверстиями на 90o.
Характеристика вентилятора
Оптимальная рабочая зона для центробежного вентилятора с загнутыми вперед лопатками достигается при работе с высоким давлением. Центробежный вентилятор с загнутыми вперед лопатками наиболее эффективен, когда требуется высокое давление при низком расходе воздуха. На графике ниже показана оптимальная рабочая зона…
Объёмный расход откладывается по оси X, а давление в системе — по оси Y. При отсутствии давления в системе (вентилятор работает свободно) центробежный вентилятор с загнутыми вперёд лопатками создаёт наибольший объёмный расход. При наличии сопротивления потоку на стороне всасывания или нагнетания вентилятора объёмный расход снижается.
При выборе вентилятора с загнутыми вперед лопатками для работы при низком давлении и максимальном расходе воздуха следует проявлять осторожность. В этой точке рабочее колесо находится в состоянии аэродинамического срыва потока, аналогично осевому вентилятору, работающему в седловой точке своей кривой. В этой точке уровень шума и энергопотребления будут максимальными из-за турбулентности.
Пик эффективности достигается в точке, называемой «изгибом» характеристики. В этой точке отношение выходной мощности вентилятора (объемный расход (м3/с) x развиваемое статическое давление (Па) к потребляемой электрической мощности (Вт) максимально, а уровень шума, создаваемого вентилятором, минимален. Выше и ниже оптимального рабочего диапазона поток воздуха, проходящий через вентилятор, становится более шумным, а эффективность вентиляторной системы снижается.
Преимущество использования одновального импеллера с загнутыми вперед лопатками заключается в его крутой характеристике вентилятора. Это особенно полезно в системах, требующих постоянного уровня фильтрации. При прохождении воздуха через фильтр для улавливания частиц фильтр задерживает воздушную пыль и пыльцу. Чем тоньше степень фильтрации, тем мельче задерживаемые фильтром частицы. Со временем фильтр будет всё больше засоряться грязью и мусором, что приведёт к необходимости увеличения давления для подачи того же объёма воздуха. Использование импеллера с крутой характеристикой в данном случае означает, что по мере засорения фильтра объёмный расход остаётся постоянным, а давление на фильтре растёт.
Преимущество использования рабочего колеса с двусторонним входом и загнутыми вперёд лопатками заключается в том, что при относительно небольшом размере вентилятора он может обеспечить большой объёмный поток. Недостатком же двухстороннего вентилятора является то, что он развивает меньшее давление, что делает его пригодным только для систем с низким давлением.
Варианты монтажа
Как упоминалось ранее, моторизованное рабочее колесо с загнутыми вперёд лопатками создаёт на концах лопастей высокоскоростной поток воздуха, который необходимо направлять и замедлять для преобразования динамического давления в статическое. Для этого мы создаём спираль вокруг рабочего колеса. Форма определяется соотношением расстояний от центра рабочего колеса до выходного отверстия вентилятора. Как и в случае с вентилятором с загнутыми назад лопатками, рекомендуется обеспечить небольшое перекрытие между входным кольцом и выходным отверстием рабочего колеса. Оба варианта монтажа показаны на схеме ниже…
Диаметр впускного кольца должен оставлять лишь небольшой зазор между рабочим колесом и кольцом, чтобы избежать рециркуляции воздуха.
Рекомендации по монтажу — зазоры
Важно обеспечить достаточный зазор со стороны всасывания и сбоку вентилятора…
Недостаточный зазор со стороны всасывания вентилятора увеличит скорость на входе, что приведёт к турбулентности. Турбулентность будет усиливаться при прохождении воздуха через рабочее колесо, что снизит эффективность передачи энергии от лопасти вентилятора к воздуху, увеличит уровень шума и снизит КПД вентилятора.
Общие рекомендации по условиям впуска и выпуска:
Сторона впуска
- Отсутствие препятствий или изменений направления потока в пределах 1/3 диаметра вентилятора от входного отверстия вентилятора.
Резюме. Почему стоит выбрать центробежный вентилятор с загнутыми вперед лопатками?
Если требуемая рабочая точка попадает в область повышенного давления в системе при пониженном расходе на характеристике вентилятора, следует рассмотреть центробежный вентилятор с одним входом и загнутыми вперед лопатками. Если же требуется обеспечить большой расход в ограниченном пространстве, следует рассмотреть центробежный вентилятор с двумя входами и загнутыми вперед лопатками.
Вентилятор следует выбирать в пределах его оптимального диапазона, который находится в точке, называемой «изгибом» его характеристики. Точка максимальной эффективности находится ближе к пределу высокого давления на характеристике вентилятора, где он также работает с минимальным уровнем шума. Следует избегать работы вне оптимального диапазона (в крайних точках высокого расхода), поскольку турбулентность и аэродинамическая эффективность лопаток рабочего колеса в этих точках будут создавать шум, а рабочее колесо также будет работать в режиме аэродинамического срыва. При низком давлении и высоком расходе воздуха следует учитывать рабочую температуру двигателя под нагрузкой, поскольку существует вероятность его перегрева.
Поток воздуха на входе в рабочее колесо должен быть максимально гладким и ламинарным. Для максимальной эффективности на входе вентилятора следует оставлять зазор не менее 1/3 диаметра рабочего колеса. Использование входного кольца (входного сопла), перекрывающего входное отверстие рабочего колеса, поможет устранить возмущения потока до того, как воздух попадёт в вентилятор, снизить шум, вызванный турбулентностью, свести к минимуму потребление энергии в рабочей точке и максимально повысить эффективность.
Крутая рабочая характеристика, возможность создания более высокого давления у односторонних воздуходувок и высокая пропускная способность двухсторонних воздуходувок означают, что вентилятор с загнутыми вперед лопатками является полезным вариантом для широкого спектра установок.
Время публикации: 16 августа 2023 г.