Моторизованное рабочее колесо с изогнутой передней лопастью
Определив необходимый объемный расход, будь то подача свежего воздуха или охлаждение технологического процесса, необходимо сопоставить его с сопротивлением потоку, с которым вентилятор будет сталкиваться в процессе работы. Объемный расход (в м³/ч) и давление (в паскалях - Па) объединяются, образуя рабочую точку, при которой должен работать вентилятор. Важно выбрать вентилятор, характеристики которого соответствуют требуемой рабочей точке на уровне пиковой эффективности или вблизи нее. Использование вентилятора на пике эффективности минимизирует энергопотребление и уровень шума, обеспечивая при этом необходимую производительность.
Как работает центробежный вентилятор с изогнутыми вперед лопастями?
Название «центробежный вентилятор» происходит от направления потока и способа, которым воздух поступает в рабочее колесо в осевом направлении, а затем выталкивается наружу по внешней окружности вентилятора. Разница в направлении потока между центробежным вентилятором с прямым и обратным изгибом заключается в направлении выхода воздуха из окружности рабочего колеса. В случае рабочего колеса с обратным изгибом воздух выходит в радиальном направлении, тогда как в случае с прямым изгибом воздух выходит тангенциально по окружности вентилятора.
Центробежный вентилятор с лопастями, изогнутыми вперед, характеризуется цилиндрической формой и множеством маленьких лопаток по окружности рабочего колеса. В приведенном ниже примере вентилятор вращается по часовой стрелке.
В отличие от лопастей с обратным изгибом, лопасти с прямым изгибом требуют корпуса, который преобразует высокоскоростной поток воздуха, выходящий из концов лопастей, в поток с более низкой скоростью и статической силой. Форма корпуса также направляет поток воздуха к выходному отверстию. Этот тип корпуса вентилятора обычно называют спиральным; однако его также могут называть улиткой или корпусом типа «сирокко». При установке лопастей с прямым изгибом в спиральный корпус мы обычно называем его вентилятором с прямым изгибом.
Существует два типа воздуходувок, в которых используется моторизованное рабочее колесо с изогнутым вперед рабочим колесом, как показано ниже…
Вентилятор с одним входным отверстием слева забирает воздух с одной стороны корпуса через круглое входное отверстие и направляет его к квадратному выходному отверстию (здесь показано с монтажным флангом). Вентилятор с двумя входными отверстиями имеет более широкий спиральный корпус, забирающий воздух с обеих сторон спирали и подающий его к более широкому квадратному выходному отверстию.
Как и в случае с центробежным вентилятором с обратным изгибом лопатки, всасывающая сторона лопатки рабочего колеса забирает воздух из центра вентилятора, что приводит к изменению направления воздушного потока между входом и выходом на 90°.
Характеристики вентилятора
Оптимальная рабочая зона для центробежного вентилятора с изогнутыми вперед лопастями достигается при работе под высоким давлением. Наилучшие результаты центробежный вентилятор с изогнутыми вперед лопастями показывает, когда требуется высокое давление при малом объеме потока. График ниже иллюстрирует оптимальную рабочую зону…
По оси X откладывается объемный расход, а по оси Y — давление в системе. Когда в системе нет давления (вентилятор работает свободно), центробежный вентилятор с изогнутыми вперед лопастями будет создавать наибольший объемный расход. При наличии сопротивления потоку на всасывающей или вытяжной стороне вентилятора объемный расход будет уменьшаться.
Следует проявлять осторожность при выборе вентилятора с кривизной передней части лопасти для работы при низком давлении и максимальном объемном расходе. В этот момент рабочее колесо работает в аэродинамическом срыве потока, подобно осевому вентилятору, работающему в седловой точке своей кривой. В этот момент шум и потребление энергии будут достигать пика из-за турбулентности.
Максимальная эффективность достигается в точке, называемой «изгибом» характеристической кривой. В этой точке отношение выходной мощности вентилятора (объемный расход (м³/с) × статическое давление (Па)) к потребляемой электрической мощности (Вт) достигает своего максимума, а уровень звукового давления, создаваемого вентилятором, минимален. Выше и ниже оптимального диапазона работы поток воздуха через вентилятор становится более шумным, и эффективность системы вентилятора снижается.
Преимущество использования лопастей с одним входным отверстием и изогнутой вперед лопастью заключается в крутой характеристике вентилятора. Это особенно полезно в системах, требующих постоянного уровня фильтрации. Когда воздух проходит через фильтр твердых частиц, фильтр задерживает пыль и пыльцу, находящиеся в воздухе; чем тоньше фильтр, тем мельче частицы, задерживаемые фильтром. Со временем фильтр все больше засоряется грязью и мусором, что приводит к увеличению давления, необходимого для подачи того же объема воздуха. Использование лопастей с крутой характеристикой в данном случае означает, что по мере засорения фильтра объемный расход остается постоянным, в то время как давление на фильтре увеличивается.
Преимущество использования двухвходового вентилятора с изогнутым вперед рабочим колесом заключается в том, что при относительно небольших размерах он может обеспечивать большой объем потока. Компромисс при использовании двухвходового вентилятора состоит в том, что он создает меньшее давление, а значит, может работать только с системами низкого давления.
Варианты крепления
Как уже упоминалось, моторизованное рабочее колесо с изогнутыми вперед лопастями создает высокоскоростной поток воздуха на концах лопастей, который необходимо направлять и замедлять для преобразования динамического давления в статическое. Для этого мы создаем спираль вокруг рабочего колеса. Форма создается соотношением расстояний от центра рабочего колеса до выходного отверстия вентилятора. Как и в случае с вентилятором с изогнутыми назад лопастями, также рекомендуется небольшое перекрытие между входным кольцом и горловиной рабочего колеса. Оба варианта монтажа показаны на схеме ниже…
Диаметр входного кольца должен допускать лишь небольшой зазор между рабочим колесом и кольцом, чтобы избежать рециркуляции воздуха.
Вопросы монтажа - Зазоры
Важно обеспечить достаточный зазор со стороны всасывания и со стороны вентилятора…
Недостаточный зазор на всасывающей стороне вентилятора увеличит скорость потока на входе, что приведет к турбулентности. Эта турбулентность будет усиливаться по мере прохождения воздуха через рабочее колесо, что снизит эффективность передачи энергии от лопаток вентилятора к воздуху, вызовет увеличение шума и снизит КПД вентилятора.
Общие рекомендации по условиям впуска и выпуска:
Впускная сторона
- Отсутствие препятствий или изменения направления потока на расстоянии 1/3 диаметра вентилятора от его входного отверстия.
Краткое содержание – Почему стоит выбрать центробежный вентилятор с изогнутыми вперед лопастями?
Если требуемая рабочая точка находится в области более высоких давлений в системе по сравнению с меньшим объемным расходом на характеристике вентилятора, следует рассмотреть центробежный вентилятор с одним входным отверстием и изогнутой передней кромкой. Если для применения требуется большой объемный расход в ограниченном пространстве, следует рассмотреть центробежный вентилятор с двумя входными отверстиями и изогнутой передней кромкой.
Вентилятор следует выбирать в пределах его оптимального диапазона, который находится в так называемой точке перегиба характеристической кривой. Точка пиковой эффективности находится ближе к пределу высокого давления на характеристической кривой вентилятора, где он также работает с наименьшей интенсивностью шума. Следует избегать работы за пределами оптимального диапазона (при крайних значениях большого расхода), поскольку турбулентность и аэродинамическая эффективность лопаток рабочего колеса в этих точках будут создавать шум, а рабочее колесо будет работать в режиме аэродинамического срыва потока. При низком давлении и большом расходе следует учитывать рабочую температуру двигателя под нагрузкой, поскольку существует вероятность перегрева двигателя.
Поток воздуха на входе в рабочее колесо должен быть максимально плавным и ламинарным. Для максимальной эффективности необходимо обеспечить зазор не менее 1/3 диаметра рабочего колеса на входе в вентилятор. Использование входного кольца (входного сопла), перекрывающего входное отверстие рабочего колеса, поможет устранить возмущения потока до того, как воздух будет втянут через вентилятор, снизить шум, вызванный турбулентностью, свести к минимуму энергопотребление в рабочей точке и максимизировать эффективность.
Крутой рабочий режим, более высокое давление, создаваемое вентиляторами с одним входом, и высокая производительность вентиляторов с двумя входами делают вентилятор с изогнутым вперед лопастями полезным вариантом для широкого спектра установок.
Дата публикации: 16 августа 2023 г.