Вентиляторы для канальных систем вентиляции
В этом модуле рассматриваются центробежные и осевые вентиляторы, используемые в системах канальной вентиляции, и рассматриваются отдельные аспекты, включая их характеристики и эксплуатационные характеристики.
Два распространенных типа вентиляторов, используемых в зданиях для канальных систем, обычно называются центробежными и осевыми вентиляторами — это название происходит от определяющего направления воздушного потока через вентилятор. Эти два типа сами разделены на несколько подтипов, которые были разработаны для обеспечения определенных характеристик объемного расхода/давления, а также других эксплуатационных характеристик (включая размер, шум, вибрацию, возможность очистки, ремонтопригодность и надежность).
Таблица 1. Опубликованные в США и Европе данные о пиковой эффективности вентиляторов для вентиляторов диаметром >600 мм.
Некоторые из наиболее часто встречающихся типов вентиляторов, используемых в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, перечислены в Таблице 1 вместе с ориентировочными пиковыми значениями эффективности, собранными1 на основе данных, опубликованных рядом производителей из США и Европы. В дополнение к этому, в последние годы растет популярность «подключаемого» вентилятора (который на самом деле является вариантом центробежного вентилятора).
Рисунок 1: Общие кривые вентилятора. Реальные вентиляторы могут сильно отличаться от этих упрощенных кривых.
Характеристические кривые вентиляторов показаны на рисунке 1. Это преувеличенные, идеализированные кривые, и реальные вентиляторы вполне могут отличаться от них; однако они, вероятно, будут обладать схожими свойствами. Сюда входят области нестабильности, возникающие из-за колебаний, когда вентилятор может переключаться между двумя возможными расходами при одном и том же давлении или вследствие остановки вентилятора (см. блок «Остановка воздушного потока»). Производители также должны указать в своей литературе предпочтительные «безопасные» рабочие диапазоны.
Центробежные вентиляторы
У центробежных вентиляторов воздух поступает в крыльчатку вдоль ее оси, а затем центробежным движением выбрасывается из крыльчатки радиально. Эти вентиляторы способны создавать как высокое давление, так и большой объемный расход. Большинство традиционных центробежных вентиляторов заключены в корпус спирального типа (как на рисунке 2), который направляет движущийся воздух и эффективно преобразует кинетическую энергию в статическое давление. Для перемещения большего количества воздуха вентилятор может быть оснащен крыльчаткой двойной ширины с двойным входным отверстием, позволяющей воздуху поступать с обеих сторон корпуса.
Рис. 2. Центробежный вентилятор в спиральном корпусе с наклоненной назад крыльчаткой.
Существует несколько форм лопастей, из которых может состоять рабочее колесо, причем основными типами являются загнутые вперед и назад - форма лопасти будет определять ее производительность, потенциальный КПД и форму характеристической кривой вентилятора. Другими факторами, влияющими на эффективность вентилятора, являются ширина рабочего колеса, зазор между впускным конусом и вращающимся рабочим колесом, а также площадь, используемая для выпуска воздуха из вентилятора (так называемая «зона дутья»). .
Вентилятор этого типа традиционно приводится в движение двигателем с ремнем и шкивом. Однако с усовершенствованием электронного управления скоростью и увеличением доступности двигателей с электронной коммутацией (EC или бесщеточных) прямые приводы становятся все более частыми. Это не только устраняет неэффективность, присущую ременной передаче (которая может составлять от 2% до более 10%, в зависимости от технического обслуживания2), но также, вероятно, уменьшит вибрацию, сократит объем технического обслуживания (меньше подшипников и требований к очистке) и сделает сборку более эффективной. более компактный.
Центробежные вентиляторы с загнутыми назад лопатками
Вентиляторы с загнутыми назад (или «наклонными») характеризуются лопастями, которые наклоняются в сторону от направления вращения. Они могут достигать эффективности около 90% при использовании лопастей с аэродинамическим профилем, как показано на рисунке 3, или с простыми лопастями, имеющими трехмерную форму, и немного меньше при использовании простых изогнутых лопастей и еще меньше при использовании простых плоских пластинчатых лопастей, наклоненных назад. Воздух покидает кончики рабочего колеса с относительно низкой скоростью, поэтому потери на трение внутри корпуса низкие, а шум, создаваемый воздухом, также низкий. Они могут остановиться на крайних точках рабочей кривой. Относительно более широкие крыльчатки обеспечат наибольшую эффективность и могут легко использовать более прочные лопасти с аэродинамическим профилем. Тонкие рабочие колеса не принесут особой пользы от использования аэродинамических профилей, поэтому рекомендуется использовать плоские лопасти. Вентиляторы с загнутыми назад лопатками особенно известны своей способностью создавать высокое давление в сочетании с низким уровнем шума и имеют неперегрузочную характеристику мощности – это означает, что по мере уменьшения сопротивления в системе и увеличения расхода мощность, потребляемая электродвигателем, будет уменьшаться. . Конструкция вентиляторов с загнутыми назад лопатками, вероятно, будет более прочной и тяжелой, чем менее эффективная конструкция вентиляторов с загнутыми вперед лопатками. Относительно низкая скорость движения воздуха через лопасти может привести к скоплению загрязнений (таких как пыль и жир).
Рис. 3. Изображение крыльчаток центробежных вентиляторов.
Центробежные вентиляторы с загнутыми вперед лопатками
Вентиляторы с загнутыми вперед лопатками характеризуются большим количеством загнутых вперед лопастей. Поскольку они обычно создают более низкое давление, они меньше, легче и дешевле, чем вентиляторы с аналогичным приводом и загнутыми назад лопатками. Как показано на рисунках 3 и 4, крыльчатка вентилятора этого типа будет включать более 20 лопастей, которые могут быть изготовлены из одного металлического листа. Повышенная эффективность достигается при использовании лопастей большего размера с лезвиями индивидуальной формы. Воздух покидает кончики лопастей с высокой тангенциальной скоростью, и эту кинетическую энергию необходимо преобразовать в статическое давление в корпусе – это снижает эффективность. Они обычно используются для малых и средних объемов воздуха при низком давлении (обычно <1,5 кПа) и имеют относительно низкую эффективность - менее 70%. Спиральный корпус особенно важен для достижения максимальной эффективности, поскольку воздух покидает кончики лопастей с высокой скоростью и используется для эффективного преобразования кинетической энергии в статическое давление. Они работают на низких скоростях вращения, и, следовательно, уровни механического шума, как правило, меньше, чем у более высокоскоростных вентиляторов с загнутыми назад лопатками. Вентилятор имеет характеристику перегрузочной мощности при работе с низким сопротивлением системы.
Рис. 4. Центробежный вентилятор с загнутыми вперед лопатками и встроенным двигателем.
Эти вентиляторы не подходят, например, там, где воздух сильно загрязнен пылью или несет в себе капли жира.
Рис. 5. Пример прямоточного вентилятора с прямым приводом и загнутыми назад лопастями.
Центробежные вентиляторы с радиальными лопастями
Преимущество центробежного вентилятора с радиальными лопастями состоит в том, что он способен перемещать загрязненные частицы воздуха при высоких давлениях (порядка 10 кПа), но при работе на высоких скоростях он очень шумен и неэффективен (<60 %), поэтому его не следует использовать. используется для систем отопления, вентиляции и кондиционирования общего назначения. Он также страдает от перегрузочной характеристики мощности – по мере уменьшения сопротивления системы (возможно, из-за открытия заслонок регулировки объема) мощность двигателя возрастает и, в зависимости от размера двигателя, может произойти «перегрузка».
Подключите вентиляторы
Вместо установки в спиральный корпус эти специально разработанные центробежные рабочие колеса можно использовать непосредственно в корпусе вентиляционной установки (или, фактически, в любом воздуховоде или камере), и их первоначальная стоимость, вероятно, будет ниже, чем размещались центробежные вентиляторы. Центробежные вентиляторы, известные как «нагнетательные», «подключаемые» или просто «некорпусные», могут обеспечить некоторые преимущества в пространстве, но ценой потери эксплуатационной эффективности (при этом наилучшая эффективность аналогична эффективности корпусных центробежных вентиляторов с загнутыми вперед лопатками). Вентиляторы втягивают воздух через впускной конус (так же, как корпусной вентилятор), а затем выпускают воздух радиально по всей внешней окружности крыльчатки на 360°. Они могут обеспечить большую гибкость выпускных соединений (из камеры статического давления), а это означает, что может быть меньше необходимости в соседних изгибах или резких переходах в воздуховодах, которые сами по себе увеличивают падение давления в системе (и, следовательно, дополнительную мощность вентилятора). Общую эффективность системы можно повысить, используя раструбные входы в воздуховоды, выходящие из камеры статического давления. Одним из преимуществ прямоточного вентилятора являются его улучшенные акустические характеристики, во многом обусловленные звукопоглощением внутри камеры и отсутствием путей «прямой видимости» от крыльчатки к устью воздуховода. Эффективность будет во многом зависеть от расположения вентилятора внутри камеры и отношения вентилятора к выходному отверстию – камера используется для преобразования кинетической энергии воздуха и, таким образом, увеличения статического давления. Существенно разные характеристики и различная стабильность работы будут зависеть от типа рабочего колеса – рабочие колеса смешанного потока (обеспечивающие комбинацию радиального и осевого потока) использовались для преодоления проблем с потоком, возникающих из-за сильного радиального потока воздуха, создаваемого с помощью простых центробежных рабочих колес3.
Компактная конструкция небольших агрегатов часто дополняется использованием легкоуправляемых ЕС-двигателей.
Осевые вентиляторы
В вентиляторах с осевым потоком воздух проходит через вентилятор вдоль оси вращения (как показано на простом трубчатом осевом вентиляторе на рисунке 6) – давление создается за счет аэродинамической подъемной силы (аналогично крылу самолета). Они могут быть сравнительно компактными, недорогими и легкими, особенно подходят для перемещения воздуха при относительно низком давлении, поэтому часто используются в вытяжных системах, где перепады давления ниже, чем в приточных системах - приток обычно включает в себя перепад давления во всех системах кондиционирования воздуха. компоненты вентиляционной установки. Когда воздух выходит из простого осевого вентилятора, он будет закручиваться из-за вращения, передаваемого воздуху при его прохождении через крыльчатку. Производительность вентилятора может быть значительно улучшена за счет направляющих лопаток, расположенных ниже по потоку, для восстановления завихрения, как в лопатке. осевой вентилятор показан на рисунке 7. На эффективность осевого вентилятора влияет форма лопасти, расстояние между кончиком лопасти и окружающим корпусом, а также восстановление завихрения. Шаг лопастей можно изменить для эффективного изменения мощности вентилятора. Изменяя направление вращения осевых вентиляторов, можно также изменить направление воздушного потока, хотя вентилятор будет спроектирован так, чтобы работать в основном направлении.
Рисунок 6. Трубчатый осевой вентилятор.
Характеристическая кривая осевых вентиляторов имеет область срыва, которая может сделать их непригодными для систем с широким диапазоном рабочих условий, хотя их преимуществом является отсутствие перегрузки по мощности.
Рисунок 7. Лопастной осевой вентилятор.
Лопастные осевые вентиляторы могут быть такими же эффективными, как центробежные вентиляторы с загнутыми назад лопатками, и способны создавать высокие потоки при разумном давлении (обычно около 2 кПа), хотя они, вероятно, создают больше шума.
Вентилятор смешанного потока является развитием осевого вентилятора и, как показано на рисунке 8, имеет рабочее колесо конической формы, в котором воздух всасывается радиально через расширяющиеся каналы, а затем проходит в осевом направлении через выпрямляющие направляющие лопатки. Совместное действие может создавать давление намного выше, чем это возможно при использовании других вентиляторов с осевым потоком. Эффективность и уровень шума могут быть аналогичны показателям центробежного вентилятора с обратным поворотом лопаток.
Рис. 8. Линейный вентилятор смешанного потока.
Установка вентилятора
Усилия по созданию эффективного вентиляторного решения могут быть серьезно подорваны взаимосвязью между вентилятором и местными воздуховодами для воздуха.
Время публикации: 07 января 2022 г.