Вентилятори для канальних систем вентиляції
У цьому модулі розглядаються відцентрові та осьові вентилятори, що використовуються в канальних системах вентиляції, і розглядаються вибрані аспекти, включаючи їхні характеристики та робочі характеристики.
Два поширених типи вентиляторів, які використовуються в канальних системах будівель, загалом називаються відцентровими та осьовими вентиляторами – назва походить від визначального напрямку потоку повітря через вентилятор.Ці два типи самі по собі поділяються на кілька підтипів, які були розроблені для забезпечення конкретних характеристик об’ємної витрати/тиску, а також інших робочих атрибутів (включно з розміром, шумом, вібрацією, зручністю очищення, ремонтопридатністю та міцністю).
Таблиця 1: Опубліковані в США та Європі дані про максимальну ефективність вентиляторів для вентиляторів діаметром >600 мм
Деякі типи вентиляторів, які найчастіше зустрічаються в системах опалення, вентиляції та кондиціонування, наведено в таблиці 1 разом із орієнтовними піковими показниками ефективності, зібраними1 на основі даних, опублікованих низкою виробників США та Європи.На додаток до них останніми роками зростає популярність «штекерного» вентилятора (це фактично варіант відцентрового вентилятора).
Рисунок 1: Загальні криві вентилятора.Справжні вболівальники можуть сильно відрізнятися від цих спрощених кривих
Характеристичні криві вентилятора показані на малюнку 1. Це перебільшені, ідеалізовані криві, і справжні вентилятори можуть цілком відрізнятися від них;однак вони, ймовірно, демонструватимуть подібні атрибути.Це включає в себе зони нестабільності, які виникають через переривання, коли вентилятор може перемикатися між двома можливими витратами при однаковому тиску або як наслідок зупинки вентилятора (див. Блокування блоку потоку повітря).Виробники також повинні визначити бажані «безпечні» робочі діапазони у своїй літературі.
Відцентрові вентилятори
У відцентрових вентиляторів повітря надходить у робоче колесо вздовж його осі, потім радіально викидається з робочого колеса з відцентровим рухом.Ці вентилятори здатні створювати як високий тиск, так і велику об’ємну витрату.Більшість традиційних відцентрових вентиляторів укладено в корпус спірального типу (як на малюнку 2), який спрямовує рух повітря та ефективно перетворює кінетичну енергію на статичний тиск.Щоб переміщувати більше повітря, вентилятор може бути розроблений із робочим колесом «подвійної ширини з подвійним входом», що дозволяє повітрю надходити з обох боків корпусу.
Малюнок 2: Відцентровий вентилятор у спіральному корпусі з крильчаткою, нахиленою назад
Існує кілька форм лопатей, які можуть складати робоче колесо, причому основні типи – із загнутими вперед і загнутими назад – форма лопаті визначатиме її продуктивність, потенційну ефективність і форму характерної кривої вентилятора.Іншими факторами, які впливатимуть на ефективність вентилятора, є ширина колеса крильчатки, простір між впускним конусом і обертовою крильчаткою, а також площа, яка використовується для викиду повітря з вентилятора (так звана «зона дуття»). .
Цей тип вентилятора традиційно приводиться в рух двигуном з ременем і шківом.Проте з удосконаленням електронного контролю швидкості та збільшенням доступності електронно комутованих («EC» або безщіткових) двигунів прямі приводи використовуються все частіше.Це не тільки усуває неефективність, притаманну пасовій передачі (вона може становити від 2% до понад 10%, залежно від технічного обслуговування2), але ймовірно зменшить вібрацію, скоротить технічне обслуговування (менше підшипників і вимог до очищення) і зробить збірку більш компактний.
Загнуті назад відцентрові вентилятори
Загнуті назад (або «нахилені») вентилятори характеризуються лопатями, які відхиляються від напрямку обертання.Вони можуть досягати ефективності близько 90% при використанні лопатей аерокрила, як показано на малюнку 3, або з простими лопатями, сформованими в трьох вимірах, і трохи менше, якщо використовуються звичайні вигнуті лопаті, і знову менше, якщо використовуються прості плоскі пластини, нахилені назад.Повітря залишає кінчики робочого колеса з відносно низькою швидкістю, тому втрати на тертя всередині корпусу є низькими, а шум, що створюється повітрям, також низький.Вони можуть зупинитися на крайніх точках робочої кривої.Відносно ширші робочі колеса забезпечать найбільшу ефективність і можуть легко використовувати більш значущі профільовані лопаті.Тонкі крильчатки матимуть незначну користь від використання аерокрил, тому краще використовувати лопаті з плоскими пластинами.Загнуті назад вентилятори особливо відомі своєю здатністю виробляти високий тиск у поєднанні з низьким рівнем шуму та мають неперевантажувальну характеристику потужності – це означає, що зі зменшенням опору в системі та збільшенням витрати потужність, споживана електродвигуном, зменшуватиметься .Конструкція вентиляторів із загнутими назад вентиляторами, ймовірно, буде більш міцною та важчою, ніж менш ефективні вентилятори із загнутими вперед вентиляторами.Відносно низька швидкість повітря поперек лопатей може призвести до накопичення забруднень (наприклад, пилу та жиру).
Рисунок 3: Ілюстрація робочих коліс відцентрового вентилятора
Загнуті вперед відцентрові вентилятори
Загнуті вперед вентилятори характеризуються великою кількістю загнутих вперед лопатей.Оскільки вони зазвичай виробляють нижчий тиск, вони менші, легші та дешевші, ніж еквівалентні вентилятори із загнутими назад вентиляторами.Як показано на рисунках 3 і 4, цей тип крильчатки вентилятора включатиме понад 20 лопатей, які можуть бути такими ж простими, як сформовані з одного металевого листа.Підвищена ефективність досягається у великих розмірах із індивідуальними сформованими лезами.Повітря залишає кінчики лопатей з високою тангенціальною швидкістю, і ця кінетична енергія повинна перетворюватися на статичний тиск у корпусі – це знижує ефективність.Вони зазвичай використовуються для низьких і середніх об’ємів повітря при низькому тиску (зазвичай <1,5 кПа) і мають відносно низьку ефективність нижче 70%.Спіральний корпус особливо важливий для досягнення найкращої ефективності, оскільки повітря залишає кінчики лопатей з високою швидкістю та використовується для ефективного перетворення кінетичної енергії в статичний тиск.Вони працюють на низькій швидкості обертання, і, отже, рівень механічного шуму, як правило, нижчий, ніж у високошвидкісних вентиляторів із загнутими назад вентиляторами.Вентилятор має перевантажувальну характеристику потужності при роботі з низьким опором системи.
Рисунок 4: Загнутий вперед відцентровий вентилятор із вбудованим двигуном
Ці вентилятори не підходять, наприклад, там, де повітря сильно забруднене пилом або містить краплі жиру.
Малюнок 5: Приклад штепсельного вентилятора з прямим приводом із загнутими назад лопатями
Радіально-лопатеві відцентрові вентилятори
Перевага відцентрового вентилятора з радіальними лопатями полягає в тому, що він здатний переміщувати забруднені частинки повітря під високим тиском (порядку 10 кПа), але, працюючи на високих швидкостях, він дуже шумний і неефективний (<60%), тому його не слід використовувати використовується для загального призначення HVAC.Він також страждає від характеристики потужності перевантаження – оскільки опір системи зменшується (можливо, через відкриття заслінок регулювання гучності), потужність двигуна зростатиме та, залежно від розміру двигуна, може ймовірно «перевантажуватися».
Штепсельні вентилятори
Ці спеціально розроблені відцентрові робочі колеса можна використовувати безпосередньо в корпусі вентиляційної установки (або, власне, в будь-якому повітроводі чи камері нагнітання), і їх початкова вартість, швидше за все, буде нижчою, ніж встановлювати їх у спіральний корпус. розміщені відцентрові вентилятори.Відомі як «напірні», «штепсельні» або просто «некорпусні» відцентрові вентилятори, вони можуть забезпечити деякі переваги в просторі, але ціною втрати робочої ефективності (з найкращою ефективністю, подібною до тієї, що у розміщених ізгнутих вперед відцентрових вентиляторів).Вентилятори втягують повітря через вхідний конус (так само, як вентилятор у корпусі), але потім викидають повітря радіально по всій зовнішній окружності робочого колеса на 360°.Вони можуть забезпечити велику гнучкість випускних з’єднань (від камери припливу), що означає, що може бути менше потреби в суміжних вигинах або різких переходах у повітропроводі, які самі по собі призведуть до падіння тиску в системі (і, отже, додаткової потужності вентилятора).Загальну ефективність системи можна підвищити, використовуючи розтрубні входи в повітропроводи, що виходять із камери припливу.Однією з переваг пробкового вентилятора є його покращені акустичні характеристики, що значною мірою є наслідком поглинання звуку в камері припливу та відсутності шляхів «прямого огляду» від робочого колеса до отвору повітропроводу.Ефективність значною мірою залежатиме від розташування вентилятора в камері нагнітання та відношення вентилятора до його вихідного отвору – камера нагнітання використовується для перетворення кінетичної енергії в повітрі та збільшення статичного тиску.Суттєво відмінна продуктивність і різна стабільність роботи залежатимуть від типу крильчатки – крильчатки змішаного потоку (забезпечують поєднання радіального та осьового потоку) використовувалися для подолання проблем потоку, що є результатом сильної радіальної структури повітряного потоку, створеної за допомогою простих відцентрових робочих коліс3.
Для невеликих агрегатів їх компактний дизайн часто доповнюється використанням ЕС-двигунів з легким керуванням.
Осьові вентилятори
У вентиляторах з осьовим потоком повітря проходить через вентилятор відповідно до осі обертання (як показано на простому трубчастому осьовому вентиляторі на малюнку 6) – тиск створюється аеродинамічною підйомною силою (подібно до крила літака).Вони можуть бути порівняно компактними, недорогими та легкими, особливо придатними для переміщення повітря при відносно низькому тиску, тому часто використовуються у витяжних системах, де перепади тиску нижчі, ніж у системах подачі – подача зазвичай включає перепад тиску всіх систем кондиціонування повітря. компоненти в установці обробки повітря.Коли повітря виходить із простого осьового вентилятора, воно закручується завдяки обертанню повітря, яке проходить через крильчатку. Продуктивність вентилятора можна значно покращити за допомогою направляючих лопаток, які повертають завихрення, як у лопаті. осьовий вентилятор, показаний на малюнку 7. На ефективність осьового вентилятора впливає форма лопаті, відстань між кінчиком лопаті та навколишнім корпусом, а також відновлення завихрення.Крок лопаті можна змінювати, щоб ефективно змінювати потужність вентилятора.Змінюючи обертання осьових вентиляторів, повітряний потік також можна реверсувати, хоча вентилятор буде розроблено для роботи в основному напрямку.
Рисунок 6: Трубчастий осьовий вентилятор
Крива характеристики для осьових вентиляторів має область зупинки, яка може зробити їх непридатними для систем із широким діапазоном робочих умов, хоча вони мають перевагу характеристики потужності без перевантаження.
Рисунок 7: Лопатевий осьовий вентилятор
Лопаткові осьові вентилятори можуть бути такими ж ефективними, як ізгнуті назад відцентрові вентилятори, і здатні створювати високі потоки при прийнятному тиску (зазвичай близько 2 кПа), хоча вони, ймовірно, створять більше шуму.
Вентилятор змішаного потоку є розвитком осьового вентилятора і, як показано на малюнку 8, має робоче колесо конічної форми, через яке повітря втягується радіально через розширювальні канали, а потім проходить аксіально через направляючі лопатки випрямлення.Комбінована дія може створити набагато вищий тиск, ніж це можливо з іншими осьовими вентиляторами.Ефективність і рівень шуму можуть бути такими ж, як у відцентрового вентилятора зі зворотною кривою.
Рисунок 8: Вбудований вентилятор змішаного потоку
Установка вентилятора
Зусилля, спрямовані на створення ефективного вентилятора, можуть бути серйозно підірвані зв'язком між вентилятором і місцевими повітропроводами для повітря.
Час публікації: 07 січня 2022 р