Charakterystyki aerodynamiczne stycznych łopatek wentylatora. Ushakov, Konstantin Andreevich - Aerodynamika wentylatorów osiowych i elementy ich konstrukcji. Przykład charakterystyki wentylatora wyposażonego w silnik elektryczny
Charakterystyka aerodynamiczna wentylatorów pokazuje przepływ wentylatora w zależności od ciśnienia. Pewnemu ciśnieniu odpowiada określony przepływ powietrza, co obrazuje krzywa wentylatora.
Rysunek 28. Charakterystyki aerodynamiczne wentylatora i sieci
Charakterystyka sieci
Opór systemu wentylacyjnego przy różnych natężeniach przepływu jest wyświetlany na wykresie charakterystyki sieci. Punkt pracy wentylatora to punkt przecięcia charakterystyki sieci i krzywej wentylatora. Pokazuje charakterystykę przepływu dla danej sieci kanałów.
Każda zmiana ciśnienia w systemie wentylacyjnym powoduje powstanie nowej charakterystyki sieci. Jeżeli ciśnienie wzrośnie, charakterystyka sieci będzie podobna do linii B. Gdy ciśnienie spadnie, linia instalacji będzie podobna do linii C. (Przy założeniu, że liczba obrotów wirnika pozostanie niezmieniona).
Rysunek 29. Zmiany ciśnienia powodują powstawanie nowych krzywych sieci
Jeżeli rzeczywistą rezystancję sieci reprezentuje krzywa B, punkt pracy przesuwa się z 1 na 2. Wiąże się to również ze zmniejszeniem przepływu powietrza. W ten sam sposób przepływ powietrza wzrośnie, jeśli rezystancja sieci będzie odpowiadać linii C.
Rysunek 30: Zwiększanie lub zmniejszanie prędkości wentylatora
Aby uzyskać natężenie przepływu powietrza zbliżone do obliczonego, w pierwszym przypadku (gdzie charakterystyka sieci odpowiada B) można po prostu zwiększyć prędkość wentylatora. Punkt pracy (4) będzie w tym przypadku zlokalizowany na przecięciu charakterystyki sieci B i krzywej wentylatora dla większej prędkości obrotowej. Podobnie prędkość wentylatora można zmniejszyć, jeśli rzeczywista charakterystyka sieci odpowiada linii C.
Rysunek 31: Różnica ciśnień przy różnych prędkościach obrotowych
W obu przypadkach wystąpi pewna różnica w wydajności ciśnieniowej w stosunku do charakterystyki sieci, dla której przeprowadzono obliczenia, co pokazano na rysunku odpowiednio jako ΔР1 i ΔР2. Oznacza to, że punkt pracy projektowanej sieci został wybrany tak, aby osiągnąć maksymalną wydajność, a każde zwiększenie lub zmniejszenie prędkości wentylatora skutkuje zmniejszeniem wydajności.
Wydajność i charakterystyka sieci
Aby ułatwić wybór wentylatora, można nakreślić kilka możliwych charakterystyk sieci na wykresie wentylatora, a następnie sprawdzić, pomiędzy którymi charakterystykami działa dany typ wentylatora. Jeśli ponumerujemy charakterystykę sieci od 0 do 10, wentylator będzie na linii 10 dmuchał swobodnie (maksymalny przepływ powietrza), a dławił (przepływ zerowy) na linii 0. Oznacza to, że wentylator na linii systemowej 4 wytwarza 40% wolnego przepływ.
Rysunek 32. Charakterystyka sieci (0-10) na wykresie wachlarzowym
Sprawność wentylatora pozostaje stała w całej charakterystyce sieci.
Wentylatory z łopatkami wygiętymi do tyłu często mają wyższą wydajność niż wentylatory z łopatkami wygiętymi do przodu. Jednak wyższy poziom sprawności tych wentylatorów można osiągnąć jedynie na ograniczonym obszarze, gdzie charakterystyka sieci jest reprezentowana przez mniejsze natężenie przepływu przy danym ciśnieniu niż w przypadku wentylatorów z łopatkami wygiętymi do przodu.
Aby uzyskać podobne natężenie przepływu do wentylatorów wygiętych do przodu, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu wydajności, należy wybrać większy wentylator wygięty do tyłu.
Rysunek 33. Wartości sprawności wentylatorów odśrodkowych o podobnej wielkości z łopatkami wygiętymi odpowiednio do tyłu i do przodu
Wentylatory ogólnego przeznaczenia służą do pracy w czystym powietrzu, którego temperatura jest niższa niż 80 stopni. Specjalne, żaroodporne wentylatory są przeznaczone do przemieszczania cieplejszego powietrza. Do pracy w środowiskach agresywnych i wybuchowych produkowane są specjalne wentylatory antykorozyjne i przeciwwybuchowe. Obudowa i części wentylatora antykorozyjnego wykonane są z materiałów nie reagujących chemicznie z substancjami korozyjnymi zawartymi w transportowanym gazie. Konstrukcja przeciwwybuchowa eliminuje możliwość iskrzenia wewnątrz obudowy wentylatora (obudowy) i zwiększonego nagrzewania się jego części podczas pracy. Do przemieszczania zapylonego powietrza służą specjalne wentylatory przeciwpyłowe. Rozmiary wentylatorów charakteryzują się liczbą wskazującą średnicę wirnika wentylatora, wyrażoną w decymetrach.
Zgodnie z zasadą działania wentylatory dzielą się na odśrodkowe (promieniowe) i osiowe. Niskociśnieniowe wentylatory odśrodkowe wytwarzają ciśnienie całkowite do 1000 Pa; wentylatory średniociśnieniowe - do 3000 Pa; a wentylatory wysokociśnieniowe wytwarzają ciśnienie od 3000 Pa do 15000 Pa.
Wentylatory odśrodkowe produkowane są z wirnikami tarczowymi i beztarczowymi:
Łopatki wirnika są zamontowane pomiędzy dwoma tarczami. Przednia tarcza ma formę pierścienia, tylna jest pełna. Do piasty przymocowane są ostrza koła beztarczowego. Obudowa spiralna wentylatora promieniowego montowana jest na niezależnych wspornikach lub na ramie wspólnej z silnikiem elektrycznym.
Wentylatory osiowe charakteryzują się dużą wydajnością, ale niskim ciśnieniem, dlatego są szeroko stosowane w wentylacji ogólnej do przemieszczania dużych ilości powietrza pod niskim ciśnieniem. Jeżeli wirnik wentylatora osiowego składa się z symetrycznych łopatek, wówczas wentylator jest rewersyjny.
Schemat wentylatora osiowego:
Wentylatory dachowe produkowane są osiowe i promieniowe; instalowane na dachach i na bezdachowych podłogach budynków. Wirnik zarówno osiowych, jak i promieniowych wentylatorów dachowych obraca się w płaszczyźnie poziomej. Schematy działania osiowych i promieniowych (odśrodkowych) wentylatorów dachowych V:
Osiowe wentylatory dachowe służą do wentylacji ogólnej wywiewnej bez sieci kanałów powietrznych. Promieniowe wentylatory dachowe wytwarzają wyższe ciśnienia, dzięki czemu mogą pracować zarówno bez sieci, jak i z podłączoną do nich siecią kanałów powietrznych.
Dobór wentylatora na podstawie właściwości aerodynamicznych.
Do każdego układu wentylacyjnego, instalacji zasysania czy transportu pneumatycznego dobierany jest indywidualnie wentylator na podstawie wykresów charakterystyk aerodynamicznych kilku wentylatorów. Na podstawie ciśnienia i przepływu powietrza na każdym wykresie wyznaczany jest punkt pracy, który określa wydajność i prędkość obrotową wirnika wentylatora. Porównując położenie punktu pracy na różnych charakterystykach, wybierz wentylator, który daje największą wydajność przy danych wartościach ciśnienia i przepływu powietrza.
Przykład. Obliczenia centrali wentylacyjnej wykazały całkowitą stratę ciśnienia w instalacji Hc = 2000 Pa przy wymaganym przepływie powietrzaQs=6000 m3/godz. Wybierz wentylator, który pokona ten opór sieci i zapewni wymaganą wydajność.
Aby wybrać wentylator, jego ciśnienie projektowe uwzględniane jest ze współczynnikiem bezpieczeństwak=1,1:
Hb= kHc; Нв=1,1·2000=2200 (Pa).
Zużycie powietrza oblicza się biorąc pod uwagę wszystkie bezproduktywne zasysania.Q w= Qs=6000 (m³/godz.). Rozważmy charakterystykę aerodynamiczną dwóch podobnych ilości wentylatorów, których zakres wartości eksploatacyjnych obejmuje wartości ciśnienia obliczeniowego i przepływu powietrza projektowanej instalacji wentylacyjnej:
Charakterystyki aerodynamiczne wentylatora 1 i wentylatora 2.
Na przecięciu wartości Pw=2200 Pa i Q=6000 m³/godz. wskazuje punkt pracy. Najwyższą sprawność określa charakterystyka wentylatora 2: sprawność = 0,54; prędkość obrotowa wirnikaN=2280 obr/min; prędkość obwodowa krawędzi kołaty~42 m/sek.
Prędkość obwodowa pierwszego wirnika wentylatora (ty~38 m/s) jest znacznie mniejsza, co oznacza, że hałas i wibracje wytwarzane przez ten wentylator będą mniejsze, a niezawodność działania instalacji będzie większa. Czasami preferowany jest wolniejszy wentylator. Jednak sprawność robocza wentylatora musi wynosić co najmniej 0,9 jego maksymalnej wydajności. Porównajmy dwie kolejne charakterystyki aerodynamiczne, które są odpowiednie przy wyborze wentylatora do tej samej instalacji wentylacyjnej:
Charakterystyki aerodynamiczne wentylatora 3 i wentylatora 4.
Sprawność wentylatora 4 jest bliska maksymalnej (0,59). Prędkość obrotowa wirnikaN=2250 obr./min. Sprawność trzeciego wentylatora jest nieco niższa (0,575), ale prędkość obrotowa wirnika jest znacznie niższa:N=1700 obr./min. Jeśli różnica w wydajności jest niewielka, preferowany jest trzeci wentylator. Jeżeli obliczenia mocy napędu i silnika wykazują podobne wyniki dla obu wentylatorów, należy wybrać wentylator 3.
Obliczenie mocy potrzebnej do napędzania wentylatora.
Moc potrzebna do napędzania wentylatora zależy od wytwarzanego przez niego ciśnieniaHw (Pa), przeniesiona objętość powietrzaQw (m³/s) i współczynnik wydajności:
N w= H V ·Q V/1000·wydajność (kW); Hb=2200 Pa; Qh=6000/3600=1,67 m³/sek.
Sprawności wentylatorów 1, 2, 3 i 4 dobranych wstępnie na podstawie charakterystyki aerodynamicznej odpowiednio: 0,49; 0,54; 0,575; 0,59.
Podstawiając do wzoru obliczeniowego wartości ciśnienia, przepływu i sprawności, otrzymujemy następujące wartości mocy dla każdego napędu wentylatora: 7,48 kW, 6,8 kW, 6,37 kW, 6,22 kW.
Obliczanie mocy silnika elektrycznego do napędzania wentylatora.
Moc silnika elektrycznego zależy od rodzaju jego przeniesienia napędu z wału silnika na wał wentylatora i jest uwzględniana w obliczeniach za pomocą odpowiedniego współczynnika (kuliczka). Przy osadzeniu wirnika wentylatora bezpośrednio na wale silnika elektrycznego nie występują straty mocy, czyli sprawność takiej przekładni wynosi 1. Sprawność połączenia wałów wentylatora i silnika elektrycznego za pomocą sprzęgła wynosi 0,98. Aby uzyskać wymaganą prędkość obrotową wirnika wentylatora, stosujemy napęd pasowy klinowy, którego sprawność wynosi 0,95. Straty w łożyskach uwzględniane są za pomocą współczynnikakn=0,98. Zgodnie ze wzorem do obliczania mocy silnika elektrycznego:
N el= N V / k uliczka k N
uzyskujemy następujące moce: 8,0 kW; 7,3 kW; 6,8 kW; 6,7 kW.
Moc zainstalowana silnika elektrycznego uwzględniana jest ze współczynnikiem bezpieczeństwakz=1,15 dla silników o mocy mniejszej niż 5 kW; dla silników o mocy powyżej 5 kWk z=1,1:
N y= k H· N e-mail
Biorąc pod uwagę czynnik bezpieczeństwakz=1,1 moc końcowa silników elektrycznych dla 1. i 2. wentylatora wyniesie 8,8 kW i 8 kW; dla 3. i 4. 7,5 kW i 7,4 kW. Pierwsze dwa wentylatory musiałyby być wyposażone w silnik o mocy 11 kW, dla dowolnego wentylatora z drugiej pary wystarczyłby silnik elektryczny o mocy 7,5 kW. Wybieramy wentylator 3: ponieważ jest mniej energochłonny niż rozmiary 1 lub 2; oraz bardziej wolnoobrotowy i niezawodny w działaniu w porównaniu do wentylatora 4.
Numery wentylatorów i wykresy charakterystyk aerodynamicznych w przykładzie doboru wentylatorów są traktowane warunkowo i nie odnoszą się do żadnej konkretnej marki ani standardowego rozmiaru. (I mogli.)
Obliczanie średnic kół pasowych napędu wentylatora paska klinowego.
Napęd pasowy pozwala wybrać żądaną prędkość obrotową wirnika poprzez zamontowanie kół pasowych o różnych średnicach na wale silnika i wale napędowym wentylatora. Wyznacza się stosunek prędkości obrotowej wału silnika elektrycznego do prędkości obrotowej wirnika wentylatora:Nuh/ NV.
Koła pasowe napędu paska klinowego dobiera się tak, aby stosunek średnicy koła pasowego napędu wentylatora do średnicy koła pasowego na wale silnika elektrycznego odpowiadał stosunkowi prędkości obrotowych:
DV/ Duh= Nuh/ NV
Stosunek średnicy napędzanego koła pasowego do średnicy koła napędowego nazywany jest przełożeniem napędu pasowego.
Przykład. Dobierz koła pasowe do napędu pasowego wentylatora o prędkości obrotowej wirnika 1780 obr/min, napędzanego silnikiem elektrycznym o mocy 7,5 kW i prędkości obrotowej 1440 obr/min. Przełożenie transmisji:
Nuh/ NV=1440/1780=0,8
Wymaganą prędkość obrotową wirnika zapewni następujące wyposażenie: koło pasowe na wentylatorze o średnicy 180 mm , koło pasowe na silniku elektrycznym o średnicy 224 mm.
Schematy przekładni pasowej wentylatora zwiększającej i zmniejszającej prędkość obrotową wirnika:
Rysunek 7.24. Montaż wentylatora osiowego TsAGI typu U.
Ryż. 7.23. Dachowy wentylator osiowy.
1-grill bezpieczeństwa; 2- kolektor; 3- ciało; 4- silnik elektryczny; 5- wirnik; 6- dyfuzor; 7-zawór; 8-parasol.
Obecnie rozpoczęto produkcję tego wentylatora w modyfikacji dachu (ryc. 7.23). W tym przypadku koło wentylatora obraca się w płaszczyźnie poziomej, osadzone na wale silnika elektrycznego umieszczonego pionowo, zamontowanego na trzech zastrzałach w płaszczu (obudowie).
Całość instalacji umiejscowiona jest w krótkim rurociągu, wyposażonym w kratkę zabezpieczającą po stronie wlotu powietrza i parasolkę po stronie wylotu.
Urządzenia produkowane są w pięciu wielkościach wentylacyjnych nr 4, 5, 6, 8, 10 i 12. Według katalogu maksymalna prędkość obwodowa wynosi 45 m/s. Maksymalne rozwinięte ciśnienie statyczne osiąga 10-11 kg/m 2 przy sprawności statycznej 0,31.
Wentylatory osiowe TsAGI typu U (uniwersalne) mają bardziej złożoną konstrukcję. Wirnik wentylatora składa się z tulei o dużej średnicy (0,5 D), na którym zamocowanych jest 6 lub 12 wydrążonych ostrzy. Każde ostrze jest przynitowane do pręta, który z kolei wkręca się w specjalne szkło i zabezpiecza nakrętkami w tulei. Łopatki są obrotowe i można je montować pod kątem od 10 do 25° w stosunku do płaszczyzny obrotu koła (rys. 7.24). Montaż ostrzy pod wymaganym kątem odbywa się zgodnie z oznaczeniami wykonanymi na bocznej powierzchni tulei.
Możliwość zmiany kąta łopatek, czyli zmiany geometrii koła, nadaje temu wentylatorowi wszechstronność, gdyż wytwarzane przez niego ciśnienie wzrasta wraz ze wzrostem kąta łopatek.
Wentylator przystosowany jest do napędzania silnikiem elektrycznym za pomocą paska klinowego, dzięki czemu koło wentylatora osadzone jest na wale. Wał posiada dwa łożyska, których obudowy umieszczone są w oprawkach skrzynkowych. Każdy uchwyt posiada cztery odlane pręty zakończone płaskimi stopkami z otworami na śruby montażowe. Uchwyty z drążkami i stopkami tworzą dwie ramy, na których trzymane jest koło. Koło pasowe napędowe znajduje się we wsporniku na końcu wału. Obecnie produkowane są (głównie na potrzeby przemysłu tekstylnego) wentylatory z 12 łopatkami nr 12, 16 i 20. Koło tych maszyn jest bardzo trwałe i pozwala na prędkości obwodowe do 80-85 m/sek..
Biorąc pod uwagę, że ciśnienie wytwarzane przez wentylator typu Y zależy od kąta ustawienia łopatek, typowy wentylator należy budować dla każdego kąta osobno. Dlatego dla wentylatorów typu U podawana jest specjalna uniwersalna charakterystyka, obejmująca obszary pracy wentylatora w różnych warunkach.
Wydajność trzech wielkości wentylatorów waha się od 1-6000 do 100 000 m 3 /h. Wytworzone ciśnienia wahają się od 11 kg/m 2(przy ostrzach zamontowanych pod kątem 10°) do 35-40 kg/m 2(przy montażu ostrzy pod kątem.
Silnik elektryczny napędzający koło wentylatora zwykle znajduje się na podłodze przy ścianie pomieszczenia, w otworze, w którym montowany jest wentylator.
Maksymalna wydajność wentylatora (przy kącie łopatek 20°) sięga 0,62. Przy coraz mniejszych kątach montażu sprawność nieznacznie maleje (do 0,5 przy 10° i do 0,58 przy 25°).
Aerodynamiczna konstrukcja wentylatora oznacza zespół podstawowych elementów konstrukcyjnych ułożonych w określonej kolejności i charakteryzujących część przepływową maszyny, przez którą przepływa powietrze. Wentylator VOD11P realizuje konstrukcję aerodynamiczną pokazaną na rys. 7.25 (RK1 + NA + RK2 + SA), tj. powietrze zasysane jest do wentylatora z kanału 5 przez kolektor 6 pod działaniem sił aerodynamicznych powstających w wyniku obrotu łopatek 8 wirnika RK 1.
Rys.7.25 Konstrukcja aerodynamiczna wentylatora VOD11P
Opuszczając koło, wirujący strumień powietrza uderza w łopatki 9 łopatki kierującej HA1, która je obraca i kieruje w stronę łopatek 10 wirnika drugiego stopnia RK2. Jednocześnie w NA przed wejściem do RK2 w kierunku przeciwnym do obrotu wirnika przeprowadza się lekkie skręcenie przepływu, co pomaga zwiększyć przyczepność na drugim kole. Za RK2 strumień wchodzi do urządzenia prostującego SA. Za pomocą łopatek 11 SA wiruje strumień i kieruje go do dyfuzora wykonanego w postaci rozszerzającego się stożka 14 i płaszcza 13. W dyfuzorze wzdłuż strumienia zwiększa się otwarta powierzchnia przekroju poprzecznego, dlatego , ciśnienie prędkości maleje, a ciśnienie rośnie. Jednocześnie wzrasta również ciśnienie statyczne.
Wirniki RK1 i RK2 są sztywno osadzone na wale 4, osadzone w łożyskach 3 i 12 i przyjmują obrót od silnika 1 poprzez sprzęgło 2. Osłona 7 służy do wyrównywania przepływu powietrza zasysanego do wentylatora.
Na ryc. 7.26. W przekroju przedstawiono wentylator VOD11P, który przeznaczony jest do wentylacji wyrobisk górniczych na terenach górniczych i poszczególnych komorach, a także znajduje zastosowanie przy głębieniu szybów kopalnianych, w instalacjach ciepłowniczych, w dużych przedsiębiorstwach itp.
Wentylator składa się z wirnika - wału 2 i dwóch wirników 4 i 10, sztywno połączonych z wałem za pomocą wpustów 3 i pierścieni zabezpieczających. Wirniki pierwszego stopnia RK1 i drugiego stopnia RK2 mają identyczną konstrukcję, składającą się z 4 tulei, na których osadzonych jest 12 łopatek wykonanych z materiału polimerowego. Pióra 8 i 11 montowane są w specjalnych gniazdach, zabezpieczanych za pomocą pierścieni dystansowych 6 i dociskanych sprężynami 5 do piasty koła. To mocowanie łopatek umożliwia ich ręczne obracanie poprzez specjalne okienka w obudowie, gdy wentylator jest zatrzymany w zakresie kątów montażowych 15 - 45 0 w celu regulacji przepływu i ciśnienia. Obudowa wentylatora składa się z dwóch odłączalnych części, górnej 7 i dolnej 15, wykonanych ze staliwa w formie dzielonego cylindra.
Wentylatory to urządzenia zaprojektowane w celu wytworzenia przepływu powietrza (ogólnie gazu). Głównym zadaniem, jakie stawiane jest przy zastosowaniu tych urządzeń w urządzeniach wentylacji, klimatyzacji i uzdatniania powietrza, jest stworzenie w systemie kanałów wentylacyjnych warunków dla przemieszczania się mas powietrza od punktów poboru do punktów emisji lub odbiorców.
Aby urządzenia działały sprawnie, przepływ powietrza wytwarzany przez wentylator musi pokonywać opory układu kanałów powietrznych spowodowane zwojami przewodów, zmianami ich przekroju, pojawieniem się turbulencji i innymi czynnikami.
W rezultacie następuje spadek ciśnienia, który jest jednym z najważniejszych charakterystycznych wskaźników wpływających na wybór wentylatora (oprócz niego główną rolę odgrywają wydajność, moc, poziom hałasu itp.). Charakterystyki te zależą przede wszystkim od konstrukcji urządzeń i stosowanych zasad działania.
Wszystkie liczne projekty wentylatorów są podzielone na kilka głównych typów:
- Promieniowy (odśrodkowy);
- Osiowy (osiowy);
- Średnicowy (styczny);
- Przekątna;
- Kompaktowe (chłodnice)
Wentylatory odśrodkowe (promieniowe).
W urządzeniach tego typu powietrze zasysane jest wzdłuż osi wirnika i uwalniane pod wpływem sił odśrodkowych powstających w obszarze jego łopatek w kierunku promieniowym. Zastosowanie sił odśrodkowych pozwoli na zastosowanie tego typu urządzeń w przypadkach, gdy wymagane jest wysokie ciśnienie.
Wydajność wentylatorów promieniowych zależy w dużej mierze od konstrukcji wirnika i kształtu łopatek (łopatek).
Na podstawie tej cechy wirniki wentylatorów promieniowych dzielą się na urządzenia z łopatkami:
- zakrzywione plecy;
- bezpośrednie, w tym odrzucone;
- pochylony do przodu.
Wirniki z łopatkami wygiętymi do tyłu
Taki wirnik (B na rysunku) charakteryzuje się znaczną zależnością wydajności od ciśnienia. W związku z tym wentylatory promieniowe tego typu są skuteczne przy pracy na rosnącej (lewej) gałęzi charakterystyki. Przy stosowaniu w tym trybie osiągany jest poziom wydajności do 80%. Jednocześnie geometria łopatek umożliwia osiągnięcie niskiego poziomu hałasu podczas pracy.
Główną wadą takich urządzeń jest przyleganie cząstek unoszących się w powietrzu do powierzchni łopatek. Dlatego też nie zaleca się stosowania takich wentylatorów w środowiskach zanieczyszczonych.
Wirniki z prostymi łopatkami
W takich wirnikach (na rysunku kształt R) wyeliminowane jest ryzyko zanieczyszczenia powierzchni przez zanieczyszczenia zawarte w powietrzu. Urządzenia takie charakteryzują się wydajnością sięgającą 55%. Przy zastosowaniu prostych łopatek wygiętych do tyłu wydajność jest zbliżona do urządzeń z łopatkami wygiętymi do tyłu (osiągana jest wydajność do 70%).
Wirniki z łopatkami wygiętymi do przodu
W przypadku wentylatorów wykorzystujących tę konstrukcję (F na rysunku) wpływ zmian ciśnienia na przepływ powietrza jest znikomy.
W odróżnieniu od wirników z łopatkami wygiętymi do tyłu, największą sprawność tego typu wirników osiąga się pracując na prawej (zstępującej) gałęzi charakterystyki i jej poziom dochodzi do 60%. W związku z tym, przy założeniu niezmienionych parametrów, wentylator z wirnikiem typu F przewyższa urządzenia wyposażone w wirnik pod względem wymiarów wirnika i gabarytów całkowitych.
Wentylatory osiowe (osiowe).
W przypadku takich urządzeń zarówno strumienie powietrza wlotowego, jak i wylotowego kierowane są równolegle do osi obrotu wirnika wentylatora.
Główną wadą takich urządzeń jest ich niska wydajność przy zastosowaniu opcji montażu swobodnego.
Znaczący wzrost wydajności uzyskano poprzez zamknięcie wentylatora w cylindrycznej obudowie. Istnieją inne metody poprawy wydajności, takie jak umieszczenie łopatek kierujących bezpośrednio za wirnikiem. Dzięki takim zabiegom możliwe jest osiągnięcie sprawności wentylatorów osiowych na poziomie 75% bez stosowania łopatek prowadzących, a przy ich montażu nawet 85%.
Wentylatory diagonalne
Przy osiowym przepływie powietrza niemożliwe jest wytworzenie znaczącego poziomu ciśnienia równoważnego. Wzrost ciśnienia statycznego można osiągnąć poprzez zastosowanie dodatkowych sił tworzących przepływ powietrza, np. sił odśrodkowych, które działają w wentylatorach promieniowych.
Wentylatory diagonalne są swego rodzaju hybrydą urządzeń osiowych i promieniowych. W nich powietrze zasysane jest w kierunku zgodnym z osią obrotu. Dzięki konstrukcji i rozmieszczeniu łopatek wirnika uzyskuje się odchylenie przepływu powietrza o 45 stopni.
Zatem w ruchu mas powietrza pojawia się składowa prędkości promieniowej. Umożliwia to osiągnięcie wzrostu ciśnienia w wyniku działania sił odśrodkowych. Sprawność urządzeń diagonalnych może dochodzić do 80%.
Fani przepływu krzyżowego
W urządzeniach tego typu strumień powietrza zawsze kierowany jest stycznie do wirnika.
Pozwala to na osiągnięcie znacznych wydajności nawet przy małych średnicach wirnika. Dzięki tym cechom urządzenia średnicowe stały się powszechne w instalacjach kompaktowych, takich jak kurtyny powietrzne.
Sprawność wentylatorów wykorzystujących tę zasadę działania sięga 65%.
Charakterystyki aerodynamiczne wentylatora
Charakterystyka aerodynamiczna odzwierciedla zależność przepływu (wydajności) wentylatora od ciśnienia.
Znajduje się na nim punkt pracy, pokazujący aktualne natężenie przepływu przy określonym poziomie ciśnienia w układzie.
Charakterystyka sieci
Sieć kanałów powietrznych przy różnych natężeniach przepływu ma różny opór ruchu powietrza. To właśnie ten opór określa ciśnienie w układzie. Zależność ta znajduje odzwierciedlenie w charakterystyce sieci.
Konstruując charakterystyki aerodynamiczne wentylatora i charakterystyki sieci w jednym układzie współrzędnych, punkt pracy wentylatora znajduje się w ich przecięciu.
Obliczanie charakterystyk sieci
Do konstruowania charakterystyk sieci wykorzystuje się zależność
W tej formule:
- dP – ciśnienie wentylatora, Pa;
- q – przepływ powietrza, m3/h lub l/min;
- k – stały współczynnik.
- Na charakterystyce aerodynamicznej naniesiony jest pierwszy punkt odpowiadający punktowi pracy wentylatora. Na przykład działa pod ciśnieniem 250 Pa, wytwarzając przepływ powietrza o wartości 5000 metrów sześciennych na godzinę. (punkt 1 na rysunku).
- Ze wzoru wynika współczynnik kk = dP/q2. Dla rozpatrywanego przykładu jego wartość wyniesie 0,00001.
- Losowo wybieranych jest kilka odchyleń ciśnienia, dla których ponownie obliczane jest natężenie przepływu. Na przykład przy odchyleniu ciśnienia wynoszącym -100 Pa (wynikowa wartość 150 Pa) i +100 Pa (wynikowa wartość 350 Pa), przepływ powietrza obliczony według wzoru będzie. wynosić odpowiednio 3162 i 516 metrów sześciennych na godzinę.
Każda wartość rezystancji sieci kanałów ma swoją własną charakterystykę sieci. Są zbudowane w podobny sposób.
W rezultacie, przy zachowaniu prędkości obrotowej wentylatora, punkt pracy przesuwa się wzdłuż charakterystyki aerodynamicznej. Wraz ze wzrostem oporu punkt pracy przesuwa się z pozycji 1 do pozycji 2, co powoduje zmniejszenie przepływu powietrza. I odwrotnie, gdy opór maleje (przejście do punktu 3a linii C), przepływ powietrza wzrośnie.
Zatem odchylenie rzeczywistego oporu systemu kanałów powietrznych od obliczonego prowadzi do rozbieżności między przepływem powietrza a wartościami projektowymi, co może negatywnie wpłynąć na wydajność systemu jako całości. Głównym niebezpieczeństwem takiego odstępstwa jest niezdolność systemów wentylacyjnych do skutecznego wykonywania powierzonych im zadań.
Odchylenie przepływu powietrza od obliczonego można skompensować zmieniając prędkość obrotową wentylatora. W tym przypadku uzyskuje się nowy punkt pracy, leżący na przecięciu charakterystyki sieci i charakterystyki aerodynamicznej z rodziny odpowiadającej nowej prędkości obrotowej.
Odpowiednio, w miarę wzrostu lub spadku oporu konieczne będzie dostosowanie prędkości obrotowej, aby punkt pracy przesunął się odpowiednio do pozycji 4 lub 5.
W tym przypadku występuje odchylenie ciśnienia od obliczonej charakterystyki sieci (wielkość zmian pokazano na rysunku).
W praktyce pojawienie się takich odchyleń wskazuje, że tryb pracy wentylatora różni się od obliczonego ze względu na maksymalną wydajność. Te. regulacja prędkości w kierunku zwiększania lub zmniejszania prowadzi do utraty wydajności wentylatora i całego systemu.
Zależność wydajności wentylatorów od charakterystyki sieci
Aby uprościć wybór wentylatora, kilka cech sieci opiera się na jego właściwościach aerodynamicznych. Najczęściej stosuje się 10 linii, których liczby spełniają warunek
L = (dPd / dP)1/2
- L – numer charakterystyczny sieci;
- dPd – ciśnienie dynamiczne, Pa;
- dP – całkowita wartość ciśnienia.
W tym przypadku wydajność wentylatora jest określana na podstawie współczynnika
- dP – ciśnienie całkowite, Pa;
- q – przepływ powietrza, m3/h;
- P – moc, W
Pod tym względem interesujące jest porównanie wydajności wentylatorów promieniowych z łopatkami wirnika zakrzywionymi do tyłu i do przodu. W przypadku pierwszego maksymalna wartość tego wskaźnika jest często wyższa niż w przypadku drugiego. Zależność ta zostaje jednak zachowana jedynie przy pracy w obszarze charakterystyk sieci odpowiadających niższym przepływom przy danej wartości ciśnienia.
Jak widać na rysunku, przy dużych poziomach przepływu powietrza, wentylatory wygięte do tyłu będą wymagały większej średnicy wirnika, aby osiągnąć taką samą wydajność.
Straty aerodynamiczne w sieci i zasady instalowania wentylatorów
Charakterystyki techniczne wentylatorów odpowiadają parametrom podanym przez producenta w dokumentacji technicznej, jeżeli spełnione są wymagania dotyczące ich montażu.
Podstawowym założeniem jest zamontowanie wentylatora na prostym odcinku kanału powietrznego, a jego długość powinna wynosić co najmniej jedną i trzykrotność średnicy wentylatora odpowiednio po stronie ssawnej i tłocznej.
Naruszenie tej zasady prowadzi do wzrostu strat dynamicznych, a w konsekwencji do wzrostu spadku ciśnienia. Jeżeli różnica ta wzrośnie, przepływ powietrza może znacznie zmniejszyć się w porównaniu do wartości obliczonych.
Na poziom strat dynamicznych, wydajność i efektywność wpływa wiele czynników. W związku z tym podczas instalowania wentylatorów należy spełnić inne wymagania.
Strona ssąca:
- wentylator instaluje się w odległości co najmniej 0,75 średnicy od najbliższej ściany;
- przekrój kanału powietrza wlotowego nie powinien różnić się od średnicy otworu wlotowego o więcej niż +12 i -8%;
- długość kanału powietrznego po stronie zasysania powietrza musi być większa niż 1,0 średnica wentylatora;
- obecność przeszkód w przepływie powietrza (przepustnice, gałęzie itp.) jest niedopuszczalna.
- zmiana przekroju kanału powietrznego nie powinna przekraczać 15% i 7% odpowiednio w kierunku zmniejszania się i zwiększania;
- długość prostego odcinka rurociągu na wylocie musi wynosić co najmniej 3 średnice wentylatora;
- Aby zmniejszyć opór, nie zaleca się stosowania kolanek pod kątem 90 stopni (w przypadku konieczności skręcenia linki głównej należy je uzyskać z dwóch kolanek po 45 stopni każde).
Specyficzne wymagania dotyczące mocy wentylatora
Wysokie wskaźniki efektywności energetycznej są jednym z głównych wymagań, jakie są stosowane Kraje europejskie do wszystkich urządzeń, łącznie z systemami wentylacji budynków. W związku z tym Szwedzki Instytut Klimatu Wnętrz (Svenska Inneklimatinsitutet) opracował koncepcję integralnej oceny wydajności urządzeń wentylacyjnych w oparciu o tak zwaną właściwą moc wentylatora.
Wskaźnik ten rozumiany jest jako stosunek całkowitej efektywności energetycznej wszystkich wentylatorów wchodzących w skład systemu do całkowitego przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych budynku. Im niższa wartość wynikowa, tym wyższa wydajność sprzętu.
Ocena ta stanowi podstawę do rekomendacji zakupu i montażu systemów wentylacyjnych dla różnych sektorów i gałęzi przemysłu. Zatem dla budynków komunalnych zalecana wartość nie powinna przekraczać 1,5 przy montażu nowych systemów i 2,0 dla urządzeń po naprawie.
