Принцип работы центробежного вентилятора

Назначение

Военный инженер Саблуков предложил к применению устройство, ставшее незаменимым в конвекции газа – воздушной смеси в больших объёмах.

Прямоугольные – от трёхсот на сто пятьдесят миллиметров, до пятисот на тысячу пятьсот миллиметров, что даёт возможность применения в промышленности. Ниже приведен список мест, где еще используются радиальные вентиляторы.

Другие области применения:

1. Кухни, санитарные узлы, ванные комнаты.
2. Вредное производство – для быстрого удаления и очищения грязного воздуха.
3. В сельском хозяйстве: на животноводческих комплексах, птичниках, теплицах.
4. Торговых центрах, автобазах — для удаления взрывоопасных смесей.

Механизмы нагнетания и разрежения

Вентилятор являет собой механическую конструкцию, которая способна обрабатывать поток газовоздушной смеси посредством увеличения её удельной энергии для последующего перемещения. Такая архитектура агрегата предоставляет возможность создавать эффект нагнетания или разрежения рабочего газа в пространстве через увеличение или уменьшение давления соответственно (механизм преобразования энергии).

Под газовым давлением понимают бесконечный процесс хаотичного перемещения молекул газа, которые ударяясь о стенки замкнутого пространства, создают давление на них. Следовательно, чем выше скорость этих молекул, тем больше ударов и тем выше давление. Газовое давление – это одна из главных характеристик газа.

Галерея изображений
Фото из
Центробежные вентиляторы — самый простой вариант механических устройств, применяемых в обустройстве и организации систем вентиляции, различающихся по назначению, объему и типу движения воздуха

Радиальные, они же центробежные, вентиляторы позволяют реализовать разнообразные проекты приточной и вытяжной вентиляции. Используются в основном без воздуховодов

Работой центробежного вентилятора управляет двигатель, мощность которого подбирают в зависимости от объема перемещаемой воздушной массы

Центробежные вентиляторы производятся для работы и в чистом воздухе без примесей, и во взрывоопасных сложных средах

Самая простая разновидность вентиляторов

Вентиляторная установка на производственном предприятии

Двигатель центробежного вентиляторного устройства

Разновидности радиальных вентиляторных агрегатов

С иной стороны любой газ имеет еще два параметра: объём и температуру. Объём – количество пространства, которое заполнил газ. Температура газа – термодинамическая характеристика, которая связывает скорость молекул и генерируемое ими давление. На этих трёх «китах» стоит молекулярно–кинетическая теория, которая является базисом для описания всех процессов связанных с обработкой газов и газовых смесей.

Процесс нагнетания являет собой принудительное сосредоточение молекул в замкнутом пространстве сверх некой нормы. Например, общепринятое воздушное давление у поверхности земли приблизительно составляет 100 кПа (105 кило Паскалей) или 760 мм рт. ст. (миллиметров ртутного столба). С увеличением высоты над поверхностью Земли давление становится меньше, воздух становится разреженным.

Атмосферное давление – вес воздушного столба относительно площади поверхности над которой он находится. Не масса, а именно вес Р=mg. Измеряется барометром, остальные типы давления определяются манометром

Разрежение есть обратный процесс нагнетанию, во время которого молекулы покидают замкнутую систему. Объём остаётся тот же, а количество молекул уменьшается в разы, следовательно, и давление уменьшается.

Эффект нагнетания необходим для принудительного перемещения воздуха. Возможен вариант перемещения воздуха через эффект разрежения: для восстановления баланса давления во всей системе молекулы перемещаются от более сконцентрированной области молекул до менее сконцентрированной. Таким способом происходит перемещение молекул газа.

Для определения скорости потока воздуха снаружи или внутри здания часто применяют специальный инструмент – анемометр. Незаменимый прибор для проектирования систем вентиляции

Существуют самые разные компоновки вентиляционных систем, но их условно можно разделить на несколько классов по определённым параметрам.

1. По назначению. Различают вентиляторы общего и специального назначения. Вентиляторы применяются для обычного перемещения газа. Специальные вентиляторы используются для пневмотранспорта, транспортировки агрессивных и взрывоопасных газовых смесей.
2. По быстроходности. Бывают с малой, средней и высокой удельной частотой вращения колеса с лопатками.
3. По диапазону давления. Известны системы генерации низкого (до 1 кПа), среднего (1–3 кПа), высокого ( более 3 кПа) давления.

Некоторые промышленные и бытовые процессы с применением воздуходувок происходят в экстремальных условиях окружающей среды, поэтому к оборудованию выдвигаются соответствующие требования. Таким образом, можно говорить о пылевых, влагозащищенных, термостойких, коррозиестойких, искрозащитных агрегатах и устройствах для удаления дыма и обычных вентиляторах.

Конструкция

Привод вентиляторов обычно электрический. Электрические вентиляторы состоят из набора вращающихся лопаток, которые размещены в защитном корпусе, позволяющем воздуху проходить через него. Лопасти вращаются электродвигателем. Для больших промышленных вентиляторов используются трёхфазные фазные асинхронные двигатели. Меньшие вентиляторы часто приводятся в действие посредством электродвигателя переменного тока с экранированным полюсом, щёточными или бесщёточными двигателями постоянного тока. Вентиляторы с приводом от двигателей переменного тока обычно используют напряжение электросети. Вентиляторы с приводом от двигателя постоянного тока используют низкое напряжение, обычно 24 В, 12 В или 5 В. В вентиляторах охлаждения для компьютерного оборудования используют исключительно бесщёточные двигатели постоянного тока, которые производят намного меньше электромагнитных помех при работе. В машинах, которые уже имеют двигатель, вентилятор часто соединяется непосредственно с ним — это можно видеть в автомобилях, в больших системах охлаждения и веятельных машинах. Также вентиляторы насажены на валы многих электродвигателей мощностью 1 кВт и более, протягивая через обмотки двигателя охлаждающий воздух — это называется самовентиляцией электродвигателя.

Как сделать своими руками

Одна из особенностей таких улиток – различный ценовой диапазон. Минимальная цена вытяжки улитки будет составлять около 3 тысяч, но такие приборы, как правило, не сильно мощные и весьма ограничены в размерах. Средняя цена качественного агрегата будет превышать 20 тысяч рублей.

Поэтому для бытовых нужд целесообразнее изготовить самодельную улитку для вытяжки. Стандартная конструкция такого корпуса будет состоять из двух частей: в одной зоне разместится двигатель, в другой – продувные лопасти .

Корпус для улитки можно приобрести в строительных магазинах. Если вы собрались изготавливать его собственноручно – заранее приобретите мотор и прочие детали, так как размеры придется подгонять. Корпус лучше изготовить из металлов (например, алюминия и стали). Пластик будет менее стойким к механическим повреждениям, а дерево быстро загорится в случае неисправностей.

Вентилятор в такой системе будет работать на большой скорости. Поэтому неправильное конструирование вытяжки может иметь плохие последствия. Проверьте качество и надежность не только самой основы и крепительных механизмов, но и двигателя, рабочего колеса и вентилятора.

Размеры вентилятора подбираются с учетом площади и степени загрязненности помещения. Промышленные образцы имеют большие размеры.

Важно! При монтаже двигателя внутрь короба такой вытяжки проследите, чтобы конструкция включала охлаждающие отверстия. Высокая температурная нагрузка на систему может привести к взрыву

Особое внимание уделите выбору внутренних материалов. На работу вентилятора могут повлиять не только температуры, но и мощность потоков воздуха, количество мусора и пыли

При всасывании воздуха с крупными примесями могут повредиться лопасти вращательного колеса. А для того, чтобы тщательно очистить воздух, агрегат должен работать на большой скорости и под высоким давлением – это создает дополнительную нагрузку на всю внутреннюю конструкцию. Поэтому лучше выбирать детали из прочных материалов, например, стали или алюминия .

• правильно выбирайте размер и мощность двигателя : учитывайте предельную нагрузку на конструкцию, а также необходимую скорость работы вытяжки;
• монтируя такую систему вертикально, тщательно проверьте надежность крепления вентилятора и колеса : при стремительных потоках воздуха они могут соскочить или изменить свое месторасположение;
• материалы, соседствующие с такой вытяжкой, должны быть огнеупорными , как и все детали, используемые при ее сборке;
• соблюдайте пропорции между отдельными зонами вытяжки : в стандартных моделях, предлагаемых в магазинах, учтено оптимальное соотношение длины и ширины конструкции;
• если вы не уверены в том, что собранная вытяжка безопасна – обратитесь к специалистам, которые проверят ее исправность .

Обратите внимание, что вытяжки-улитки редко используются в жилых комнатах. Во-первых, они занимают много места, а во-вторых, в помещениях наподобие кухни потоки загрязненного воздуха могут иметь разную направленность, поэтому лучше всего монтировать такую вытяжку в вентиляционной шахте, где концентрируется весь воздух, поступающий из квартиры

Важную роль в жилых комнатах будет играть и дизайн таких конструкций, а он не отличается разнообразием и не всегда гармонирует с интерьером.

Совет: при размещении такой вытяжки в открытых условиях (на улице) убедитесь, что погодные условия не повлияют на ее функциональность.

Вентиляционные вытяжки-улитки можно использовать не только для очистки воздуха . В бытовых условиях они отлично справятся с отоплением помещения, а также повлияют на влажность в комнате .

Стоимость оборудования, предназначенного для бытовых и промышленных нужд, будет существенно отличаться, но, в любом случае, такие агрегаты имеют достаточную мощность для полноценной работы.

Пример конструирования вытяжки-улитки смотрите в прикрепленном видео.

Спецификация центробежного вентилятора

Компрессорные системы характеризуются целым рядом конструкционных и динамических отличий, которые необходимо учитывать при их подборе и внедрении в систему вентиляции.

К спецификации относят:

• непосредственно саму конструкцию воздуходувки;
• тип двигателя;
• блок управления;
• размещение крыльчатки и передачу вращательного движения от мотора;
• угол расположение входного и выходного патрубка;
• материал из которого выполнены детали изделия, его габариты и вес.

Специалисты также обращают внимание на соответствие изделий международным нормам: стандарты ISO/IEC и ГОСТ, маркировки IP, директивы ATEX и т. д

К динамическим особенностям относят технические параметры производительности воздуходувки: генерируемое давление и коэффициент перепада давления, скорость и максимальная температура потока, частота вращения вала и уровень звукового давления, КПД и мощность двигателя

Нагнетаемое давление – максимальное значение, которое способен создать вентилятор во время работы в номинальном режиме.

P_v = P_sv + P_dv,

Где: P_v – полное давление, P_sv – статическое давление, P_dv – динамическое давление.

Коэффициент перепада – разница между входным и генерируемым давлением (бар).

Объёмный расход воздуха – количество газовой смеси, которая перемещается за единицу времени (производительность). Обычно вычисляется в м3/ч для отечественных производителей, литр/мин – для зарубежных.

Частота вращения – количество полных оборотов крыльчатки за единицу времени. Вычисляется в шт/с или Гц. Нужно помнить, что уровень нагрузки воздушного вентилятора не должен превышать 75% от максимального.

Работая длительное время в режиме перегрузки с большой частотой вращения, вентилятор перегревается и может быстро выйти из строя. Но этот процесс можно контролировать, управляя им по своему усмотрению. Для чего используют регулятор скорости вращения вентилятора.

Звуковое давление – уровень шума от вращающихся деталей и трение воздуха металл. Измеряется на расстоянии 3 метра от источника, когда он работает в режиме максимальной нагрузки. Шум необходимо учитывать при выборе постоянно работающего вентилятора.

Большинство оборудования оснащается поглотителями шумов и фоновых звуков. Нормы для шума: не более 50 дБа для бытовых помещений и не более 75 дБа для промышленных

Одним из устройств с мизерным уровнем шума является безлопастный вентилятор.

Коэффициент полезного действия вентилятора является произведением трёх нижеуказанных коэффициентов:

• потери в потоке воздуха;
• утечки через зазоры в конструкции;
• механический КПД изделия.

Для центробежных вентиляторов общий КПД находится в пределах от 0.7 до 0.85, в осевых (канальных) – не более 0.95. Выбирая радиальный вентилятор необходимо учитывать коэффициент запаса электродвигателя 1.2. То бишь подбирать мощность электромотора на 20% больше от необходимой.

Мощность электродвигателя вентилятора определяется по формуле:

N = (Q*P)/(102*3600*КПД),

Где: Q – производительность (объёмный расход воздуха), P – генерируемое давление.

Канальные, крышные, форточные…

Виды вентиляторов различаются по месту их установки. В последнее время широкое распространение получили так называемые канальные – устанавливаемые внутри вентиляционных каналов, что в ряде случаев удобнее, поскольку позволяет сэкономить место. Например, когда система вентиляции проложена в потолочном перекрытии.

Канальный вентилятор – это классический аксиальный импеллер. Это модуль, состоящий из крыльчатки и электродвигателя, которые помещены в трубу с фланцевыми креплениями на концах. Провод электропитания выведен наружу. В зависимости от формы канала, в которые они встраиваются, такие устройства бывают круглыми, квадратными и прямоугольными.

Крышные вентиляторы устанавливаются на крышах. Они всегда вытяжные, поскольку вверху скапливается самый горячий и загрязненный аэрозолями воздух. Это промышленные установки и тип крыльчатки у них разный. При необходимости прокачки больших объемов устанавливают радиальные машины.

Что необходимо знать о сборке и монтаже вентиляторов

Как и у любого другого устройства, у радиальных приборов есть свои особенности установки. При монтаже данного устройства специалисты рекомендуют оборудовать корпус гнущейся вставкой, для снижения вибрации в момент использования прибора.

Установка вентиляционная

Для монтажа кулера, согласно с требованием к помещениям, необходимо устанавливать на поверхность плиты системы вентиляции вибро изолятор. Соединительная конструкция между воздуховодами и вентиляторами должна быть в полтора или два раза больше чем отверстие для выхода.

Любое вентиляционное оборудование требует качественного звуко изолирования. Это объясняется большой мощностью используемой техники. Поэтому внутрь патрубка, который соединяет центробежную вентиляторную установку и воздуховод устанавливают специальный глушитель, выполненный из звукоизолирующего материала, имеющего толщу свыше 2,5 сантиметров.

Для снижения шумового фона, а также во избежание чрезмерного гула, заборные патрубки необходимо размещать под углом не менее 60 градусов, а выбросные патрубки – не меньше чем 30 градусов.

Строго запрещено использование центробежных вентиляторов отдельно от системы вентилирования. Если вы планируете одновременно применять несколько устройств, то предварительно соедините их сетью.

Виды вентиляторов по месту установки

Исходя из того, где планируется установка, зависит тип вентилятора, мощность и способы монтажа. По месту и способу установки вентиляторы условно делятся на группы.

Стандартные

Стандартные модели – это обычные настольные и напольные модели. Общим признаком стандартных устройств служит крепление на опору, подставку, ножку, раму и т.д. Однако ошибочно считать, что все стандартные модели бытовые. Существует большое количество производственных вентиляторов со стандартным вариантом установки.

Различают следующие подвиды вентиляторов:

• Настольные. Небольшие размеры и портативность позволяют устанавливать модель на практически любую горизонтальную поверхность: стол, полка, тумбочка и т.д. Настольные не обладают большой мощностью, но для небольшой комнаты станут удобным и недорогим вариантом.
• Напольные. Внешне напоминают настольные модели, установленные на длинную стойку. Лопасти напольных моделей больше по размеру и защищены каркасной сеткой, которая предохраняет от случайных прикосновений. Однако в любом случае стоит быть осторожными т.к. сквозь сетку может пройти палец, что приведет к травме. Стойка устройства дает возможность регулировать высоту лопастей, а поворотный механизм позволяет рабочей части крутиться относительно стойки, создавая угол обдува до 180 градусов. Напольные менее мобильны по сравнению с настольными моделями, но более мощные и подходят для помещений средних размеров.
• Колонные – разновидность напольного типа выполненные в виде колонны. В большинстве колонных моделей используется диаметральный тип вентиляторов, что обеспечивает равномерную подачу и распределение воздуха.
• Настенные – монтируются на стену в местах, имеющих отверстие выхода на улицу. Настенные работают очень тихо, но имеют невысокую мощность и предназначены по большей части для вытяжки воздуха из небольших помещений типа кухни.
• Оконные – имеют специальную раму, позволяющую крепить устройство в оконный проем или форточку.
• Потолочные. Как понятно из названия эти модель крепятся к потолку и благодаря большой крыльчатке обдувают большие помещения. Несколько десятков лет назад потолочные варианты устанавливали в магазинах и торговых центрах, но впоследствии их заменили кондиционерами. Однако на сегодняшний день потолочные устройства комбинируют с источниками освещения, например с люстрами.
• Тепловентиляторы – устройства, работающие на обдув, прохладным воздухом летом и как обогреватель зимой. Благодаря встроенным ТЭНам выдуваемый воздух нагревается и обогревает помещение. В тепловых вентиляторах предусмотрена регулировка напора воздушного потока и температурного режима.

Канальные

Канальные вентиляторы монтируются в воздуховодах и обеспечивают вентиляцией помещение, не занимая свободной площади и не нарушая общего интерьера. Конструктивно канальные модели состоят из не подверженной коррозии корпуса, электродвигателя, крыльчатки с лопастями и декоративной решетки, которая монтируется на стену и предохраняет устройство от попадания мусора. Некоторые модели канальных вытяжных вентиляторов имеют обратный клапан препятствующий забросу воздуха в помещение.

Канальные модели бывают:

• Вытяжные — отводят воздушные массы из помещения.
• Приточные – осуществляют приток воздуха.
• Реверсивные – работают на отвод или приток воздуха путем изменения направления вращения двигателя.

Канальные вентиляторы принято разделать по типу сечения воздуховода на:

• круглые;
• прямоугольные;
• квадратные.

Канальные просты в монтаже, не требуют особого ухода, способны работать длительное время без перерывов, имеют защиту от перегревов, обладают хорошей производительностью и малошумные.

Крышные

Для вентиляции большого количества помещений или больших промышленных зданий применяют вариант установки вентилятора на крыше.

Крышные модели состоят из корпуса, в котором расположен электродвигателя большей мощности, крыльчатка, электроника регулирующая работу устройства и виброизоляции. Кожух защищает рабочие элементы от атмосферных явлений.

Вентилятор может быть посажен на вал электродвигателя или иметь ременную передачу. Все модели, установленные на крышах, имеют защиту от коррозии, а для промышленных целей выпускаются взрывозащищенные и термостойкие варианты.

Конструкция и принцип действия радиального вентилятора

Устройство центробежного вентилятора определяет принцип его действия. Прибор имеет несложную конструкцию:

• корпус в виде спирали с двумя отверстиями — впускным и выпускным;
• колесо с лопастями;
• электрический двигатель;
• станина с подшипниками и валом.

Лопастное колесо состоит из ступицы и из двух дисков. Количество лопастей радиального вентилятора и их конструкционные особенности могут разниться в зависимости от вида и назначения прибора.

Загнутые назад лопатки позволяют вентилятору легко достигнуть 80% эффективности и при этом производят мало шума. Происходит это благодаря маленькой разнице в давлении. Так достигается большой КПД устройства.

К недостаткам можно отнести то, что объем обрабатываемого воздуха напрямую зависит от давления. Также не рекомендуется использовать прибор с такими лопатками для очистки воздуха с различными примесями.

Отклоненные назад прямые лопатки будут работать и в таких условиях, при этом эффективность немного снижается – до 70%.

Загнутые вперед лопатки сильно закручивают поток на выходе, из-за чего КПД устройства ниже, а эффективность – около 60%. Однако такой прибор имеет меньшие габариты и вес, поэтому во многих случаях его использование предпочтительнее.

Принцип работы радиального центробежного вентилятора очень прост. Работающий двигатель заставляет лопасти вращаться, и они засасывают воздух через входное отверстие.

Центробежная сила двигает воздушный поток по спиральному кожуху, после чего он направляется в воздуховод и выводится через выпускное отверстие.

Виды центробежных вентиляторов

Принцип функционирования и устройство вентилятора напрямую зависят от его типа. С учетом направления движения масс воздуха такие приборы могут быть вытяжными или оснащаться функцией всасывания с двух сторон. Также их разграничивают по направлению вращения, которое бывает левым или правым. Главным критерием является величина давления воздуха внутри конструкции.

Низкого давления

Низким считается давление величиной до 1000 Па, такие вентиляторы имеют сплошной спектр уровня шумности, состоящий из вихревого и приграничного шумов. Они разделяются на две категории в зависимости от скорости вращения основного колеса, которая составляет менее 30 м/с для первого и 30-50 м/с для второго классов.

Среднего давления

Приборы среднего типа создают воздушные потоки с давлением в пределах 1000-3000 Па. Их устанавливают в отопительных и вентиляционных системах, предназначенных для больших помещений разного назначения. Такие вентиляторы оснащены входными отверстиями с меньшим диаметром и количеством лопаток по сравнению с аналогами низкого давления.

Высокого давления

Такие устройства способны создавать давление воздушного потока, превышающее 3000 Па, и используются для монтажа в системах для вентилирования помещений с большой площадью, включая складские, производственные и торговые. Также они используются с целью выдачи масс воздуха в сушильные печи, во время монтажа систем пневматического перемещения грузов и для прочих нужд.

Конструктивные исполнения

Вентилятор центробежный стандартный вытяжной бывает напольным либо настольным в зависимости от конструкции. Варианты первого типа предназначены для больших помещений, их чаще используют на производстве. Настольные модели более компактные и простые в обслуживании, помимо этого они не доставляют проблем в процессе установки. Устройства для вентилирования различаются и по направлению движения стационарных колес, правосторонние вращаются по часовой стрелке, левосторонние в противоположную сторону. Колеса могут закрепляться различными способами и запускаться с помощью электрического двигателя или клиноременной передачи.

Виды

Как и любые бытовые приборы, вентиляторы классифицируются в зависимости от конструктивных особенностей и типа рабочего органа.

Осевые

Наиболее популярные варианты устройства для охлаждения воздуха. В основе действия прибора – перемещение воздушных потоков вдоль своей оси. Из всех современных моделей это самое простое устройство. Благодаря простоте исполнения, невысокой цене и хорошим техническим параметрам осевые вентиляторы набрали широкую известность среди покупателей. Используются не только в бытовых целях, но и в промышленном сегменте. Выпускаются модели с небольшой и максимальной мощностью, обеспечивающий большой напор воздушных масс.

Центробежные

Такие модели вентиляторов работают благодаря образованию центробежной силы. Принцип работы таков: воздух поступает в ротор, откуда в результате центробежной силы он приобретает определенную скорость. Чаще всего подобные устройства для вентиляции используются в промышленном сегменте, но выпускаются и малогабаритные мощные модели для бытовых нужд. Основным преимуществом подобных устройств следует считать их большую нагрузку по расходу воздушных масс. Минусом центробежных вентиляторов является сложность конструкции.

Диагональные

Подобные устройства считаются вторыми по популярности вентиляторами для охлаждения воздуха. Предназначены для установки в приточно-вытяжных вентиляционных контурах. Принцип работы включает в себя два предыдущих принципа описанных вентиляторов.

Безлопастные

Эти аппараты для вентиляции с турбиной начали выпускаться совсем недавно. Основной их особенностью является наличие ускорителя воздуха, который способен ускорить движение потока до 20 раз. Работает по принципу аэродинамического эффекта, то есть рамка вентилятора увеличивает количество воздуха, поступающего от турбины благодаря захватыванию дополнительных молекул воздуха извне. К отрицательным характеристикам безлопастных моделей относят дороговизну и образование шума во время работы. Однако положительные особенности устройств полностью оправдывают недостатки: минимальное потребление электрической энергии, современный модный дизайн, равномерная подача воздуха, регулирование режимов через пульт управления и простота эксплуатации.