4.7. Вентиляторы

Машины, перекачивающие воздух и газы, по степени повышения давления можно разделить на три группы: вентиляторы — степень повышения давления 1,0...1,1; воздуходувки — степень повышения давления 1,1...1,4; компрессоры — степень повышения давления больше 4. Степень повышения давления есть отношение давления на выходе к давлению на входе в машину.

Вентиляторами называют центробежные машины для нагнетания или отсасывания воздуха или газов при небольшом давлении. Так как давление газа при прохождении через вентилятор изменяется мало, принято считать, что газ практически не сжимается, а плотность его не изменяется. Поэтому теоретические основы расчёта вентиляторов и насосов одинаковы, но сами устройства различаются конструктивно из-за неодинаковой плотности жидкости и газа.

В зависимости от направления движения потока воздуха различают вентиляторы радиальные (центробежные), осевые и диаметральные.

Радиальные вентиляторы. На предприятиях пищевой промышленности наиболее распространены радиальные вентиляторы, которые развивают более высокое давление при достаточных расходах и могут работать как на чистом воздухе, так и на запылённом.

Номер радиального вентилятора соответствует его размерам. Так, например, вентилятор № 2 имеет диаметр рабочего колеса, равный 200 мм, а № 40 — 4000 мм. Серийно выпускают вентиляторы различных номеров — от № 2 до 50. Кроме того, радиальные вентиляторы по величине развиваемого давления делят на три группы: низкого давления — до 1 кПа; среднего — от 1 до 3 кПа; высокого — от 3 до 15 кПа.

В радиальных вентиляторах поток воздуха под действием цент­робежных сил движется от центра рабочего колеса к его периферии. В спиральном корпусе 1 вентилятора (рис. 4.12) вращается рабочее колесо 2, закреплённое на валу 5 с подшипниками. Рабочее колесо радиального вентилятора состоит из несущего диска 4, лопастей 6 и кольца 7. Лопасти радиальных вентиляторов бывают трёх типов: радиальные, загнутые вперед и загнутые назад, как у центробежного насоса. Вентиляторы с лопастями, загнутыми вперед, развивают наибольшее давление, плоские радиальные лопасти наиболее просты в изготовлении, а загнутые назад лопасти имеют наименьшее гидравлическое сопротивление, что обеспечивает этим вентиляторам большой КПД.

Работает радиальный вентилятор подобно центробежному насосу. При вращении рабочего колеса под действием центробежной силы воздух сбрасывается с лопастей в спиральную камеру, образованную корпусом, и перемещается по ней в сторону увеличения живого сечения к выходу. В центральной части вращающегося колеса образуется область пониженного давления, куда засасывается воздух через входной патрубок 5.

Подача воздуха и давление, развиваемое вентилятором, как у центробежного насоса, зависят от частоты вращения рабочего колеса и его размеров. Потребляемая мощность (Вт) вентилятора

,

где:

подача, м³/с; полное давление, Па; КПД, учитывающий все потери. Для современных вентиляторов 0,5...0,85.

Выбирают вентиляторы, как и насосы, по характеристикам в зависимости от необходимых производительности и давления.

Осевые вентиляторы. В осевых вентиляторах поток за счет давления, создаваемого вращающимися лопастями, движется вдоль оси рабочего колеса. Простейшим примером устройства этого типа может служить бытовой пропеллерный вентилятор с двумя лопастями или с большим числом лопастей.

Промышленные осевые вентиляторы применяют в тех случаях, когда требуемое давление относительно невелико, а объёмы перемещаемого воздуха или газа значительны.

На рис. 4.13 представлена схема одного из промышленных осе­вых вентиляторов. В цилиндрическом корпусе 1 вращается ротор 2 с тремя лопастями. Ротор закреплен на валу электродвигателя 3. Сам двигатель неподвижно закреплен с помощью несущих лап 5 по центру цилиндрического корпуса. Задняя часть электродвигателя снабжена обтекателем, уменьшающим потери напора при движении воздуха.

Подача промышленных осевых вентиляторов изменяется в широких пределах. Давление, создаваемое осевыми вентиляторами, обычно составляет 50... 1000 Па. У осевых вентиляторов КПД выше, чем у радиальных, так как внутренние потери напора в них меньше.

Диаметральные вентиляторы. В диаметральных вентиляторах поток движется как бы сквозь вращающееся в корпусе 1 (рис. 4.14) рабочее колесо 2, дважды проходя сквозь лопасти. В отличие от центробежного вентилятора лопасти 3 рабочего колеса 2 загнуты вперед, т. е. в направлении движения колеса. При вращении колеса образуется несимметричное вихревое поле, вращающееся вместе с колесом. Разрежение возникает у открытой нижней части наружной вращающейся цилиндрической решётки колеса, образованной лопастями. Поэтому воздух или газ засасывается в колесо и далее под действием центробежной силы выбрасывается в напорный патрубок 4. Для повышения КПД диаметрального вентилятора внутри вращающегося рабочего колеса, а также на входе и выходе в корпусе устанавливают направляющие лопасти.

В сравнении с радиальными и осевыми вентиляторами диаметральный вентилятор обладает меньшим КПД и более высоким уровнем шума при высокой частоте вращения. К преимуществам этого устройства следует отнести больший расход воздуха и газа при меньших диаметрах рабочего колеса и большие давления при меньших окружных скоростях колеса, поскольку поток дважды проходит через лопасти, получая кинетическую энергию. Особенность диаметральных вентиляторов заключается в том, что в них поток поворачивает на 90°, как в колене трубопровода. Поэтому их очень удобно монтировать в местах поворотов воздуховодов прямоугольного сечения.

Отметим, что диаметральные вентиляторы появились сравнительно недавно, а область их применения постоянно расширяется.