7.2. Вентиляторы и их характеристики

В механической системе вентиляции источником перемещения воздуха является вентилятор. В е н т и л я т о р – это гидравлическая машина с рабочим органом в виде лопаточного колеса, создающая избыточное давление воздуха или других газов до 15 кПа. Вентиляторы предназначены для перемещения воздуха при проветривании помещений, для транспортировки аэросмесей и т.д. По принципу действия вентиляторы делятся на осевые, радиальные и диаметральные.

Простейший осевой вентилятор изображен на рис. 7.5. Он состоит из рабочего колеса 2, закрепленного на втулке и насаженного на вал 3 электродвигателя 4; кожуха 1, назначение которого – создать направление потоку воздуха. Осевые вентиляторы просты по устройству, компактны, способны перемещать большие объемы воздуха. К недостаткам осевых вентиляторов относят невысокое избыточное давление воздуха (ниже 200 Па) и значительная шумность работы.

На рис. 7.6 приведена схема радиального вентилятора со спиральным кожухом. Воздух через всасывающий коллектор 1 поступает к вращающемуся рабочему колесу 2. Лопатками 4 воздух захватывается, закручивается в направлении вращения колеса и отбрасывается в спиральный кожух 3. Кинетическая энергия потока воздуха из кожуха определяет напор вентилятора. Рабочее колесо насаживается либо на вал электродвигателя, либо на отдельный вал со шкивом, установленный в подшипниках, закрепленных на станине или на кожухе.

Радиальные (центробежные) вентиляторы различают по направлению вращения колеса. Если смотреть со стороны, противоположной входному

отвер­стию, то вентилятор, в котором рабочее колесо вращается по ча-

совой стрелке, называется вентилятором правого вращения, а против ча-

совой стрелки – левого вращения.

Колесо вентилятора должно вращаться всегда по ходу разворота спирального (улиткообразного) кожуха, так как при обратном враще­нии колеса подача вентилятора резко (примерно на 70 – 80%) уменьшается.

Вентилятору присваивается номер, соответствующий наружному диаметру ко­леса в (дециметрах). Так, например, вентилятор № 5 имеет наружный диаметр рабочего колеса 5 дм (500 мм), № 3 – 3 дм (300 мм) и т.д.

В настоящее время центробежные вентиляторы выпускаются промыш­ленностью сериями с колесами от 200 (№ 2) до 1000 мм (№ 10) через каждые 100 мм и от 1000 до 2000 мм (№ 20) через 200 мм.

Радиальные вентиляторы одной и той же серии и номера изготов­ляют с кожухами, имеющими различное направление выхода воздуха по отношению к линии горизонта,

По создаваемому давлению центробежные вентиляторы делятся на группы: низкого давления – до 1000 Па; среднего давления – до 3000 Па; высокого давления – до 12 000 Па. В системах вентиляции более широкое применение находят вентиляторы низкого давления. Радиальные вентиляторы высокого давления используют для пневматического транспорта и других производственных целей. Конструктивное выполнение радиальных вентиляторов показано на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Конструктивное выполнение радиальных вентиляторов:

а – консольное крепление колеса на одном валу с двигателем; б – двухопорное крепление колеса (соединение с двигателем через муфту); в – консольное крепление колеса (соединение с двигателем через муфту); г – двухопорное крепление колеса (соединение с двигателем клиноременной передачей); д – двух-опорное крепление колеса двустороннего всасывания (соединение с двигателем через муфту); е – консольное крепление колеса (соединение с двигателем клиноременной передачей); ж – двухопорное крепление колеса двустороннего всасывания (соединение с двигателем клиноременной передачей).

Схема диаметрального вентилятора представлена на рис 7.8. Рабочее колесо 1 выполнено из двух дисков, соединенных криволинейными лопатками 2 с малой хордой. Вал рабочего колеса устанавливается в подшипниках, закрепленных в корпусе 3. В выходном патрубке 4 установлены направляющие плоскости 5, устраняющие закрутку воздуха. При вращении колеса воздух захватывается лопат­ками из входного патрубка 3 и движется в межлопаточных каналах в центростремительном направлении. Пройдя внутреннее пространство решетки, воздух вновь захватывается лопатками колеса, проходит их межлопаточные каналы в центробежном направлении и далее поступа­ет в выходной канал 4. Воздух движется в плоскостях, перпендикуляр­ных оси вращения колеса, вследствие чего вентиляторами создается плоскопараллельный поток. Поэтому данные вентиляторы можно изго­товлять большой ширины при сравнительно небольшом диаметре. Ло­патки диаметральных вентиляторов выполняют из листового металла и, как правило, в сечении они представляют собой дугу окружности. Поэто­му взаимосвязь между параметрами колеса описывается теми же уравне­ниями, что и у радиальных вентиляторов. Число лопаток в колесе со­ставляет от 12 до 64. В вентиляторах без направляющего аппарата внутри колеса его выполняют в виде двух плоских дисков, к которым приклепывают или приваривают лопатки.

Диаметральные вентиляторы нашли широкое применение в отопительно –вентиляционных системах транспортных средств, в малогабаритных установках кондиционирования воздуха, в зерноочистительных машинах.

Аэродинамические характеристики диаметральных вентиляторов позволяют использовать их в различных схемах соединения. Так для увеличения напора воздуха можно использовать последовательную схему, представленную на

рис. 7.9 ( а); для увеличение подачи – схему на рис. 7.9 (б ).

Вентиляторную установку при последовательном прохождении воздуха через поточную часть вентиляторов, соединенных патрубком применяют в том случае, когда необходимо подавал воздух в сеть (или отсасывать от сети), имеющей большой коэффициент сопротивления.

Установку при параллельном движении воздуха через проточную часть вентиляторов целесообразно применять в системах требующих подачи (или отсоса) большого количества воздуха в единицу времени. Подача воздуха данной установкой регулируется поворотом А-образной вставки 2, являющейся составной частью корпуса.

Рис. 7.9. Схемы соединения диаметральных вентиляторов:

а – последовательное соединение, здесь 1 – рабочее колесо; 2 – соединяющий кожух;

3 – выходные патрубки; 4 – корпус.

б – параллельное соединение, здесь 1 – рабочие колеса; 2 – вставка; 3 – входной

патрубок; 4 – выходной патрубок

Схемы конструктивных компоновок и способы соединения диаметральных вентиляторов с электродвигателями в основном такие же, кaк и у радиальных вентиляторов общего назначения.

Работа всех типов вентиляторов характеризуется следующими параметрами:

– подача вентилятора, м³ /ч (м³ /с);

р_в –давление воздуха, создаваемого вентилятором, Па;

с – скорость воздуха на выходе из вентилятора, м/с;

n – частота вращения рабочего колеса, 1/с;

N_d – потребляемая мощность, Вт;

_в – коэффициент полезного действия, %.

Эти технические данные определяют в процессе испытаний каждой модели изготовленного вентилятора

При проектировании вентилятора необходимо иметь математическую модель преобразования механической энергии на валу рабочего колеса в кинетическую энергию газа на выходе из вентилятора. Такая задача рассматривается в ряде специальных курсов. При выявлении условий, необходимых для получения того или иного параметра вентилятора, часто используют выражения, описывающие кинематику газа в межлопаточном канале при определенных допущениях. Так для оценки величины давления используется уравнение Эйлера.

Уравнение Эйлера для схемы движения воздуха в рабочем колесе радиального вентилятора, приведенной на рис. 7.10 имеет вид:

p_т =(u₂ c_2u – u₁ c_1u ) , (7.1)

где p_т - теоретическое давление, создаваемое вентилятором;

u₁, u₂ – окружные скорости на диаметрах колеса D₁ и D₂;

с_1u , с_2u –проекции абсолютных скоростей на окружные.

Рис. 7.10. Кинематика газа в рабочем колесе радиального вентилятора:

с – абсолютная скорость, это скорость движения потока относительно неподвижного корпуса вентилятора; u – окружная скорость кромок лопатки; w – относительная скорость, это скорость движения потока относительно вращающейся лопатки

Абсолютная скорость в любом сечении межлопаточного канала определяется из уравнения объемного расхода

Окружная скорость будет зависеть от диаметра сечения и частоты вращения лопатки, т.е

Относительная скорость находится путем геометрического построения при выбранном угле ₁. С некоторыми допущениями принимают по абсолютной величине w₂ = w₁.

Следовательно, уравнение (7.1) устанавливает, что давление зависит от частоты вращения рабочего колеса, его геометрических размеров, угла наклона

лопаток и от подачи газа вентилятором.

Результаты серийных испытаний по установлению зависимостей между параметрами вентилятора обрабатываются в виде таблиц или номограмм, называемых характеристиками. В табл.7.2 и на рис. 7.11 приведены характеристики двух типов вентиляторов.

Таблица 7.2 – Характеристики осевых вентиляторов типа В - 0,6 - 300

№ вентилятора	м3/ч		рв , Па	n, 1/мин		%		Nt, кВт
4	3000	60			1410		65	0,12
5	5500	95			1410		67	0,37
8	14000 21000	95 215			930 1400		78 78	0,75 3
10	28000	160			950		78	2,2