Центробежный вентилятор: специфика устройства и принцип работы прибора

6 Набор функций

Все вентилирующие приборы могут обладать различными функциями, обеспечивающими более продуктивную и комфортную работу. В числе наиболее востребованных функций находятся:

1. 1. Поддержка увлажнения воздуха. Такой режим эффективно охлаждает внутреннее пространство комнаты, не вызывая сильного осушения воздуха. Модели, имеющие такую функцию, стоят гораздо дороже остальных, но они полезны для человеческого здоровья.
2. 2. Поддержка ионизации. Такие вентиляторы полезны для детей и пожилых людей. Более того, они особенно востребованы для людей, которые проводят много времени за рабочим компьютером. Также ионизирующие приборы необходимы во время прогрессирования сезонных инфекций, аллергических реакций и других угроз для здоровья.
3. 3. Наличие поворотной системы, обеспечивающей быстрое изменение воздушного потока для более продуктивной работы.
4. 4. Таймер. С помощью этого элемента можно запрограммировать автоматический запуск и отключение прибора.
5. 5. Гидростат. Устройство мониторит текущие показатели влажности и автоматически включает вентилятор при достижении определенного уровня. Такая функция востребована для помещений с повышенными показателями сырости.
6. 6. Датчик передвижения. Элемент реагирует на появление в здании человека и моментально запускает вентилятор, а затем отключает через определенный промежуток времени.
7. 7. Функция проветривания. Поддержка постоянного проветривания позволяет вентилятору работать в среднем скоростном режиме с комфортным воздухообменом. При повышении влажности система автоматически включает максимальный режим.
8. 8. Защита от брызг. Такой параметр присутствует у более элитных моделей вентилирующих устройств, которые предназначаются для условий с повышенной влажностью. Поддержка брызгозащиты указана на корпусе прибора маркировкой IP *4.
9. 9. Обратный клапан. Функция полезна для больших помещений с несколькими комнатами и одной системой вентиляции. С помощью клапанов можно переключаться между приборами, перекрывая доступ к отдельным комнатам или, наоборот, открывая его.

Общие данные о центробежных (радиальных) вентиляторах

Вентиляторы улитки имеют двойственное обозначение (маркировку): ВР и ВЦ, то есть, радиальный и центробежный. Первое говорит о том, что лопатки рабочего органа оборудования расположены радиально относительно своего ротора. Второе – это обозначение физического принципа работы прибора, то есть, процесс забора и перемещения воздушных масс происходит за счет центробежной силы.

Именно центробежные вентиляторы в системах вентиляции показали себя с положительной стороны за счет высокой эффективности отвода воздуха.

Принцип действия

Как уже было сказано, вентиляторы этой модификации работают на основе действия центробежной силы.

1. Лопатки, закрепленные на роторе устройства, вращаются с большой скоростью, создавая завихрения внутри корпуса.
2. Давление на входе падает, что становится причиной всасывания близ расположенного воздуха, который устремляется внутрь.
3. Под действием лопаток он отбрасывается к периферии пространства, где создается высокое давление.
4. Под его действием воздушный поток устремляется к выходному патрубку.

Так работают все центробежные модели, которые устанавливаются не только в системах вентиляции, но и дымоудаления. О последних надо сказать, что изготавливают их корпус из алюминиевого сплава или стали, покрытой жаростойкими материалами, а комплектуют взрывозащищенным электродвигателем.

Особенности конструкции

Как уже было сказано, основная особенность конструкции – улитка. Необходимо обозначить и форму лопаток. В вентиляторах этой марки применяют три их разновидности:

• с прямым наклоном,
• с наклоном назад,
• в виде крыла.

Первая позиция – это небольшие вентиляторы с большой мощностью и производительностью. То есть, они могут создавать условия, при которых другие модели требуют наличия большого корпуса. При этом они работают с низким уровнем шума. Вторая позиция – это экономный вариант, который потребляет на 20% электроэнергии меньше, чем другие позиции. Такие вентиляторы легко переносят нагрузки.

Что касается исполнения, которое относится к электродвигателю, то здесь также три позиции:

• ротор закреплен напрямую с валом двигателя через муфту и подшипники;
• через ременную передачу с помощью шкивов;
• крыльчатка насажена на вал электродвигателя.

И еще одна особенность – это места соединения вентилятора с воздуховодами вентиляционной системы. Входной патрубок имеет прямоугольную форму отверстия, выходной круглую.

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

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.

Виды радиальных вентиляторов

В целом все виды вентиляторов можно разделить в зависимости от:

1. направления движения воздуха — бывают вытяжные (односторонние) и двустороннего всасывания;
2. показателя воздушного давления;
3. направления вращения (бывают правосторонние и левосторонние).

вентиляторы рассчитаны на то, чтобы вытягивать воздух из помещения. Прибор активно выводит загрязненный и отработанный воздух.

Вентиляторы низкого давления (до 1 кПа) используются для работы с невзрывоопасными газами и воздушными потоками умеренной запыленности при температуре до +80 °C.

Чаще всего они применяются на промышленных предприятиях, но возможно и использование в обычных жилых домах.

Преимущества:

• надежность, прочность и безопасность;
• простота монтажа;
• способность выдерживать большие нагрузки;
• хорошее соотношение цены и качества;
• большая функциональность;
• длительный срок эксплуатации.

Приборы среднего давления (1 кПа-3 кПа) используются для работы с умеренными объемами воздуха при высоком сопротивлении. Они подходят для систем вентиляции разных типов помещений.

Обычный вентилятор работает в температурных условиях до +80 °C, а термостойкий может выдержать до +200 °C

Важно, чтобы воздух в помещении не был сильно загрязнен

Концентрация примесей не должна превышать 100 мг/м3. Также нельзя допускать попадания в прибор взрывоопасных примесей и волокнистых и липких частиц.

Преимущества:

• широкая сфера применения;
• сбалансированность конструкции;
• безопасность и надежность;
• качественные технические характеристики.

Приборы высокого давления (3 кПа-12 кПа) используются также при температуре не выше +80 °C и с малозагрязненным воздухом. Устанавливают их в системах вентиляции и кондиционирования воздуха технических помещений.

Преимущества:

• бесперебойность работы;
• прочность и надежность;
• простота конструкции.

Кроме этого, бывают радиальные вентиляторы с дополнительными функциями:

• канальные;
• пылевые;
• взрывозащищенные.

Канальное устройство используют в вентиляционных системах, предназначенных для разных типов помещений.

Прибор имеет одно рабочее колесо и оборудован широким входным каналом. Устройство имеет прямоточную конструкцию и комплектуется двигателями, рассчитанными на однофазную (220 В) и на трехфазную (380 В) систему  электроснабжения, в зависимости от мощности прибора. Канальный радиальный вентилятор может иметь встроенную шумо- и теплоизоляционную систему.

Пылевые центробежные вентиляторы отличаются износостойкостью и хорошо подходят для вентиляции крупных промышленных помещений.

Благодаря особым техническим характеристикам прибор можно использовать для вывода из помещений воздуха, содержащего абразивные частицы.

Вытяжные вентиляторы, вне зависимости от направления вращения, используются для отведения воздушных масс, в которых могут содержаться примеси в виде металлической пыли, древесных опилок и других подобных мелких частиц.

Использовать прибор рекомендуется на сварочных и деревообрабатывающих производствах.

Взрывозащищенные приборы часто использую на промышленных предприятиях и на опасных объектах.

Устройства устанавливаются в зданиях и помещениях, в которых могут образовываться и накапливаться газы, способные к возгоранию или взрыву, в количестве, превышающем норму.

Таким образом, предназначение их заключается в выводе воздуха и газов различной горючести, что возможно благодаря высокому рабочему давлению и особенностям конструкции.

Приборы изготавливают из материалов, которые не нагреваются до опасных температур и не способствуют появлению искр. Часто для изготовления деталей используются алюминиевые сплавы.

Некоторые особенности

Хотелось бы обратить внимание, что принцип действия центробежного вентилятора построен таким образом, что он качает постоянный объем воздуха, а не массу, что позволяет фиксировать скорость расхода воздуха. Кроме того, такие модели намного экономичней, чем осевые аналоги, а конструкцию при этом имеют проще

Схема элементов центробежного вентилятора: 1 – ступица, 2 – основной диск, 3 – рабочие лопатки, 4 – передний диск, 5 – лопастная решетка, 6 – корпус, 7 – шкив, 8 – подшипники, 9 – станина, 10, 11 – фланцы.

Автопромышленность использует данные вентиляторы, чтобы охлаждать двигатели внутреннего сгорания, которые отдают «в пользование» свою энергию такому аппарату. Также это вентиляционное устройство применяется для перемещения газовых смесей и материалов в вентиляционных системах.

Могут использоваться как одно из составляющих систем отопления или охлаждения. Такая техника применима и с целью очистки и фильтрации промышленных систем.

Для обеспечения нужного уровня давления и расхода используется обычно целая серия вентиляторов. Конечно, центробежные модели имеют более высокую мощность, но при этом остаются экономичными (всего лишь 12% затрат от электричества).

Устройство центробежного вентилятора состоит из крыльчатки, которая оснащена несколькими шеренгами лопастей (ребер). В центре расположен вал, который проходит через весь корпус. Воздушные массы попадают с края, где находятся лопасти, далее за счет конструкции происходит их поворот на 90 градусов, а затем благодаря центробежной силе они разгоняются еще больше.

Лучшие радиальные канальные вентиляторы

Радиальные вентиляторы используются в основном в больших промышленных помещениях. Их КПД существенно отличается от устройств, описанных выше. Команда ВыборЭксперта изучила предложения производителей в этом сегменте и выбрала 3 мощные и надежные модели среди центробежных устройств.

Dospel WK 315

Экономичный полупрофессиональный канальный вентилятор для вытяжки, который рекомендован для использования в кафе, барах, ресторанах, складских или производственных помещениях. Он увеличивает давление в воздуховоде и подходит для каналов круглого сечения диаметром 31,5 см. Однофазный электродвигатель потребляет минимум электроэнергии, оснащен внешним ротором и разработан для длительной работы без перерыва.

Уровень защиты IP 44 позволяет использовать прибор не только внутри, но и на улице. Устройство выдерживает резкие перепады температуры. Загнутые назад лопасти хорошо отбалансированы. Это значительно увеличивает срок службы прибора. Регулярного технического обслуживания модель не требует. Корпус сделан из оцинкованной стали, которая не подвержена коррозии.

Достоинства

• Высокая производительность — 2200 м3/ч;
• Небольшой вес;
• Монтируется в любом положении;
• Продается во многих магазинах и интернете.

Недостатки

• Высокая цена — от 13 000 рублей;
• Работает шумно.

Мощность Dospel WK 315 настраивается с помощью регулятора оборотов RP 300 и RN 300. Однако их нужно докупать отдельно от вентилятора.

Zilon ZFO 200

Самый малошумный центробежный вентилятор для воздуховодов диаметром 20 см из представленных в рейтинге моделей. Корпус из композитного полимера имеет малую отражающую способность. К тому же материал не разрушается при использовании в агрессивной среде. Это делает прибор тише и долговечнее пластиковых вариантов. Встроенные термоконтакты с автоматическим перезапуском защищают двигатель от перегрева. Скорость вентиляторов регулируется плавно, без скачков мощности. ZFO 200 ставится прямо в воздуховоды круглого сечения. Монтировать прибор можно в любом положении, это не влияет на качество работы.

Достоинства

• Электродвигатель с балансировкой в 2-х плоскостях;
• Класс электроизоляции II;
• Не подвержен коррозии;
• Диапазон рабочих температур от -30 до +60 градусов.

Недостатки

Не везде продается.

Ванвент ВКВ-315Е

Модель входит в лучшие канальные вентиляторы для круглых воздуховодов с встроенным управлением. С помощью ЕС-контроллера можно дистанционно управлять прибором на основании сигналов таймера, датчиков температуры, влажности или других внешних устройств. Даже при длительной работе без перерыва прибор практически не нагревается, не нуждается в дополнительном охлаждении.

Контроль работы устройства полностью автоматизирован. В конструкции есть защита от перегрева, блокировки ротора, перекоса фаз или других сбоев. Эти опции увеличивают срок службы Ванвент ВКВ-315Е. Двигатель находится внутри рабочего колеса, благодаря чему невозможно повредить его снаружи. Такая конструкция обеспечивает низкий уровень шума – не выше 67 дБ. Корпус сделан из высококачественной оцинкованной стали, которая не боится влаги и не подвержена коррозии.

Достоинства

• Экономит электроэнергию;
• Не требует частого обслуживания;
• Компактный размер;
• Надежный двигатель.

Недостатки

Дорого.

Модель рекомендована для помещений, где нужна мощная принудительная вентиляция – в супермаркетах, отелях, аэропортах, кинотеатрах, на вокзалах.

Установка радиальных вентиляторов на подготовленную основу

Установка тяжелых радиальных вентиляторов на основу требует применения виброизоляторов. Но стоит помнить, что некоторые виды виброизоляторов к основе не крепят. Выбор места установки виброизоляторов, если не предусмотрены проектом, производится с целью недопущения смещения центра тяжести устройства. При фиксации радиального вентилятора к бетонному основанию, анкера фиксируют к раме и в собранном виде опускают в цементный раствор (в подготовленные гнезда). После застывания цемента производят проверку крепления, а при перекосах и слабом креплении подкладывают прокладки с последующим затягиванием болтов. Если требуется проведение регулировочных работ со снятием радиального вентилятора с основания, то анкерные болты следует защищать от смятия путем прокладки деревянных бруском под раму. При достаточно небольшом весе радиального вентилятора, вместо виброизоляторов применяют резиновые вкладки толщиной от 20 до 25 мм. При этом отклонения от плоскости установки не должно превышать 5 мм.

Суть нагнетания и разрежения воздуха вентилятором

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 изображенийЦентробежные вентиляторы — самый простой вариант механических устройств, применяемых в обустройстве и организации систем вентиляции, различающихся по назначению, объему и типу движения воздухаРадиальные, они же центробежные, вентиляторы позволяют реализовать разнообразные проекты приточной и вытяжной вентиляции. Используются в основном без воздуховодовРаботой центробежного вентилятора управляет двигатель, мощность которого подбирают в зависимости от объема перемещаемой воздушной массыЦентробежные вентиляторы производятся для работы и в чистом воздухе без примесей, и во взрывоопасных сложных средахСамая простая разновидность вентиляторовВентиляторная установка на производственном предприятииДвигатель центробежного вентиляторного устройстваРазновидности 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.

Информация о видах вентиляторов подробно рассмотрена в другой нашей статье.

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.

История вентиляции

Основная статья: Вентиляция

Отдельные приёмы организованной вентиляции закрытых помещений применялись ещё в древности. Вентиляция помещений до начала XIX века сводилась, как правило, к естественному проветриванию. Теорию естественного движения воздуха в каналах и трубах создал М. В. Ломоносов. В 1795 году В. X. Фрибе впервые изложил основные положения, определяющие интенсивность воздухообмена в отапливаемом помещении сквозь неплотности наружных ограждений, дверные проёмы и окна, положив этим начало учению о нейтральной зоне.

В начале XIX века получает развитие вентиляция с тепловым побуждением приточного и удаляемого из помещения воздуха. Отечественные учёные отмечали несовершенство такого рода побуждения и связанные с ним большие расходы теплоты. Академик Э. X. Ленд указывал, что полная вентиляция может быть достигнута только механическим способом.

С появлением центробежных вентиляторов технология вентиляции помещений быстро совершенствуется. Первый успешно работавший центробежный вентилятор был предложен в 1832 году А. А. Саблуковым. В 1835 году этот вентилятор был применён для проветривания Чагирского рудника на Алтае. Саблуков предложил его и для вентиляции помещений, трюмов кораблей, для ускорения сушки, испарения и так далее. Широкое распространение вентиляции с механическим побуждением движения воздуха началось с конца XIX века.

Рекомендации по подключению к электросети

В зависимости от схемы исполнения, радиальные вентиляторы стропят различными способами.

При выполнении заземления электродвигателя радиального вентилятора нужно придерживаться правил устройства электроустановок. Необходимо следить за тем, чтобы сопротивление между самой близкой и токодоступной металлической частью агрегата и заземляющим выводом не превышало 0,1 Ом. Любые электромонтажные работы должны выполняться исключительно с использованием защитных средств. При подключении к клеммам следите за тем, чтобы оно соответствовало приведенной на них маркировке.

При включении большого агрегата нужно, как уже отмечалось, перекрыть движение воздуха, а затем плавно увеличивать его расход. Так вы предотвратите перегрев двигателя. Для проверки работы установленного агрегата нужно выполнить его плавный пуск и обкатку. Длительность обкатки определяется в соответствии с паспортом проверяемого оборудования либо же принимается согласно техническим условиям.

При запуске агрегата могут появляться нехарактерные стуки и шумы. К этому приводят:

1. Неточная центровка валов.
2. Ослабление фундаментных болтов.
3. Недостаточно высокая жесткость основания и прочие неполадки.