Вентиляторы
Вентиляторы – это машины, предназначенные для перемещения воздуха под воздействием вращающегося рабочего колеса, заключенного в кожухе. Степень повышения давления вентиляторов не более 1,1. При таком повышении давления сжатие воздуха не оказывает существенного влияния на рабочий процесс, и при исследовании работы и расчете вентиляторов во внимание не принимается.
В основу классификации положена быстроходность вентилятора, которая выражается безразмерным числом:
 |
где Vc – производительность вентилятора, м³/с; p – давление, Па; ρ – плотность газа, кг/м³; n – частота вращения, об/мин. |
В зависимости от быстроходности вентиляторы подразделяют на быстроходные, средней быстроходности, тихоходные и весьма тихоходные.
Наиболее быстроходными являются осевые вентиляторы. Их применяют для получения больших подач при малых напорах. Тип вентилятора выбирают по специальному каталогу в зависимости от назначения.
Вентиляторы различают также по создаваемому давлению: вентиляторы низкого (до 1 кПа), среднего (1-3 кПа) и высокого (свыше 3 кПа) давления.
По конструкции рабочего колеса и ротора различают вентиляторы центробежные и осевые. В зависимости от направления вращения рабочего колеса вентиляторы могут быть правого и левого вращения (если смотреть на вентилятор со стороны привода). При этом положение кожуха может быть различным (рис. 1).
|
рис. 1. Положение корпусов центробежных вентиляторов. |
По способу соединения с двигателем вентиляторы имеют различные схемы исполнения (рис. 2): а – рабочее колесо находится на валу двигателя (схема 1); б – рабочее колесо соединено с валом двигателя с помощью муфты (схемы 4 и 6); в - рабочее колесо соединено с двигателем ременной передачей (схемы 2, 3, 5 и 7).
|
рис. 2. Схемы соединения вентиляторов с двигателем. |
Существует несколько серий и номеров вентиляторов. Серию составляют вентиляторы одного типа , но разных номеров.
В народном хозяйстве, и в частности в машиностроении, наиболее широко применяют центробежные и осевые вентиляторы общего назначения.
Схема устройства и принцип действия центробежных и осевых вентиляторов
Центробежный вентилятор состоит из корпуса 1 (рис. 3, а) с подводным 2 и отводным 3 патрубками и рабочего колеса (рис. 3, б) с лопатками 5.
|
рис. 3. Центробежный вентилятор: |
Корпус спиральной формы служит для преобразования части динамического потока газа, поступающего с лопаток колеса, в энергию давления. Выходной патрубок кожуха присоединен к напорному трубопроводу большого сечения посредством диффузора, в котором продолжается преобразование динамического напора в энергию давления.
Лопатки рабочего колеса изготавливаются вместе с колесом или крепятся к дискам 6 колеса. Высота лопаток небольшая. В зависимости от расположения выходной кромки различают рабочие лопатки трех типов (рис. 4).
|
рис. 4. Рабочие лопатки: а - загнутые вперед; б - радиально направленные; в - загнутые назад. |
В вентиляторах чаще применяют колеса с лопатками, загнутыми вперед, что позволяет создавать определенный напор при наименьшей окружной скорости. На вентиляторах большой мощности наиболее экономично устанавливать лопатки, изогнутые назад.
Осевые вентиляторы (рис. 5) перемещают газ вдоль оси. Корпус вентилятора состоит из обечайки 8 цилиндрической формы, входного коллектора 1 и диффузора 6. Рабочее колесо состоит из втулки 2 с укрепленными на ней лопатками 4. Перед рабочим колесом и за ним устанавливают обтекатели 3 и 5. Рабочее колесо чаще всего укрепляют непосредственно на валу двигателя 7. В некоторых вентиляторах за рабочим колесом устанавливают спрямляющий аппарат, а перед рабочим колесом - направляющие аппараты.
|
рис. 5. Схема осевого вентилятора: |
Параметры и характеристики вентилятора
Давление воздуха, Па, создаваемое вентилятором, определяют по формуле:
 |
Здесь ρ - плотность воздуха, равная ρ=1,2 кг/м³; φ - коэффициент закручивания, зависящий от формы лопаток рабочего колеса вентилятора (для рабочих колес с лопатками, загнутыми вперед, φ=1,1...1,35; для для радиальных лопаток φ=1; для лопаток, загнутых назад, φ=0,5...0,8); ηв - полный КПД вентилятора; u - окружная скорость, м/с: |
 |
где Dн - диаметр рабочего колеса вентилятора, м; n - частота вращения рабочего колеса, с-1 |
Производительность вентиляционной установки V=Sc, где S - площадь сечения воздуховода, м²; с - скорость воздуха, м/с
Потребляемая мощность или мощность на валу вентилятора, кВт:
Полный КПД вентилятора:
 |
где ηr - гидравлический (аэродинамический) КПД, учитывающий потери напора в рабочем колесе и проточной части вентилятора; ηV - объемный КПД, учитывающий объемные потери; ηм - механический КПД. |
При изменении частоты вращения вентилятора изменяются развиваемое давление и и производительность, а следовательно, и мощность. Пересчет основных параметров работы вентилятора при изменении частоты вращения выполняют, как и для центробежных насосов, по формулам пропорциональности.
Указанные зависимости справедливы при подаче вентилятором воздуха в одну и ту же сеть.
Характеристики вентилятора представляют собой графические зависимости между его параметрами: давлением, мощностью, КПД и производительностью при постоянной частоте вращения рабочего колеса. Наибольшее значение для практики имеет зависимость между давлением и производительностью: p=f(V) (рис. 6). Штриховыми линиями показаны теоретические зависимости развиваемого давления рт от производительности вентилятора. Параметры вентилятора принимают оптимальные значения при определенной его производительности V (рис. 7).
|
рис. 6. Рабочие характеристики вентилятора: |
рис. 7. Зависимость параметров вентилятора от производительности |
Регулирование производительности вентилятора в основном аналогично регулированию центробежных насосов. Однако для регулирования вентиляторов часто применяют специальные направляющие аппараты, устанавливаемые перед рабочим колесом. Эффективность метода регулирования существенно зависит от типа вентилятора и режима его работы.
Подобно насосам вентиляторы могут быть включены в систему параллельно и последовательно: параллельно - когда нужно повысить производительность, а последовательно - когда необходимо увеличить развиваемое давление вентиляционной установки.
Подбирают вентиляторы с учетом областей их применения по специальным таблицам и графикам или таблицам и характеристикам. При подборе вентиляторов необходимо, чтобы КПД был не ниже 0,9 номинального значения.