Центробежен вентилатор: специфика на устройството и принцип на работа на прибора

С развитието на промишления сектор голям брой технологични процеси изискваха принудително подаване на въздух. Не остана настрана и битовата сфера. За осигуряване на някои видове комуникации се изисква редовен приток на свеж въздух.

Елегантно решение на този проблем се оказа центробежният вентилатор, който е способен в автономен режим да нагнетява необходимото количество въздушна маса. Но как е устроен и как работи? Именно тези въпроси ще разгледаме подробно в нашата статия.

Ще разгледаме конструкционните особености на уреда, неговите възможности, сферата на приложение, най-добрите производители, чиято продукция е представена на пазара. А също така ще дадем препоръки за избор на подходящ модел вентилатор.

Същност на нагнетяването и разреждането на въздуха от вентилатора

Вентилаторът представлява механична конструкция, която е способна да обработва поток от газовъздушна смес чрез увеличаване на нейната специфична енергия за последващо преместване.

Такава архитектура на агрегата предоставя възможност за създаване на ефект на нагнетяване или разреждане на работния газ в пространството чрез увеличаване или намаляване на налягането съответно (механизъм за преобразуване на енергия).

Под газово налягане се разбира безкраен процес на хаотично движение на газови молекули, които, като се удрят о стените на затворено пространство, създават налягане върху тях.

Следователно, колкото по-висока е скоростта на тези молекули, толкова повече удари и толкова по-високо е налягането. Газовото налягане е една от основните характеристики на газа.

От друга страна, всеки газ има още два параметъра: обем и температура. Обемът е количеството пространство, което газът е запълнил. Температурата на газа е термодинамична характеристика, която свързва скоростта на молекулите и генерираното от тях налягане.

На тези “три кита” се основава молекулярно-кинетичната теория, която е базис за описание на всички процеси, свързани с обработката на газове и газови смеси.

Процесът на нагнетяване представлява принудително съсредоточаване на молекули в затворено пространство над определена норма. Например, общоприетото атмосферно налягане на земната повърхност е приблизително 100 kPa (10⁵ кило паскала) или 760 mm Hg (милиметра живачен стълб).

С увеличаване на височината над земната повърхност налягането става по-малко, въздухът става разреден.

Атмосферното налягане е теглото на въздушния стълб спрямо площта на повърхността, над която се намира. Не маса, а именно тегло P=mg. Измерва се с барометър, останалите видове налягане се определят с манометър.

Разреждането е обратен процес на нагнетяването, по време на който молекулите напускат затворената система. Обемът остава същият, а броят на молекулите намалява значително, следователно и налягането намалява.

Ефектът на нагнетяване е необходим за принудително преместване на въздух. Възможен е вариант на преместване на въздух чрез ефекта на разреждане: за възстановяване на баланса на налягането в цялата система молекулите се преместват от по-концентрирана област към по-малко концентрирана.

По този начин става преместването на молекулите на газа.

За определяне на скоростта на въздушния поток отвън или вътре в сградата често се използва специален инструмент – анемометър. Незаменим уред за проектиране на вентилационни системи.

Съществуват най-различни компоновки на вентилационни системи, но те условно могат да бъдат разделени на няколко класа по определени параметри:

1. По предназначение. Различават се вентилатори с общо и специално предназначение. Вентилаторите се използват за обикновено преместване на газ. Специалните вентилатори се използват за пневмотранспорт, транспортиране на агресивни и взривоопасни газови смеси.
2. По бързоходност. Има такива с малка, средна и висока специфична честота на въртене на колелото с лопатки.
3. По диапазон на налягане. Известни са системи за генериране на ниско (до 1 kPa), средно (1–3 kPa), високо (над 3 kPa) налягане.

Някои промишлени и битови процеси с използване на въздуходувки протичат в екстремни условия на околната среда, поради което към оборудването се поставят съответни изисквания.

По този начин може да се говори за прахоустойчиви, влагозащитени, термоустойчиви, корозионноустойчиви, искрозащитени агрегати и устройства за отвеждане на дим и обикновени вентилатори.

Информация за видовете вентилатори е разгледана подробно в друга наша статия.

Конструкция на вентилатор от центробежен тип

Системата с центробежна конструкция представлява нагнетателен механизъм с радиална архитектура, който може да генерира налягане от всякакъв диапазон.

Предназначен за транспортиране на едно- и многоатомни газове, включително химически “агресивни” съединения.

Конструкцията е “облечена” с метален/пластмасов корпус, който се нарича защитен кожух. Обвивката защитава вътрешната камера от прах, влага и други вещества, които могат да повлияят негативно на работата на агрегата.

Качественото вентилационно изделие винаги има определен клас на защита. Степента на защита на обвивката (Ingress Protection) е единен международен стандарт за качество на изделието, който определя нивото на защитеност на оборудването от влиянието на околната среда.

Вентилаторът от радиален тип развива значително по-голямо налягане от осевия вариант. Това се дължи на предаването на енергия на порцията въздух, попаднала в барабана, формирана при прехода от входа към изхода на системата.

Механизмът се задвижва от електрически мотор или двигател с вътрешно горене (характерно за промишлени вентилатори). Най-разпространеният метод е електродвигател, който върти вала с работното колело.

Известни са няколко варианта за предаване на въртеливо движение от мотора към импелера:

• еластична муфа;
• клиново-ремъчна предавка;
• безстепенна предавка (хидравлична или индуктивна плъзгаща муфа).

Като се има предвид съществуването на огромен брой фирми-производители, които създават уникални системи с най-различни динамични параметри, на разположение на потребителите е доста обширен асортимент от вентилатори.

В корпуса има два основни канала: входен и изходен. Газовата смес влиза в първия канал, придвижва се в камерата, там се обработва, след което излиза в другия.

В резултат на усилената работа на разработчиците имаме широк спектър на приложение на такива машини, включително:

• системи за вентилация и отопление в частни и многоетажни къщи;
• подаване и пречистване на въздух за нежилищни сгради;
• филтрационни системи в селското стопанство;
• изпълнение на технологични процеси в леката и тежката промишленост с разнообразно направление.

Съществуват също варианти за приложение на въздуходувките в системи за пожароизгасяване и свръхбърза смяна на въздуха в затворено пространство.

Такива вентилатори работят с високотемпературни газови смеси, което задължава производителите да включват в техническата документация информация за съответствието на оборудването си с международните стандарти.

Проверената и проста конструкция на центробежния механизъм има редица явни предимства:

• висока надеждност и ненадмината производителност;
• лекота и достъпност на обслужването на оборудването;
• безопасност на интеграцията и експлоатацията на агрегатите;
• минимални разходи за енергийни ресурси и ремонт в случай на повреда.

Освен това въздуходувките се отличават с доста нисък шумов праг, което позволява приложението им в битови условия. Центробежните вентилатори имат и изключително дълъг експлоатационен живот поради липсата на прям контакт на работните части на механизма в работната камера.

Особености на работния цикъл на уреда

Нека разгледаме общия принцип на работа на центробежната въздуходувка с радиална конструкция. Отбелязваме, че специалистите различават две основни конструкции на вентилатора: с осево и радиално разположение на входния отвор, където се засмуква въздушният поток.

Това влияе преди всичко на варианта на монтаж на вентилатора в системата и практически не влияе на общата производителност.

Вентилаторът от радиален тип може да работи както с обикновен въздух, който взема от пространството, така и с потоков въздух, който преминава през въздухопровода (ефект на баланс на области с различно налягане)

Осевият входен отвор е характерен за нагнетателни въздуходувки с общо приложение. Радиалното разположение на входа на потока е характерно за въздуходувки за магистрално използване.

В първия етап на работния цикъл на вентилатора въздушният поток се придвижва към повърхността на бързо въртящия се импелер. Лопатките на работното колело разделят въздуха на малки обеми, които се придвижват във вътрешността на работната камера.

Тук се извършва натрупване на въздушната маса, т.е. директно сгъстяване на въздушната маса в малък обем.

Самата конструкция на корпуса на агрегата има своите особености.

Известни са две най-разпространени форми на корпуса:

• закръглени;
• спираловидни.

Закръглената форма на корпуса е характерна за вентилаторите, които преместват огромно количество въздух за кратко време на изпълнение на процеса. А спираловидната форма присъща на вентилаторите, които допълнително произвеждат сгъстяване на въздушния обем и генериране на средно и високо налягане.

На втория етап се извършва нагнетяване на въздуха в работната камера. Както е известно, при постоянен обем с увеличаване на общата маса на молекулите на газа се увеличава броят на сблъсъците на молекулите, а оттам и тяхната скорост. Следователно налягането на газа също се увеличава.

Голямо значение имат формата и броят на лопатките. Всички варианти на импелери без изключение се тестват в аеродинамични тръби за определяне на оптималните условия на експлоатация.

На заключителния етап се извършва отвеждане на сгъстения газ от работната камера към изходния отвор. След това въздухът преминава в централния въздуховод и се придвижва в указаната посока.

Процесът на разреждане се извършва точно обратно. Въздухът се забира от въздухопровода или затворено пространство, където е необходимо да се създаде разредена област, и се извежда в околната среда или друго ограничено пространство.

Спецификация на центробежния вентилатор

Компресорните системи се характеризират с редица конструкционни и динамични разлики, които трябва да се вземат предвид при техния избор и внедряване във вентилационната система.

Към спецификацията се отнасят:

• непосредствено самата конструкция на въздуходувката;
• тип на двигателя;
• блок за управление;
• разположение на работното колело и предаване на въртеливото движение от мотора;
• ъгъл на разположение на входния и изходния патрубок;
• материалът, от който са изработени частите на изделието, неговите габарити и тегло.

Специалистите също обръщат внимание на съответствието на изделията с международните норми: стандарти ISO/IEC и ГОСТ, маркировки IP, директиви ATEX и т.н.

Към динамичните особености се отнасят техническите параметри на производителността на въздуходувката: генерирано налягане и коефициент на пад на налягане, скорост и максимална температура на потока, честота на въртене на вала и ниво на звуково налягане, КПД и мощност на двигателя.

Нагнетяваното налягане е максималната стойност, която вентилаторът може да създаде по време на работа в номинален режим.

P_v = P_sv + P_dv

Където: P_v – пълно налягане, P_sv – статично налягане, P_dv – динамично налягане.

Коефициент на падане – разлика между входното и генерираното налягане (бар).

Обемен дебит на въздуха – количеството газова смес, която се премества за единица време (производителност). Обикновено се изчислява в м³/ч за местни производители и в литри/мин за чуждестранни.

Честота на въртене – брой пълни обороти на работното колело за единица време. Изчислява се в бр/с или Hz. Трябва да се помни, че нивото на натоварване на вентилатора не трябва да надвишава 75% от максималното.

При продължителна работа в режим на претоварване с голяма честота на въртене, вентилаторът прегрява и може бързо да се повреди. Но този процес може да бъде контролиран, като го управлявате по ваше усмотрение. За това се използва регулатор на скоростта на въртене на вентилатора.

Звуково налягане – ниво на шум от въртящи се части и триене на въздуха в метала. Измерва се на разстояние 3 метра от източника, когато работи в режим на максимално натоварване. Шумът трябва да се вземе предвид при избора на непрекъснато работещ вентилатор.

Повечето оборудване е оборудвано с шумопоглъщатели и фонови звуци. Норми за шум: не повече от 50 dBA за битови помещения и не повече от 75 dBA за промишлени.

Едно от устройствата с минимално ниво на шум е безлопатковият вентилатор.

Коефициентът на полезно действие на вентилатора е произведение на трите посочени по-долу коефициента:

• загуби във въздушния поток;
• течове през пролуките в конструкцията;
• механичен КПД на изделието.

За центробежните вентилатори общият КПД е в границите от 0.7 до 0.85, а за осевите (каналните) – не повече от 0.95. При избора на радиален вентилатор трябва да се вземе предвид коефициент на запас на електродвигателя от 1.2. Тоест да се избере мощност на електромотора с 20% повече от необходимата.

Мощността на електродвигателя на вентилатора се определя по формулата:

N = (Q*P)/(102*3600*КПД),

Където: Q – производителност (обемен дебит на въздуха), P – генерирано налягане.

Избор на вентилатор според изискванията

Процесът на избор на вентилационно оборудване за промишлен обект (работен цех, хангар) е доста интересен и сложен процес, който трябва да се извършва от специалист. Особеностите на вентилацията на производствените помещения са подробно разгледани тук.

За обикновени апартаменти и частни къщи вече съществуват готови решения. В общия случай (за 2–3 стаен апартамент) имаме следната архитектура на вентилационната система:

• в жилищните стаи се монтират проветрители, чийто брой зависи от размерите на помещенията и броя на обитателите;
• В кухнята и санитарния възел се интегрират изсмукващи дифузори, плюс се прокарват въздуховоди към приточно-изсмукващата инсталация.

Центробежният вентилатор включва блок за управление, филтърна система за пречистване на въздуха, електродвигател и самия радиален вентилатор.

За посочената по-горе вентилационна система ще подходят стенни вентилатори от серия ЦФ на Вентс с производителност до 120 м³/час

Настоящият пазар на вентилационно оборудване е представен от широк спектър чуждестранни производители: Systemair, Soler&Palau, OSTBERG, Rosenberg, HELIOS, Maico, Ruck Ventilatoren GmbH, AeroStar, Blauberg, Elicent, Rhoss, Frapol, CMT CLIMA, HygroMatik GmbH, Winterwarm, Tecnair LV, AERIAL GmbH, MITA.

Изделията на тези компании ще бъдат отлично решение за вентилационни задачи от всякакъв мащаб.

Не им отстъпват по качество на производство и надеждност на оборудването местните марки Вентс, Елком, Домовент и Веза. Ако имате съмнения относно точността на извършените изчисления или при избора на конкретен модел, препоръчваме да се обърнете към службата за поддръжка на която и да е от компаниите.

Ако сте собственик на частна 1-2 етажна къща, производствена или търговска сграда с подобна площ (ресторант, склад, столова, кафе, офис), при избора на оборудване трябва да се вземат предвид обемът на помещенията, кратността на обмен на въздух, дължината и сечението на главните тръбопроводи.

С задачите по вентилиране и отвеждане на дим лесно се справят многозонови въздуходувки или покривни вентилатори от серия КРОМ на компания Веза, вентилатори от серия ВН на компания Вентс и други.

Задължително обръщайте внимание на допълнителната функционалност на центробежните вентилатори и възможността за интегриране в разнообразни климатични системи.

Така радиалните въздуходувки могат да се оборудват с допълнителни компоненти:

• регулируеми таймери и интервални превключватели, фотодатчици и детектори за влажност;
• регулатори на скорост и индикатори на състояния;
• датчици за претоварване на електродвигателя и липса на електрическо захранване от мрежата;
• пружинни вибропоглъщатели или гумени виброизолатори.

Ако вентилаторът е разположен вътре в апартамента или къщата, той може да бъде покрит със свалящ се лицев декоративен панел от алуминий или пластмаса, като се вземе предвид интериорът на помещението.

За много потребители съществен критерий при избора на вентилатор е нивото на шум. Избирате ли тих вентилатор за баня? Препоръчваме да се запознаете с класацията на безшумни вентилатори.

Изводи и полезно видео по темата

В следващото видео специалистите на компания Елком разбираемо разказват за центробежните вентилатори:

По-долу е показан отличен пример за монтаж на битов вентилатор в баня:

Още един вариант за инсталиране на битов маломощен вентилатор в апартамент:

Класическият центробежен вентилатор е резултат от многогодишен опит в проектирането и производството на вентилационно оборудване. Той е не само отлично решение за индустрията, но и оптимален инструмент за транспортиране на въздух за жилищни и офис помещения.

Вие се замисляте за закупуване на центробежен вентилатор? Или сте забелязали несъответствие в разглобения материал? Задавайте въпросите си, уточнявайте технологичните аспекти в блока за коментари.

А може би Вие вече сте инсталирали такъв вентилатор в банята? Доволни ли сте от работата му? Правилно ли сте избрали мощността на уреда за вашето помещение? Изпратете снимка на вашия вентилатор и оставете коментарите си.