Видове вентилатори: класификация, предназначение и принцип на тяхната работа

Вентилаторът е основа на всяка вентилационна система от изкуствен тип. Уредът се използва широко в бита и е незаменим в много сфери на човешката дейност. Когато планирате покупка на вентилационно оборудване, е необходимо да се запознаете със спецификата на неговото устройство и действие.

В представената за запознаване статия са описани подробно видовете вентилатори, техните конструктивни особености, принципи на работа и предназначение на всеки агрегат. Ще ви разкажем за приоритетните насоки при избора на подходящ модел. При нас ще научите как се подбира устройство в зависимост от условията на експлоатация.

Класификация на вентилаторите по основни параметри

Вентилаторите са механични уреди, предназначени за преместване, подаване или изсмукване на въздушни и газови маси. Циркулацията на въздуха се осъществява чрез разлика в налягането между входния и изходния канал на вентилационната инсталация.

Вентилаторите се използват навсякъде. Уредите са незаменими при обустройството на приточно-изпускателен вентилационен комплекс на сграда, обдухване на работни елементи в климатици и отоплителни устройства.

Вентилаторите са проектирани за работа с газове, чиято степен на сгъстяване не надвишава 1,15. При това разликата в показателите на налягане на входа/изхода е ограничена до 15 kPa – при по-голям показател се използва компресор.

Общата класификация на вентилационните инсталации се базира на различни параметри.

Сред основните критерии за градация могат да се откроят:

• конструкция и принцип на работа на устройството;
• предназначение и условия на функциониране на вентилатора;
• начин на монтаж;
• методи на свързване на уреда с електродвигателя;
• технически особености: степен на защита IP, създавано налягане, консумирана мощност, честота на въртене, КПД и ниво на акустично налягане.

По тип конструкция се разграничават пет модификации вентилатори: аксиални, центробежни, диагонални, диаметрални и безлопаткови.

Диагоналните и диаметралните агрегати се считат за разновидност на две основни групи вентилационни инсталации: аксиални и центробежни. Принципно се различават от своите събратя новите безлопаткови изделия.

Въз основа на условията на експлоатация се разделят следните видове газодувни машини:

• уреди за общо ползване;
• вентилатори със специално предназначение.

Към първата група принадлежат агрегати, предназначени за работа с въздушни и неактивни газови потоци, чиято температура не надвишава +50°C. Втората група включва специално оборудване: топлоустойчиви, взривозащитени, прахови, корозионноустойчиви и димоотвеждащи.

По начина на монтаж се различават:

• стандартни – монтажът се осъществява върху опора;
• покривни – монтаж на покрива на сградата;
• канални – разполагат се във вентилационния въздуховод;
• многозонални – модели, предназначени за свързване към няколко въздушни канала.

Като задвижване на вентилационната инсталация се използват електродвигатели.

Възможни са няколко начина на свързване на двигателя с работното колело:

• директно свързване;
• клиново-ремъчна предавка;
• безстепенно свързване.

След определяне на подходящия вид вентилатор се подбира модел с оптимални технически характеристики.

Взема се предвид обслужваната площ, мястото на монтаж, допустимото ниво на шум, влажността на помещението, необходимостта от защита на уреда от попадане на чужди предмети.

Принцип на работа на различните видове устройства

Основният критерий за избор на вентилатор – неговото устройство и принцип на функциониране. Конструктивните особености и техническите нюанси определят ефективността на уреда, нивото на шум, икономичността на работа и възможността за приложението му при определени условия.

Аксиален агрегат – класически вентилатор

Аксиалният вентилатор се използва широко в битови вентилационни системи на частни домове, в аспирации на санитарни възли, в комплексни изпускателни варианти, като елемент за охлаждане на различна техника и електроника, както и в аеродинамични тръби и турбовентилационни двигатели в сферата на авиацията.

Конструкцията на моделите се характеризира с простота на изпълнение и малки габарити. Основни елементи: цилиндричен корпус, колело с лопатки и задвижване. Вътрешният диаметър на цилиндъра трябва да осигурява безпрепятствени обороти на работното колело. Интервалът между лопатките и корпуса е ограничен до 1,5% от дължината на въртящата се лопатка.

С цел намаляване на хидравличните загуби и подобряване на аеродинамичните характеристики, конструкцията се допълва с колектор, дифузьор и обтекател от двете страни на работното колело.

Принцип на действие: въртящите се лопатки захващат въздуха и го изтласкват по оста на работното колело. Преместването на въздушните потоци в радиална посока почти отсъства. Производителността на оборудването се регулира чрез завъртане на лопатките.

Отличителни особености на аксиалните модели:

• не изискват голяма площ за монтаж;
• икономично потребление на електроенергия;
• ниско ниво на шум;
• простота на експлоатация и ремонт;
• ниска цена.

Предимствата на работата и използването на аксиалните вентилатори обусловиха тяхната широка популярност в бита. Масово се прилагат корпусни модели за охлаждане на електроуреди и преносими аксиални агрегати с решетка.

За засилване на въздухообмена в стенните отвори и други носещи конструкции се монтират аксиални вентилатори с настенен панел. Уредите са способни да функционират в два режима: всмукване и нагнетаване на въздух.

Центробежен модел – здравина и висока мощност

Центробежните (радиални) вентилатори са високоефективни – агрегатите са способни да генерират високи налягания и да се експлоатират в тежки условия. Конструкцията на оборудването включва следните елементи.

Корпус. Корпусът-дифузьор се изработва от ламарина чрез клепане или заваряване. Кухият корпус има спираловидна форма на охлюв, в конструкцията са предвидени всмукващ и нагнетателен патрубок. За придаване на твърдост корпусът се усилва с ребра или напречни ленти.

Отгоре «охлювът» се затваря с допълнителна кутия или се обшива с шумопоглъщащи панели. Това е необходимо за намаляване на шума по време на работа на вентилационната инсталация.

Работно колело. Лопастният ротор се състои от два диска, лопатки и главина.

Конструкцията на колелото определя условията за използване на вентилатора:

• бездискови – транспортиране на потоци с твърди съставки;
• еднодискови – преместване на въздушни среди с малко съдържание на твърди фракции;
• двудискови – циркулация на чисти въздушни маси в различен диапазон на налягания;
• тридискови – осигуряване на двустранно всмукване.

Закрепването на колелото към вала става посредством главини. Към дисковете и главините се фиксират лопатките.

Лопатки. Работните характеристики и ефективността на агрегата като цяло до голяма степен зависят от формата на лопатките:

• аеродинамично крило – осигурява безшумност, добър показател за производителност, устойчивост на уреда към високи температури;
• огънати назад – пречат на натрупването на прах вътре във вентилатора, подходящи за експлоатация в среда с високо потискане;
• огънати напред – вентилатори с «предни» ребра са предназначени за работа с голям обем въздух и високо налягане, отличават се с устойчивост на ерозия;
• радиални – уредби с компактни размери и средна ефективност, направляващите на ротора се обработват със защитен състав против ерозия.

В колела с «задни» лопатки разликата между показателите на статичното и пълното налягане не е голяма, затова тяхното ниво на КПД е високо. Ефективността на работа достига 80%.

Огънати напред лопатки създават висока скорост на въздушния поток на изхода. Агрегатът запазва 60% от ефективността. Предимството на «предните» лопатки е получаването на необходимите параметри при по-малки габарити на вентилатора.

В центробежни уредби въздухът постъпва в осово направление, изтласква се – в радиално направление. Въздушните маси под действие на центробежните сили се движат в цилиндричния корпус.

Целият процес може да се раздели на няколко етапа:

1. При въртене на колелото въздухът между пространството на лопатките се устремява към ръба на ротора.
2. Като следствие, в центъра на колелото се образува зона с ниско налягане. Това води до засмукване на въздушни маси отвън.
3. В центъра на камерата въздушните потоци сменят направлението си от осово на радиално, постъпвайки в отделенията между лопатките.
4. Благодарение на бързото въртене въздушните маси се устремяват към вътрешната стена на корпуса.
5. Кинетичната енергия частично се преобразува в енергия на сгъстяване и скоростта на въздуха намалява – вътре в «улитката» се събира обемен въздушен поток и се образува излишно налягане.
6. Газообразната маса се устремява към изходния патрубок, постъпва в тръбопровода, а след това – в работната зона.

Центробежните агрегати се прилагат в приточно-изпускателни комплекси на големи помещения, гаражи, търговски центрове и сгради, където се изисква непрекъсната мощна вентилация.

Радиалните уредби се използват във вредно производство за бързо отстраняване на замърсения въздух. Например, в дървообработващи или металообработващи работилници, в цехове за изсмукване на дим и вредни изпарения.

Диагонален – комбинация от аксиален и радиален вентилатор

Диагоналният модел е синтез на два типа вентилатори: осов и центробежен. Крилатката на уреда има особена форма – строежът на работното колело напомня устройството на барабан в радиален вентилатор. Лопатките на крилатката са разположени успоредно на оста на въртене.

Комбинираните вентилатори имат цилиндричен корпус и външно повече приличат на аксиални модели. Обаче принципът на работа при тях е различен поради конструктивните особености на крилатката. Въздухът първо се движи по оста, а след това сменя посоката си на 45°.

Благодарение на центробежното нагнетяване скоростта на въздушния поток се увеличава, а оттам се повишава и ефективността на вентилационната инсталация. Нивото на коефициента на полезно действие (КПД) на диагоналните модели достига 80%.

Основното предимство на вентилатора от смесен тип е постигането на компромисни стойности между шумовите характеристики, производителността и габаритите на устройството.

Най-често центробежно-осевите агрегати се използват като канални вентилатори в малки и средни вентилационни системи с дълги въздуховоди. Използват се като изпускателни инсталации и приточници в напорни системи от приточен тип.

Тангенциална инсталация – равномерност на въздушния поток

Тангенциалният (диаметрален) вентилатор се състои от удължен корпус, оборудван с дифузьор и патрубка, и работно колело от барабанен тип с наклонени лопатки. Осъществява се двукратно преместване на въздуха перпендикулярно на оста на въртене на цилиндъра.

Кожухът на диаметралния модел наподобява корпуса на радиален вентилатор. Разликата се състои в това, че в тангенциалния агрегат въздуховодът е разположен по протежение на страничния панел.

Отличителни особености на диаметралните уреди:

• високи аеродинамични показатели;
• способност за подаване на равномерен поток;
• възможност за завъртане на вентилатора, избирайки посоката на въздушния поток;
• безшумна работа;
• висок показател на КПД – до 60-70%.

Сфера на приложение: създаване на въздушни завеси, фанкойли и използване в сплит-системи.

Безлопатков вентилатор – иновационна технология

Битовите безлопаткови вентилатори неотдавна се появиха на местния пазар на вентилационни системи. Техният принцип на работа коренно се различава от разгледаните по-горе модификации.

Действието на иновационния уред се основава на стремежа на средата към изравняване на баланса между наляганията отвън и вътре в уреда, както и на технологията на „въздушния множител“.

Съставни части на уреда:

• рамка с кръгла или овална форма, предназначена за вкарване и изхвърляне на въздушни маси;
• основание за фиксиране на рамката;
• мини-турбина, вградена в основанието на вентилатора;
• мотор.

Иновационният вентилатор работи по следния принцип:

1. След включване на мотора в действие се задвижва турбината.
2. Въртейки се, турбината засмуква въздух през перфорациите в корпуса на основанието.
3. Под въздействие на турбулентността въздухът се ускорява 15 пъти и излиза през изходните процепи, разположени по периметъра на рамката.

Въздушните потоци обикалят повърхността на пръстена и се устремяват в желаната посока.

Благодарение на аеродинамичните свойства на вентилационния уред, в образувания въздушен поток се включва въздух отстрани и зад пръстеновидната рамка.

В сравнение с традиционните модели вентилаторите без перки имат редица предимства:

• плавна регулировка на интензивността на въздушния поток;
• удобство и абсолютна безопасност на употребата;
• промяна на посоката на въздуха чрез регулиране на положението на пръстена;
• ефективност на работа – разходът на електроенергия е с 20% по-малък в сравнение с аксиалните модели.

Основните недостатъци на уреда: висока цена и високо ниво на шум.

Зависимост от условията на експлоатация

При избора на вентилатор е важно да се вземат предвид условията на неговата употреба. За приложение в агресивна среда са разработени тясноспециализирани инсталации.

Агрегати за използване в обичайни условия

Вентилаторите от общо предназначение се изработват от въглеродна стомана.

Уредите са допустими за монтаж при спазване на задължителните условия на експлоатация:

• съдържанието на прах във въздуха за радиални агрегати – не повече от 0,01 g/m³, за аксиални уреди – до 0,01 g/m³;
• температура на работната среда – до +50°С;
• отсъствие на химически агресивни, взривоопасни компоненти, влакна и лепкави частици във въздуха.

Газо-паро-въздушната среда не трябва да предизвиква ускорени корозионни процеси, допустимата скорост на разрушаване на метала е 0,1 mm на година. Ако температурата на експлоатация се повиши над граничната стойност, работата на двигателя се влошава, който обикновено е разположен в потока на преместваните въздушни маси.

Съществуват стоманени топлоустойчиви вентилатори от общо предназначение. Максималната температура на премествания състав е до +200°С. Местните изделия се маркират с буквите «Ж» и «Ж2».

Моделите от общо предназначение се използват в системите за въздушно отопление и вентилация на обществени, жилищни и производствени сгради, както и за други санитарно-технически цели.

Вентилационни инсталации със специално предназначение

Вентилаторите със специално предназначение е прието да се разделят на пет групи:

• прахови;
• термоустойчиви;
• взривозащитени;
• корозионноустойчиви;
• димоотвеждащи.

Праховите агрегати се прилагат за почистване на въздушните маси от прах и частици мръсотия: дървени и метални стружки, заваръчни шлаки, зърнени отпадъци. Въздушният поток, преминавайки през тръбопроводните отвори, променя своята посока от аксиална на радиална. Благодарение на центробежната сила се променя и скоростта на въздушния поток.

Праховите устройства се изработват от месинг, въглеродна или неръждаема стомана. Максималната температура на работната среда е +80°С. Съществуват модели от смесен тип: прахови, взривозащитени и термоустойчиви.

Радиални прахови вентилатори с малка мощност се монтират на автомобили, транспортиращи зърнени състави. Уредите с високо налягане се използват в големи производствени цехове.

Термоустойчивите агрегати са предназначени за преместване на въздух, чиято температура надвишава +80°C.

Поради суровите условия на експлоатация вентилаторите трябва да притежават специални характеристики:

• топлоизолация на електродвигателя и изнасянето му извън въздушния поток;
• високо ниво на защита на двигателя – IP44 и по-високо;
• изработване на конструктивни елементи от огнеупорни материали (термоустойчив полиамид, алуминиева сплав, неръждаема или въглеродна стомана);
• широк диапазон на работните температури.

Топлоустойчивите вентилатори се използват за изграждане на вентилационни системи на бани и сауни, отвеждане на високотемпературен изсмукващ въздух от камина или печка, премахване на продуктите на горене от производствени места.

Огнеупорните агрегати могат да имат осово или радиално изпълнение. Най-често високотемпературните вентилатори се прилагат във вентилационни канали, но има модификации, които се монтират без въздуховоди.

Взривозащитеното вентилационно оборудване е предназначено за отвеждане на взривоопасни газови смеси. Към тази категория спадат състави, в които при запалване на най-малката частица се възпламенява целият останал обем газ.

Изискванията за взривобезопасност на електрическото оборудване са регламентирани от директивите ATEX EC. В зависимост от степента на взривоопасност на зоните вентилационните инсталации могат да бъдат защитавани:

• кварцово или маслено запълване на обвивките на токопроводящите части;
• уплътняване с компаунд – полимерен материал;
• взривонепроницаеми покрития.

Материал за изработка на входните колектори, работните колела, корпуса е неръждаема стомана, алуминиеви сплави и групи от разнородни материали: неръждаема стомана-месинг, бронз, електропроводяща пластмаса.

Разнородните материали се комбинират по такъв начин, че при удар или триене един о друг да не може да възникне искра.

Корозионноустойчивите вентилатори са предназначени за транспортиране на агресивни невзривоопасни въздушно-газови смеси с незначително съдържание на прах, както и отсъствие на влакнести и лепкави компоненти.

Материали за изработка на частите на уреда: титанови сплави, полипропилен, винипласт. Като вариант, работните елементи се напръскват с антикорозионно покритие – корозионноустойчива стомана марка 08X13 или титанова сплав.

Област на приложение на „антикорозионните“ вентилатори:

• черна металургия;
• технологични линии за производство на минерални торове;
• производство на въглерод;
• подаване на въздух в котли с кипящ състав;
• организиране на циркулация на водни пари с примеси на фенол, основа и сероводород;
• линии на коксохимически комбинати.

Вентилаторите за димоотвеждане са мощни огнеупорни инсталации, които се вграждат във вентилационната система на сградата и работят за издухване на дим от помещението. Към агрегатите се предявяват високи технически изисквания.

В случай на пожар, вентилаторът трябва да функционира непрекъснато в продължение на 2 часа при температура на издухвания въздух до +400°С. При повишаване на температурата до +600°С – до 1 час.

Сферата на приложение са системите за противодимна вентилация на сгради с различно предназначение. «Димоотводите» се монтират на покрива на помещението с помощта на монтажен фланец и се свързват към димоотвеждащите въздуховоди.

В зависимост от конструкцията на вентилатора може да се осъществява двустранно или четиристранно изхвърляне на дим в хоризонтална или вертикална посока. Предвидена е възможност за функциониране на агрегатите в режим на общообменна вентилация на дома.

Типове вентилатори по начин на монтаж

Както беше посочено по-горе, по метода на монтаж вентилационните устройства се делят на 4 групи: стандартни, покривни, канални и многозонови.

Обикновените вентилатори обикновено се доставят в комплект с опорна рамка или държач. Техният монтаж не създава никакви трудности.

Покривните агрегати се монтират на покрива на сградата и са последното звено на вентилационната система на сградата. Такива вентилатори са изложени на въздействието на негативни външни фактори (дъжд, сняг, пориви на вятъра), поради което се изработват от особено издръжливи материали. Почти всички модели са оборудвани със защитен конус, предотвратяващ запушването на корпуса.

Покривните вентилационни уреди работят по осов или центробежен принцип. Първият вариант се използва по-често за обикновена среда, а вторият – за прашна и агресивна.

При избора на покривен вентилатор се отчита спецификата на оборудваното помещение. Например за детска градина, болница или училище се избира модел с ниско ниво на шум. За производствен цех приоритет ще бъде мощността на оборудването.

Каналните вентилационни инсталации се разполагат във вентилационните канали и осъществяват изсмукване и приток на въздух чрез система от въздуховоди. Конструкцията на каналните вентилатори обикновено е от диагонален или радиален тип, по-рядко – аксиален.

Изборът на уреда се извършва с обвързване с формата на въздуховода. Произвеждат се агрегати за кръгли, квадратни и правоъгълни шахти.

Каналните вентилатори с правоъгълна или квадратна форма се изработват от метал, а кръглите – от пластмаса. Металният кожух е износоустойчив и здрав, а пластмасовият – по-малко шумен.

Многозоновите вентилационни инсталации са оборудвани с корпус, който позволява да се свържат няколко смукателни въздуховода, идващи от различни зони. Такива вентилатори са незаменими в помещения, където трябва да се организира изсмукване в различни стаи, а отвеждащият въздуховод е само един.

Многоканалните агрегати позволяват да се оптимизира комплексът от въздуховоди, да се намалят капиталовите разходи и трудоемкостта на работите по обустройството на вентилационната система на дома

Допълнително предимство – опростяване на експлоатацията. Необходимо е да се обслужва един, а не няколко вентилатора.

Разновидности на битови вентилационни модели

Битовите вентилатори допълнително се класифицират според мястото на монтаж.

Прозоречни. Уредът се монтира в прозореца или стената до прозореца, като няма въздуховод. Такова оборудване се използва предимно в обществени заведения: кафенета, фризьорски салони и др. Самостоятелното вграждане в монтирани PVC-прозорци е проблематично.

Прозоречните вентилатори се произвеждат с кръгъл и квадратен профил. Някои модели са оборудвани с възвратна клапа, която предотвратява проникването на прах вътре в жилището.

Кухненски. Извеждат парите и различните миризми, възникващи по време на готвене. Вентилаторът се монтира директно в аспиратора. В зависимост от конструкцията се различават плоски, куполни и вградени аспиратори. Кухненските вентилатори трябва да са устойчиви на топлина и да имат външна защитна решетка.

Оборудване за санитарен възел. За повишаване на ефективността на изсмукващата вентилация на тоалетната и банята се използват стенни и таванни вентилатори. Компактните агрегати са икономични и лесни за монтаж.

Вътрешната част на корпуса се поставя във вентилационния канал, а външната излиза и се затваря с вентилационна решетка. В банята е целесъобразно да се използва вентилатор с хидро-сензор (датчик за влага).

Независимо от типа на избрания вентилатор, особено внимание трябва да се обърне на маркировката на уреда, а именно – степента на защита IP. Стандартът IP характеризира защитеността на оборудването в неагресивна среда.

Първата цифра има значение в диапазона 0-6 и показва нивото на защита от проникване на чужди предмети, прах и контакт с ръце

Нивото на защита от проникване на влага вътре в корпуса показва втората цифра на маркировката.

Висока вероятност за проникване на вода в уредите със стойност „0“. Те са допустими за монтаж само в „сухи“ помещения. Най-високата степен на защита „8“ гарантира запазването на вентилатора при пълно потапяне във вода.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Принцип на работа и конкурентни предимства на безлопатков вентилатор:

Видео #2. Устройство на центробежен вентилатор ВЦУН:

Видео #3. Конструкция на канален вентилатор с кръгла форма:

Моделно изпълнение и технико-експлоатационни характеристики на вентилаторите позволяват да се подбере оптимално оборудване, както за битово, така и за промишлено приложение. Конструкциите на вентилационните инсталации непрекъснато се усъвършенстват, приспособявайки се към нуждите на клиентите.

Появиха се въпроси в процеса на запознаване със статията? Искате да съобщите за полезни нюанси при избора на оборудване? Пишете, моля, коментари в блока, разположен по-долу.