Вентиляторы. Виды, характеристики, расчет вентиляторов

Вентиляторами называют газодувные машины для перемещения воздуха и газа. Они потребляют энергию от привода (например, электродвигателя) и сообщают ее рабочему веществу – воздуху или другому газу.

Вентиляторы очень широко применяются в различных отраслях промышленности, в системах вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, общественных и промышленных зданий, для проветривания шахт и горных выработок. Вентиляторы являются неотъемлемой частью многих установок теплоэнергетики, металлургической, химической промышленности и систем пневмотранспорта сыпучих веществ. По сути, нет такой отрасли, где бы ни применялись вентиляторы различного назначения. Размеры вентиляторов могут варьироваться от нескольких сантиметров для встроенных вентиляторов охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и до 4-5 метров для шахтных вентиляторов главного проветривания. При этом потребляемая мощность может составлять от нескольких ватт до нескольких тысяч киловатт. Общая затрачиваемая мощность на привод вентилятора составляет до 8% от всей вырабатываемой электроэнергии.

Первые прототипы вентиляторов потолочных лопастных, близкие по конструкции к современным радиальным вентиляторам, были применены инженером А. А. Саблуковым для проветривания горных выработок на Алтае. После этого центробежный вентилятор Саблукова получил широкое распространение в России и за границей для вентиляции зданий, морских судов, а также в промышленности. В дальнейшем А. А. Саблуковым была разработана конструкция осевого вентилятора для проветривания шахт.

Современные вентиляторы очень разнообразны по конструкции и своему назначению, но вне зависимости от области применения основные принципы расчета, монтажа, наладки и эксплуатации вентиляционных установок остаются одинаковыми.

Компрессоры предназначены для сжатия и перемещения газа или пара. По принципу действия компрессоры делятся на компрессоры объемного и динамического действия.

1. Общие сведения о вентиляторах

По конструкции и принципу действия вентиляторы делятся на два основных типа – радиальные (центробежные) и осевые. Существует также ряд модификаций радиальных вентиляторов – диагональные, диаметральные (тангенциальные), дисковые и другие. В системах вентиляции и теплоэнергетических установках чаще всего применяются радиальные, осевые и диаметральные вентиляторы.

Радиальный вентилятор конструктивно (рис. 1) представляет собой расположенное в спиральном корпусе 3 рабочее колесо 6, при вращении которого воздух, поступающий через входной патрубок 1, попадает в межлопаточные каналы колеса и под действием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается в спиральном корпусе и далее подается в выходной патрубок 2. При прохождении газа через рабочее колесо его давление и кинетическая энергия возрастают.

Радиальный вентилятор

Рис. 1. Радиальный вентилятор: 1– входной патрубок; 2 – выходной патрубок; 3 – корпус; 4 – электродвигатель; 5 – станина; 6 – рабочее колесо

Существуют конструкции радиального вентилятора с левым и правым направлением вращения рабочего колеса. Привод рабочего колеса может осуществляться непосредственно от вала электродвигателя либо через клиноременную передачу.

Осевой вентилятор (рис. 2) представляет собой расположенное в цилиндрическом корпусе 2 лопаточное рабочее колесо 1, при вращении которого поступающий через входной патрубок воздух под действием лопаток перемещается между ними в осевом направлении. Давление и кинетическая энергия потока при этом увеличиваются.

Осевой вентилятор

Рис. 2. Осевой вентилятор: 1 – рабочее колесо; 2 – корпус; 3 – электродвигатель; 4 – станина 

В диаметральном вентиляторе (рис. 3) перемещение воздуха происходит в плоскости, перпендикулярной оси вращения рабочего колеса 2. Рабочее колесо барабанного типа с загнутыми вперед лопатками. Корпус вентилятора напоминает корпус радиального вентилятора.

Диаметральный вентилятор

Рис. 3. Диаметральный вентилятор: 1– входной патрубок; 2 – рабочее колесо; 3 – выходной диффузор

2. Типы и характеристики вентиляторов

2.1. Радиальные вентиляторы

В радиальном вентиляторе воздух поступает через входное отверстие, которое всегда имеет круглую форму, и выходит через выходное отверстие, имеющее квадратную или прямоугольную форму.

Радиальные вентиляторы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 5976-90 и распространяются на вентиляторы общего назначения для обычных сред, одноступенчатые, с горизонтально расположенной осью вращения, со спиральными корпусами, с рабочими колесами диаметром от 200 до 3150 мм, создающие полные напоры до 12 000 Па при плотности перемещаемой газообразной среды 1,2 кг/м3.

Стандарт не распространяется на вентиляторы специального исполнения (пылевые, взрывозащищенные, коррозионно-стойкие и др.) и вентиляторы, встроенные в агрегаты и машины, в том числе кондиционеры.

Радиальные вентиляторы классифицируются следующим образом.

По создаваемому давлению:

  • низкого давления, до 1000 Па;
  • среднего давления, от 1000 до 3000 Па;
  • высокого давления, свыше 3000 Па.

Следует отметить, что вентиляторы низкого давления при увеличении числа оборотов могут развивать среднее давление, следовательно, классификация по этому признаку является условной.

В системах вентиляции чаще применяются вентиляторы низкого и среднего давлений. Вентиляторы высокого давления используются в технологических установках, а также в вентиляционных системах при значительной протяженности воздуховодов и большом гидравлическом сопротивлении сети.

По назначению:

а) общего назначения – для перемещения воздуха и других газовых смесей, агрессивность которых по отношению к углеродистым сталям обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха, с температурой до 80 ОС, не содержащих липких веществ, волокнистых материалов, с содержанием пыли и других твердых примесей не более 100 мг/м3. Такие вентиляторы применяются в системах кондиционирования воздуха и вентиляции, воздушного отопления и для производственных целей;

б) для технологических нужд – для перемещения агрессивных сред используют коррозионно-стойкие вентиляторы, выполненные из титана, нержавеющей стали, алюминия, винипласта, полипропилена, углеродистой стали с антикоррозионным покрытием; для перемещения воздуха с температурой выше 80 ОС используют термостойкие вентиляторы; для перемещения взрывоопасных сред (по специальным условиям) – взрывозащищенные вентиляторы; для перемещения воздуха, засоренного механическими примесями, и пневматического транспортирования материалов с содержанием пыли более 100 мг/миспользуют пылевые вентиляторы с повышенными требованиями в отношении износоустойчивости;

в) дымососы – для перемещения дымовых газов (применяются в тяговых установках котельных).

По направлению вращения рабочего колеса:

  • правого вращения – если колесо вращается по часовой стрелке (со стороны станины);
  • левого вращения, если колесо вращается против часовой стрелки.

По классу в зависимости от величины окружной скорости колеса u:

  • к первому классу относятся вентиляторы с загнутыми вперед лопатками при u < 30 м/с и вентиляторы с загнутыми назад лопатками при u < 50 м/с;
  • ко второму классу относятся вентиляторы с загнутыми вперед лопатками при u > 30 м/с и вентиляторы с загнутыми назад лопатками при u > 50 м/с.

По расположению выходного отверстия: верхнее; правое; левое; нижнее. Возможны промежуточные положения выходного отверстия (под углом к горизонтали в 450).

По способу привода: на ременной передаче и на одном валу с двигателем.

На рис. 2 изображены спиральные корпусы и рабочие колеса радиальных вентиляторов.

Спиральные корпусы и рабочие колеса радиальных вентиляторов

Рис. 2. Спиральные корпусы и рабочие колеса радиальных вентиляторов: а – низкого давления с числом лопастей 12, 24, 36 или 48; б – среднего давления с числом лопастей 12 или 24; а в – пылевого с 6 лопастями; г – высокого давления

Положение кожуха радиальных вентиляторов общего назначения

Рис. 3. Положение кожуха радиальных вентиляторов общего назначения: а – вентиляторов правого вращения; б – вентиляторов левого вращения

Конструктивные схемы исполнения радиальных вентиляторов

Рис. 4. Конструктивные схемы исполнения радиальных вентиляторов

На рис. 3 показаны различные положения спирального корпуса радиальных вентиляторов. Углы поворота корпуса отсчитывают по направлению вращения рабочего колеса в соответствии с рис. 3.

Вращение колеса будет правильным, если оно направлено по ходу разворота спирали кожуха.

Конструктивные схемы исполнения радиальных вентиляторов представлены на рис. 4. Допускается для вентиляторов исполнения 1 крепление электродвигателя к корпусу вентилятора.