Аэродинамические схемы центробежных вентиляторов

Обновлено: 15.05.2024

Центробежный вентилятор, как и всякая турбомашина, состоит из рабочего колеса, подводящих и отводящих устройств. В качестве подводящего устройства используют конфузор, а в качестве отводящего устройства – спиральный отвод.

Центробежные вентиляторы обычно строят одноступенчатыми.

Схемы вентиляторов. Современные осевые шахтные вентиляторы строят одноступенчатыми и компонуются по схемам: местного проветривания НА + РК и НА + РК + CA и главного проветривания НА + РК и НА + РК + CA.

Обозначено: РК – рабочее колесо, НА – направляющий аппарат, СА – спрямляющий аппарат. НА предназначены для придания потоку воздуха необходимого направления при входе в рабочее колесо, а НА между двумя рабочими колесами многоступенчатого вентилятора также и для раскручивания потока; СА – для раскручивания потока при выходе из колеса в сторону, обратную его вращению. Выходные углы лопаток НА между рабочими колесами и лопаток СА можно задать такими, что поток изменит свое направление даже па противоположное. Направление потоков можно проследить на планах скоростей, на которых обозначены абсолютные скорости на входе и выходе: с׳1 и с׳2 – направляющего аппарата и с״1 и с״2 – спрямляющих СА аппаратов, с1 и с2 – рабочего колеса. Схема двухступенчатого вентилятора РК + НА + РК + СА будет обеспечивать примерно в 2 раза большее давление, чем схема
РК + СА, при одинаковой производительности. Полное давление, создаваемое осевым вентилятором [1],

где рвых и рв – давление соответственно за выходным диффузором и на входе вентилятора, Па; свых – абсолютная скорость на выходе вентилятора.

Очевидно, что статическая и динамическая составляющие давления будут

и . (5.1)

Элементы вентиляторов. Коллектор, обтекатель и первый лопаточный аппарат устанавливаются на входе и предназначаются для плавного, без больших потерь, увеличения осевой скорости с1, потока и обеспечения равномерного поля скоростей. Коллектор может быть очерчен по дуге окружности радиусом r > 0,2D2 > r, где D2 – диаметр рабочего колеса. Обтекатель имеет форму полусферы или полуэллипсоида.

Рабочие колеса осевых вентиляторов оснащаются профилированными лопатками (обычными и кручеными). Форма лопаток выбирается такой, чтобы обеспечивалась вокруг них необходимая циркуляция для создания достаточного напора и одновременно исключалось бы перетекание частиц воздуха в радиальном направлении к периферии в связи с действием центробежных сил от закручивания потока. В самом деле, из уравнения Л. Эйлера видно, что передача энергии потоку лопатками неизбежно связана с закручиванием потока. В закрученном потоке возникают центробежные силы, которые могут стать причиной перетекания воздуха из одного кольцевого слоя в другой к периферии вентилятора. Такое перетекание нежелательно, так как вызывает значительные потери энергии. Очевидно, что перетекания частиц потока не будет, если давления вдоль радиусов будут постоянными (р = const) или по уравнению Л. Эйлера

Г = const или rc. (5.2)

Из этого условия следует, что для обеспечения постоянства давления скорость закручивания должна изменяться по гиперболическому закону

. (5.3)

Такое изменение скорости вдоль радиуса рабочего колеса достигается конструкцией лопаток с переменными шириной b и углами β1 и β2. В связи с этим, у современных осевых вентиляторов применяют крученые лопатки с переменным сечением по длине. Поле скоростей за рабочим колесом с некручеными лопатками имеет значительную неравномерность [1].

Большое влияние на работу вентилятора оказывает зазор δ между концами лопаток и кожухом вентилятора.

Относительный зазор (зазор, отнесенный к длине лопатки lл) для качественно изготовленных отечественных вентиляторов составляет 0,8 – 1,0 %. При величине относительного зазора всего 1,5 % давление снижается на 15 – 20 % по сравнению с расчетной величиной при нулевом зазоре. Уменьшение давления объясняется обратным перетеканием воздуха через кольцевой зазор из области повышенного в область пониженного давления.

Направляющий и спрямляющий аппараты представляют собой венцы из неподвижных или поворотных лопаток. Основные параметры: густота решетки b/t, угол установки и аэродинамическая характеристика профиля лопаток. Для радиального равновесия потока распределение скоростей закручивания потока в аппаратах должно быть таким же, как и в рабочих колесах.

Для работы в криволинейном потоке профили лопаток СА и НА должны быть деформированы соответственно кривизне потока. Во избежание потерь энергии лопатки должны быть установлены так, чтобы поток входил на их входные кромки по касательной или под небольшим углом. Чтобы это соблюдалось при разных режимах работы вентиляторов, лопатки НА и СА следует выполнять поворотными.

Диффузор и выходная часть предназначаются для преобразования динамического рдин в статическое рст давление. Между спрямляющим аппаратом и диффузором для выравнивания поля скоростей потока целесообразно предусматривать небольшой цилиндрический участок. Переход от цилиндрического к коническому участку должен быть плавным. Важнейшими параметрами диффузоров являются: степень расширения диффузора

χ , (5.4)

где F1 и F2 – площади сечений, а са1 и cа2 – скорости потока на входе и выходе диффузора; углы раскрытия конусов φ1 и φ2 и относительная длина диффузора , где D – начальный диаметр диффузора.

У шахтных вентиляторов принимается коническая часть длиной и углы раскрытия конусов φ1 = 3° и φ2 = 6°.

Номенклатура и назначение. В горной промышленности России эксплуатируются современные осевые одноступенчатые, реверсивные со сменными и поворотными на ходу лопатками рабочего колеса вентиляторы типов: ВО, ВОК, (В – вентилятор, О – осевой, К – с кручеными лопатками).

Также наряду с современными типами осевых вентиляторов на действующих шахтах и подземных рудниках могут эксплуатироваться устаревшие модели ВОД, ВОМ, ВОМД, ВОКР, ВУПД (Д – многоступенчатые), являющиеся менее эффективными.

В настоящее время выпускаются разработанные в последнее время вентиляторы типа ВО (ВО-12,5, ВОМ-18, ВО-21К, ВО-24К и ВО-30К) (цифра в маркировке вентиляторов – диаметр рабочего колеса по концам лопаток в дециметрах) [14].

Рис. 5.1. Схема современного осевого вентилятора типа ВО

Осевые вентиляторы типа ВО предназначаются для проветривания неглубоких шахт и рудников, общешахтная депрессия которых не превышает 4 кПа (рис. 5.1).

Вентилятор ВО-12,5 предназначен для вентиляции метрополитенов, тоннелей, объектов общепромышленного назначения, систем воздушного отопления, проточной и вытяжной вентиляции технологических установок, а также в качестве вспомогательного вентилятора для проветривания стволов и околоствольных выработок при их сооружении, в калориферных установках и т. п.

Вентиляторы типа ВО, за исключением ВО-12,5 предназначены для главного проветривания шахт и подземных рудников, а также для работы в вентиляционных системах предприятий других отраслей промышленности, рассчитанных на перемещение воздуха и неагрессивных газов, выполняются реверсивными и обеспечивают требуемую правилами безопасности производительность при реверсе более 60 % от нормальной производительности; по специальному заказу они могут выполняться и нереверсивными. Эти вентиляторы применимы как для всасывающей, так и для нагнетательной вентиляции.

Вентиляторы типа ВО – одноступенчатые. Для уменьшения шума они не имеют входных направляющих аппаратов и собраны по условной схеме РК + СА.

Рабочие колеса вентиляторов снабжены 8 сдвоенными лопатками. Установка лопаток РК вентиляторов, за исключением ВО-12,5, производится в пределах 15 – 45°. При реверсировании струи воздуха лопатки НА и СА поворачиваются на углы 153 и 158° и направление их выпуклости изменяется на противоположное.

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:
а - общий вид; б - рабочее колесо;
1 - корпус (кожух); 2 - подводной патрубок; 3 - отводной патрубок; 4 - станина;
5 - рабочая лопатка; 6 - диски.

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:
1 - входной коллектор; 2 - втулка; 3 - передний обтекатель; 4 - лопасть; 5 - задний обтекатель; 6 - диффузор; 7 - электродвигатель; 8 - обечайка.

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); η_в - полный КПД вентилятора; u - окружная скорость, м/с:

где D_н - 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 η_r - гидравлический (аэродинамический) КПД, учитывающий потери напора в рабочем колесе и проточной части вентилятора; η_V - объемный КПД, учитывающий объемные потери; η_м - 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 р_т от производительности вентилятора. Параметры вентилятора принимают оптимальные значения при определенной его производительности V (рис. 7).

рис. 6. Рабочие характеристики вентилятора:
а - β>90°; б - β=90°; в - β

Центробежный (радиальный) вентилятор – устройство, служащее для принудительной перегонки воздуха внутри помещения либо выведения загрязненного воздуха через очистной канал в окружающую среду.

Принципиальное устройство

Центробежный вентилятор состоит из рабочего колеса, представляющего собой лопастной ротор с лопатками небольшой высоты. Их количество зависит от диаметра колеса. Форма лопастей чаще всего бывает:

загнутой назад (относительно основного вращения), что обеспечивает высокий КПД, энергоэффективность и возможность сжимать воздух до высоких давлений;
загнутой вперед, что делает вентилятор менее эффективным (меньшее КПД, малая скорость вращения), но менее шумным.

Рис 1. назад загнутые лопатки

Рис 2. вперед загнутые лопатки

Реже встречаются модели с плоскими лопатками (практически не применяются в современных устройствах из-за низкого КПД) и лопатками специальной формы исполнения (данные лопасти могут иметь разнообразную геометрию и размеры).

Ротор помещают в кожух-диффузор спиральной конструкции. Кожух оснащен всасывающим и нагнетательным патрубками (в мощных вентиляторах может быть два всасывающих и два нагнетательных патрубка).

Вал соединятся с двигателем:

непосредственно (рабочее колесо расположено на валу), что позволяет получить компактный, но шумно работающий прибор;
через ременную передачу (на валу вентилятора при этом имеется шкив, через который проходит вращающий его ремень), что увеличивает размеры устройства по сравнению с прямым соединением, но обеспечивает относительно бесшумную работу;
прямым подключением.

Принцип работы

Электродвигатель приводит в движение лопасти. Вращаясь, они втягивают воздух, который начинает перемещаться на поверхности импеллера, вращающегося с большой скоростью. На лопатках крыльчатки происходит разделение воздушных масс и нагнетание их в рабочей камере (сжатие). С жатый воздух (газ) направляется в воздуховод, где проходит очистку и выпускается наружу.

Центробежный вентилятор можно использовать для разрежения воздушного пространства. В этом случае воздух (газ) втягивается из воздуховода либо из помещения, а выводится в окружающую среду либо в иное помещение.

При правильном выборе модели устройства и соблюдении элементарных норм эксплуатации, срок службы радиальных вентиляторов соответствует заявленному производителем, и составляет не менее 12 лет.

Классификация центробежных вентиляторов

Радиальные вентиляторы классифицируют по:

направлению движения потоков газа (воздуха) подразделяются на вытяжные и двухстороннего всасывания (направление движения воздуха определяется по стороне, лежащей напротив привода);
значению величины давления газа делятся на вентиляторы низкого, среднего и высокого давления;
по направлению вращений - на вентиляторы с вращением по часовой стрелке (правосторонние) и против часовой стрелки (левосторонние);
по степени защиты от влияния внешних факторов – от низкого до повышенного уровня с возможностью фильтрации воздуха, содержащего взвеси твердых частиц; также существуют вентиляторы, изготовленные из инертных материалов, либо из стандартных материалов, имеющих инертное покрытие (используются для фильтрации воздуха, содержащего химически агрессивные примеси);
по уровню пожаро- и взрывобезопасности – устройства, с высоким уровнем защиты производят из алюминиевых сплавов с двигателями, исключающими искрообразование.

Области применения

Простая конструкция, надежность, долговечность и удобство применения центробежных приборов сделали их незаменимыми во многих областях.

Часто в больших зданиях и на предприятиях устанавливают систему, включающую несколько центробежных вентиляторов.

Для подбора вентилятора отправьте заявку нашему менеджеру или позвоните по номеру: 8 (499) 647-40-32. Ответ нашего менеджера будет содержать всю необходимую информацию: цену, техническое описание, срок поставки, условия доставки и оплаты.

Давно хотел купить себе центробежный вентилятор, вот решил всё-таки ознакомиться с его достоинствами. Читать огромные стати просто не хотелось, долго искал что-то стоящее, пока не наткнулся на данный текст. Вся информация написана только по теме, нет ничего лишнего, но вот хотелось бы получить ответ, а как следует решать проблему с постукивание в таком устройстве?