Промишлени вентилатори

Характеристики на използваните в индустрията вентилатори

    Вентилаторите са работни хидравлични машини, предназначени за транспортиране на въздушни потоци, газови и парни среди, праховъздушни смеси и т. н. Те са основен елемент на вентилационните, климатичните и отоплителните системи на производствени и промишлени сгради, с които се поддържат оптимални условия на труд, както и подходящ микроклимат за протичане на технологични и производствени процеси. Вентилаторите намират широко приложение и в металургията, химическата промишленост, енергетиката и т. н.
Принципът им на работа се основава на трансформиране на механичната енергия, подавана на вала на работното колело на вентилатора, в хидравлична енергия – кинетична и на налягане. Трансформирането е резултат от взаимодействието на работните лопатки с флуида. Вентилаторите засмукват флуид при налягане, приблизително равно на атмосферното, и го нагнетяват с налягане, малко по-високо от атмосферното. Като показател за възможностите и работата на вентилатора, обикновено се използват показателите бързодействие и големина на създаваното налягане.

Вентилаторите са основно центробежни и аксиални
В зависимост от конструкцията си и от направлението на въздушния поток в работното колело, вентилаторите се класифицират като радиални, диагонални, осови и диаметрални. Обикновено в практиката за радиалните и диагонални вентилатори се използва общото название центробежни вентилатори.
Потокът въздух, постъпващ във въртящото се работно колело на осовите вентилатори, не променя направлението си на движение и то се запазва успоредно на оста на въртене. При центробежните вентилатори въздухът постъпва във вентилатора, движейки се по оста на въртене, но променя посоката си и излиза, насочен радиално (отклонява се на 90°). В диаметралните вентилатори въздухът постъпва по цялата дължина на ротора, движи се към изхода, подобно но движението на въздуха в центробежните вентилатори. Те осигуряват равномерен въздушен поток по цялата си дължина и не създават допълнителен шум.

Едностранно и двустранно засмукващи
Както е известно, всеки вентилатор има смукателна и нагнетателна страна, като в зависимост от начина му на присъединяване към въздуховода, той може да работи в режим на нагнетяване или в режим на засмукване на въздух. При центробежните вентилатори, според начина на постъпване на флуида в работното колело, е възможно да се постигне едностранно и двустранно засмукване. Обикновено, двустранно засмукващите вентилатори се използват при необходимост от транспортиране на големи дебити.
В зависимост от направлението на въртене на работното колело, вентилаторите са с дясно или с ляво въртене. Логично, при вентилаторите с дясно въртене работното колело се върти по часовниковата стрелка, а при вентилаторите с ляво въртене работното колело се върти обратно на часовниковата стрелка.
В зависимост от направлението на лопатките на работното колело, вентилаторите могат да бъдат с обърнати напред лопатки, с обърнати назад лопатки, както и такива с радиални лопатки.

Класификация според свойствата на средата
В зависимост от физико-техническите свойства на преместваната среда, вентилаторите се разделят на:
l Вентилатори, използвани за преместване на въздух и други газови смеси, агресивността на които по отношение на обикновената въглеродна стомана не превишава агресивността на въздуха;
l Корозионноустойчиви вентилатори за преместване на газове и пари, замърсени с химически агресивни примеси;
l Вентилатори за използване във взривоопасна среда, предназначени за преместване на някои видове взривоопасни въздушни смеси;
l Прахови вентилатори за преместване на въздух и други газови смеси, съдържащи прахообразни примеси и частици с минерален произход.

Центробежни вентилатори
В зависимост от състава на преместваните среди, използваните материали и предназначението им, центробежните вентилатори се определят като:
Вентилатори с общо предназначение от въглеродна стомана, предназначени за стандартни газови среди. Използват се за преместване на въздух и други невзривоопасни газови среди с температура до 80 оС. В случаите, в които вентилаторът е топлоустойчиво изпълнение, се допуска използването му за флуиди с температура до 200 °С, които не съдържат лепкави вещества и влакнести материали;
Корозионноустойчиви вентилатори от неръждаема стомана за агресивни среди. Използват се за преместване на агресивни невзривоопасни газови среди с температура до 80 °С. Ако изпълнението на вентилатора е топлоустойчиво, средата може да е с температура до 200 °С. Този вид вентилатори също са приложими в среда, несъдържаща лепкави вещества и влакнести материали;
Взривозащитени вентилатори, изработени от разнородни метали, неръждаема стомана и алуминиеви сплави. Те се използват за транспорт на газове и пари с температура до 80 °С, несъдържащи лепкави вещества и влакнести материали. Топлоустойчивото изпълнение на вентилатора е с работна температура до 200 °С;
Топлоустойчиви вентилатори от въглеродна стомана, от разнородни метали, от неръждаема стомана в обикновено или взривозащитено изпълнение, за обикновени или агресивни среди. Използват се за преместване на въздух и други невзривоопасни газови и парни среди, взривоопасни газови и парни среди, агресивни среди и агресивни взривоопасни газови и парни смеси с температура до 200 оС, несъдържащи лепкави вещества и влакнести материали;
Прахоуловителни вентилатори от въглеродна стомана и неръждаема стомана за въздушни среди, съдържащи прахови частици. Използват се за преместване на невзривоопасни въздушни смеси, съдържащи прах и други твърди механични примеси в количества 1 kg/m3, в отсъствие на лепкави и влакнести материали;
Противодимни вентилатори. Предназначени са за отвеждане на димните газове, отделяни при пожар. Обикновено, при температура на димните газове до 400 оС, противодимните вентилатори следва да осигурят отвеждането им е в продължение на 120 минути. При температура на димните газове до 600 оС, този времеви период е 60 минути. Димните газове не трябва да съдържат взривни или лепкави вещества и влакнести материали.

Осови вентилатори
В зависимост от състава на преместваната среда, материалите от които са изработени и предназначението им, осовите вентилатори се разделят на:
Осови вентилатори с общо предназначение изработени от въглеродна стомана използвани за предвижване на обикновени газови среди. Използват се предимно за преместване на въздух и други невзривоопасни газове с температура до
40 °С, несъдържащи лепкави вещества и влакнести материали;
Взривозащитени вентилатори от разнородни метали, предназначени за взривоопасни среди. Използват се за предвижване на газови взривоопасни смеси с температура до 40 °С, не съдържащи лепкави вещества и влакнести материали;
Осови противодимни вентилатори, предназначени за транспортиране на отделените димни газове, както и за подаване на свеж въздух в противопожарни вентилационни системи. Противодимните осови вентилатори се използват за отвеждане на отделящите се при пожар димни газове, които не съдържат взривоопасни или лепкави вещества и влакнести материали.
Подобно на центробежните вентилатори, при температура до
400 оС, отвеждането на димните газове следва да е гарантирано в продължение на 120 минути, а при температура до 600 оС - в продължение на 60 минути. Осовият вентилатор, използван за подаване на въздух, е предназначен за създаване на надналягане и предотвратяване проникването на дим в стълбищните клетки и в асансьорните шахти, което се прави с цел да се осигури необходимото време за евакуация на хората при пожар.

Работни характеристики на вентилаторите
Основните параметри, с който се характеризира работата на един вентилатор, са:
- Дебит - дефинира се като количеството флуид, преминал през вентилатора за единица време. Обикновено при вентилаторите се работи с обемен дебит Q (m3/s, m3/h);
- Ефективна (полезна) мощност – Ne (W, kW). Изразява нарастването на отдадената енергия на флуида за единица време;
- Консумирана мощност – N (W, kW) – мощността, която се консумира от задвижващата машина (ел. двигател). Консумираната мощност е по-голяма от ефективната мощност;
- Динамично налягане Pd. Дефинира се като кинетичната енергия на потока, отнесена към 1 m3 въздух. Това налягане е винаги положително и се определя в зависимост от скоростта на въздуха във въздухопровода;
- Статично налягане Ps - дефинира се като потенциалната енергия на
1 m3 въздух в разглежданото сечение. Статичното налягане е положително тогава, когато е по-голямо от атмосферното. Определя се като разлика между пълното налягане Р и динамичното налягане Pd;
- Пълно налягане Р (Pa) – представлява сумата от статичното Ps и динамичното Pd налягане. Показва нарастването на специфичната енергия на флуида, преминал през вентилатора. В зависимост от стойността на пълното налягане, създавано от вентилатора при преместването на въздуха, вентилаторите се класифицират в три групи:
- вентилатори ниско налягане (вентилатори, осигуряващи налягане до 1000 Ра);
- вентилатори средно налягане (вентилатори, осигуряващи налягане от 1000 до 3000 Ра);
- вентилатори високо налягане (вентилатори, осигуряващи налягане от 3000 до 10 000 Ра).

Параметри за избор на вентилатор
Не съществува понятие като най-ефективен вентилатор. Дори и оптималното техническо решение за конкретно приложение е компромис между технически характеристики, изисквания, цена, сложност на поддръжката и т. н. Параметрите, които се вземат при избор на вентилатор, са: дебит, налягане, вид на транспортираните газове (включително запрашеност, температура, агресивност, взривоопасност и други техни специфични особености), а също така и някои конструктивни характеристики като допустими габаритни размери, например. Необходимо е да се имат предвид също и шумовите характеристики на вентилатора.
Изборът обикновено се базира на предоставените от производителя работни характеристики на вентилаторите. Те отразяват зависимостта на основните параметри на вентилатора от дебита, т. е.
p = p(Q), h = h(Q), N = N(Q) при n = const. Ако вентилаторът позволява задвижване с различна честота на въртене, то характеристиката
p = p(Q) се представя посредством фамилия криви за всяка конкретна честота на въртене. Върху работната характеристика на вентилатора се отразяват само работните участъци, ограничени от условието коефициентът на полезно действие да е по-голям или равен на 0,9 hmax. В съответствие със съвременните изисквания, работната характеристика включва и скала за нивото на звуково налягане.
Самият избор на вентилатор при зададени дебит и пълно налягане принципно следва следната последователност. От представените в каталога на производителя аеродинамични характеристики на отделните видове вентилатори, на базата на зададените дебит и налягане, както и други специфични изисквания, се избира подходящият вентилатор. Оборотите му се определят от индивидуалната аеродинамична характеристика на избрания модел за съответния дебит и налягане.
Нивото на звуково налягане на вентилатора се определя от работната характеристиката в зависимост от определените аеродинамични параметри.

Вентилатори за въздушни потоци с голяма скорост
В процеса на избор на вентилатор за въздушни потоци с голяма скорост е необходимо да се обърне внимание на типа на неговия тип и на скоростта на въртене на работното му колело. Центробежните вентилатори осигуряват голямо налягане и съответно висока скорост на движение на въздуха.
За да се подбере най-малко енергоемкият промишлен вентилатор, преди всичко е необходимо да се обърне внимание на мощността на електродвигателя, на номиналната и на консумираната мощност. Добре е да се има предвид, че за центробежните вентилатори с обърнати назад лопатки е необходима по-малка мощност в сравнение с вентилаторите с обърнати напред лопатки.
Ако е поставено условие за определено налягане и въздухообмен, във вентилационните системи се предпочита използването на осови вентилатори. Те при еднакви изисквания към налягането и необходимата електроенергия имат по-висока производителност по въздух.

Критерият премествано количество въздух
Както вече бе споменато, основното различие между осовите и центробежните вентилатори е в конструкцията на работното колело и направлението на преминаващия въздух. Центробежните и осовите вентилатори, обаче, се различават и по техническите характеристики, осигурявани от вентилатори с работни колела с еднакъв диаметър. Известно е, че за преместване на един и същ обем въздух, по правило е необходим осов вентилатор с по-малка мощност в сравнение с центробежния. Затова осовите вентилатори се препоръчват за използване в помещения с голям въздушен обем, при неголеми аеродинамични съпротивления и налягане. Центробежният вентилатор е предпочитано решение в каналните вентилационни системи, в които е необходимо създаването на достатъчно налягане, за да се предаде на въздуха необходимата скорост на движение.

Шумът, генериран от вентилатора
С цел спазване на санитарните норми за нивото на шум, генериран от вентилатора и от неговите елементи, нивото на звуковото налягане за всеки модел би следвало да е посочено в каталозите на фирмата производител. За всички вентилатори е характерна зависимостта с увеличаване на скоростта на въртене на работното колело на вентилатора, да нараства съответно и генерираният от него шум. До увеличаване на създавания от вентилатора шум води и намаляване на коефициента на полезно действие на вентилатора.
Шумът, генериран от вентилатора, може да се намали чрез ограничаване на оборотите на електродвигателя, повишаване на КПД на вентилатора, подобряване на аеродинамичните характеристики на нагнетателния и смукателния въздуховод. Често срещано решение е поставяне на шумозаглушители във въздухопроводната мрежа.

Регулиране на дебит при вентилатори
Дебитът на всеки работещ вентилатор се определя от работната му точка. Често, обаче, се налага дебитът на вентилатора да бъде променян. Регулирането на дебита обикновено се реализира чрез промяна на честотата му на въртене, в случаите при които вентилаторът се задвижва от регулируем двигател. При осовите машини това регулиране на дебита се постига чрез промяна на ъгъла на поставяне на лопатките, а при вентилатори с направляващ апарат посредством завъртане на лопатките му. Методът, базиран на промяна на честотата на въртене, води до постигането на висока ефективност, като регулирането се осъществява в голям диапазон.
Друг метод включва промяна на характеристиката на инсталацията, т. е. осъществява се чрез дроселиране. Реализира се чрез монтиране на спирателна арматура – шибъри, вентили и кранове в инсталацията. Методът намира приложение най-вече при центробежните вентилатори, като освен дебитът, по този начин се регулира и мощността им. Лесен е за приложение, но води до хидравлични загуби и намаляване на КПД.

Устойчива работа на вентилатора
В процеса на експлоатация на инсталацията могат да възникнат различни проблеми, предизвикани от смущения както в самия вентилатор, като колебания на честотата на въртене, така и от проблеми в самата инсталация. Вследствие на тези смущения системата машина - инсталация би могла да излезе от равновесие. Сред условията за запазване, устойчивостта на работа на системата е работната точка на вентилатора да се намира в низходящата част на характеристиката p = p(Q), както и инсталацията да се характеризира с добра акумулираща способност.
Нарушаването на тези условия би могло да доведе до явлението помпаж, което освен с неустойчива работа на вентилатора се характеризира и със специфичен шум и опасни за системата хидравлични удари и вибрации.