Расчет крыльчатки для вентилятора



Расчет вентилятора

Из двух типов вентиляторов – центробежных и осевых (пропеллерных) – наиболее распространены в электрических машинах центробежные (рис. 33).

Рис. 33. Эскиз центробежного вентилятора

Для реверсивных машин применяют вентиляторы с радиальными лопатками, для нереверсивных – с наклонными. Чаще используют вентиляторы с радиальными лопатками, так как они проще.

Выбираем центробежный вентилятор с радиальными лопатками.

Предварительное определение размеров вентилятора

15. Внешний диаметр вентилятора выбираем максимально возможным по конструктивным соображениям, исходя из внутреннего диаметра станины принимаем .

16. Внутренний диаметр колеса вентилятора по (6.34)

принимаем .

17. Ширина лопатки по (6.35)

;

18. Высота лопатки по (6.36)

;

19. Число лопаток по (6.37)

; принимаем

20. Окружные скорости по внутреннему и наружному диаметрам лопаток по (6.38)

;

;

Определение характеристики вентилятора

21. Определяем напор вентилятора при QВ=0 (выходные отверстия закрыты, как бы режим Х.Х) по (6.39)

где — аэродинамический к.п.д. вентилятора при холостом ходе, для вентилятора с радиальными лопатками ;

— плотность воздуха, .

;

22. Определяем максимально возможное для вентилятора количество воздуха приH=0 (вентилятор работает непосредственно в атмосферу, как бы режим К.З.) по (6.40)

где — входное сечение вентилятора;

;

;

23. Строим характеристику вентилятора на основании (6.41) рис. 34.

Рис. 34. Характеристика вентилятора.

24. Аналитически, с учетом замечаний о максимальном к.п.д. вентилятора, определяем истинный расход воздуха и напор вентилятора по (6.44) и (6.45)

;

;

;

25. Определение мощности, потребляемой вентилятором по (6.46)

где — энергетический к.п.д. вентилятора, принимаем

(Вт);

Уточнение размеров вентилятора

26. Окружная скорость на внутреннем диаметре колеса вентилятора по (6.47)

;

27. Внутренний диаметр колеса вентилятора по (6.48)

;

28. Высота лопаток

;

Источник

Вентиляторы систем охлаждения
Теоретический расчет величины воздушного потока и потребляемой мощности вентиляторов

О проблемах работы систем охлаждения наш журнал уже писал в статье «Антифриз». Мы продолжаем эту тему и рассмотрим проблемы расчета величины воздушного потока и потребляемой мощности вентиляторов систем охлаждения.

Немного теории

Все вентиляторы систем охлаждения мобильных машин относятся к классу «осевых», или «пропеллерных», т. е. вентиляторов, нагнетающих поток по направлению оси вращения лопастей. Этим они отличаются от «центробежных», которые изменяют направление потока на 90° и направляют его перпендикулярно оси вращения лопастей.

Теплообмен в радиаторах систем охлаждения

В основе расчетов систем охлаждения лежит формула теплопередачи

где ΔQ – количество тепла, передаваемое телу;
m – масса тела;
ΔT – разница температур;
C – удельная теплоемкость.

Из приведенной формулы можно сделать важные выводы. Если ΔQ и С – величины постоянные, то чем больше ΔT , тем меньше m. И еще: количество тепла ΔQ, которое может быть передано от одного тела другому, прямо пропорционально разнице температур этих двух тел ΔT. Относительно теплообмена в радиаторе системы охлаждения это означает: чем больше разница температур охлаждающей жидкости и окружающего воздуха ΔT (Tж–Tв), тем меньший поток воздуха F, кг/с, требуется для охлаждения. Эта зависимость представлена на рис. 1. Из графика видно: когда температура окружающего воздуха приближается к температуре охлаждающей жидкости, т. е. ΔT уменьшается почти до нуля, требуемый поток воздуха стремительно увеличивается.

Этот и приведенные ниже графики построены на основе реальных испытаний.

Рис. 1. Зависимость величины потока воздуха F от разницы температур ΔT

Энергия, необходимая для создания воздушного потока заданной величины

Теперь рассмотрим зависимость энергопотребления привода вентилятора от величины воздушного потока и его скорости.

Как известно из классической механики, количество энергии, необходимой для приведения тела в движение, пропорционально скорости тела в квадрате:

Применительно к системе охлаждения из этого уравнения следует: чтобы увеличить поток воздуха, проходящий через радиатор, необходимо увеличить скорость потока, если эффективная площадь радиатора остается неизменной.

Отношение величины воздушного потока и энергии, необходимой для создания этого потока, выражается «законом вентилятора»:

где Е1 – энергия, затрачиваемая для создания существующего воздушного потока;
Е2 – энергия, необходимая для создания будущего воздушного потока;
F1 – величина существующего воздушного потока;
F2 – величина необходимого воздушного потока.

Из этого уравнения можно сделать важный вывод: энергия, необходимая для увеличения воздушного потока, пропорциональна отношению новой и старой величин потока в третьей степени. То есть, чтобы увеличить поток воздуха через радиатор в 2 раза, надо увеличить количество энергии в 8 раз (даже без учета возрастания аэродинамического сопротивления радиатора).

На рис. 2 изображена относительная зависимость между мощностью, потребляемой вентилятором, и величиной воздушного потока.

Рис. 2. Относительная зависимость потребляемой вентилятором мощности Е от величины воздушного потока F

Принципы разработки систем охлаждения

Проектирование системы охлаждения обычно начинают с выбора максимальной рабочей температуры, т. е. максимальной температуры окружающего воздуха, при которой система охлаждения способна поддерживать температуру охлаждающей жидкости двигателя на заданном уровне.

После выбора максимальной рабочей температуры можно определить расчетный перепад температур ΔT в системе и величину необходимого воздушного потока. Чем выше выбранная максимальная рабочая температура, тем больше величина необходимого воздушного потока.

Проще говоря, если мы рассчитываем систему охлаждения для работы в средней полосе, взяв за максимум температуру окружающего воздуха +35 °С, нам потребуется менее мощный вентилятор, чем в случае, когда система охлаждения будет рассчитана на работу при +50 °С.

Для создания оптимальной по характеристикам системы охлаждения следует учитывать факторы, перечисленные далее.

Как правильно выбрать максимальную рабочую температуру

Если выбрать слишком низкую максимальную рабочую температуру, машина будет перегреваться при высоких температурах окружающего воздуха, но если выбрать чрезмерно высокую, заложив в конструкцию системы охлаждения слишком большой запас производительности, система будет потреблять слишком большую мощность, а это приведет к перерасходу топлива и ухудшению экономичности машины. Поэтому очень важно выбрать оптимальное значение максимальной рабочей температуры.

На рис. 3 представлена зависимость величины воздушного потока от температуры окружающего воздуха для теплообменника типа «воздух–воздух». В испытанной системе охлаждения использовался вентилятор Ø 864 мм, максимальная рабочая температура равнялась 43 °С.

Рис. 3. Относительная зависимость величины воздушного потока F от температуры окружающего воздуха Т

На рис. 4 представлена зависимость мощности, потребляемой вентилятором, от температуры окружающего воздуха: мощность быстро падает с понижением температуры. Если температура окружающего воздуха опускается всего на 17 °С ниже максимальной рабочей температуры системы охлаждения, потребляемая мощность уменьшается более чем на 50%.

Рис. 4. Относительная зависимость величины воздушного потока F от температуры окружающего воздуха Т

Свести к минимуму нагрузку на систему охлаждения

Следует выявить и исключить все паразитные нагрузки на двигатель, которые увеличивают его теплоотдачу и нагрузку на систему охлаждения. Такие паразитные нагрузки обычно появляются из-за нерациональных конструкторских решений.

Например, гидромуфта привода вентилятора обычно имеет к.п.д. 75–85%. Это означает, что 15–25% подводимой к ней мощности превращается в тепло, от которого нагревается гидравлическое масло. Это тепло должно быть отведено через систему охлаждения самим вентилятором. Гидропривод вентилятора на максимально напряженном режиме работы обычно создает 5–7% общей тепловой энергии, которая отводится системой охлаждения. За счет этого на максимальном режиме работы мощность, необходимая для привода вентилятора, увеличивается на 16–22%, чтобы дополнительно отвести тепло, созданное самим приводом, плюс потери 15–25% за счет не 100%-ного к.п.д. В результате «набегает» лишней потребляемой мощности на привод вентилятора до 31–47% на максимальном режиме.

Сравним: ременный привод вентилятора обычно имеет к.п.д. 93–98% и не увеличивает нагрузку на систему охлаждения.

Выбор диаметра вентилятора

Увеличивая диаметр крыльчатки вентилятора, можно увеличить площадь сечения воздушного потока, за счет чего можно уменьшить его скорость. Поскольку площадь круга изменяется пропорционально величине диаметра в квадрате, скорость воздушного потока изменяется пропорционально квадрату диаметра вентилятора.

Как установлено ранее, потребляемая вентилятором мощность изменяется пропорционально квадрату скорости воздушного потока. Таким образом, мощность, потребляемая вентилятором, изменяется обратно пропорционально изменению диаметра в четвертой степени:

где Е1 – мощность, потребляемая существующим вентилятором;
Е2 – мощность, потребляемая новым вентилятором;
Ø1 – диаметр существующего вентилятора;
Ø2 – диаметр нового вентилятора.

Из уравнения видно, что при увеличении диаметра вентилятора на 10% (и соответственно площади радиатора) потребляемая вентилятором мощность снижается на 32% при сохранении прежней величины воздушного потока. Поэтому выгодно использовать радиатор и вентилятор наибольшего размера, которые можно разместить в подкапотном пространстве машины.

Читайте также:  Вентилятор процессора работает на полной скорости всегда

Системы с регулируемой величиной воздушного потока

Оптимальное решение. Системы охлаждения с регулируемой величиной воздушного потока позволяют обеспечивать высокую максимальную рабочую температуру без чрезмерных паразитных затрат мощности. Два наиболее распространенных способа регулировки величины воздушного потока – изменение частоты вращения или угла поворота лопастей вентилятора. Следует заметить, что уменьшение частоты вращения вентилятора выгодно не только с точки зрения экономии мощности, но и для снижения шума работы.

Вентиляторы охлаждения с поворачивающимися лопастями (изменяемым шагом) позволяют регулировать воздушный поток. Использование таких вентиляторов дает возможность разработчикам систем охлаждения обеспечить требования при экстремально высоких температурах окружающего воздуха и в то же время свести к минимуму потребление мощности на привод.

На рис. 5 представлена зависимость величины воздушного потока, проходящего через радиатор, от статического давления: при увеличении статического давления воздушный поток уменьшается. Чем больше воздуха будет проходить через радиатор, тем большее давление потребуется создать. На графике видно, как изменяется величина воздушного потока при изменении угла поворота лопастей (кривые сдвигаются на графике).

Рис. 5. Зависимость величины воздушного потока F от статического давления P при различных углах поворота лопастей

Испытания показали, что даже при относительно теплой погоде (+27 °С) использование вентилятора с поворачивающимися лопастями позволило снизить потребляемую мощность до 50%.

Источник

Расчет крыльчатки для вентилятора

О проблемах работы систем охлаждения наш журнал уже писал в статье «Антифриз». Мы продолжаем эту тему и рассмотрим проблемы расчета величины воздушного потока и потребляемой мощности вентиляторов систем охлаждения.

Немного теории

Все вентиляторы систем охлаждения мобильных машин относятся к классу «осевых», или «пропеллерных», т. е. вентиляторов, нагнетающих поток по направлению оси вращения лопастей. Этим они отличаются от «центробежных», которые изменяют направление потока на 90° и направляют его перпендикулярно оси вращения лопастей.

Теплообмен в радиаторах систем охлаждения

В основе расчетов систем охлаждения лежит формула теплопередачи

где ΔQ – количество тепла, передаваемое телу;
m – масса тела;
ΔT – разница температур;
C – удельная теплоемкость.

Из приведенной формулы можно сделать важные выводы. Если ΔQ и С – величины постоянные, то чем больше ΔT , тем меньше m. И еще: количество тепла ΔQ, которое может быть передано от одного тела другому, прямо пропорционально разнице температур этих двух тел ΔT. Относительно теплообмена в радиаторе системы охлаждения это означает: чем больше разница температур охлаждающей жидкости и окружающего воздуха ΔT (Tж–Tв), тем меньший поток воздуха F, кг/с, требуется для охлаждения. Эта зависимость представлена на рис. 1. Из графика видно: когда температура окружающего воздуха приближается к температуре охлаждающей жидкости, т. е. ΔT уменьшается почти до нуля, требуемый поток воздуха стремительно увеличивается.

Этот и приведенные ниже графики построены на основе реальных испытаний.

Рис. 1. Зависимость величины потока воздуха F от разницы температур ΔT

Энергия, необходимая для создания воздушного потока заданной величины

Теперь рассмотрим зависимость энергопотребления привода вентилятора от величины воздушного потока и его скорости.

Как известно из классической механики, количество энергии, необходимой для приведения тела в движение, пропорционально скорости тела в квадрате:

Применительно к системе охлаждения из этого уравнения следует: чтобы увеличить поток воздуха, проходящий через радиатор, необходимо увеличить скорость потока, если эффективная площадь радиатора остается неизменной.

Отношение величины воздушного потока и энергии, необходимой для создания этого потока, выражается «законом вентилятора»:

где Е1 – энергия, затрачиваемая для создания существующего воздушного потока;
Е2 – энергия, необходимая для создания будущего воздушного потока;
F1 – величина существующего воздушного потока;
F2 – величина необходимого воздушного потока.

Из этого уравнения можно сделать важный вывод: энергия, необходимая для увеличения воздушного потока, пропорциональна отношению новой и старой величин потока в третьей степени. То есть, чтобы увеличить поток воздуха через радиатор в 2 раза, надо увеличить количество энергии в 8 раз (даже без учета возрастания аэродинамического сопротивления радиатора).

На рис. 2 изображена относительная зависимость между мощностью, потребляемой вентилятором, и величиной воздушного потока.

Рис. 2. Относительная зависимость потребляемой вентилятором мощности Е от величины воздушного потока F

Принципы разработки систем охлаждения

Проектирование системы охлаждения обычно начинают с выбора максимальной рабочей температуры, т. е. максимальной температуры окружающего воздуха, при которой система охлаждения способна поддерживать температуру охлаждающей жидкости двигателя на заданном уровне.

После выбора максимальной рабочей температуры можно определить расчетный перепад температур ΔT в системе и величину необходимого воздушного потока. Чем выше выбранная максимальная рабочая температура, тем больше величина необходимого воздушного потока.

Проще говоря, если мы рассчитываем систему охлаждения для работы в средней полосе, взяв за максимум температуру окружающего воздуха +35 °С, нам потребуется менее мощный вентилятор, чем в случае, когда система охлаждения будет рассчитана на работу при +50 °С.

Для создания оптимальной по характеристикам системы охлаждения следует учитывать факторы, перечисленные далее.

Как правильно выбрать максимальную рабочую температуру

Если выбрать слишком низкую максимальную рабочую температуру, машина будет перегреваться при высоких температурах окружающего воздуха, но если выбрать чрезмерно высокую, заложив в конструкцию системы охлаждения слишком большой запас производительности, система будет потреблять слишком большую мощность, а это приведет к перерасходу топлива и ухудшению экономичности машины. Поэтому очень важно выбрать оптимальное значение максимальной рабочей температуры.

На рис. 3 представлена зависимость величины воздушного потока от температуры окружающего воздуха для теплообменника типа «воздух–воздух». В испытанной системе охлаждения использовался вентилятор Ø 864 мм, максимальная рабочая температура равнялась 43 °С.

Рис. 3. Относительная зависимость величины воздушного потока F от температуры окружающего воздуха Т

На рис. 4 представлена зависимость мощности, потребляемой вентилятором, от температуры окружающего воздуха: мощность быстро падает с понижением температуры. Если температура окружающего воздуха опускается всего на 17 °С ниже максимальной рабочей температуры системы охлаждения, потребляемая мощность уменьшается более чем на 50%.

Рис. 4. Относительная зависимость величины воздушного потока F от температуры окружающего воздуха Т

Свести к минимуму нагрузку на систему охлаждения

Следует выявить и исключить все паразитные нагрузки на двигатель, которые увеличивают его теплоотдачу и нагрузку на систему охлаждения. Такие паразитные нагрузки обычно появляются из-за нерациональных конструкторских решений.

Например, гидромуфта привода вентилятора обычно имеет к.п.д. 75–85%. Это означает, что 15–25% подводимой к ней мощности превращается в тепло, от которого нагревается гидравлическое масло. Это тепло должно быть отведено через систему охлаждения самим вентилятором. Гидропривод вентилятора на максимально напряженном режиме работы обычно создает 5–7% общей тепловой энергии, которая отводится системой охлаждения. За счет этого на максимальном режиме работы мощность, необходимая для привода вентилятора, увеличивается на 16–22%, чтобы дополнительно отвести тепло, созданное самим приводом, плюс потери 15–25% за счет не 100%-ного к.п.д. В результате «набегает» лишней потребляемой мощности на привод вентилятора до 31–47% на максимальном режиме.

Сравним: ременный привод вентилятора обычно имеет к.п.д. 93–98% и не увеличивает нагрузку на систему охлаждения.

Выбор диаметра вентилятора

Увеличивая диаметр крыльчатки вентилятора, можно увеличить площадь сечения воздушного потока, за счет чего можно уменьшить его скорость. Поскольку площадь круга изменяется пропорционально величине диаметра в квадрате, скорость воздушного потока изменяется пропорционально квадрату диаметра вентилятора.

Как установлено ранее, потребляемая вентилятором мощность изменяется пропорционально квадрату скорости воздушного потока. Таким образом, мощность, потребляемая вентилятором, изменяется обратно пропорционально изменению диаметра в четвертой степени:

где Е1 – мощность, потребляемая существующим вентилятором;
Е2 – мощность, потребляемая новым вентилятором;
Ø1 – диаметр существующего вентилятора;
Ø2 – диаметр нового вентилятора.

Из уравнения видно, что при увеличении диаметра вентилятора на 10% (и соответственно площади радиатора) потребляемая вентилятором мощность снижается на 32% при сохранении прежней величины воздушного потока. Поэтому выгодно использовать радиатор и вентилятор наибольшего размера, которые можно разместить в подкапотном пространстве машины.

Системы с регулируемой величиной воздушного потока

Оптимальное решение. Системы охлаждения с регулируемой величиной воздушного потока позволяют обеспечивать высокую максимальную рабочую температуру без чрезмерных паразитных затрат мощности. Два наиболее распространенных способа регулировки величины воздушного потока – изменение частоты вращения или угла поворота лопастей вентилятора. Следует заметить, что уменьшение частоты вращения вентилятора выгодно не только с точки зрения экономии мощности, но и для снижения шума работы.

Читайте также:  Вентилятор SUNON 5VDC 40x40x10mm MF40100V1 G99 A

Вентиляторы охлаждения с поворачивающимися лопастями (изменяемым шагом) позволяют регулировать воздушный поток. Использование таких вентиляторов дает возможность разработчикам систем охлаждения обеспечить требования при экстремально высоких температурах окружающего воздуха и в то же время свести к минимуму потребление мощности на привод.

На рис. 5 представлена зависимость величины воздушного потока, проходящего через радиатор, от статического давления: при увеличении статического давления воздушный поток уменьшается. Чем больше воздуха будет проходить через радиатор, тем большее давление потребуется создать. На графике видно, как изменяется величина воздушного потока при изменении угла поворота лопастей (кривые сдвигаются на графике).

Рис. 5. Зависимость величины воздушного потока F от статического давления P при различных углах поворота лопастей

Испытания показали, что даже при относительно теплой погоде (+27 °С) использование вентилятора с поворачивающимися лопастями позволило снизить потребляемую мощность до 50%.

Источник

Вентиляторы. Турбовентиляторы. Расчет и подбор вентиляторов

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию вентиляторы (радиальные вентиляторы с двигателем,вытяжные и нагнетательные вентиляторы, турбовентиляторы и др.).

Для решения задачи перемещения воздушно-газовых смесей в промышленности применяют различные газодувные машины. Условно их можно разделить на две группы по степени повышения давления перемещаемой среды. К первой группе относят машины способные незначительно повышать давление – вентиляторы, газодувки. Во вторую группу относят машины способные создавать высокие значения давления перемещаемой среды – компрессоры.

Рассмотрим подробнее машины служащие для перемещения воздушно-газовых смесей на примере вентиляторов.

Общее описание

Вентиляторами называются машины, предназначенные для перемещения различных воздушно-газовых смесей с увеличением степени их давления до максимального значения 12-15 кПа. Отличительными чертами вентиляторов являются простая одноступенчатая конструкция и работа с малыми окружными скоростями вращения вала. Вентиляторы состоят из корпуса, рабочего колеса с лопатками, установленного на вал внутри корпуса, и привода. В качестве привода вентиляторов используют электродвигатели.

Широкое применение вентиляторы нашли как в быту, так и в промышленности. К промышленным вентиляторам предъявляются определенные требования ввиду более жестких условий эксплуатации. Помимо соответствия параметрам проводимого технологического процесса промышленные вентиляторы должны соответствовать высоким требованиям надежности конструкции и безопасности.

Вентиляторы применяют для транспортирования различных воздушно-газовых смесей, которые могут отличаться критическими температурами, абразивными свойствами, содержанием пыли и влаги. Поэтому существенным критерием при изготовлении вентиляторов является правильный выбор материального исполнения.

Принцип действия вентилятора

В общих чертах принцип работы вентиляторов можно описать следующим образом:

Работа вентилятора заключается в том, что перемещаемая рабочая среда, с начальной величиной давления и скоростью потока, проходит через входное отверстие и попадает на рабочее колесо, установленное внутри корпуса. Рабочее колесо вентилятора зафиксировано на валу с помощью ступицы. Оно приводится в движение от привода. Во время вращения рабочего колеса перед ним создается разряжение, за счет которого происходит всасывание воздушно-газовой смеси. Далее перемещаемая среда проходит по рабочему колесу, которое сообщает ей энергию от привода, и подается через выходное отверстие. На выходе из вентилятора рабочая среда получает приращение давления и скорости потока за счет энергии переданной рабочим колесом.

Технические характеристики. Производительность, напор, мощность

Машины, используемые в промышленных целях для перемещения различных жидкостей и воздушно-газовых смесей, схожи по конструкции. Поэтому имеют идентичные основные технические параметры работы.

В зависимости от области применения и эксплуатационных условий производят широкий спектр вентиляционных машин, выбор которых заключается в определении основных технических параметров таких как:

1. Производительность Q – определяет количество воздушно-газовой смеси перемещаемое в единицу времени. Производительность вентиляторов может варьироваться от 1 до 1 000 000 м 3 /с. Рассчитывается следующим образом:

где:
V – объем перемещаемого потока рабочей среды [м 3 ];
t – время.

2. Напор – представляет собой количество энергии, переданное перемещаемой воздушно-газовой среде при ее прохождении через вентилятор. Напор вентилятора принято выражать через единицы давления. Полное давление, создаваемое вентилятором, складывается из статической и динамической составляющих:

где:
Рп – полное давление [Па];
Рст – статическое давление [Па];
Рдин – динамическое давление (Рдин = ρω 2 /2) [Па];
ω – средняя скорость рабочей среды [м/с];
ρ – плотность рабочей среды [кг/м 3 ].

3. Мощность характеризует количество энергии, которая требуется для перемещения рабочей среды. Разделяют на подводимую и полезную. Подводимая мощность это энергия, передаваемая от привода к вентилятору, а полезная мощность отображает реальное значение энергии, расходуемое на перемещение рабочей среды. Значение подводимой мощности больше чем полезной это объясняется различными потерями при передаче энергии.

Мощность вентилятора определяется из следующего выражения:

где:
Q – производительность вентилятора [м 3 /с];
Р – давление создаваемое вентилятором [Па];
ŋ – КПД вентилятора.

4. Наряду с вышеперечисленными основными технологическими параметрами вентиляторов немаловажную роль имеют следующие второстепенные показатели: климатическое исполнение, уровень допустимого шума при эксплуатации, габаритные размеры, коррозионная стойкость и другие. Данные характеристики оказывают весомый вклад при выборе вентиляторов.

Типы, классификация промышленных вентиляторов

Общая классификация вентиляторов проводится по направлению движения потока перемещаемой рабочей среды. В соответствии с ним существуюет два основных типа вентиляторов, применяемых для промышленных целей:

  • осевые;
  • радиальные (центробежные).

В осевых вентиляторах, как следует из названия, поток рабочей среды движется вдоль осевой линии или вала вентилятора.

В радиальных вентиляторах рабочая среда движется по лопаткам от центра рабочего колеса к краю, за счет центробежной силы возникающей при вращении, затем по спиральному корпусы выходит через нагнетательный патрубок.

Радиальные вентиляторы

Радиальные вентиляторы прочны, способны генерировать относительно высокие давления с высокой эффективностью и подходят для эксплуатации в жестких условиях.

Радиальные вентиляторы представляют собой агрегат, состоящий из спирального корпуса, вала, рабочего колеса с лопатками и привода. Вентилятора устанавливаются на несущей раме (станине).

Спиральный корпус вентилятора чаще всего изготавливается из листов стали, которые соединены сваркой или клепками. При работе в области высокого давления корпус вентилятора отливается целиком. Для придания жесткости спиральный корпус вентилятора, изготовленный из листов стали, дополнительно усиливают поперечными полосами или оребрением. С целью уменьшения уровня шума возникающего при работе вентилятора корпус закрывают специальными шумопоглащающими панелями или заключается в короб.

Главным рабочим органом радиальных вентиляторов является рабочее колесо, в результате вращения которого и происходит перемещение рабочей среды. Обычно оно состоит из заднего и переднего дисков, ступицы и лопаток. В зависимости от условий эксплуатации существует несколько модификаций рабочего колеса:

  • бездисковые – используются для транспорта сред с содержанием твердых включений;
  • однодисковые – преимущественно служат для перемещения рабочих сред с содержанием твердых примесей;
  • двухдисковые (барабанные, кольцевые, с коническим передним диском) – применяются для перемещения чистых рабочих сред в широком диапазоне создаваемых давлений;
  • трехдисковые – используются в вентиляторах с двухсторонним всасыванием.

Ступицы необходимы для крепления рабочего колеса на вал. Их отливают или вытачивают из заготовок.

Неотъемлемой частью рабочего колеса являются лопатки. Они крепятся к диску и ступице. Методы крепления лопаток напрямую зависят от требуемой прочности и жесткости конструкции, а также экономической целесообразности. Наиболее надежным способом крепления является сварка, ее применение выгодно при одинаковом сроке службы всех компонентов рабочего колеса. В случае, когда из за условий эксплуатации лопатки изнашиваются быстрее дисков, применяют соединение клепками или на шипах. От формы лопаток зависят эффективность и рабочие характеристики вентилятора.

Типы лопаток устанавливаемых на рабочее колесо:

  • изогнутые вперед;
  • радиальные;
  • радиальные загнутые вперед;
  • плоские наклоненные назад;
  • изогнутые назад;
  • изогнутые назад аэродинамического профиля.

Важным фактором, влияющим на эффективность работы вентилятора, является зазор между рабочим колесом и входным патрубком. Он не должен превышать 1% от диаметра рабочего колеса.

Привод вентилятора может быть реализован следующим образом:

  • прямым соединением рабочего колеса с электродвигателем;
  • соединение через гибкую муфту;
  • соединение клиноременной передачей.
Читайте также:  Шаг четв ртый Проверяем видеоадаптер

Для радиальных вентиляторов используют несколько композиционных схем крепления рабочего колеса и соединения с приводом.

В случае вентиляторов с большими размерами рабочих колес рекомендуется соединение с помощью муфт или ременной передачи. Наибольшее распространение получило консольное соединение вала рабочего колеса с приводом, т.е. соединение вала рабочего колеса установленного в опорный подшипниковый узел, который вынесен за корпус вентилятора. К положительным сторонам данной схемы относят отсутствие механических потерь при передаче и возможность установки на небольшой площади, а отрицательной стороной является ограничение по размеру рабочего колеса. Установка вала рабочего колеса между двумя опорными подшипниками считается более надежной и способна обеспечить стабильный режим работы вентилятора. Недостатком данной схемы является трудность монтажа вентилятора на воздуховод ввиду усложнения конструкции. Для вентиляторов двухстороннего всасывания консольное соединение с приводом не применяется.

Классификация радиальных вентиляторов

Основная классификация радиальных вентиляторов заключается в разделении по следующим эксплуатационным и конструктивным признакам:

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

Количеству сторон всасывания:

  • односторонние;
  • двухсторонние.

Направлению вращения рабочего колеса (со стороны привода):

  • правого вращения – движение рабочего колеса по часовой стрелке;
  • левого вращения – движение рабочего колеса против часовой стрелки;

Положение выходного патрубка:

Выходной патрубок вентилятора общего назначения может быть установлен в семи положениях, каждое смещено на 45 градусов относительно предыдущего. Положение, предусматривающее установку выходного патрубка, под углом 225 градусов не производится, ввиду сложности реализации присоединения к трубопроводу.

Пространственная ориентация выходного патрубка вентиляторов специального назначения может принимать положения через каждые 15 градусов в интервале от 0 до 345 градусов (для мельничных вентиляторов) и от 0 до 255 градусов (для дутьевых вентиляторов).

В зависимости от характеристик перемещаемой среды радиальные вентиляторы разделяют на следующие категории по назначению:

  • общего;
  • специального.

Вентиляторы общего назначения применяются для перемещения неагрессивных воздушно-газовых смесей, без содержания твердых включений и пыли, с температурой не превышающей 200 о С. К таким относятся вентиляторы, применяемые для осуществления приточно-вытяжной вентиляции (крышные).

Также для осуществления промышленных целей производят большое количество вентиляторов специального назначения. Они используются для перемещения различных воздушно-газовых сред отличающихся высокими рабочими температурами, абразивными и коррозионными свойствами, содержанием твердых примесей, высокой степенью взрывоопасности и т.д. К данному классу можно отнести следующие вентиляторы:

  • коррозионностойкие;
  • пылевые;
  • взрывозащищенные;
  • дутьевые;
  • шахтные;
  • мельничные.

Для каждого из типов вентиляторов подбирается материальное исполнение, отвечающее эксплуатационным условиям и способное обеспечить надежную, безаварийную работу в штатном режиме.

Так для проточной части вентиляторов коррозионностойкого исполнения применяют нержавеющие стали, титан и его сплавы, большое распространение получили различные полимерные материалы.

Из-за высокого содержания твердых включений в перемещаемой среде детали и узлы пылевых вентиляторов отличаются высокой надежностью. Поэтому их изготавливают из материалов стойких к абразивному воздействию.

Взрывозащищенные вентиляторы изготавливают из мягких материалов (алюминий и его сплавы) во избежание образования искр при соударении или трении подвижных частей.

Специфика работы дутьевых вентиляторов заключается в перемещении воздушно-газовых

смесей с высокими температурами, поэтому для них применяют различные жаростойкие стали.

Осевые вентиляторы

Конструкция осевых вентиляторов характеризуется простотой и малыми габаритными размерами. Их часто использую там, где не возможно применение радиальных вентиляторов, ввиду ограниченного пространства установки. Осевые вентиляторы состоят из цилиндрического корпуса, рабочего колеса с лопатками и привода.

Корпус осевого вентилятора выполнен в виде цилиндра. Внутренний диаметр корпуса подбирается таким образом, чтобы обеспечить свободное вращение рабочего колеса. При этом максимальное расстояние между корпусом и лопатками рабочего колеса не должен превышать 1,5 % длины лопатки. Для улучшения аэродинамических свойств и уменьшения гидравлических потерь в конструкцию вентилятора вносят изменения, устанавливая следующие дополнительные элементы: коллектор на входном патрубке, входной и выходной обтекатель на ступице рабочего колеса, и диффузор на выходе.

Рабочее колесо осевого вентилятора состоит из лопастей и ступицы. Крепление лопаток к ступице идентично креплению, используемому в рабочем колесе радиального вентилятора. Количество лопастей варьируется от 2 до 16. При изготовлении рабочего колеса осевого вентилятора применяют сварку, литье или штамповку.

Лопасти рабочего колеса устанавливаются под разным углом по отношению к плоскости вращения, что позволяет эффективно регулировать процесс подачи воздушно-газовых смесей. В осевых вентиляторах возможно изменение направления потока рабочей среды за счет изменения направления вращения рабочего колеса. Это осуществимо с помощью применения реверсивных рабочих колес, с изменяемым углом наклона лопаток, или нереверсивных, просто перевернув их. Конструкция осевых вентиляторов позволяет быстро произвести установку.

Привод осевых вентиляторов осуществляется через прямое соединение с валом двигателя, муфту или с помощью ременной передачи. В качестве привода преимущественно используют электродвигатели. На выбор схемы соединения с приводом влияют эксплуатационные условия и характеристики перемещаемой среды. Для чистых, не агрессивных сред характерна установка электродвигателя в потоке рабочей среды. В случае высокого содержания влаги или твердых включений принято выносить привод из потока рабочей среды.

Классификация осевых вентиляторов

Выделяют три основных типа осевых вентиляторов:

  • лопастного типа;
  • лопастного типа в цилиндрическом корпусе;
  • с направляющими лопатками.

Лопастной тип – простейший вариант осевого вентилятора. Представляет собой рабочее колесо без корпуса, установленное на вал электродвигателя. Данный тип вентилятора обычно работает на низких частотах вращения и умеренных температурах. Отличаются высокой производительностью и низкими значениями создаваемого давления. Лопастные вентиляторы часто используются в помещениях в качестве вытяжных вентиляторов. Для наружного применения включаются в системы воздушного охлаждения и градирен. КПД этого типа примерно 50% или менее.

Второй тип вентиляторов имеет лопастное рабочее колесо заключенное внутрь цилиндрического корпуса. Частота вращения рабочего колеса выше, чем у лопастного типа, что позволяет развивать более высокие значения давления на выходе 250 — 400 Па. Значение КПД достигает 65%.

Осевые вентиляторы с направляющими лопатками имеют схожую конструкцию с предыдущим типом, но с дополнительной установкой направляющих лопаток на входном отверстии. Это решение повышает эффективность за счет направления и выпрямления потока рабочей среды. В результате, они способны развивать довольно высокое давление на выходе до 500 Па. Данный тип соответствует высоким стандартам энергоэффективности.

Область применения

Вентиляторы являются одними из наиболее распространенных типов машин применяемых во многих областях промышленности и быту. Их назначением является перемещение воздушно-газовых смесей, которое в основном используется для осуществления приточно-вытяжной вентиляции. Но помимо вентиляции существует множество областей и процессов, в которых они могут быть использованы, например:

  • химическая промышленность (осушка, подача технологических газов);
  • металлургическая промышленность;
  • системы охлаждения;
  • машино- и судостроение (испытания на аэродинамических стендах);
  • сельское хозяйство;
  • энергетика;
  • строительство;
  • системы аспирации;
  • пневмотранспорт.

Сравнение радиальных и осевых вентиляторов

В основу работы осевого и радиального вентиляторов положены различные принципы действия. В осевом вентиляторе, поток рабочей среды движется от входного к выходному патрубку вдоль оси вала, а в радиальном поток от входного патрубка движется вдоль оси вала и затем, изменяя направление, движется к выходному патрубку перпендикулярно оси.

Радиальные вентиляторы наиболее широко применимы в промышленных процессах ввиду большого количества модификаций и областей применения. Они способны работать в обширном диапазоне производительностей и создаваемых давлений. Однако конструкция радиального вентилятора более громоздка и требует большой площади для установки.

Осевые вентиляторы отличаются простотой конструкции, малыми габаритными размерами, а также экономичностью и способностью обеспечить перемещение больших объемов рабочей среды на небольшие расстояния. Довольно часто привод осевых вентиляторов располагается внутри корпуса, что накладывает ограничения на рабочую среду по содержанию пыли и допустимой температуре. Скорость вращения рабочего колеса осевых вентиляторов выше, чем у радиальных вентиляторов. Эта особенность делает их более шумными.

Источник