Вентилятор является основным элементом вентиляционной установки. От показателей качества, эффективности, надежности, долговечности этого элемента во многом зависит качество работы всей системы вентиляции, поэтому на этапе проектирования важно грамотно подходить к выбору конструктивных параметров вентилятора и двигателя, учитывать многие нюансы их совместной работы и влияние на работу системы в целом.
В системах вентиляции обычно используются центробежные вентиляторы в сочетании со следующими типами двигателей и приводов:
- вентилятор с ременной передачей и асинхронным двигателем,
- вентилятор с прямым приводом и асинхронным двигателем,
- вентилятор с прямым приводом и электроннокоммутируемым двигателем постоянного тока (EC-вентиляторы).
Вентиляторы монтируются на жесткой раме и снабжаются резиновыми или пружинными антивибрационными опорами.
Вентиляторы с ременной передачей.
До недавнего времени вентиляторы с ременной передачей были преобладающим решением в системах вентиляции. После внедрения вентиляторов с прямым приводом они потеряли свою ведущую позицию, однако от их применения полностью не отказались. Необходимость использования таких вентиляторов обусловлена следующими факторами:
- возможность организации холодного и горячего резерва,
- работа на высоких мощностях,
- простая замена электродвигателя,
- использование доступных стандартных электродвигателей.
Вентилятор с ременной передачей состоит из рабочего колеса с лопатками, которое размещено в улиточном корпусе. Передача крутящего момента от двигателя к рабочему колесу осуществляется посредством ременной передачи. Требуемая частота вращения рабочего колеса обеспечивается различным соотношением диаметров шкивов. При вращении колеса воздух попадает в каналы между его лопатками, перемещается к периферии колеса и сжимается. После чего благодаря профилю улитки и под действием центробежных сил поток перемещается в нагнетательный патрубок
При давлениях и расходах воздуха, характерных для систем вентиляции применяются рабочие колеса с назад загнутыми лопатками. Иногда целесообразно применение колес с вперед загнутыми лопатками
Особенности крыльчатки с лопатками загнутыми назад (в особенности с профилированными лопатками):
- большая производительность,
- высокий КПД. Существенное сокращение электропотребления (до 20%),
- стабильная характеристика.
Вентиляторы с загнутыми вперед лопатками, при тех же параметрах, имеют:
- меньшие габариты,
- большее давление воздуха,
- низкую частоту вращения,
- меньший шум.
Сравнение различных типов рабочих колес и основные особенности их характеристик представлены в таблице:
| Рабочее колесо с профилированными назад загнутыми лопатками |
|---|
Лопатки специального профиля, загнутые в противоположную сторону от вращения колеса, способствуют более эффективному преобразованию кинетической энергии потока воздуха в потенциальную. Скорость воздуха на выходе из рабочего колеса меньше, чем окружная скорость колеса на внешнем диаметре. При заданной производительности частота вращения колес такой конструкции максимальна.
| Рабочее колесо с назад загнутыми лопатками |
|---|
Лопатки постоянной толщины загнуты в противоположную вращению сторону. Такое исполнение эффективно по тем же причинам, что и предыдущее.
| Рабочее колесо с вперед загнутыми лопатками |
|---|
Лопатки загнуты по направлению вращения, в итоге применения такого колеса получается более равномерная кривая давления, но с меньшей эффективностью. С ростом расхода потребляемая мощность такого вентилятора постоянно увеличивается.
Данный конструктив обеспечивает наибольшую эффективность, которая достигается на 50-60% расхода от максимального. Кривая потребляемой мощности имеет пик вблизи пика КПД и далее снижается или остается примерно постоянной.
Рабочие характеристики близки к конструкции с профелированными лопатками, за исключение того, что пиковая эффективность несколько ниже. Профилированные лопатки работают немного более эффективно, по сравнению с прямыми.
В данном случае кривая давления менее крутая и имеет провал слева от максимального значения. Наиболее эффективно вентилятор работает при расходе от 40 до 50% от максимального. Потребляемая мощность постоянно растет с увеличеним расхода, что приводит к перегрузке. Рабочую точку следует выбирать справа от точки максимального КПД.
Как правило, при производстве колес используется полиамид, а для колес большого диаметра (от 450) применяют малоуглеродистую сталь.
Рабочее колесо вентилятора статически и динамически сбалансировано и соответствует классу G6,3 (ГОСТ ИСО 1940-1-2007). Подшипник вентилятора рассчитан на 20 000 часов при пиковой нагрузке.
Возможно использование как общепромышленных, так и взрывозащищенных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Класс энергоэффективности двигателя – IE2, IE3 (ГОСТ Р 54413-2011).
Нагнетающий патрубок вентилятора и корпус установки соединены при помощи гибкой вставки.
Корпуса вентиляторов изготовлены из оцинкованной листовой стали со специальным гальванизированным покрытием, для соединений используется питтсбургский шов. Такие соединения обладают повышенной прочностью и герметичностью. Возможно усиление корпуса и рабочего колеса эпоксидным покрытием.
Иногда, когда нужно максимально сократить габариты вентиляторной секции для небольших установок, возможна установка электродвигателя непосредственно на корпус.
Применяемые колеса в секции вентилятора с ременной передачей по типоразмерам.
| Типоразмер | 225 | 250 | 315 | 450 | 560 | 710 | 800 | 900 | 1000 | 1200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AER 020 | * | |||||||||
| AER 030 | * | |||||||||
| AER 040 | * | * | ||||||||
| AER 050 | * | * | * | |||||||
| AER 060 | * | * | * | |||||||
| AER 070 | * | * | * | |||||||
| AER 080 | * | * | * | |||||||
| AER 100 | * | * | * | |||||||
| AER 120 | * | * | * | |||||||
| AER 140 | * | * | * | |||||||
| AER 160 | * | * | * | * | * | |||||
| AER 170 | * | * | * | * | * | |||||
| AER 200 | * | * | * | * | * | |||||
| AER 220 | * | * | * | * | * | |||||
| AER 240 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 250 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 270 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 300 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 340 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 350 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 360 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 380 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 450 | * | * | * | * | * | * | ||||
| AER 480 | * | * | * | * | * | * | * | |||
| AER 510 | * | * | * | * | * | * | * | |||
| AER 530 | * | * | * | * | * | * | * | |||
| AER 570 | * | * | * | * | * | * | * | * | ||
| AER 600 | * | * | * | * | * | * | * | * | ||
| AER 700 | * | * | * | * | * | * | * | * | * | |
| AER 800 | * | |||||||||
| AER 900 | * | |||||||||
| AER 1000 | * |
Вентиляторы с прямым приводом и асинхронным двигателем
В конце XX века вентиляторы с прямым приводом начали активно применятся в установках для обработки воздуха. Дальнейшему масштабному распространению этого решения способствовало развитие и удешевление преобразователей частоты. В настоящее время этот вид привода является наиболее применяемым благодаря своим очевидным преимуществам:
- снижение габаритов и веса секции вентилятора, что приводит к улучшению массо-габаритных характеристик установки в целом,
- равномерность профиля скоростей воздуха за вентилятором – нет необходимости в диффузоре
- высокий КПД,
- хорошие акустические характеристики,
- отсутствие ременной передачи, склонной к износу и снижающей общий КПД.
Диаметр рабочих колес варьируется в диапазоне от 225 до 1120 мм.
Возможно использование электродвигателя с рабочим колесом из стали или высокопрочного композитного материала. Применение композитного материала позволяет изготовить рабочее колесо значительно легче стального аналога, при этом не уступающее ему по механическим свойствам. В результате значительно сокращается нагрузка на подшипник двигателя и увеличивается срок службы системы. За счет повышения эффективности работы вентилятора снижается потребление электроэнергии (до 15%).
Сравнение характеристик рабочих колес из композитного материала Cpro и стали:
При наличии специальных требований возможно применение колес из оцинкованной листовой стали. Колеса обладают следующими особенностями:
- сварная конструкция из окрашенной оцинкованной листовой стали,
- возможность нанесения дополнительного антикоррозионного покрытия (по запросу),
- работа при температуре до 80°С,
- предназначены для непрерывной эксплуатации S1.
Вентиляторы с прямым приводом и электроннокоммутируемым двигателем постоянного тока (EC-вентиляторы)
EC-двигатель представляет собой бесколлекторный синхронный двигатель постоянного тока с внешним ротором на постоянных магнитах. Встроенный контроллер осуществляет
переключение направления тока в обмотке статора. ЕС-двигатели сочетают в себе преимущества двигателей постоянного тока - возможность плавного регулирования частоты во всем диапазоне частот. При этом в конструкции отсутствуют изнашиваемые щетки.
Вентиляторы, использующие данный тип двигателя, называются ЕС-вентиляторами. Надежность вентиляторов обуславливается встроенной защитой электроники, защитой от перегрева и блокировки ротора. Также электроника энергосберегающих вентиляторов включена в контур защиты от пропадания фазы и занижения напряжения в сети. Встроенная электроника вентиляторов допускает управление частотой вращения по внешнему сигналу напряжением 0 - 10 В, что позволяет прямое подключение датчиков (температуры, давления).
Конструкция рабочего колеса аналогична вентиляторам с прямым приводом и асинхронным двигателем.
Типоразмеры рабочих колес вентиляторов с прямым приводом
| Типоразмер | 315 | 355 | 400 | 630 | 800 | 1000 | 1100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AER 020 | * | ||||||
| AER 030 | * | ||||||
| AER 040 | * | * | |||||
| AER 050 | * | * | * | ||||
| AER 060 | * | * | * | ||||
| AER 070 | * | * | * | ||||
| AER 080 | * | * | * | * | |||
| AER 100 | * | * | * | * | |||
| AER 120 | * | * | * | * | |||
| AER 140 | * | * | * | * | |||
| AER 160 | * | * | * | * | * | ||
| AER 170 | * | * | * | * | * | ||
| AER 200 | * | * | * | * | * | ||
| AER 220 | * | * | * | * | * | ||
| AER 240 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 250 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 270 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 300 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 340 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 350 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 360 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 380 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 450 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 480 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 510 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 530 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 570 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 600 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 700 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 800 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 900 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 1000 | * | * | * | * | * | * | * |
| AER 1000 | * | * | * | * | * | * | * |
Преимущества ЕС-вентиляторов:
- компактность, благодаря меньшим размерам двигателя,
- высокий КПД,
- низкое энергопотребление,
- возможность плавного регулирования в широком диапазоне производительности и работы на малых оборотах,
- низкий уровень шума. Вентиляторы не создают дополнительной шумовой нагрузки при регулировании скорости вращения,
- надежность. Бесперебойная работа как в неблагоприятных условиях окружающей среды, так и при сбоях электропитания,
- высокий моторесурс в силу разгруженности подшипниковых узлов по осевым и радиальным нагрузкам. Срок службы двигателя порядка 80 000 часов,
- возможность удаленного контроля. ЕС-вентиляторы можно подключать в систему диспетчеризации по протоколу Modbus.
