Принцип работы вентиляторов различной модификации

Особенности конструкции и виды

Вентилятор – это механический прибор, предназначений для подачи, отвода и перемешивания воздушных масс. Циркуляция воздуха образуется за счёт создания разности давления, которое возникает между каналами выхода и входа вентиляционной установки. Классифицируют такую технику по назначению, месту и способам установки, производительности, техническим особенностям. Самый распространённый метод группировки – по признаку, или устройству. Выделяют пять видов вентиляторов.

Основная характеристика вентиляторов – это конструкция. Они состоят из двигателя, на который крепятся лопасти. Во время вращения ротора они сталкиваются с воздухом. Есть несколько типов по этому критерию:

• осевые или аксиальные;
• диагональные;
• центробежные;
• диаметральные;
• безлопастные.

Осевые

Это самая простая и распространенная конструкция. Представляет собой лопасти, укрепленные на оси. За счет вращения они перемещают воздух. Применяются в быту, для охлаждения бытовой техники, компьютеров. Осевые вентиляторы используют для дымоудаления, так как у них высокий коэффициент полезного действия и небольшие потери. Имеют маленькую мощность, небольшие размеры и возможность выбрать режим вращения.

Диагональные

Воздух сначала начинает двигаться в осевом направлении, потом лопастями направляется под углом 450. Это обеспечивает его ускорение. За счет этого повышается коэффициент полезного действия. Такие вентиляторы небольшого размера и с низким уровнем шума.

Центробежные

Их еще называют радиальными. Они работают с большим объемом воздуха, поэтому применяются в промышленности. Поток всасывается внутрь ротора, где под воздействием центробежной силы приобретает вращательное движение и поступает в выходное отверстие. Оно имеет форму улитки и расположено под прямым углом к входному отверстию. Выбрасывают воздушные массы под большим давлением.

Такие вентиляторы удаляют загрязненный воздух с промышленных предприятий. Имеют большие размеры, поэтому для их установки нужно отдельное помещение.

Диаметральные

За счет особой конструкции создают широкий поток воздуха, который можно также поворачивать в любую сторону. Диаметральный вентилятор напоминает барабан, у которого рабочие элементы немного загнуты по ходу движения. Воздух через него проходит дважды, потоки перекрещиваются. Такие диаметральные устройства применяются в тепловых пушках.

Безлопастные

Называются еще прямоточными. Поток воздуха подается с помощью турбины на круглую рамку. Там он усиливается и достигает скорости 90 км/ч. К недостаткам безлопастных вентиляторов относится сильный шум, который производит турбина. Но отсутствие движущихся деталей делает их безопасными.

По условиям применения

Классификация вентиляторов различает их по назначению. Они делятся на группы в зависимости от условий и среды, в которой могут работать. Выделяются два типа вентиляторов: бытовые и специального назначения.

Приборы общего назначения рассчитаны на перемещение неактивных воздушных потоков с температурой до 500. Применяются для выведения из помещения застоявшегося воздуха, очищения его от пыли, запахов и вредных веществ. Или принудительно засасывают воздух из внешней среды и подают в помещение. Они используются в системах принудительной вентиляции домов, офисов, учреждений, в виде бытовых устройств для охлаждения и защиты от жары.

Вентиляторы общего назначения должны применяться в среде, где отсутствуют взрывоопасные вещества, а задымленность составляет не больше 0,01г/м3. В воздухе не должно быть липких частиц, волокон, крупного мусора и паров химикатов.

Вентиляторы особого назначения нужны для работы в сложных условиях:

• пылевые необходимы для очистки воздуха с примесями более 100 мг/м³, справляются с опилками, частичками грязи, зерновыми отходами;
• взрывозащищенные нужны там, где существует опасность взрыва, они надежны, имеют функцию регулировки скорости, безопасно очищают воздух от взрывоопасных газов;
• термостойкие нужны там, где температура повышается выше 80⁰, например, для охлаждения промышленного оборудования, в системах вентиляции саун, в каминах, печах;
• коррозистойкие применяются в среде с повышенной влажностью, для перевозки агрессивных газовых смесей, подачи воздуха в кипящие котлы, на химических и металлургических комбинатах;
• дымоудаляющие нужны для работы в задымленной среде, мгновенно удаляют загрязненный воздух из помещения, могут работать в широком диапазоне температур.

Осевой или аксиальный

С виду вентилятор такого типа — это металлический кожух в виде цилиндра, где располагается колесо с лопастями разной конфигурации, установленное на один вал с приводом. Корпус имеет специальные перфорации для надежного закрепления на месте использования. Поток воздуха поступает параллельно оси вращения. На входе располагается коллектор — он улучшает аэродинамику изделия в процессе работы. Как работает изделие, можно объяснить довольно просто.

1. Закрепленный на специальной раме электрический двигатель раскручивает рабочее колесо вентилятора, насаженное на один вал с ним.
2. Обороты крыльчатки идентичны установленным изготовителем параметрам привода.
3. Лопасти закреплены на ступице таким образом, чтобы захватывать слои воздуха и направлять их вдоль оси. Размах лопастей не имеет четких градаций: в быту используют длиной в несколько сантиметров, а в промышленности — до нескольких метров.

КПД осевых агрегатов значительно выше других изделий, напор воздушной массы  и ее количество можно регулировать за счет изменения угла атаки лопастей. Этот вид вентиляторов используется для перемещения очень больших воздушных масс при низком встречном сопротивлении.

Ниже приведен чертеж осевого вентилятора, где 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – лопатки; 4 – электродвигатель.

Достоинства:

• сравнительно небольшое энергопотребление;
• механизм работает исправно без вмешательства человека;
• для установки не требуется много места.

Недостатки:

• изделие исправно работает только с воздухом без примесей;
• высокая вибрация и соответственно шум.

Осевые (другое название – аксиальные) модели получили массовое распространение благодаря простой и надёжной конструкции:

• основной элемент – это цилиндрический корпус/кожух, в котором предусмотрены специальные монтажные отверстия для крепления вентилятора;
• колесо с лопастями – лопасти жёстко закреплены, подбор расстояния и угла поворота лопастей позволяет регулировать напор и скорость воздушного потока;
• привод – электродвигатель встроен внутрь самого прибора, обеспечивает вращение колеса с лопастями;
• коллекторы, обтекатели и диффузоры – улучшают аэродинамические характеристики модели и ее производительность, снижают гидравлические потери.

Принцип действия осевого вентилятора – лопасти за счёт вращения захватывают воздух и перемещают его сквозь устройство. Воздушный поток движется вдоль оси вращения колеса с лопастями, а в радиальном направлении (т. е. от центра к краям корпуса) практически нет движения.

Преимущества:

• компактные размеры, поэтому они не требуют много места для установки;
• высокий КПД, при невысоком энергопотреблении можно получить плотный воздушный поток;
• невысокая цена;
• низкий уровень шума;
• простота эксплуатации, обслуживания и ремонта.

Осевой вентилятор может использоваться и в реверсивном направлении, но тогда его эффективность работы снижается на 40–50%. Есть один недостаток – осевой тип техники не может создать очень мощный поток воздуха, который необходим на промышленных объектах. Поэтому наибольшее распространение они получили в быту и системах домашней вентиляции, например, в качестве вытяжной на кухне или ванной комнате.

По типу установки

Есть разные типы вентиляторов также по способу установки. В зависимости от функций и места установки они бывают опорные, крышные, канальные и многозональные.

Опорные

Обычные или опорные вентиляторы устанавливают на опору. Это может быть фундамент, железобетонная рама, стальная конструкция, подставка. В промышленных помещениях их применяют для вентиляции небольшого пространства. К этому типу относятся также бытовые.

Какие бывают вентиляторы по типу монтажа:

• настольные имеют небольшие или средние размеры, размешаются на подставке на столе, перемещают воздушные массы на ограниченной территории;
• напольные устанавливают на пол на удобную надежную подставку, не крепятся к полу, поэтому их можно передвигать;
• настенные имеют разные размеры, крепятся на стену стационарно;
• потолочные закрепляются в центре помещения, иногда совмещаются с источником освещения, безопасны и не занимают много места

Канальные

Канальные вентиляторы устанавливают в воздуховодах. Бывают квадратной, круглой или прямоугольной формы, делаются из пластика или металла. Металлические более прочные, а пластиковые работают бесшумно.

Этот тип вентиляторов применяются для принудительной вентиляции. Используются как для вывода использованных воздушных масс, так для принудительного поступления свежего воздуха извне. Удобны для вентиляции больниц, детских учреждений, офисов, административных зданий. Часто их устанавливают в системе принудительной вентиляции в ванных комнатах или на кухнях квартир.

Они популярны потому что имеют такие преимущества:

• удобство монтажа и эксплуатации;
• надежность;
• прочность конструкции;
• небольшие размеры;
• защита от перегрева;
• могут работать при температуре от -30 до 50⁰;
• низкий уровень шума;
• невысокое энергопотребление.

Крышные

Крышные – это промышленные вентиляторы, которые устанавливают на горизонтальной или наклонной крыше здания. Нужны для вентиляции промышленных помещений, вывода вредных газов, пыли и дыма, для поступления свежего воздуха. Их устанавливают на предприятиях, в бассейнах, спортивных залах, столовых, торговых центрах.

Они постоянно подвергаются неблагоприятным атмосферным воздействиям: осадки, ветер, солнечные лучи, мороз. Поэтому они должны быть изготовлены из прочных материалов, защищены оцинковкой. Могут нормально работать при температуре от -400 до 800, при этом воздух не должен содержать твердых частиц. Они надежны и не издают громкого шума

Многозональные

Многозональные вентиляторы имеют несколько воздуховодов. То есть, одно устройство с помощью труб может обеспечить вентиляцию воздуха в нескольких помещениях. Такими бывают промышленные системы и бытовые конструкции для проветривания большого дома. У них минимальные потери и высокое качество вентиляции.

Радиальный

Радиальное или центробежное устройство отличается от других видов необычным спиральной конструкции кожухом, в котором расположено рабочее колесо, сжимающее при вращении воздушные массы, перемещая их в направлении от центра к периферийной части. В кожух поток поступает под воздействием центробежных сил от вращения колеса с лопастями.

Лопатки приварены к полому цилиндру по всему его периметру строго параллельно оси вращения при помощи стальных дисков, концы их загнуты внутрь или наружу, что зависит от прямого назначения устройства. Вращение может производиться в любую сторону — это зависит от того, как устроен вентилятор, и какие перед ним поставлены задачи (нагнетания или вытяжки).

Основные компоненты радиального вентилятора показаны на чертеже ниже, где 1- корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — лопасти рабочего колеса; 4 — ось вентилятора; 5 — станина; 6 — двигатель; 7 — выхлопной патрубок; 8 — фланец всасывающего патрубка

Плюсы:

• выдерживает приличные перегрузки;
• экономия энергоресурсов до 20%;
• небольшой диаметр рабочего колеса;
• невысокие скорости вращения вала привода.

Минусы:

• высокие вибрации и шум;
• требовательность к качеству изготовления вращающихся частей.

Основу радиального вентилятора (его ещё называют центробежным) составляет корпус, по форме напоминающий улитку, внутри которого размещено рабочее колесо. При вращении возникает центробежная сила, которая затягивает воздух через всасывающее отверстие в центре прибора. После этого воздушная масса направляется в периферийную часть вентилятора, откуда по воздуховоду нагнетается в вентилируемое помещение.

Основной рабочий элемент – это цилиндр с лопатками, закреплёнными по окружности на одинаковом расстоянии. В зависимости от формы и расположения лопаток можно достичь различного эффекта:

• изогнутые вперёд – создают высокое давление и работают с большими объёмами воздуха;
• изогнутые назад – позволяют избежать накопления пыли, подходят для работы в среде с высоким угнетением;
• аэродинамическое крыло – очень низкий коэффициент шума и высокая производительность.

Основные плюсы радиальных вентиляторов – получение высокого давления воздушного потока при достаточно небольших габаритах, долговечность, низкий уровень шума и возможность эксплуатации в непрерывном режиме. Поэтому они широко применяются промышленности, особенно там, где необходима мощная постоянная вентиляция – в крупных офисных зданиях и торгово-развлекательных комплексах, супермаркетах, складах, гаражах и т. д.

По давлению

Перемещение масс воздуха обеспечивается за счет перепада давления между входным и выходным отверстием. Вентилятор забирает загрязненный воздух из помещения или обеспечивает принудительное поступление потока извне. Давление должно быть достаточным, чтобы обеспечить его движение по воздуховодам. Скорость такого потока измеряется в паскалях. Есть три вида вентиляторов по этому критерию:

• если давление до 1 кПа – относятся к вентиляторам низкого давления, у них лопасти с широкой рабочей поверхностью, загнуты назад, а скорость вращения не выше 50 м/с;
• когда потоки воздуха выходят с давлением от 1 до 3 кПа – это среднее давление, способен развивать скорость вращения до 80 м/с, рабочие лопасти у него прямые или с наклонным краем, загнутым по направлению движения или против него;
• приборы высокого давления – от 3 до 12 кПа развивают скорость до 200 м/с.

Диагональные

Конструктивная особенность диагонального вентилятора – это сочетание преимуществ осевого и радиального типов вентиляторов. Использование конической формы кожуха и крыльчатки специальной формы позволило увеличить скорость перемещения воздушных масс. Конструкция диагональной модели – это компромиссное решение, оптимизирующее сразу три показателя – производительность и уровень шума при сохранении компактных размеров. Диагональные вентиляторы монтируют в вентиляционных системах с протяжёнными воздуховодами.

Прямоточные

Устройство и принцип действия этого типа вентиляторов сильно отличается от рассмотренных выше. Это абсолютно безопасный прибор, так как в нём нет лопастей. Выбрать напольный вариант можно для установки в комнатах, куда имеют доступ дети или домашние животные.

Поток воздуха в прямоточной модели формируется специальной турбиной, которая установлена в основании. Через щели в основании турбина втягивает воздух, сильно сжимает его и направляет его в рамку с очень узкими щелями направленного действия. Выходящий под давлением воздух по законам аэродинамики тянет за собой другие, соседствующие слои воздуха.

В тыльной зоне вентилятора формируется зона разряжения, в которую устремляются воздушные массы. Такая технология «воздушного умножения» позволяет получить проходящий через рамку поток воздуха, который в 15–20 раз превосходит тот объем, который нагнетается турбиной. Рамка может иметь любую форму – от идеального круга до очень вытянутого овала, что открывает очень большие возможности перед дизайнерами.

Дополнительные преимущества перед традиционными видами техники:

• возможность плавно регулировать интенсивность воздушного потока, его направление – для этого достаточно повернуть кольцо;
• экономия электричества – при равной производительности с осевым прибором прямоточный потребляет на 20% меньше электричества.

Основные недостатки прямоточного вентилятора – высокая цена и большой шум, ведь воздух сквозь узкие щели проходит со скоростью 85–90 км/ч.

По техническим характеристикам

Вентиляторы бывают разными по типу устройства и принципу функционирования. Эти особенности определяют эффективность вентиляции, уровень шума, производительность и энергопотребление. От этого зависит, в каких условиях могут они применяться. Вентиляторы различаются по быстроте вращения, мощности, коэффициенту полезного действия.

Различаются такие технические характеристики вентиляторов:

• расход воздуха показывает, какой объем может быть перемещен за час, самые мощные промышленные модели перемещают до 75000 м³/ч;
• скорость и частота вращения воздуха;
• потребляемая мощность;
• уровень шума особенно важен для бытовых моделей;
• коэффициент полезного действия определяет эффективность работы, потери производительности из-за трения.

Вентиляционные системы предназначены для облегчения жизни человека, для улучшения условий в помещении. Очищая воздух, они делают пребывание дома или на работе комфортным.