Wirnik silnikowy z zakrzywionym do przodu wirnikiem
Po zdefiniowaniu wymaganego strumienia objętości, niezależnie od tego, czy ma on dostarczać świeże powietrze, czy chłodzić proces, należy go uwzględnić w oporach przepływu, jakie napotka wentylator w danym zastosowaniu. Natężenie objętości przepływu (w m³/h) i ciśnienie (w paskalach – Pa) są łączone, tworząc punkt pracy, w którym wentylator musi pracować. Ważne jest, aby wybrać wentylator, którego charakterystyka pracy odpowiada wymaganemu punktowi pracy w punkcie lub w jego pobliżu. Praca wentylatora z maksymalną wydajnością minimalizuje zużycie energii i hałas emitowany przez wentylator, zapewniając jednocześnie wymaganą wydajność.
Jak działa wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do przodu?
Nazwa „wentylator odśrodkowy” pochodzi od kierunku przepływu powietrza i sposobu, w jaki powietrze wpływa do wirnika w kierunku osiowym, a następnie jest wyrzucane na zewnątrz z zewnętrznego obwodu wentylatora. Różnica w kierunku przepływu powietrza między wentylatorem odśrodkowym z łopatkami wygiętymi do przodu i do tyłu polega na kierunku, w którym powietrze wypływa z obwodu wirnika. W przypadku wirnika z łopatkami wygiętymi do tyłu powietrze wypływa promieniowo, natomiast w przypadku wirnika z łopatkami wygiętymi do przodu powietrze wypływa stycznie z obwodu wentylatora.
Wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do przodu charakteryzuje się cylindrycznym kształtem i wieloma małymi łopatkami na obwodzie wirnika. W poniższym przykładzie wentylator obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
W przeciwieństwie do wirnika z łopatkami wygiętymi do tyłu, wirnik z łopatkami wygiętymi do przodu wymaga obudowy, która przekształca powietrze o dużej prędkości, opuszczające końcówki łopatek, w siłę statyczną o niższej prędkości. Kształt obudowy kieruje również strumień powietrza do wylotu. Ten typ obudowy wentylatora jest powszechnie znany jako spiralny; można go jednak również nazwać obudową spiralną lub sirocco. Montując wirnik z łopatkami wygiętymi do przodu w obudowie spiralnej, zazwyczaj nazywamy ją dmuchawą z łopatkami wygiętymi do przodu.
Istnieją dwa rodzaje dmuchaw, w których zastosowano wirnik z silnikiem wygięty do przodu, jak pokazano poniżej…
Dmuchawa z pojedynczym wlotem po lewej stronie zasysa powietrze z jednej strony obudowy przez okrągły wlot i kieruje je do kwadratowego wylotu (widocznego tutaj z kołnierzem montażowym). Dmuchawa z podwójnym wlotem ma szerszą obudowę spirali, która zasysa powietrze z obu stron spirali i kieruje je do szerszego, kwadratowego wylotu.
Podobnie jak w przypadku wentylatora odśrodkowego z łopatkami wygiętymi do tyłu, strona ssąca łopatki wirnika zasysa powietrze ze środka wentylatora, co powoduje zmianę kierunku przepływu powietrza między wlotem a wylotem o 90o.
Charakterystyka wentylatora
Optymalny obszar roboczy wentylatora odśrodkowego z łopatkami wygiętymi do przodu to obszar pracy przy wyższym ciśnieniu. Wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do przodu działa najlepiej, gdy wymagane jest wysokie ciśnienie przy niższym przepływie objętości. Poniższy wykres ilustruje optymalny obszar roboczy…
Przepływ objętościowy jest nanoszony na osi X, a ciśnienie w układzie na osi Y. Gdy w układzie nie ma ciśnienia (wentylator pracuje swobodnie), wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do przodu wytworzy największy przepływ objętościowy. Wraz z pojawieniem się oporu przepływu po stronie ssącej lub wylotowej wentylatora, przepływ objętościowy spadnie.
Należy zachować ostrożność przy wyborze dmuchawy z łopatkami wygiętymi do przodu, która ma pracować przy niskich ciśnieniach i najwyższym przepływie objętościowym. W tym punkcie wirnik pracuje w aerodynamicznym przeciągnięciu, podobnie jak wentylator osiowy pracujący w punkcie siodłowym swojej krzywej. W tym punkcie hałas i zużycie energii będą najwyższe ze względu na turbulencje.
Maksymalna sprawność występuje w punkcie zwanym kolanem krzywej charakterystyki. W tym punkcie stosunek mocy wyjściowej wentylatora (objętość przepływu (m³/s) x ciśnienie statyczne (Pa) do mocy pobieranej (W) jest największy, a ciśnienie akustyczne wytwarzane przez wentylator jest najniższe. Powyżej i poniżej optymalnego zakresu pracy przepływ powietrza przez wentylator staje się głośniejszy, a sprawność układu wentylatorowego spada.
Zaletą zastosowania wirnika z pojedynczym wlotem i łopatkami wygiętymi do przodu jest stroma charakterystyka pracy wentylatora. Jest to szczególnie przydatne w systemach wymagających stałego poziomu filtracji. Gdy powietrze przepływa przez filtr cząstek stałych, zatrzymuje on unoszący się w powietrzu kurz i pyłki. Im drobniejszy stopień filtracji, tym mniejsze cząsteczki są zatrzymywane przez filtr. Z czasem filtr będzie się coraz bardziej zapychał brudem i zanieczyszczeniami, co spowoduje, że do dostarczenia tej samej objętości powietrza potrzebne będzie większe ciśnienie. Zastosowanie wirnika o stromej charakterystyce w tym przypadku oznacza, że wraz ze wzrostem zatkania filtra, przepływ objętościowy pozostaje stały, a ciśnienie na filtrze rośnie.
Zaletą zastosowania wirnika z podwójnym wlotem i łopatkami wygiętymi do przodu jest to, że przy stosunkowo niewielkich rozmiarach dmuchawy może ona wytwarzać duży przepływ. Kompromisem w stosowaniu dmuchawy z podwójnym wlotem jest to, że generuje ona niższe ciśnienie, co oznacza, że może pracować tylko w systemach o niższym ciśnieniu.
Opcje montażu
Jak wspomniano wcześniej, wirnik z silnikiem o wygiętym do przodu strudze powietrza o dużej prędkości na końcach łopatek, które muszą być skierowane i spowolnione, aby przekształcić ciśnienie dynamiczne w statyczne. Aby to ułatwić, wokół wirnika zbudowaliśmy spiralę. Kształt ten jest tworzony przez stosunek odległości od środka wirnika do wylotu wentylatora. Podobnie jak w przypadku wentylatora z wygiętym do tyłu strugiem, zaleca się również niewielki nakład między pierścieniem wlotowym a wylotem wirnika. Oba te aspekty montażu przedstawiono na poniższym schemacie…
Średnica pierścienia wlotowego powinna umożliwiać jedynie niewielką szczelinę między wirnikiem a pierścieniem, aby zapobiec recyrkulacji powietrza.
Zagadnienia montażowe – odstępy
Ważne jest, aby zapewnić odpowiednią ilość miejsca po stronie ssącej i bocznej wentylatora…
Niewystarczający luz po stronie ssącej wentylatora zwiększy prędkość wlotową, co doprowadzi do turbulencji. Turbulencje te będą się nasilać w miarę przepływu powietrza przez wirnik, co zmniejszy efektywność przenoszenia energii z łopatki wentylatora do powietrza, a co za tym idzie, zwiększy hałas i zmniejszy wydajność wentylatora.
Ogólne zalecenia dotyczące warunków wlotu i wylotu są następujące:
Strona wlotowa
- Brak przeszkód lub zmian kierunku przepływu w odległości 1/3 średnicy wentylatora od wlotu wentylatora
Podsumowanie – Dlaczego warto wybrać wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do przodu?
Jeśli wymagany punkt pracy wentylatora znajduje się w obszarze wyższych ciśnień w układzie, a niższych przepływów objętościowych, należy rozważyć zastosowanie wentylatora odśrodkowego z łopatkami wygiętymi do przodu i pojedynczym wlotem. Jeśli wymagane jest zastosowanie wentylatora odśrodkowego o dużej objętości w ograniczonej przestrzeni, należy rozważyć zastosowanie wentylatora odśrodkowego z łopatkami wygiętymi do przodu i podwójnym wlotem.
Wentylator należy dobrać w optymalnym zakresie, czyli w tzw. kolanie jego charakterystyki. Punkt maksymalnej sprawności znajduje się bliżej granicy wyższego ciśnienia na charakterystyce wentylatora, gdzie wentylator pracuje najciszej. Należy unikać pracy poza optymalnym zakresem (w skrajnych punktach dużego przepływu objętościowego), ponieważ turbulencje i sprawność aerodynamiczna łopatek wirnika w tych punktach będą generować hałas, a wirnik będzie pracował w aerodynamicznym przeciągnięciu. Przy niskich ciśnieniach i dużych przepływach objętościowych należy wziąć pod uwagę temperaturę roboczą silnika pod obciążeniem, ponieważ istnieje ryzyko przegrzania silnika.
Powietrze po stronie wlotowej wirnika powinno być utrzymywane w możliwie jak najbardziej płynnym i laminarnym przepływie. Aby zmaksymalizować wydajność, należy zapewnić co najmniej 1/3 średnicy wirnika na wlocie wentylatora. Zastosowanie pierścienia wlotowego (dyszy wlotowej) nakładającego się na wlot wirnika pomoże wyeliminować zakłócenia przepływu przed zasysaniem powietrza przez wentylator, zredukować hałas wywołany turbulencjami, zminimalizować zużycie energii w punkcie pracy i zmaksymalizować wydajność.
Stroma charakterystyka pracy, wyższa zdolność do pracy przy wysokim ciśnieniu dmuchaw o pojedynczym wlocie i wysoki przepływ dmuchaw o podwójnym wlocie oznaczają, że wentylator z łopatkami wygiętymi do przodu jest użytecznym rozwiązaniem, które można rozważyć w szerokim zakresie instalacji.
Czas publikacji: 16-08-2023