Wirnik z napędem silnikowym zakrzywiony do przodu
Kiedy zdefiniujemy wymagane natężenie przepływu, niezależnie od tego, czy ma to zapewnić świeże powietrze, czy chłodzenie procesowe, musimy połączyć to z oporem przepływu, jaki napotka wentylator w danym zastosowaniu. Objętościowe natężenie przepływu (w m3/h) i ciśnienie (w paskalach – Pa) sumuje się, tworząc punkt pracy, przy którym musi pracować wentylator. Ważne jest, aby wybrać wentylator, którego charakterystyka wydajności odpowiada wymaganemu punktowi pracy w punkcie maksymalnej wydajności lub w jego pobliżu. Korzystanie z wentylatora przy jego maksymalnej wydajności minimalizuje zużycie energii i hałas emitowany przez wentylator, zapewniając jednocześnie wymaganą wydajność.
Jak działa zakrzywiony do przodu wentylator odśrodkowy?
Nazwa „wentylator odśrodkowy” wywodzi się od kierunku przepływu 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 pomiędzy wentylatorem odśrodkowym zakrzywionym do przodu i do tyłu to kierunek, w którym powietrze opuszcza obwód wirnika. W przypadku wirnika wygiętego do tyłu powietrze wypływa w kierunku promieniowym, natomiast w przypadku wirnika wygiętego do przodu powietrze wychodzi stycznie do obwodu wentylatora.
Wentylator odśrodkowy wygięty do przodu charakteryzuje się cylindrycznym kształtem i dużą liczbą małych łopatek na obwodzie wirnika. W przykładzie pokazanym poniżej wentylator obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.
W przeciwieństwie do wirnika zakrzywionego do tyłu, wirnik zakrzywiony do przodu wymaga obudowy, która przekształca powietrze o dużej prędkości opuszczające końcówki łopatki wirnika w siłę statyczną o niższej prędkości. Kształt obudowy kieruje również strumień powietrza w stronę wylotu. Ten typ obudowy wentylatora jest powszechnie znany jako scroll; jednakże można ją również określić jako obudowę spiralną lub sirocco. Instalując wirnik zakrzywiony do przodu w obudowie spiralnej, zwykle nazywamy go dmuchawą zakrzywioną do przodu.
Istnieją dwa typy dmuchaw, które wykorzystują wirnik z napędem silnikowym wygiętym 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 (tutaj z kołnierzem montażowym). Dmuchawa z podwójnym wlotem ma szerszą obudowę spirali, zasysającą powietrze z obu stron spirali i dostarczającą je do szerszego kwadratowego wylotu.
Podobnie jak w przypadku wentylatora odśrodkowego wygiętego do tyłu, strona ssąca łopatki wirnika zasysa powietrze ze środka wentylatora, co powoduje zmianę kierunku przepływu powietrza pomiędzy wlotem a wylotem o 90o.
Charakterystyka wentylatora
Optymalnym obszarem działania wentylatora odśrodkowego z wygiętym do przodu jest tryb pracy przy wyższym ciśnieniu. Wentylator odśrodkowy wygięty do przodu działa najlepiej, gdy wymagane są wysokie ciśnienia przy niższych przepływach. Poniższy wykres ilustruje optymalny obszar roboczy…
Przepływ objętościowy wykreślono wzdłuż osi X, a ciśnienie w systemie na osi Y. Gdy w układzie nie ma ciśnienia (wentylator dmucha swobodnie), wentylator odśrodkowy wygięty do przodu będzie wytwarzał największy przepływ. W miarę występowania oporu przepływu po stronie ssawnej lub wylotowej wentylatora, natężenie przepływu będzie spadać.
Należy zachować ostrożność przy wyborze dmuchawy wygiętej do przodu do pracy przy niskich ciśnieniach i największym przepływie. W tym momencie wirnik pracuje w aerodynamicznym przeciągnięciu w taki sam sposób, jak wentylator osiowy pracujący w siodłowym punkcie swojej krzywizny. W tym momencie hałas i zużycie energii będą najwyższe z powodu turbulencji.
Szczytowa wydajność występuje w punkcie zwanym kolanem krzywej charakterystycznej. W tym momencie stosunek mocy wyjściowej wentylatora (przepływ objętościowy (m3/s) x rozwój ciśnienia statycznego (Pa) i pobór mocy elektrycznej (W) jest największy, a ciśnienie akustyczne wytwarzane przez wentylator będzie wynosić w najcichszym miejscu powyżej i poniżej optymalnego zakresu pracy przepływ przez wentylator staje się głośniejszy, a wydajność układu wentylatora spada.
Zaletą stosowania wirnika silnikowego z pojedynczym wlotem i zakrzywieniem do przodu jest to, że ma on stromą charakterystykę wentylatora. Jest to szczególnie przydatne w systemach wymagających stałego poziomu filtracji. Gdy powietrze przechodzi przez filtr cząstek stałych, filtr zatrzymuje unoszący się w powietrzu kurz i pyłki. Im drobniejszy stopień filtracji, tym mniejsze cząsteczki zatrzymane przez filtr. Z biegiem czasu filtr będzie coraz bardziej zatykany brudem i gruzem, co spowoduje, że do dostarczenia tej samej objętości powietrza wymagane będzie większe ciśnienie. Zastosowanie w tym przypadku wirnika o stromej krzywej charakterystycznej oznacza, że w miarę coraz większego zatykania filtra przepływ objętościowy pozostaje stały, podczas gdy ciśnienie na filtrze rośnie.
Zaletą stosowania wirnika zakrzywionego do przodu z podwójnym wlotem jest to, że przy stosunkowo małej dmuchawie może on zapewnić duży przepływ. Kompromis związany ze stosowaniem dmuchawy z podwójnym wlotem polega na tym, że wytwarza ona niższe ciśnienie, co oznacza, że może pracować tylko z systemami o niższym ciśnieniu.
Opcje montażu
Jak wspomniano wcześniej, napędzany silnikiem wirnik wygięty do przodu wytwarza powietrze o dużej prędkości na końcach łopatki, które należy skierować i spowolnić, aby przekształcić ciśnienie dynamiczne w ciśnienie statyczne. Aby to ułatwić, budujemy spiralę wokół wirnika. Kształt tworzony jest przez stosunek odległości od środka wirnika do wylotu wentylatora. Podobnie jak w przypadku wentylatora zakrzywionego do tyłu, zaleca się również, aby pierścień wlotowy i wylot wirnika miały niewielkie zachodzenie na siebie. Obydwa sposoby montażu przedstawiono na poniższym schemacie…
Średnica pierścienia wlotowego powinna pozostawiać jedynie niewielką szczelinę pomiędzy wirnikiem a pierścieniem, aby uniknąć recyrkulacji powietrza.
Uwagi dotyczące montażu – Odstępy
Ważne jest, aby zapewnić wystarczający odstęp po stronie ssawnej i bocznej wentylatora…
Niewystarczający luz po stronie ssącej wentylatora zwiększy prędkość wlotową, co doprowadzi do turbulencji. Turbulencja ta będzie się zwiększać w miarę przepływu powietrza przez wirnik, co powoduje, że przenoszenie energii z łopatki wentylatora do powietrza jest mniej wydajne, powoduje powstawanie większego hałasu i zmniejsza wydajność wentylatora.
Ogólne zalecenia dotyczące warunków wlotowych i wylotowych są następujące:
Strona wlotowa
- Brak przeszkód lub zmian w kierunku przepływu w odległości 1/3 średnicy wentylatora od wlotu wentylatora
Podsumowanie – dlaczego warto wybrać wentylator odśrodkowy wygięty do przodu?
Jeżeli wymagany punkt pracy mieści się w obszarze wyższych ciśnień w układzie w porównaniu z niższym przepływem objętościowym na charakterystyce wentylatora, należy rozważyć zastosowanie wentylatora odśrodkowego z pojedynczym wlotem i wygiętym do przodu. Jeśli wymaganie dotyczy dużego przepływu w ograniczonej przestrzeni, należy rozważyć zastosowanie wentylatora odśrodkowego z podwójnym wlotem i wygiętym do przodu.
Wentylator należy dobierać w jego optymalnym zakresie, czyli na tzw. kolanie jego charakterystycznej krzywej. Punkt maksymalnej wydajności znajduje się bliżej granicy wyższego ciśnienia na krzywej charakterystycznej wentylatora, gdzie pracuje on również najcichiej. Należy unikać pracy poza optymalnym zakresem (na krańcach dużego przepływu), ponieważ turbulencje i wydajność aerodynamiczna łopatki wirnika w tych punktach będą powodować hałas, a wirnik będzie również pracował w przeciągnięciu aerodynamicznym. Przy niskich ciśnieniach i dużych przepływach należy zwrócić uwagę na temperaturę roboczą silnika pod obciążeniem, ponieważ istnieje ryzyko przegrzania silnika.
Powietrze po stronie wlotowej wirnika powinno być możliwie gładkie i laminarne. Aby zmaksymalizować wydajność, na wlocie wentylatora należy pozostawić odstęp wynoszący co najmniej 1/3 średnicy wirnika. Zastosowanie pierścienia wlotowego (dyszy wlotowej) zachodzącej na wlot wirnika pomoże wyeliminować zakłócenia przepływu przed zassaniem powietrza przez wentylator, zredukować hałas wywołany turbulencjami, utrzymać pobór mocy w punkcie pracy na minimalnym poziomie i zmaksymalizować wydajność.
Stroma charakterystyka robocza, wyższe ciśnienie dmuchaw z pojedynczym wlotem i duży przepływ dmuchaw z podwójnym wlotem oznaczają, że wentylator wygięty do przodu jest użyteczną opcją do rozważenia w szerokim zakresie instalacji.
Czas publikacji: 16 sierpnia 2023 r