что такое осевой вентилятор устройство принцип работы
Осевые вентиляторы и их применение
Вентиляторов существует довольно много. Однако наиболее распространены именно осевые вентиляторы и их применение – очень частая практика. Их распространённость обуславливается не только эффективностью и простотой изготовления, но и компактностью, неприхотливостью и низким энергопотреблением. Это те факторы, которые важны на производстве, поскольку владелец всегда старается минимизировать затраты.
Что такое осевой вентилятор?
Подобный тип встречается буквально на каждом шагу. На улице это – некоторые кондиционеры, в зданиях – вентиляция помещений, и даже за компьютером он нас настигает – в виде системы охлаждения процессора или видеокарты. Иначе такие вентиляторы могут называться аксиальными.
Без подобного устройства в современной жизни очень трудно обойтись – система охлаждения необходима многим приспособлениям и производствам, а человек не может дышать спёртым воздухом. И осевой вентилятор, как самый распространённый, справляется со своей миссией на ура. Но что это такое? Это устройство, состоящее из крутящейся оси и насаженных на него лопастей. Эти лопасти перемещают воздух вокруг их собственной оси.
История создания и развития осевого вентилятора
Подобная конструкция была изобретена в Великобритании, его создание относится к первой половине XVIII века. Самый первый прообраз подобного вентилятора создавался в 1830 году. Изобретателем оказался Джон Барон. Изначально конструкция была необычной для современного человека. Она представляла собой пластину, которая приводилась в движение замысловатым сложным механизмом. И только на рубеже XIX и XX веков были придуманы привычные лопасти.
Созданные устройства работали изначально за счёт водяной энергии. Вода подавалась на несколько приводов, и за счёт них вращались лопасти. Несколько позже додумались сделать двигатель не на воде, а на горючих веществах – керосине или спирте. На электричестве же он стал работать только после создания электродвижка Томасом Эдисоном. И после открытия такого масштаба производство вентиляторов встало на промышленный путь.
Переломный момент в создании осевых вентиляторов и их применении наступил после открытия Николаем Егоровичем Жуковским вихревой теории крыла, то есть в 1904 году. Именно тогда вентилятор стал таким, каким мы его привыкли видеть. В дальнейшем его развитие не претерпевало кардинальных перемен – менялось применение, внешний вид. Но суть работы оставалась неизменной.
Внутреннее строение
Аксиальный вентилятор состоит из крыльчатки (лопастей, винта), корпуса и небольшого двигателя, за счёт работы которого крутится ось. Корпус имеет круглое сечение. За счёт того, что воздух проталкивается винтом вдоль оси вращения, циркуляция воздуха будет осуществляться принудительно.
Осевой вентилятор не имеет строго регламентированных размеров. В промышленности могут стоять устройства с диаметром крылатки до нескольких метров, а в домашнем использовании хорошо, если диаметр превысит 10-15 сантиметров. Мощность двигателя и количество лопастей также может изменяться в зависимости от назначения.
При работе приспособления вся энергия вала двигателя передается на рабочее колесо. Сколько сделал оборотов двигатель – столько раз провернётся ось, а вместе с ней – и крылатка. Так как лопасти закреплены под определённым углом, а само устройство – на оси вращения, то в процессе работы воздух перемещается вдоль оси, попутно закручиваясь.
Крыльчатка делается из лёгких материалов, чтобы не возникало серьёзного сопротивления. Это же решение способствует тому, что для движения винта достаточно не самого мощного двигателя. Часты в применении моторы до 0,8 кВт и производительностью до 16080 м3 в час. Диаметр винта нечасто в массовом производстве превышает 70 сантиметров.
Осевые вентиляторы подразделяются следующим образом:
Достоинства и характеризующие особенности
Точная характеристика устройства может быть определена по его маркировке. Отечественные производители стараются лишней информации туда не вносить, ограничиваясь диаметром винта. В этом плане отличаются зарубежные модели – в их маркировке содержится куда более подробная информация о технических характеристиках устройства.
Аксиальный вентилятор имеет характеристики, которые закладываются в зависимости от назначения. Изменяться могут такие особенности, как:
Встречаются нагнетающие и вытяжные вентиляторы. Первые выдувают воздух более активно, чем вторые, но им труднее его всасывать. При применении, если необходима активная циркуляция воздуха, лучше использовать оба типа. Однако можно задать лопастям реверсивное движение. Но при этом эффективность работы упадёт примерно на 30-40%. Важно помнить одну особенность – воздух внутри кожуха вентилятора перемещается лишь в осевом направлении. В радиальном же воздух почти не перемещается.
К достоинствам осевых вентиляторов и их применения можно отнести несколько факторов:
Низкая шумность лопастей вызывается их необычной формой. Она выглядит как серп, при этом снижение уровня звука – далеко не единственный плюс. Помимо этого своими изгибами винт захватывает воздух и направляет его по направлению оси движения. Именно из-за этой особенности он способен выдать мощную направленную струю воздуха, которая так ценна при охлаждении какого-либо элемента. И она же создаёт мощный «всасывающий» эффект при направленности на выдув.
Также в его пользу как охладителя играет форм-фактор корпуса. На выходе направление воздуха поправляется специальной перемычкой-коллектором. Она выпрямляет струю и не позволяет ей лишний раз отклоняться в сторону.
Благодаря тому факту, что сопротивление винта движущемуся воздуху довольно мало, а трение не вызывает крупных потерь в производительности, осевые собратья радиальных вентиляторов заметно выигрывают у них по производительности. Да ещё и электричества «кушают» меньше.
Двигатель этого устройства надёжно защищён. У него имеется защита от перегрузок, что не позволяет ему выходить из строя. Также в наличии имеется обмотка, не позволяющая моторчику искрить. Эта же обмотка дополнительно защищает от влаги.
Области и способы применения
Подобные устройства применяются в самых разных отраслях. Его можно увидеть как внутри самого обычного компьютера, так и в авиационном двигателе. Чаще всего вентиляторы подобной конструкции применяются при вентиляции жилых или сельскохозяйственных помещений. Из-за низкого уровня шума именно осевой вентилятор очень популярен у создателей вентиляционных систем. Звук, издаваемый им, не раздражает ухо человека или животного, что наиболее удобно при вентиляции рабочих помещений или зданий для скота.
Выгоднее всего применять подобную конструкцию для точечного активного охлаждения. Поэтому часто можно увидеть его в электронике, механизмах. Плюсом также можно считать его компактность и её соотношение к мощности. В вентиляции подобный тип охлаждения устанавливается в очень ограниченном пространстве, куда попросту не получится впихнуть более крупный охладитель.
Помимо промышленного применения аксиальные вентиляторы встречаются и в быту. Самым часто попадающимся примером можно считать кулер внутри системного блока компьютера и самый обыкновенный бытовой напольный или потолочный охладитель. Да и вообще любой, у которого имеется ось, таковым является.
Однако есть у этого приспособления ещё одна функция – очистительная. Очень часто они устанавливаются в шахты, штольни и прочие подземные коммуникации. Их назначение – вытягивать из рабочей зоны газы, дым и прочие примеси, которые могут быть опасны для человека. Для этого их устанавливают на выдув – и винт заставляет воздух всасываться в вентиляционную шахту, в то время как из другой шахты поступает чистый воздух с поверхности.
Основы гидравлики
Вентиляторы
Классификация вентиляторов
Вентиляторами называют устройства, служащие для перемещения воздуха или других газов при давлении не более 0,15×10 5 Па.
Они, как и насосы, находят применение во многих отраслях народного хозяйства и, в частности, в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Автомобильная, дорожная и сельскохозяйственная техника применяет в своей конструкции, например, вентиляторы системы охлаждения двигателей, вентиляторы системы отопления и кондиционирования воздуха в салоне. Аэромобили, суда на воздушной подушке и подобные машины используют вентиляторы в качестве движителя.
Центробежные вентиляторы
Центробежные вентиляторы иногда называют радиальными вентиляторами, поскольку перемещение воздушного потока при контакте с лопастями осуществляется от центра к внешнему периметру, т. е. радиально.
Центробежные вентиляторы классифицируют по следующим признакам:
Осевые вентиляторы
Этот тип вентиляторов иногда называют аксиальными вентиляторами, поскольку перемещение потока в них осуществляется вдоль оси рабочего колеса. Еще одно название осевых вентиляторов, издавна укрепившееся в быту – пропеллеры.
Колесо осевого вентилятора состоит из втулки, на которой закреплены наглухо или в которую встроены лопатки. Число лопаток на колесе обычно от 2 до 32. Лопатки изготавливают симметричного или специального несимметричного профиля, расширяющегося и закручивающегося по мере приближения к втулке. Осевые вентиляторы с лопатками симметричного профиля называют реверсивными, а с лопатками несимметричного профиля – нереверсивными.
Колеса осевых вентиляторов делают сварными из листовой стали или литыми; они бывают также штампованными. В последнее время получили широкое распространение вентиляторы из пластмасс.
Сравнительные характеристики центробежных и осевых вентиляторов
Центробежные вентиляторы, по сравнению с осевыми, способны создавать большее давление на выходе, поэтому их целесообразно применять для подачи воздуха при значительном давлении. Поэтому их часто применяют в системах вентиляции со сложной разветвленной сетью воздуховодов, в системах пневмотранспорта материалов, в котельных установках в качестве тягодутьевых устройств, и в системах кондиционирования воздуха.
Работа вентиляторов сопровождается шумом, интенсивность которого обусловливается типом вентилятора, режимом его работы, качеством изготовления и монтажа. Снижению шумов способствует установка вентилятора на одном валу с двигателем, применение специальных виброгасителей при креплении на станине, качественная балансировка ротора, тщательная обработка и отделка поверхностей лопаток рабочего колеса, мягкое соединение с воздуховодами.
Обозначение вентиляторов
В настоящее время промышленность выпускает вентиляторы многих типов и серий. Каждому вентилятору присваивается условное обозначение – индекс, в котором указаны:
Рабочие параметры и характеристики вентиляторов
К основным техническим характеристикам вентиляторов относятся подача, полное давление, КПД, потребляемая мощность, критерий быстроходности.
Подача вентиляторов
где:
Sвых – площадь выходного отверстия, которая принимается с учетом коэффициента стеснения потока лопатками, равного 0,9…0,95;
сv2 – проекция абсолютной скорости потока газа: для центробежных вентиляторов – радиальная проекция, для осевых – осевая проекция.
Полное давление вентилятора
Мощность вентилятора
Теоретическая мощность вентилятора, передаваемая перемещаемой среде, определяется по формуле:
КПД вентиляторов
КПД – отношение полезной мощности к потребляемой вентилятором от приводного устройства:
Полный КПД вентиляторов, как и КПД насосов, может быть определен в виде произведения трех составляющих:
где: ηг – гидравлический КПД (потери в потоке), ηо – объемный КПД (утечка через зазоры), ηм – механический КПД (трение).
Полный КПД центробежных вентиляторов (в зависимости от быстроходности и конструкции лопаток) составляет от 0,65 до 0,85. У осевых вентиляторов он не превышает 0,9.
При подборе электродвигателя для вентиляторной установки используют коэффициент запаса К = 1,05…1,2 для осевых вентиляторов, и К = 1,1…1,5 – для центробежных вентиляторов.
Критерий быстроходности вентиляторов
Использование критерия быстроходности облегчает подбор и расчет вентиляторов, так как быстроходность входит в индекс вентиляторов. По индексу можно судить о давлении, развиваемом вентилятором.
На рис. 4 представлена универсальная аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора, на которой графически изображены все допустимые или оптимальные для данного вентилятора режимы его работы. Пользуясь универсальной аэродинамической характеристикой, можно выбрать наиболее эффективный режим работы вентилятора, при котором его КПД будет иметь максимальное значение.
Пример решения задачи на подбор вентилятора
Определяем давление, развиваемое вентилятором:
Виды вытяжных вентиляторов
Общеизвестно, что в каждом доме или квартире во время проживания членов семьи часто возникают посторонние запахи и большая влажность. В результате этого проживание домочадцев бывает не совсем благоприятным. Для устранения подобных проблем существует вентиляционное устройство. О том, что собой представляет вентилятор для вытяжки, на какие типы он делится, и будет изложено в этой статье.
Принцип работы
Система притока и вытяжки воздуха обладает определенным принципом функционирования. В ней воздушные массы искусственно нагнетаются в помещение посредством вентилятора. В результате этого получается разница в давлении и «отработанный» воздух, стремясь самопроизвольно отрегулировать данный дисбаланс, выходит наружу сквозь специальные вытяжные воздуховоды.
В основном вентиляторы для вытяжки представляют собой механизмы, где крыльчатка размещена на одном валу с электромотором. Воздушная струя при этом засасывается внутрь сквозь решетку с жалюзи, которое порой выступает в роли обратного клапана.
Данного типа вытяжные приборы, как правило, монтируются в окнах, но иногда при наличии небольшого воздуховода и недостаточной вытяжке, определенные изделия встраиваются непосредственно в стену. В случае установки длинного воздушного канала, применяются вентиляторы центробежного вида. В них струя воздуха направлена перпендикулярно к валу двигателя.
Работать механизмы для вытяжки могут в ручном и автоматизированном запуске. В первом случае для пуска механизма нужно включить его посредством выключателя. А во втором – изделие начнет работать при достижении определенных условий. Таковыми могут быть: возникновение настроенной степени влажности, включение лампочки, либо завершение заданного временного диапазона.
А также при ручной настройке вытяжки допускается включение обогрева зимой, при его летнем отключении, что, естественно, экономит электроэнергию. Для нагрева поступающей воздушной массы используется специальный теплообменник – рекуператор. Этот механизм работает по принципу взаимного обогрева, то есть выходящий поток воздуха нагревает поступающий в помещение. При этом они двигаются изолированно, и смешивания не происходит.
Расчет мощности
Для создания должной вытяжки для всякого вентилятора нужны правильные вычисления его производительности. Иначе он может не справиться с нагрузками, и коэффициент полезного действия будет низок. Мощность вытяжного механизма необходимо рассчитывать с учетом вида комнаты и объема воздушной массы, которую необходимо обновлять.
По нормативным расчетам, на кухне воздух посредством вентилирующего прибора должен обмениваться не менее 9-14 раз за час. В ванной комнате обновление воздушной массы может происходить реже, примерно 5-8 раз в течение одного часа. В то же время при пользовании душем это значение необходимо увеличивать до 17-20 раз в час.
Для туалетов обычно хватает 5-9 обновлений за вышеупомянутый промежуток времени. Чтобы правильно высчитать минимальную мощность вентилятора, нужно, прежде всего, подсчитать объем обслуживаемого помещения, а затем умножить на требуемое количество замены воздушной массы за час. Например, на кухне с объемом 30 м³ требующаяся наименьшая мощность вентилятора должна быть 30 м³ х 14 = 420 м³/час.
Большую роль для полной вытяжки играет и расположение устройства. Ведь удаляемый из комнаты воздух необходимо полностью заменить свежим. Обычно это происходит через щели в двери или специально предусмотренные для этого отверстия в стене. А когда прибор находится рядом с выходом на улицу, то он создаст обмен воздуха только вблизи и не сможет повлиять на остальную воздушную массу в комнате.
Специалисты рекомендуют располагать вентилятор наверху, чтобы всасывать теплый воздух, при этом источник для его поступления должен быть напротив прибора.
На кухне вытяжной вентилятор устанавливать желательно около плиты, поскольку это будет способствовать дополнительной вытяжке вредных запахов от приготовления пищи.
В случае, когда в комнате стоят приборы с дымоходом, то располагать вентиляторы нужно так, чтобы не происходило всасывания угарных газов из дымоходной трубы обратно в помещение. Такие требования не распространяются на котлы с распределенной тягой, в которых внутри трубы происходит обмен свежего воздуха с отработанным газом.
Виды и характеристики
Вентилятор является основным звеном всякой вентиляционной системы принудительного вида. Это вытяжное устройство повсеместно применяется в быту и без него сейчас трудно представить деятельность человека. Существуют разные типы вентиляторов по конструкции и характеристикам. Проанализируем более детально каждый из этих видов.
Канальный
Характерной особенностью данных механизмов является то, что они сделаны в виде цилиндра, а внутри его встроен вентилятор. Таким образом, сам прибор является продолжением воздуховода. А также он может быть смонтирован в стене. В любом случае во время работы из-за внутреннего расположения их совсем неслышно и они безопасны в эксплуатации.
После монтажа канального бесшумного вентилятора для вытяжки оставшееся пространство закрывается решеткой. Каналы для обмена воздушной массы проводятся из комнаты через фильтрующую систему. Таким образом, поток подвергается очистке и затем поступает снова в помещение посредством специальных распределителей. Воздуховоды удобно монтируются между навесным и настоящим потолком – такой прием допускает значительно увеличить возможности при оформлении дизайна.
Монтаж бесшумных канальных вентиляторов производится на приточные или на вытяжные воздуховоды. Кроме круглой формы такие механизмы могут иметь квадратную, плоскую и прямоугольную конфигурацию. Они монтируются обычно в шахтах для вентиляции и отличаются большой производительностью. Такие вентиляторы еще называют ротационными турбинами для принудительной вытяжки.
Осевой
Такого вида вентиляторы для вытяжки выполнены в виде цилиндра, внутри которого находится крыльчатка, установленная на валу электромотора. Воздух при данном устройстве двигается вдоль вала прибора, а перед ним зачастую монтируется коллектор, улучшающий аэродинамику изделия.
Несомненным достоинством таких вентиляторов является высокий КПД – более 100 кубических метров в час. Помимо этого, вентиляторы осевого исполнения отличаются простотой и мало шумной работой, из-за чего нередко монтируются в вентиляционных каналах кухонь и ванных комнат. Обычно осевые вентиляторы для вытяжки устанавливаются в виде дополнения к главной системе вентиляции.
Центробежный
Такой механизм вытяжного вида является своего рода новинкой на рынке вентиляционных устройств. В то же время он успел завоевать популярность и сейчас это самый распространенный вид вентиляторов, применяющихся в жилых помещениях для вытяжки. Отличаются они от других тем, что у крыльчатки нет угла в продольной линии, а имеют уклон в поперечной плоскости.
Следовательно, работа вентиляторов центробежного типа базируется на изменении воздушной струи под 90 градусов и ее движении через спиралевидное колесо. А название такое они заимели благодаря тому, что во время вращения лопастей, они откидывают воздушный поток в стороны, где образуется зона повышенного давления.
А в центральной части напротив – участок пониженного давления. Таким образом, происходит быстрое перемещение воздушной массы от центра. Из-за разницы давлений, воздух стремительно начинает нагнетаться извне. Эти приборы требуют установки специального коллектора, выполняющего роль диффузора.
Конструктивно его устройство облегчает нагнетание воздуха внутрь корпуса, и в то же время заглушает шум во время его движения. Благодаря своему монолитному литью вентиляторы центробежного типа имеют увеличенную прочность. Применяться они могут при температуре от – 45 до + 60 градусов.
С обратным клапаном
Основное отличие всякой вентиляции от кондиционирования заключается в том, что в последнем случае устройства функционируют с загрязненным воздухом. Вентиляторы с обратным клапаном гарантируют замену воздуха с разными примесями в виде пуха, мошек, разных аллергенов на свежий воздух. Приборы такого вида приобрели большую популярность и повсеместно применяются в квартирах.
Используется такой тип вытяжки:
Запирающее устройство такого типа выглядит как лопасть с размером, чуть больше входного отверстия в корпусе вентилятора. При этом оно устроено так, что препятствует обратной тяге из вентиляционного колодца или с улицы вместе с посторонними частицами.
После включения вентилятора обратный клапан открывается, а при отключении закрывается. По своему устройству обратный клапан бывает автоматическим или ручным. В основном для вытяжки в бытовых вентиляторах применяются клапаны автоматического действия.
А также обратные клапаны определяют по виду установки (вертикальная или горизонтальная), материалу (пластик, металл) и по конфигурации (прямоугольная или круглая).
Вентилятор вытяжной с таймером
Устройства с таймером обычно работают при включении света в то или иное помещение. После того, как свет выключен, прибор работает еще какое-то время. При этом диапазон задержки регулируется в удобном режиме.
Причем настраиваются они в двух режимах:
Второй способ очень удобен в том случае, если нужно ненадолго зайти и выйти из помещения. Таким образом, нет необходимости в частом включении вентилятора, и к тому же такая настройка дает экономию электричества.
А также вентилятор с таймером может работать от отдельного выключателя. Особенно важно применение такого вытяжного устройства в туалетных и ванных комнатах, где необходимо, чтобы после процедуры комната еще какое-то время вентилировалась.
Радиальный
Механизмы такого вида выделяются от остальных моделей спиральной конфигурацией корпуса, внутри которого размещена крыльчатка. Под ее действием воздушный поток сжимается под влиянием центробежной силы, движется в радиальном направлении и устремляется из корпуса.
Лопасти радиального вентилятора, в зависимости от потребности, бывают направлены как в одном, так и в обратном направлении. В первом случае значительно увеличивается производительность, но и создается больше шума. Во втором варианте ощутимо снижается уровень шума, до 15% экономится электроэнергия, но и снижается мощность прибора. Небольшие размеры корпуса позволяют смонтировать прибор почти во всякий воздушный канал.
«Улитка»
Вентиляторы для вытяжки – «улитки» выделяются от обычных устройств корпусом своеобразной конфигурации. Причем производительность данных приборов значительно больше, чем у стандартных вентиляторов.
Принцип работы таких приборов довольно прост: после всасывания внутрь корпуса через входное отверстие воздушная масса начинает вращаться под большим давлением и постепенно устремляется на выход. По конфигурации корпус внешне напоминают улитку, и поэтому вентилятор получил такое название.
Какой вентилятор лучше выбрать
Прежде чем покупать вентилирующее устройство для дома, нужно знать, на какие параметры необходимо обращать внимание.
Итак, советы специалистов при выборе бытовых вентиляторов:
Рассмотрим более подробно, какие модели лучше все подойдут для санузла и кухни.
Кухня
Кухонные вентиляторы для вытяжки должны обладать высокой мощностью, способной не только обновлять воздух на кухне, но и выдерживать высокие температуры. Таким подходящим устройством является модель Wolter KA KATD 225-4 Stb.
При этом прибор для вытяжки на кухне обладает следующими параметрами:
А также для кухонных вентиляторов характерно то, что они выдерживают температуру движущегося воздуха до 95 градусов.
Санузел
Идеальным вариантом при подборе вытяжного устройства для ванной комнаты будет прибор с установленным датчиком влажности. При этом особой популярностью пользуется модель SILENT-100 CHZ от «Soler & Palau».
Ее больше всего положительно оценивают отечественные пользователи за то, что она имеет:
Но для ванной комнаты с большой площадью свыше 5 м 2 должна быть достаточная вытяжка отработанного воздуха, поэтому нужно выбирать вентилятор более производительный. Таковым является прибор EAF-150 от «Electrolux».
Выделяется он следующими характеристиками:
Подобрать нужный режим у него можно за счет переустановки перемычки, размещенной внутри коробки таймера.
Вытяжное устройство для кухни и ванной будут обладать достоинствами в том случае, если правильно будет подобраны все параметры. И тогда этот многофункциональный прибор создаст в помещении удобство и приятный микроклимат.