Ventilatoare pentru sisteme de ventilatie prin conducte
Acest modul analizează ventilatoarele centrifugale și axiale utilizate pentru sistemele de ventilație prin conducte și ia în considerare aspectele selectate, inclusiv caracteristicile și atributele operaționale ale acestora.
Cele două tipuri obișnuite de ventilatoare utilizate în serviciile de construcții pentru sistemele de conducte sunt denumite în mod generic ventilatoare centrifuge și axiale – numele care derivă din direcția definitorie a fluxului de aer prin ventilator.Aceste două tipuri sunt ele însele împărțite într-un număr de subtipuri care au fost dezvoltate pentru a oferi caracteristici speciale de debit/presiune de volum, precum și alte atribute operaționale (inclusiv dimensiunea, zgomotul, vibrațiile, curățarea, menținerea și robustețea).
Tabelul 1: Datele privind eficiența maximă a ventilatoarelor publicate în SUA și Europa pentru ventilatoare >600 mm în diametru
Unele dintre cele mai frecvent întâlnite tipuri de ventilatoare utilizate în HVAC sunt enumerate în Tabelul 1, împreună cu eficiențe de vârf indicative care au fost colectate1 din datele publicate de o serie de producători americani și europeni.În plus față de acestea, ventilatorul „plug” (care este de fapt o variantă a ventilatorului centrifugal) a cunoscut o popularitate în creștere în ultimii ani.
Figura 1: Curbe generice ale ventilatorului.Fanii adevărați pot diferi foarte mult de aceste curbe simplificate
Curbele caracteristice ale ventilatorului sunt prezentate în Figura 1. Acestea sunt curbe exagerate, idealizate, iar ventilatoarele reale pot diferi de acestea;cu toate acestea, este posibil să prezinte atribute similare.Aceasta include zonele de instabilitate care se datorează vânătorii, în care ventilatorul se poate schimba între două debite posibile la aceeași presiune sau ca o consecință a blocării ventilatorului (vezi Blocarea casetei de debit de aer).De asemenea, producătorii ar trebui să identifice intervalele de lucru „sigure” preferate în literatura lor.
Ventilatoare centrifuge
La ventilatoarele centrifuge, aerul intră în rotor de-a lungul axei sale, apoi este evacuat radial din rotor cu mișcarea centrifugă.Aceste ventilatoare sunt capabile să genereze atât presiuni mari, cât și debite mari de volum.Majoritatea ventilatoarelor centrifugale tradiționale sunt închise într-o carcasă de tip scroll (ca în Figura 2) care acționează pentru a direcționa aerul în mișcare și pentru a converti eficient energia cinetică în presiune statică.Pentru a deplasa mai mult aer, ventilatorul poate fi proiectat cu un rotor „dublă lățime dublă admisie”, permițând aerului să intre pe ambele părți ale carcasei.
Figura 2: Ventilator centrifugal în carcasă scroll, cu rotor înclinat înapoi
Există o serie de forme de pale care pot alcătui rotorul, principalele tipuri fiind curbate înainte și curbate înapoi – forma paletei va determina performanța acesteia, eficiența potențială și forma curbei caracteristice a ventilatorului.Ceilalți factori care vor afecta eficiența ventilatorului sunt lățimea roții rotorului, spațiul liber dintre conul de admisie și rotorul rotativ și zona folosită pentru evacuarea aerului din ventilator (așa-numita „zonă de explozie”). .
Acest tip de ventilator a fost acționat în mod tradițional de un motor cu un aranjament cu curele și scripete.Cu toate acestea, odată cu îmbunătățirea comenzilor electronice de viteză și disponibilitatea crescută a motoarelor cu comutație electronică („EC” sau fără perii), acționările directe devin din ce în ce mai frecvent utilizate.Acest lucru nu numai că înlătură ineficiențele inerente unei transmisii cu curea (care poate fi de la 2% la mai mult de 10%, în funcție de întreținere2), dar este, de asemenea, probabil să reducă vibrațiile, să reducă întreținerea (mai puțini rulmenți și cerințe de curățare) și să facă ansamblul. mai compact.
Ventilatoare centrifugale curbate înapoi
Ventilatoarele curbate înapoi (sau „înclinate”) sunt caracterizate de palete care se înclină departe de direcția de rotație.Ele pot atinge eficiențe de până la 90% atunci când se folosesc lame cu profil aerodinamic, așa cum se arată în Figura 3, sau cu lame simple formate în trei dimensiuni, și puțin mai puțin atunci când se folosesc lame curbe simple și mai puțin atunci când se utilizează lame plate simple înclinate înapoi.Aerul părăsește vârfurile rotorului cu o viteză relativ scăzută, astfel încât pierderile prin frecare în carcasă sunt mici și zgomotul generat de aer este, de asemenea, scăzut.Ele se pot bloca la extremele curbei de operare.Rotoarele relativ mai largi vor oferi cele mai mari eficiențe și pot folosi cu ușurință paletele profilate cu profil aerodinamic mai substanțiale.Rotoarele subțiri vor prezenta puține beneficii în urma utilizării profilurilor aerodinamice, așa că tind să folosească palete cu plăci plate.Ventilatoarele curbate înapoi sunt remarcate în special pentru capacitatea lor de a produce presiuni înalte combinate cu zgomot redus și au o caracteristică de putere fără supraîncărcare - asta înseamnă că, pe măsură ce rezistența se reduce într-un sistem și debitul crește, puterea absorbită de motorul electric se va reduce. .Construcția ventilatoarelor curbate înapoi este probabil mai robustă și mai grea decât ventilatorul curbat înainte mai puțin eficient.Viteza relativ lentă a aerului de-a lungul lamelor poate permite acumularea de contaminanți (cum ar fi praful și grăsimea).
Figura 3: Ilustrația rotoarelor ventilatoarelor centrifugale
Ventilatoare centrifugale curbate înainte
Ventilatoarele curbate înainte sunt caracterizate de un număr mare de pale curbate înainte.Deoarece produc de obicei presiuni mai mici, ele sunt mai mici, mai ușoare și mai ieftine decât ventilatorul echivalent curbat înapoi.După cum se arată în Figura 3 și Figura 4, acest tip de rotor de ventilator va include peste 20 de pale care pot fi la fel de simple ca fiind formate dintr-o singură foaie de metal.Eficiențe îmbunătățite sunt obținute la dimensiuni mai mari cu lame individuale formate.Aerul părăsește vârfurile lamei cu o viteză tangențială mare, iar această energie cinetică trebuie convertită în presiune statică în carcasă - acest lucru scade eficiența.Ele sunt utilizate de obicei pentru volume de aer scăzute până la medii la presiune scăzută (în mod normal <1,5 kPa) și au o eficiență relativ scăzută de sub 70%.Carcasa scroll este deosebit de importantă pentru a obține cea mai bună eficiență, deoarece aerul părăsește vârful lamelor la viteză mare și este folosit pentru a converti eficient energia cinetică în presiune statică.Acestea funcționează la viteze de rotație mici și, prin urmare, nivelurile de zgomot generate mecanic tind să fie mai mici decât cele ale ventilatoarelor cu viteză mai mare în spate.Ventilatorul are o caracteristică de suprasarcină atunci când funcționează împotriva rezistențelor scăzute ale sistemului.
Figura 4: Ventilator centrifugal curbat înainte cu motor integrat
Aceste ventilatoare nu sunt potrivite acolo unde, de exemplu, aerul este puternic contaminat cu praf sau poartă picături de grăsime antrenate.
Figura 5: Exemplu de ventilator cu acționare directă cu lame curbate înapoi
Ventilatoare centrifuge cu pale radiale
Ventilatorul centrifugal cu pale radiale are avantajul de a putea mișca particulele de aer contaminat și la presiuni mari (de ordinul a 10kPa), dar, funcționând la viteze mari, este foarte zgomotos și ineficient (<60%) și așadar nu ar trebui să fie utilizat pentru HVAC de uz general.De asemenea, suferă de o caracteristică a puterii de supraîncărcare – deoarece rezistența sistemului este redusă (poate prin deschiderea clapetelor de control al volumului), puterea motorului va crește și, în funcție de dimensiunea motorului, poate eventual „supraîncărcare”.
Conectați ventilatoarele
În loc să fie montate într-o carcasă scroll, aceste rotoare centrifuge concepute special pot fi utilizate direct în carcasa unității de tratare a aerului (sau, într-adevăr, în orice conductă sau plen), iar costul lor inițial este probabil mai mic decât adăpostit ventilatoare centrifuge.Cunoscute sub denumirea de ventilatoare centrifuge „plenum”, „plug” sau pur și simplu „neadăpostite”, acestea pot oferi unele avantaje de spațiu, dar cu prețul pierderii eficienței de funcționare (cele mai bune eficiențe fiind similare cu cele ale ventilatoarelor centrifuge curbate în față).Ventilatoarele vor aspira aer prin conul de admisie (în același mod ca un ventilator adăpostit), dar apoi vor evacua aerul radial în jurul întregii circumferințe exterioare de 360° a rotorului.Acestea pot oferi o mare flexibilitate a conexiunilor de ieșire (din plen), ceea ce înseamnă că poate fi mai puțină nevoie de coturi adiacente sau tranziții ascuțite în conductele care ar adăuga în sine scăderea de presiune a sistemului (și, prin urmare, putere suplimentară a ventilatorului).Eficiența generală a sistemului poate fi îmbunătățită prin utilizarea unor intrări cu gura clopot în conductele care părăsesc plenul.Unul dintre beneficiile ventilatorului este performanța acustică îmbunătățită, rezultată în mare parte din absorbția sunetului în plen și lipsa căilor de „viziune directă” de la rotor în gura conductei.Eficiența va depinde foarte mult de locația ventilatorului în plen și de relația dintre ventilator și ieșirea acestuia – plenumul fiind folosit pentru a converti energia cinetică din aer și astfel crește presiunea statică.Performanța substanțial diferită și stabilitățile diferite de funcționare vor depinde de tipul de rotor – rotoare cu debit mixt (oferind o combinație de debit radial și axial) au fost folosite pentru a depăși problemele de debit rezultate din modelul puternic de debit radial de aer creat folosind rotoare centrifuge simple3.
Pentru unitățile mai mici, designul lor compact este adesea completat prin utilizarea motoarelor EC ușor de controlat.
Ventilatoare axiale
În ventilatoarele cu flux axial, aerul trece prin ventilator în linie cu axa de rotație (așa cum se arată în ventilatorul axial cu tub simplu din Figura 6) – presurizarea fiind produsă de portanța aerodinamică (asemănătoare cu aripa unui avion).Acestea pot fi comparativ compacte, cu costuri reduse și ușoare, potrivite în special pentru mișcarea aerului la presiuni relativ scăzute, deci sunt utilizate frecvent în sistemele de extracție unde căderile de presiune sunt mai mici decât sistemele de alimentare - alimentarea incluzând în mod normal căderea de presiune a tuturor sistemelor de aer condiționat. componentele din unitatea de tratare a aerului.Când aerul părăsește un simplu ventilator axial, acesta se va învârti datorită rotației transmise aerului pe măsură ce trece prin rotor - performanța ventilatorului poate fi îmbunătățită semnificativ prin paletele de ghidare din aval pentru a recupera turbionul, ca în paletă. ventilator axial prezentat în figura 7. Eficiența unui ventilator axial este afectată de forma lamei, distanța dintre vârful lamei și carcasa înconjurătoare și recuperarea vârtejului.Pasul paletei poate fi modificat pentru a varia eficient puterea ventilatorului.Prin inversarea rotației ventilatoarelor axiale, fluxul de aer poate fi, de asemenea, inversat – deși ventilatorul va fi proiectat să funcționeze în direcția principală.
Figura 6: Un ventilator tub axial
Curba caracteristică a ventilatoarelor axiale are o zonă de blocare care le poate face inadecvate pentru sisteme cu o gamă foarte variată de condiții de funcționare, deși au avantajul unei caracteristici de putere fără suprasarcină.
Figura 7: Un ventilator cu debit axial cu palete
Ventilatoarele axiale cu palete pot fi la fel de eficiente ca ventilatoarele centrifugale curbate înapoi și sunt capabile să producă debite mari la presiuni rezonabile (de obicei în jurul valorii de 2 kPa), deși este probabil să creeze mai mult zgomot.
Ventilatorul cu flux mixt este o dezvoltare a ventilatorului axial și, așa cum se arată în Figura 8, are un rotor de formă conică în care aerul este tras radial prin canalele de expansiune și apoi trecut axial prin paletele de ghidare de îndreptare.Acțiunea combinată poate produce o presiune mult mai mare decât este posibilă cu alte ventilatoare cu flux axial.Eficiența și nivelurile de zgomot pot fi similare cu cele ale unui ventilator centrifugal cu curbă înapoi.
Figura 8: Ventilator în linie cu debit mixt
Instalarea ventilatorului
Eforturile de a oferi o soluție eficientă pentru ventilator pot fi sever subminate de relația dintre ventilator și căile de conducte locale pentru aer.
Ora postării: 07-ian-2022