Ventilátor je zařízení, které dodává mechanickou energii plynnému pohybujícímu se médiu. Nejčastěji se jako plyn používá vzduch. Zařízení, která naopak přijímají energii z proudu vzduchu a tím pohánějí pracovní část stroje, se nazývají větrné motory.
Ventilátory slouží k dodávání průtoku plynu pod tlakem přibližně do 15 kPa, s hustotou média 1,2 kg/m3. Pro vytvoření většího tlaku se používají kompresory a plynová dmychadla.
Ventilátory se také používají nejen pro přívod, ale také pro čerpání a nasávání vzduchu/plynu, např. odsavače kouře.
Rozsah použití ventilátorů je velmi široký – různá průmyslová odvětví, komunální služby, zemědělství, lékařství, automobilismus a stavba lodí, letectví, kosmonautika, zásobování teplem a plynem, vzduchotechnika, domácí použití a mnoho dalších druhů použití.
Základní parametry ventilátoru
Průtok ventilátoru – množství vzduchu (nebo jiného plynu) procházejícího výstupem ventilátoru za jednotku času, měřeno m 3 / hodina (m 3 / s).
Celkový tlak – je rozdíl mezi celkovým tlakem na výstupu z ventilátoru a celkovým tlakem na vstupu, měřený v Pa.
Čistý výkon je energie získaná plynem procházejícím ventilátorem za jednotku času, měřená v kW.
Příkon – výkon dodaný ventilátoru z motoru za jednotku času, měřený v kW.
Faktor účinnosti je poměr užitečného a spotřebovaného výkonu ventilátoru. Užitečný a spotřebovaný výkon ventilátoru se liší velikostí ztrát v něm, účinností. ventilátor tyto ztráty vyhodnocuje.
Rychlost otáčení nebo rychlostní kritérium – tento parametr charakterizuje aerodynamické vlastnosti ventilátoru, to znamená jeho schopnost vytvářet větší či menší tlak.
Princip činnosti ventilátoru
Hlavním prvkem ventilátoru je rotující oběžné kolo vybavené speciálními lopatkami. Oběžné kolo umístěné na hřídeli ventilátoru přenáší energii do vzduchu z hnacího motoru. Lopatky oběžného kola mají křídlový profil. Proud vzduchu, proudící kolem tohoto tvarovaného profilu, vytváří tlakový rozdíl. Díky rozdílu tlaků vzniká síla podobná vztlakové síle křídla letadla.
Zdvihový moment lopatek oběžného kola ventilátoru má opačný směr než je směr jeho otáčení. K překonání tohoto momentu je kolo nuceno konat práci, ke které je zásobováno energií z motoru. V souladu se zákonem zachování energie se tato energie přenáší do vzduchu/plynu. V důsledku toho se zvyšuje jeho specifická energie. Energie pohonu ventilátoru se tak přeměňuje na užitečný výkon – na tlak proudění vzduchu na výstupu ventilátoru. Část energie motoru se ztrácí na teplo v důsledku tření, takže ventilátor musí být navržen tak, aby tuto ztrátu energie minimalizoval.
Fanoušci jsou rozděleni do dvou hlavních skupin:
Jedná se o nejoblíbenější skupiny ventilátorů, ale kromě nich se v praxi používají také diagonální a diametrální ventilátorová zařízení, která mají své vlastní konstrukční prvky související se vzorem proudění vzduchu.
Obecně lze klasifikaci fanoušků prezentovat takto:
U odstředivých ventilátorů proud vzduchu ze vstupu vstupuje do pracovní dutiny ventilátoru, je vtahován do rotace lopatkami oběžného kola a odstředivé síly jej vrhají radiálně od středu ke stěně spirálového pláště. Proto mají odstředivé ventilátory jiný název – radiální. Pohybující se dále ve spirále, proud vzduchu s požadovanými parametry je směrován přes výstup do vzduchového potrubí. Skříň odstředivého čerpadla je vyrobena ve tvaru šneka – logaritmické spirály, jejíž rozměry ovlivňují průtok a celkový tlak ventilátoru.
Radiální ventilátory se používají především v případech, kdy je potřeba zajistit proudění vzduchu s relativně vysokým tlakem a jeho přívod, tedy objem vzduchu za jednotku času, nemá prvořadý význam. Naproti tomu axiální ventilátory se používají zpravidla tam, kde je potřeba přemísťovat velké objemy plynu s relativně nízkým tlakem.
Typy radiálních ventilátorů podle konstrukce
Podle konstrukce se odstředivé ventilátory dělí na:
Vícestupňové ventilátory slouží k vytvoření vyššího výstupního tlaku vzduchu ventilátoru. Pokud jsou jednostupňová provedení vybavena jedním oběžným kolem, pak je ve vícestupňových provedeních instalováno několik oběžných kol, která jsou namontována v sérii na jedné hřídeli. U vícestupňových ventilátorů je proudění vzduchu, procházející postupně všemi provozními stupni, mnohonásobně zrychleno. V důsledku toho se tlak zvyšuje úměrně počtu stupňů.
U ventilátorů s dvojitým sáním je vzduch/plyn přiváděn k oběžnému kolu z obou stran ve dvou proudech. V dutinách kola jsou oba proudy spojeny v jeden, který je přesměrován do společného vývodu. Ventilátory se dvěma sáními mají větší průtok než ventilátory s jedním sáním při stejném celkovém tlaku a stejné velikosti a rychlosti kol.
U axiálních ventilátorů se proud vzduchu pohybuje podél osy, po válcových plochách koaxiálních s hřídelí, a nikoli radiálně, jako u odstředivých ventilátorů. Proto se axiálním ventilátorům někdy říká axiální ventilátory – z latinského axis (osa).
Axiální ventilátor má oběžné kolo ve tvaru lodní vrtule. Skládá se z pouzdra, k němuž je připojeno několik lopatek.
Jako výstup u axiálních ventilátorů se obvykle používá speciální vodicí lopatka, jejíž konstrukce umožňuje eliminovat víření vzduchu a přeměnit jeho kinetickou energii na výstupní tlakovou energii.
Axiální ventilátory se používají tam, kde jsou vyžadovány velké průtoky a nízký tlak. Jsou snadno vyrobitelné, mají poměrně kompaktní rozměry a jsou oboustranné. Na rozdíl od odstředivých ventilátorů mají axiální ventilátory vyšší průtoky a vyšší účinnost. s relativně nízkým stupněm komprese pracovního plynu.
Axiální reverzní ventilátory jsou široce používány. Jsou velmi žádané tam, kde je požadována rovnoměrnost teploty, složení a čistoty vzduchu, například v rozvodech důlního vzduchu, v mrazírnách a sušících komorách atd.
Reverzibilní ventilátory jsou schopny zajistit proudění vzduchu vpřed i vzad. Existují tři hlavní způsoby, jak obrátit:
· Reverzace změnou směru otáčení oběžného kola;
· Reverzace otáčením nožů kola bez změny směru jeho otáčení;
· Reverzace s rotací nožů a zároveň změnou směru rotace.
První způsob je nejjednodušší a tedy nejběžnější – stačí změnit směr otáčení hřídele ventilátoru. Pak je pohyb vzduchu v opačném směru zajištěn prací zadních ploch lopatek kol. Tato metoda je jednoduchá, ale výrazně snižuje účinnost. ventilátor a jeho výkon. Používá se hlavně v nouzových situacích a jen někdy v běžných, ve speciálních ventilátorech, například při odvětrávání tunelů metra. Tato metoda dokáže změnit směr proudění vzduchu i s pomocí ventilátoru, který k tomu původně nebyl navržen. Pro zvýšení výkonu zpětného režimu jsou vyráběna oběžná kola, jejichž lopatky mají speciální zpětné zakřivení, které může efektivně pracovat při zpětném otáčení. Za zmínku také stojí, že ze všech typů ventilátorů je tato metoda použitelná pouze pro axiální ventilátory.
Druhý způsob má oproti prvnímu řadu výhod. Je vhodné, když není žádoucí zastavit ventilátor za účelem obrácení rotace. A co je nejdůležitější, optimální úhel natočení lopatek výrazně zvyšuje výstupní charakteristiku ventilátoru.
Třetí způsob je nejúčinnější, při určité konstrukci lopatek oběžného kola v kombinaci se změnou směru otáčení poskytuje ventilátor zpětné proudění se stejnými ukazateli výkonu jako v hlavním režimu. Tento způsob je implementován u speciálních ventilátorů pracujících se zvýšenou zátěží při vysokém výkonu, kde je zpětný režim odůvodněn výrobní nutností. Nevýhodou je složitost konstrukce a tím i vyšší cena.
Diagonální a diametrální ventilátory
Diagonální ventilátory mají speciální geometrii lopatek s úhlem 45° k ose kola. To umožňuje směrovat proud vzduchu koaxiálně k hřídeli, radiálně a diagonálně. Ve srovnání s axiálními ventilátory jsou diagonální ventilátory schopny dodávat vyšší tlak do pohybujícího se média v důsledku vznikajících odstředivých sil. A ve srovnání s radiálními ventilátory jsou diagonální oběžná kola díky své speciální konstrukci méně zatěžována.
U ventilátorů s příčným prouděním se proudy přiváděného i odváděného vzduchu pohybují po vnějším obvodu oběžného kola. Kolo ventilátoru s příčným prouděním má tvar bubnu a dlouhé a úzké lopatky. Takové ventilátory jsou schopny poskytovat relativně vysoký celkový tlak, ale kvůli velkým ztrátám mají nízkou účinnost.
Klasifikace ventilátorů podle účelu
Základní požadavky na design ventilátorů upravují následující dokumenty:
· GOST 10616-90 (ST SEV 4483-84) „Radiální a axiální ventilátory. Rozměry a parametry”;
· GOST 34002-2016 (ISO 13349:2010) „Fanoušci. Termíny a klasifikace”;
· GOST 31353.1-2007 (ISO 13347-1:2004) „Hluk stroje. Průmyslové ventilátory. Stanovení hladin akustického výkonu v laboratorních podmínkách“;
· GOST 33660-2015 (ISO 12759:2010) „Fanoušci. Klasifikace podle účinnosti.”
Nejširší třídu tvoří ventilátory pro všeobecné použití. Zahrnuje ventilátory různého provedení, zaměřené na pohyb plynného média, jehož agresivita nepřevyšuje agresivitu vzduchu, a teploty 80°C, které neobsahuje pevné nečistoty a prach větší než 100 mg/m3 a neobsahují lepkavou nebo vláknitou látku. Ventilátory této třídy se používají ve větracích a topných systémech průmyslových, administrativních a bytových sektorů a pro řešení dalších ekonomických problémů.
Ventilátory, které pohybují vzduchem obsahujícím mechanické nečistoty, se nazývají prachové ventilátory. Označení takových ventilátorů obsahuje písmeno „P“. Tato třída ventilátorů pracuje s nevýbušnými, neabrazivními médii s obsahem mechanických nečistot do 1 kg/m3. Zpravidla se zabývají výrobou v čištění zařízení od kovových a dřevěných hoblin a prachu, účinnost. vzhledem ke svým konstrukčním prvkům a specifickému účelu jsou o něco nižší než u ventilátorů pro všeobecné použití.
Střešní ventilátory jsou určeny k zajištění stálé nebo periodické cirkulace vzduchu v obytných a administrativních budovách. Střešní ventilátory nevyužívají provozní parametry pohybujícího se média – tlak a teplotu, proto jsou obvykle vybaveny volným vyústěním proudění vzduchu do prostoru, pokud nevyžaduje dodatečné čištění v souladu s hygienickými normami.
Potrubní ventilátory se používají k pohybu vzduchu systémem potrubí. Tato zařízení jsou vyráběna pro práci v kulatých, čtvercových a obdélníkových kanálech (hřídelech). Odpovídající podmínky použití určují vlastní konstrukční vlastnosti ventilátoru.
Patří mezi ně odsávací ventilátory a dmychadla.
Nejběžnější aplikací ventilátorů pro odvod kouře je odčerpávání práškových uhelných směsí z kotlových zařízení. Médium, které pohybují, může obsahovat pevné částice popela a uhlí. Ventilátory pro odvod kouře mají chladicí systémy a mohou čerpat směs vzduchu o teplotě až 200 °C. Konstrukčně se dodávají s jednoduchým a dvojitým sáním. Označení odsávačů kouře obsahuje písmeno „D“.
Dmychadla se vyrábějí pro přívod vzduchu do topenišť a komor velkých kotelen a tepelných elektráren. Stejně jako odsavače kouře existují jednostranné a oboustranné. Horkovzdušné ventilátory pracují s teplotou vzduchu až 400 °C.
Určeno pro práci v dolech a dolech v systému ventilace a přívodu vzduchu, s vysokými hodnotami průtoku a tlaku.
Ventilátory určené pro práci s agresivním prostředím jsou vyrobeny z materiálů, které jsou tomuto prostředí odolné – slitina titanu, nerezová ocel speciální jakosti, vinylový plast, polypropylen a další. Životnost ventilátorů pohybujících se zvláště agresivními směsmi může být maximálně 5-7 měsíců. Pro prodloužení životnosti jsou pracovní prvky ventilátoru – lopatky a vnitřní plochy skříně – zesíleny navařením na speciální prvky z tvrdých slitin nebo technologií nástřiku práškovými materiály se speciálními vlastnostmi.
