Definicja

Wentylatory to maszyny przepływowe służące do sprężania i przetłaczania gazów (powietrza) oraz mieszanin gazów i pyłów, dla których spiętrzenie całkowite jest mniejsze od 0,01 MPa (10000 Pa).

Parametry charakterystyczne

• Spiętrzenie całkowite Δp jest to różnica ciśnień całkowitych bezpośrednio za wylotem i przed wlotem do wentylatora; Δp = pt - ps.

• Spręż wentylatora jest to iloraz ciśnień całkowitych bezpośrednio za wylotem i przed wlotem do wentylatora; Δp = pt /ps.

Podział maszyn roboczych do transportu gazów

• wentylatory Δp <0,01 MPa (10 kPa),

• dmuchawy Δp = 0,01 - 0,2 MPa,

• sprężarki Δp > 0,2 MPa

Budowa ogólna wentylatora

Najprostszy wentylator składa się z wirnika i silnika (przeważnie elektrycznego) - przeznaczony jest do wydmuchiwania powietrza z pomieszczenia przez otwory ścienne lub do wymuszania obiegu powietrza w pomieszczeniach lub komorach. Wentylatory służące do transportu powietrza w przewodach muszą posiadać ponadto obudowę spiralną lub rurową oraz króćce: ssawny i tłoczny.

Dodatkowo wentylator może posiadać urządzenia regulujące wydajność, kierownice prostujące strugę, złączki elastyczne, amortyzatory drgań, przekładnie.

Każdy wentylator posiada także łożyska oraz podstawę.

Działanie wentylatora

Silnik napędza wirnik wentylatora. Łopatki wirnika przekazują energię przepływającemu powietrzu powodując wzrost jego energii zarówno potencjalnej jaki i kinetycznej. Energia ta jest potrzebna do pokonania oporów przepływu.

Podział wentylatorów według kierunku przepływu przez wirnik

• osiowy,

• osiowy z przyspieszeniem merydionalnym,

• półosiowy,

• półpromieniowy,

• promieniowy odśrodkowy,

• promieniowy dośrodkowy,

• osiowo-promieniowy,

• peryferalny,

• promieniowy tarczowy,

• poprzeczny.

Wentylatory osiowe

Struga powietrza napływa i wypływa osiowo z wirnika wentylatora. Wirnik posiada 2 -12 łopatek. W czasie obrotu wirnika za każdą łopatką w przestrzeni międzyłopatkowej powstaje podciśnienie, które powoduje zassanie gazu. Zassany gaz ulega sprężeniu przez łopatki wentylatora. Wentylator osiowy charakteryzuje się małym spiętrzeniem i dużą wydajnością. Wentylator osiowy bez obudowy i kierownic nosi nazwę śmigła lub propelera. Zastosowanie obudowy i owiewek poprawia sprawność wentylatora.

Wentylatory mogą też posiadać kierownice umieszczone przed lub za wirnikiem.

Wentylatory diagonalne

Wentylatory diagonalne są wentylatorami pośrednimi między osiowymi a promieniowymi.

Wentylatory promieniowe

W wentylatorze tym napływ strugi powietrza na wirnik jest osiowy a wypływ promieniowy.

Cechą charakterystyczną tego wentylatora jest dodatkowy przyrost ciśnienia spowodowany działaniem siły odśrodkowej. Siła ta jest skutkiem zmiany prędkości obwodowej, a ta z kolei wzrasta ze wzrostem średnicy wirnika.

Dodatkowy przyrost ciśnienia uzyskuje się w spiralnym kanale zbiorczym.

Otwór wylotowy z wentylatora może być kwadratowy lub prostokątny.

Wentylatory poprzeczne

W wentylatorach tych wykorzystuje się przepływ dośrodkowy w połączeniu z przepływem odśrodkowym.

Wirnik jest typu bębnowego. Obudowa umożliwia napływ i wypływ strugi prostopadły do osi wirnika.

Klasyfikacja wentylatorów

ze względu na sposób zabudowy wentylatora w instalacji:

• ssące,

• tłoczące,

• ssąco-tłoczące.

ze względu na zastosowanie:

• ogólnego przeznaczenia,

• specjalnego przeznaczenia,

• do transportu pneumatycznego,

• morskie,

• przeciwwybuchowe,

• do substancji chemicznych,

• kopalniane,

• inne,

ze względu na wielkość spiętrzenia:

• niskociśnieniowe Δp < 720 Pa,

• średniociśnieniowe 720 Pa < Δp < 3600 Pa,

• wysokociśnieniowe Δp > 3600 Pa.

ze względu na napęd:

• bezpośredni,

• za pomocą sprzęgła,

• za pomocą przekładni mechanicznej,

• za pomocą przekładni pasowej,

• kompaktowy.

ze względu na sposób regulacji wydajności:

• zmiana prędkości obrotowej wirnika,

• dławienie,

• zmiana kierunku napływu w wyniki zmiany kąta ustawienia kierownicy wlotowej.

ze względu na zasysanie czynnika

• jednostronne,

• dwustronne.

ze względu na liczbę stopni

• jednostopniowe,

• wielostopniowe.

Rozkład ciśnienia w instalacji wentylatorowej

Rozkład ciśnienia w instalacji wentylatorowej

Podstawowe równanie maszyn wirnikowych

*Wyróżniki* Przy wyborze wentylatora i ocenie parametrów jego pracy wygodnie jest posługiwać się wielkościami bezwymiarowymi zwanymi wyróżnikami.

Wtedy wentylatory muszą być podobne zarówno pod względem geometrycznym jak i kinematycznym (zagadnienie omawiane przy pompach).

Wyróżnikiem wydajności nazywa się stosunek rzeczywistej wydajności wentylatora do teoretycznej jego wydajności, jaką osiąga on przy przepływie gazu przez przekrój kołowy z prędkością unoszenia:

Wyróżnikiem sprężu nazywa się stosunek rzeczywistego do teoretycznego sprężu wentylatora, jaki osiąga on przy przepływie gazu z prędkością unoszenia:

Wyróżnikiem mocy nazywa się stosunek rzeczywistej mocy do teoretycznej, którą osiąga wentylator przetłaczając czynnik w warunkach idealnych:

Straty w wentylatorze osiowym i promieniowym

Straty przed wirnikiem - straty na wlocie do wentylatora; zależą od kształtu króćca i jego powierzchni (opływowy kształt i duża powierzchnia zmniejszają te straty).

Straty w wirniku - to straty: hydrauliczna, objętościowa i mechaniczna wewnętrzna.

Straty za wirnikiem - straty hydrauliczne związane z zamianą energii kinetycznej na potencjalną w spiralnym kanale zbiorczym; straty tarcia, straty przecieku związane przepływem gazu osłoną boczną wentylatora a tarczami bocznymi wirnika.

Straty mechaniczne - zewnętrzne

Regulacja wydajności w wentylatorze promieniowym

Regulacja poprzez zmianę prędkości obrotowej - najlepszy sposób regulacji wydatku; zmianę prędkości uzyskuje się poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika napędowego, poprzez przekładnię pasową lub poprzez zastosowanie sprzęgła hydraulicznego lub elektromagnetycznego.

Regulacja poprzez dławienie - nieekonomiczny sposób regulacji; można dławić przepływ gazu po stronie ssawnej i tłocznej stosując przysłony lub zasuwy.

Regulacja wydajności w wentylatorze promieniowym

Regulacja poprzez zmianę kąta ustawienia kierownic wlotowych - zmienia się charakterystykę wentylatora; zmienia się kąt napływu strugi gazu, co powoduje zmianę trójkąta prędkości wlotowej i składowej cu0. Najczęściej stosuje się ruchome kierownice wlotowe. Regulacja bardzo prosta w wykonaniu i eksploatacji.

Regulacja wydajności w wentylatorze promieniowym

Regulacja wydajności w wentylatorze osiowym

Regulacja poprzez zmianę prędkości obrotowej - j.w.

Regulacja poprzez dławienie - ze względu na duże straty rzadko stosowana.

Regulacja poprzez zmianę kąta ustawienia kierownic wlotowych - obrót łopatek kierownicy w kierunku zgodnym z ruchem obrotowym wirnika powoduje zmniejszenie wydajności; obrót w kierunku przeciwnym wzrost wydajności.

Regulacja poprzez zmianę liczby i położenia łopatek wirnika - większa liczba łopatek powoduje wzrost wyróżnika sprężu (ciśnienia).

---