Motorizované obežné koleso s doprednými zahnutými lopatkami
Keď sme definovali požadovaný objemový prietok, či už ide o zabezpečenie čerstvého vzduchu alebo procesného chladenia, musíme ho skombinovať s odporom prúdenia, s ktorým sa ventilátor stretne v aplikácii. Objemový prietok (v m3/h) a tlak (v Pascaloch - Pa) sa spoja a tvoria prevádzkový bod, v ktorom musí ventilátor pracovať. Je dôležité, aby sme vybrali ventilátor, ktorého výkonová charakteristika spĺňa požadovaný prevádzkový bod v bode maximálnej účinnosti alebo v jeho blízkosti. Používanie ventilátora s maximálnou účinnosťou minimalizuje spotrebu energie a hluk vydávaný ventilátorom a zároveň poskytuje požadovaný výkon.
Ako funguje dopredu zahnutý odstredivý ventilátor?
Názov „odstredivý ventilátor“ je odvodený od smeru prúdenia a spôsobu, akým vzduch vstupuje do obežného kolesa v axiálnom smere a potom je vytláčaný smerom von z vonkajšieho obvodu ventilátora. Rozdiel v smere prúdenia medzi dopredu zahnutým a dozadu zahnutým odstredivým ventilátorom spočíva v smere, ktorým vzduch vystupuje z obvodu obežného kolesa. Pri dozadu zahnutom obežnom kolese vzduch vystupuje radiálne, zatiaľ čo pri dopredu zahnutom obežnom kolese vzduch vystupuje tangenciálne z obvodu ventilátora.
Dopredu zahnutý odstredivý ventilátor sa vyznačuje valcovitým tvarom a množstvom malých lopatiek po obvode obežného kolesa. V nižšie uvedenom príklade sa ventilátor otáča v smere hodinových ručičiek.
Na rozdiel od dozadu zahnutého obežného kolesa vyžaduje dopredu zahnuté obežné koleso kryt, ktorý premieňa vzduch s vysokou rýchlosťou opúšťajúci konce lopatiek obežného kolesa na statickú silu s nižšou rýchlosťou. Tvar krytu tiež smeruje prúdenie vzduchu k výstupu. Tento typ krytu ventilátora je bežne známy ako špirálový; môže sa však označovať aj ako špirálový alebo sirocco kryt. Inštaláciou dopredu zahnutého obežného kolesa do špirálového krytu sa zvyčajne označuje ako dopredu zahnuté dúchadlo.
Existujú dva typy dúchadiel, ktoré používajú dopredu zahnuté motorizované obežné koleso, ako je znázornené nižšie…
Jednoduchý vstupný ventilátor vľavo nasáva vzduch z jednej strany krytu cez okrúhly vstup a smeruje ho do štvorcového výstupu (tu je vidieť s montážnou prírubou). Dvojitý vstupný ventilátor má širší špirálový kryt, ktorý nasáva vzduch z oboch strán špirály a privádza ho do širšieho štvorcového výstupu.
Rovnako ako pri odstredivom ventilátore s dozadu zahnutými lopatkami, sacia strana lopatky obežného kolesa nasáva vzduch zo stredu ventilátora, čo má za následok zmenu smeru prúdenia vzduchu medzi vstupom a výstupom o 90°.
Charakteristika ventilátora
Optimálna prevádzková oblasť pre dopredu zahnutý odstredivý ventilátor je, keď pracuje pri vyššom tlaku. Dopredu zahnutý odstredivý ventilátor funguje najlepšie, keď sú potrebné vysoké tlaky pri nižších objemových prietokoch. Graf nižšie znázorňuje optimálnu pracovnú oblasť…
Objemový prietok je znázornený pozdĺž osi X a tlak v systéme je znázornený na osi Y. Keď v systéme nie je tlak (ventilátor voľne fúka), najväčší objemový prietok vytvorí dopredu zahnutý odstredivý ventilátor. Keď sa na saciu alebo výfukovú stranu ventilátora pôsobí odpor voči prúdeniu, objemový prietok klesne.
Pri výbere dúchadla s dopredu zahnutými lopatkami, ktoré pracuje pri nízkych tlakoch a najvyššom objemovom prietoku, je potrebná opatrnosť. V tomto bode obežné koleso pracuje v aerodynamickom zastavení rovnakým spôsobom ako axiálny ventilátor pracujúci v sedlovom bode svojej krivky. V tomto bode bude hluk a spotreba energie na vrchole v dôsledku turbulencie.
Maximálna účinnosť je v bode nazývanom koleno charakteristickej krivky. V tomto bode je pomer výstupného výkonu ventilátora (objemový prietok (m3/s) x vývoj statického tlaku (Pa) a elektrického príkonu (W) najväčší a akustický tlak vytváraný ventilátorom bude najtichší. Nad a pod optimálnym rozsahom prevádzky sa prietok cez ventilátor stáva hlučnejším a účinnosť ventilátorového systému klesá.
Výhodou použitia motorizovaného obežného kolesa s jedným vstupom a dopredu zahnutými krivkami je strmá charakteristika ventilátora. To je obzvlášť užitočné v systémoch, ktoré vyžadujú konzistentnú úroveň filtrácie. Keď vzduch prechádza cez filter pevných častíc, filter zachytáva prach a peľ vo vzduchu, čím jemnejší je stupeň filtrácie, tým menšie častice filter zachytáva. Postupom času sa filter bude čoraz viac zanášať nečistotami a úlomkami, čo má za následok, že na dodanie rovnakého objemu vzduchu je potrebný väčší tlak. Použitie obežného kolesa so strmou charakteristikou v tomto prípade znamená, že so zvyšujúcim sa zanášaním filtra zostáva objemový prietok konštantný, zatiaľ čo tlak na filtri sa zvyšuje.
Výhodou použitia dvojitého vstupu s dopredu zahnutým obežným kolesom je, že z relatívne malej veľkosti dúchadla dokáže dosiahnuť vysoký objemový prietok. Kompromisom pri použití dvojitého vstupu dúchadla je, že vyvíja nižší tlak, čo znamená, že môže pracovať iba s nízkotlakovými systémami.
Možnosti montáže
Ako už bolo spomenuté, dopredu zahnuté motorizované obežné koleso vytvára na špičkách lopatiek vysokorýchlostný vzduch, ktorý je potrebné usmerňovať a spomaľovať, aby sa dynamický tlak premenil na statický tlak. Aby sme to uľahčili, okolo obežného kolesa vytvárame špirálu. Tvar je vytvorený pomerom vzdialeností od stredu obežného kolesa k výstupu ventilátora. Rovnako ako pri dozadu zahnutom ventilátore sa odporúča aj malý presah medzi vstupným krúžkom a ústím obežného kolesa. Obe montážne úvahy sú znázornené na diagrame nižšie…
Priemer vstupného krúžku by mal umožňovať len malú medzeru medzi obežným kolesom a krúžkom, aby sa zabránilo recirkulácii vzduchu.
Montážne úvahy - Vzdialenosti
Je dôležité zabezpečiť dostatočný priestor na sacom potrubí a na boku ventilátora…
Nedostatočná vôľa na sacej strane ventilátora zvýši vstupnú rýchlosť, čo povedie k turbulencii. Táto turbulencia sa zvýši, keď vzduch prechádza obežným kolesom, čo znižuje účinnosť prenosu energie z lopatiek ventilátora do vzduchu, spôsobuje vznik väčšieho hluku a znižuje účinnosť ventilátora.
Všeobecné odporúčania pre podmienky vstupu a výstupu sú:
Vstupná strana
- Žiadna prekážka alebo zmena smeru prúdenia do vzdialenosti 1/3 priemeru ventilátora od vstupu ventilátora
Zhrnutie – Prečo si vybrať odstredivý ventilátor s doprednými zahnutými lopatkami?
Ak požadovaný prevádzkový bod spadá do oblasti vyšších tlakov systému oproti nižšiemu objemovému prietoku na charakteristike ventilátora, mal by sa zvážiť odstredivý ventilátor s jedným vstupom a dopredu zahnutými lopatkami. Ak je požiadavkou aplikácie vysoký objemový prietok v obmedzenom priestore, mal by sa zvážiť odstredivý ventilátor s dvojitým vstupom a dopredu zahnutými lopatkami.
Ventilátor by sa mal voliť v jeho optimálnom rozsahu, ktorý sa nachádza na hranici charakteristickej krivky. Bod maximálnej účinnosti je bližšie k limitu vyššieho tlaku na charakteristickej krivke ventilátora, kde pracuje aj najtichšie. Prevádzke mimo optimálneho rozsahu (pri extrémnych hodnotách vysokého objemového prietoku) by sa malo vyhnúť, pretože turbulencia a aerodynamická účinnosť lopatky obežného kolesa v týchto bodoch spôsobia hluk a obežné koleso bude tiež pracovať v aerodynamickom zastavení. Pri nízkych tlakoch a vysokých objemových prietokoch by sa mala zvážiť prevádzková teplota motora pri zaťažení, pretože existuje možnosť prehriatia motora.
Vzduch na vstupnej strane obežného kolesa by mal byť udržiavaný čo najhladší a najlaminárnejší. Pre maximalizáciu účinnosti by mala byť na vstupe ventilátora ponechaná medzera aspoň 1/3 priemeru obežného kolesa. Použitie vstupného krúžku (vstupnej trysky) prekrývajúceho vstup obežného kolesa pomôže eliminovať poruchy prúdenia predtým, ako je vzduch nasávaný ventilátorom, znížiť hluk spôsobený turbulenciami, udržať spotrebu energie v prevádzkovom bode na minime a maximalizovať účinnosť.
Strmá prevádzková charakteristika, schopnosť vyššieho tlaku dúchadiel s jedným vstupom a vysoký prietok dúchadiel s dvojitým vstupom znamenajú, že ventilátor s dopredu zahnutými lopatkami je užitočnou možnosťou, ktorú je potrebné zvážiť v širokej škále inštalácií.
Čas uverejnenia: 16. augusta 2023