Ventilátory jsou zařízení pro pohyb plynů.

Ventilátory jsou zařízení používaná k pohybu vzduchu nebo jiných plynů při tlaku nejvýše 0,15×10 Pa.
Stejně jako čerpadla se používají v mnoha odvětvích národního hospodářství, zejména v systémech zásobování teplem a plynem, ventilaci a klimatizaci.
Automobilové, silniční a zemědělské stroje využívají ve svém návrhu například ventilátory pro systémy chlazení motoru, ventilátory pro systémy topení a klimatizace v kabině. Airmobily, vznášedla a podobná vozidla využívají jako pohon ventilátory.

Ventilátory je třeba odlišovat od dmychadel a kompresorů, které jsou schopny pohybovat plyny při tlacích vyšších než 0,15×10 Pa. Kompresory jsou na rozdíl od ventilátorů nejčastěji objemové aero stroje, které využívají principu vytlačování látky podobně jako objemová čerpadla. Pokud jsou jako kompresory použity dynamické letecké stroje (odstředivé, axiální turbíny atd.), pak se stlačování vzduchu v nich provádí v několika stupních, tj.

Ventilátory se dělí na odstředivé a axiální. Tyto dva typy ventilátorů využívají ke zvýšení své kinetické energie přímé silové působení pracovních částí (oběžných kol) na proudění vzduchu nebo plynu, jedná se tedy o aerodynamické stroje.

Stejně jako u konstrukcí čerpadel se mezi ventilátory lopatkového typu někdy rozlišuje typ nazývaný diagonální ventilátory, u kterých jsou lopatky zakřivené do vzoru, který neumožňuje jejich klasifikaci jako odstředivé nebo axiální (obr. 1). U diagonálních ventilátorů jsou lopatky umístěny pod úhlem 45˚ k ose kola nebo mají složitý geometrický tvar, který udává diagonální směr pohybujícímu se proudu plynu.
Pohyb pracovního média (plyn, vzduch) u takových ventilátorů probíhá jak podél osy oběžného kola (jako u axiálních ventilátorů), tak i radiálně (jako u radiálních ventilátorů) podél vnější stěny skříně.
Tato konstrukce má některé výhody oproti axiálním ventilátorům, protože výsledné odstředivé síly pomáhají zvyšovat tlak v proudu.
Kromě toho jsou lopatky diagonálních ventilátorů méně náchylné na příčné ohybové zatížení, protože značná část energie je přenášena do proudění v axiálním směru, což je příznivě odlišuje od radiálních (radiálních) ventilátorů.

Samostatnou skupinu tvoří tzv. diametrální ventilátory, u kterých se profil proudění vzduchu liší od radiálních ventilátorů – jak vstupní, tak výstupní proudění se pohybuje po vnějším obvodu oběžného kola (obr. 1).
Oběžné kolo diametrálních ventilátorů je vybaveno dlouhými, ale velmi úzkými lopatkami.
Konstrukce pláště takových ventilátorů je také odlišná – podél vnější části oběžného kola je široké okno, ze kterého lopatky zachycují plyn (vzduch), pohybují jej po uzavřené části pláště a vyhazují jej do výstupu (zvonek). Někdy konstrukce diametrálních ventilátorů vůbec neobsahuje plášť – zbytek jeho funkce plní zvonek.

Vzhledem k tomu, že diagonální a diametrální ventilátory jsou jakousi variací základních typů ventilátorů – odstředivého a axiálního, tento článek podrobněji zkoumá vlastnosti posledních dvou provedení.

Odstředivé ventilátory

Odstředivé ventilátory se někdy nazývají radiální ventilátory, protože proud vzduchu se při kontaktu s lopatkami pohybuje od středu k vnějšímu obvodu, tedy radiálně.

Celkový vzhled a provedení radiálního ventilátoru (obr. 2) připomíná konstrukci odstředivých čerpadel. Skládá se z pracovního kola (rotoru) 2 s lopatkami, spirálového pláště 2 (plášť) a rámu 1. Oběžné kolo je uloženo na hřídeli 4, který je uložen v ložiskách na rámu. Rotor odstředivého ventilátoru se skládá ze dvou disků s lopatkami umístěnými mezi nimi. Jejich počet se pohybuje od 6 na 36.

Skříně ventilátorů jsou vyrobeny ze svařovaného nebo nýtovaného plechu. U odstředivých ventilátorů je pouzdro obvykle ve tvaru logaritmické spirály (hlemýžď). Má kulatý vstup a čtvercový nebo obdélníkový výstup.

Princip činnosti odstředivého ventilátoru je podobný principu činnosti odstředivého čerpadla.
Vzduch vstupující do dutiny oběžného kola přes vstup ventilátoru je zachycován lopatkami a uváděn do rotace. Působením odstředivých sil je stlačena, vržena na vnější stěnu spirálového pouzdra a ve spirále vstupuje do vzduchového potrubí přes výstup.
Hlavním účelem pláště je shromažďovat proud vzduchu unikající z rotoru a snižovat jeho rychlost, tedy přeměňovat kinetickou energii proudu plynu (dynamický tlak) na potenciální energii (statický tlak).
V průměru se rychlost pohybu vzduchu nebo plynu v plášti odstředivého ventilátoru považuje za rovna polovině obvodové rychlosti oběžného kola.

Odstředivé ventilátory jsou klasifikovány podle následujících vlastností:

• vytvořeným tlakem – nízký tlak (do 0,01×10 5 Pa), střední (do 0,03×10 5 Pa) a vysoký tlak (nad 0,03×10 5 Pa);
• podle účelu – všeobecné (pro pohyb čistého vzduchu a neagresivních plynů) a speciální (pro pohyb prašného vzduchu, spalin – odsavače kouře apod.);
• počtem sacích stran – jednostranné a oboustranné sání;
• podle počtu stupňů – jednostupňové a vícestupňové, fungující jako vícestupňová odstředivá čerpadla.

Axiální ventilátory

Tento typ ventilátoru se někdy nazývá axiální ventilátory, protože pohyb proudění v nich se provádí podél osy oběžného kola. Dalším názvem pro axiální ventilátory, který je již dlouho zaveden v každodenním životě, je vrtulí.

Axiální ventilátor je lopatkové kolo umístěné ve válcovém plášti (skořápce), při jehož rotaci se mezi ně vlivem lopatek přesouvá vzduch vstupující přes vstup v axiálním směru. Na Obr. 3 znázorňuje nejjednodušší axiální ventilátor, sestávající ze dvou hlavních částí – axiálního lopatkového kola 1, umístěného na stejném hřídeli jako motor, a válcové skříně (skříně) 2.

Kolo axiálního ventilátoru se skládá z náboje, na kterém jsou lopatky pevně upevněny nebo vestavěny. Počet lopatek na kole je obvykle od 2 na 32. Čepele jsou vyrobeny se symetrickým nebo speciálním asymetrickým profilem, který se při přibližování k pouzdru rozšiřuje a kroutí. Nazývají se axiální ventilátory se symetrickými lopatkami reverzibilnía s lopatkami asymetrického profilu – nevratný.

Kola axiálních ventilátorů jsou svařovaná z ocelového plechu nebo litá; Mohou být také orazítkovány. V poslední době se rozšířily ventilátory vyrobené z plastu.

Skříň axiálního ventilátoru má válcový tvar (plášť) a jeho role je omezenější než u radiálních ventilátorů, protože proud vzduchu (plynu) prochází podél osy ventilátoru a plášť nemá téměř žádný vliv na jeho pohyb.
Průměr pláště nesmí přesáhnout 1,5% délka lopatky kola, protože velké mezery mezi kolem a pláštěm prudce snižují aerodynamické vlastnosti axiálního ventilátoru.
Není-li potrubí nasávaného vzduchu, je na vstupu instalováno rozdělovací potrubí, které zajišťuje dobré plnění vstupní části ventilátoru, a je také instalována kapotáž.
Pro snížení průtoku (přeměna kinetické energie na potenciální tlakovou energii) je někdy na výstupu ventilátoru instalován difuzor.

Srovnávací charakteristiky radiálních a axiálních ventilátorů

Radiální ventilátory jsou oproti axiálním ventilátorům schopny vytvořit větší tlak na výstupu, proto je vhodné je používat pro přívod vzduchu pod značným tlakem. Proto se často používají ve vzduchotechnických systémech se složitou rozvětvenou sítí vzduchovodů, v systémech pneumatické dopravy materiálu, v kotelnách jako tahová zařízení a v klimatizačních systémech.

Axiální ventilátory nejsou schopny vytvářet vysoký tlak jako odstředivé ventilátory, ale mají větší Účinnost, jsou schopny provozu obráceně (tj. v opačném směru), jsou jednodušší na výrobu (a tedy levnější), vyvážení, montáž a údržba a mají menší rozměry a hmotnost. V tomto ohledu se axiální ventilátory nejčastěji používají pro větrání místností, větrání dolů, tunelů atd. – kde není vyžadováno vytváření relativně vysokého průtokového tlaku vzduchu (plynu).

Provoz ventilátorů je doprovázen hlukem, jehož intenzita je dána typem ventilátoru, jeho provozním režimem, kvalitou výroby a montáže. Snížení hluku usnadňuje instalace ventilátoru na stejnou hřídel jako motor, použití speciálních tlumičů vibrací při montáži na rám, kvalitní vyvážení rotoru, pečlivé zpracování a konečná úprava povrchů lopatek oběžného kola a měkké napojení na vzduchové potrubí.

Označení ventilátoru

V současné době průmysl vyrábí ventilátory mnoha typů a sérií. Každému ventilátoru je přiřazen symbol – index, který označuje:

• tlak vytvářený ventilátorem: n.a. – nízký, s.d. – průměr, e.d. – vysoký krevní tlak;
• Účel ventilátoru: Ц – odstředivé pro všeobecné použití, procesor – prach atd.;
• tlakový koeficient v optimálním režimu – údaj odpovídající 10– násobek tohoto koeficientu (zaokrouhleno na celé jednotky);
• specifická frekvence otáčení (rychlost) – údaj zaokrouhlený na celé jednotky;
• Číslo ventilátoru – číslo nebo číslo odpovídající průměru kola v decimetrech.

Příklad označení radiálního ventilátoru: n.d. C4-70 č. 8, což znamená univerzální nízkotlaký odstředivý ventilátor s tlakovým poměrem 0,403, rychlost 70 a průměr oběžného kola 800 mm.

Provozní parametry a charakteristiky ventilátorů

Mezi hlavní technické vlastnosti ventilátorů patří průtok, celkový tlak, Účinnost, spotřeba energie, kritérium rychlosti.

Napájení ventilátoru

Průtok ventilátoru L (m3/h nebo m3/s) – objem plynu (nebo vzduchu), který ventilátor posune za jednotku času.
Obecně lze průtok ventilátoru definovat jako součin plochy průřezu proudu plynu na výstupu ventilátoru odpovídajícím průmětem absolutní rychlosti proudění na výstupu oběžného kola:

kde:
S_out – plocha výstupního otvoru, která je brána v úvahu s koeficientem omezení průtoku lopatkami, rovna 0,9. 0,95;
с_v2 – zobrazení absolutní rychlosti proudění plynu: pro radiální ventilátory – radiální zobrazení, pro axiální ventilátory – axiální zobrazení.

Při výběru ventilátoru pro konkrétní praktické potřeby se používají aerodynamické charakteristiky-grafy, které stanoví vztah mezi hlavními provozními parametry ventilátoru a průtokem plynu (vzduchu). Příklad takové aerodynamické charakteristiky ventilátoru je uveden níže na Obr. 4.

Celkový tlak ventilátoru

Celkový tlak p_п Účinnost ventilátoru závisí na hustotě plynu (jeho fyzikální charakteristice), tlakovém koeficientu a rychlosti proudění (kinematické charakteristiky) a je určena na základě Eulerovy rovnice:

kde:
ρ – hustota plynu;
ψ – koeficient tlaku ventilátoru; ψ = η_г φ₂ (zde η_г – hydraulická účinnost ventilátoru, φ₂ — součinitel víření proudění stanovený z poměru průmětu rychlosti proudění k jeho absolutní rychlosti);
v₂ – rychlost proudění na výstupu z kola.

Výkon ventilátoru

Teoretický výkon ventilátoru přenášený na dopravované médium je určen vzorcem:

Skutečný výkon N spotřebovaný ventilátorem se výrazně liší od užitečného výkonu v důsledku ztrát hydraulické energie při proudění vzduchu uvnitř ventilátoru. Tyto ztráty se skládají ze ztrát způsobených tvorbou víru na okrajích lopatek a lopatek, prouděním vzduchu mezerami mezi kolem a pláštěm ventilátoru a mechanickými ztrátami v důsledku tření.

Účinnost ventilátoru

Účinnost – poměr užitečného výkonu k výkonu spotřebovaného ventilátorem z hnacího zařízení:

Plné Účinnost fanoušci, stejně tak Účinnost čerpadla, lze definovat jako součin tří složek:

kde: η_г – hydraulická účinnost (ztráty průtoku), η_о – objemová účinnost (netěsnost mezerami), η_м – mechanická účinnost (tření).

Plné Účinnost odstředivé ventilátory (v závislosti na otáčkách a konstrukci lopatek) se pohybují od 0,65 na 0,85. U axiálních ventilátorů nepřesahuje 0,9.

Při výběru elektromotoru pro ventilátorovou jednotku se používá bezpečnostní faktor K. = 1,05…1,2 pro axiální ventilátory a K = 1,1…1,5 – pro odstředivé ventilátory.

Kritérium rychlosti ventilátoru

Odstředivé a axiální ventilátory, stejně jako čerpadla, jsou vhodně klasifikovány podle specifické frekvence otáčení (kritérium rychlosti). Rychlostní kritérium charakterizuje aerodynamické vlastnosti ventilátoru – jeho schopnost vytvářet větší či menší tlak.
Pro optimální provoz ventilátoru při ρ = 1,2 kg/m3 Kritérium rychlosti je určeno vzorcem:

kde:
L – průtok v m3/s;
ω – úhlová rychlost v s -1 ;
р_п – tlak v Pa.

Pro geometricky podobné ventilátory (které mají stejný design a tvar s různými rozměry) bude kritérium rychlosti stejné. U odstředivých ventilátorů je kritériem rychlosti 40 . 80a pro axiální – 80 . 300. Axiální ventilátory za jinak stejných okolností (zejména při stejné úhlové rychlosti kola) vyvíjejí menší tlak ve srovnání s odstředivými ventilátory, proto je jejich hodnota nуд vyšší (tj. pro získání požadovaného tlaku je potřeba vyšší rychlost otáčení).

Použití kritéria rychlosti zjednodušuje výběr a výpočet ventilátorů, protože rychlost je zahrnuta v indexu ventilátoru. Index lze použít k posouzení tlaku vyvinutého ventilátorem.

Na Obr. 4 znázorňuje univerzální aerodynamickou charakteristiku radiálního ventilátoru, která graficky znázorňuje všechny přijatelné nebo optimální provozní režimy pro daný ventilátor. Pomocí univerzální aerodynamické charakteristiky můžete zvolit nejefektivnější provozní režim ventilátoru, ve kterém se nachází Účinnost bude mít maximální hodnotu.

Příklad řešení problému s výběrem ventilátoru

Úkol
Určete tlak vyvíjený odstředivým ventilátorem, pokud je tlakový koeficient ψ = 0,9, frekvence otáčení oběžného kola n = 1450 min-1 , vnější průměr kola D₂ M = 0,4a hustota vzduchu je ρ = 1,2 kg/m3 .

Řešení .
Obvodová rychlost na vnějším průměru oběžného kola je určena vzorcem:

Určujeme tlak vyvíjený ventilátorem:

Při výpočtu výkonu odsávacích ventilátorů se můžete také řídit požadavky SNiP na mechanické ventilační systémy domácností, které pro domácí prostory stanovují hodinovou výměnu vzduchu nejméně 0,5. S přihlédnutím k této hodnotě a objemu místnosti se vypočítá celkový průtok odpadního vzduchu.

Výpočet výkonu ventilátoru

Pro výpočet výkonu ventilátoru potřebujete znát objem místnosti a rychlost výměny vzduchu.

Objem místnosti = délka x šířka x výška

Produktivita = objem místnosti x směnný kurz vzduchu (=0,5)

Vypočítaná produktivita se porovná s minimální hodnotou stanovenou požadavky SNiP a vybere se větší ze dvou hodnot.

U přeplněných místností a také místností, kde je okolní vzduch charakterizován vysokou teplotou, vlhkostí, prašností nebo pachy, by se měl poměr výměny vzduchu rovnat 1.

Poznámka: V některých případech může být nutné nainstalovat více ventilátorů.

Pro přeplněné místnosti a také místnosti, kde je okolní vzduch charakterizován vysokou teplotou, vlhkostí, prašností nebo pachy, by měla být zvolena nejvyšší hodnota z uvedeného rozsahu.

Výběr typu ventilátoru a možnosti instalace

V závislosti na konstrukčních požadavcích je možné ventilátor zabudovat do stěny (nástěnná montáž), namontovat do okenního otvoru (okenní montáž), zabudovat do stropní konstrukce (stropní montáž), která se zase na základě délky vzduchovodu, určuje konstrukční typ ventilátoru, který je nutné použít – axiální nebo odstředivý.