Аксиални вентилатори

С разработването на високоякостните алуминиеви сплави след втората световна война технологията на вентилаторите с аксиален поток се развива изключително бързо и днес са едни от най-често използваните. Аксиалните вентилатори са механически по-просто устройство в сравнение с центробежните вентилатори, тъй като при тях потокът на въздуха, задвижван от лопатките, е ориентиран по оста на вентилатора. При тях отсъства ефектът на центробежност върху генерирания въздушен поток и посоката лесно може да бъде обърната. Принципът на линейно движение на потока дава и името на този тип вентилатори. Аксиалните (осовите, или витловите) вентилатори имат ниско ниво на шум и притежават капацитет за голям дебит.

Характеристики и фактори за избор на аксиален вентилатор

При избора на вентилатор трябва да се вземе предвид на първо място видът на обекта – промишлен, търговски, жилищен; характеристиките на въздуха – чист въздух, запрашен въздух, димни газове, работна температура; вид на вентилационната система – нагнетателна или смукателна; необходим дебит и налягане; тип на електрозахранването – монофазно или трифазно; изисквания за нивото на шума в и извън обекта.
След като бъде определен обемният дебит, който е необходим, независимо дали се отнася за осигуряване на обща вентилация или охлаждане на процес, трябва да се съобрази и съпротивлението на въздушния поток, което ще бъде оказано върху вентилатора по време на експлоатация. Комбинацията от тези две характеристики – дебит (в м3/час) и налягане (Pa) очертава работните параметри, дефиниращи вентилатора, който ще е най-подходящ за дадено приложение.
Важно е да се избере вентилатор, чиито работни характеристики в дадените условия постигат пикова ефективност. Употребата на вентилатор с максимална ефективност намалява консумацията на енергия и шум.

Водачите или перките служат за изправяне на въздушния поток и подобряване на ефективността на вентилатора. За определен дебит вентилаторът с аксиален поток има значително по-компактна конструкция от съответния центробежен вентилатор и е много удобен за монтаж във въздуховод с кръгло сечение.

Като цяло вентилаторът с аксиален поток е подходящ за по-голям дебит с относително малко увеличение на налягането, а центробежният вентилатор за сравнително по-малък дебит и по-голямо повишаване на налягането. Използват се за подаване на свеж въздух, за засмукване на въздух от канали и въздуховоди, за връщане на въздух, за засмукване на въздух от ротационни филтри, за извеждане на въздух и др. В зависимост от предназначението и количеството на обработвания въздух се определят размерът и материалите на вентилатора.

В техническата документация на вентилатора обикновено са описани аеродинамичните характеристики, включително пълно и статично налягане при определена производителност. На практика параметрите по спецификация и тези в експлоатация не съвпадат и това се дължи на конструктивните характеристики на вентилационните системи. Налягането е съотношението на действащите сили и площта, към която са насочени. Статичното налягане на вентилатора е ограничено, обикновено до максимум около 600 Pa в проектната точка, докато динамичното налягане на вентилатора е около 70% от общото налягане. Потокът в канала се разпределя неравномерно и не преминава под прав ъгъл към напречния участък. За да се установи точното налягане, трябва да се изчисли средна стойност от няколко точки на измерване на входа на потока и на изхода. Налягането е основен критерий при избора на вентилатор: както домашен, така и индустриален. Намалението на общото налягане показва загубата на енергия в системата.

Общата ефективност на аксиалния вентилатора е в диапазона 65 – 75%. Вентилаторите с аксиален поток, монтирани в разклонени въздуховоди, така че двигателят да е извън въздушния поток, са тип, който обикновено се използва в системи за отвеждане на отработени газове при конкретен процес.

Вентилаторът с аксиален поток е добър избор за единичен монтаж или за безканален монтаж с изход директно през стена, но не трябва да се използва при силно замърсени въздушни потоци или изпускателни системи. Предлагат се и многостъпални модули, но обикновено те са доста по-скъпи.

Конструктивни и експлоатационни характеристики на вентилатора

Работните перки на вентилаторите с аксиален поток са подложени на центробежни сили и по този начин различните елементи ще бъдат под натоварване. В повечето случаи лопатките са конзолно окачени и се поддържат само в края откъм оста. Колебанията се дължат на аеродинамичните сили и варират в зависимост от работната позиция на вентилатора. Следователно умората на материала е важен критерий за определяне на живота на вентилатора.

Носещата опора при вентилационни системи с аксиални вентилатори може да бъде от стомана или бетон. Отговорност на потребителя е да осигури адекватна опора за монтаж на вентилатора. Размерът на опората зависи от естеството на основата, към която се закрепя, и какви ще са нивата на вибрациите, които вентилаторът може да генерира. Увеличаването на масата на фундамента ще намали амплитудата на вибрациите. Може да е необходимо облицоване с еластомерни изолиращи материали. Стоманената конструкция е много по-гъвкава от бетонната. Трябва да се вземе предвид и естествената честота на носещата конструкция.

Освен това основата трябва да е достатъчно висока, за да улесни свързването на въздуховодите и да осигури достатъчно пространство за дренаж на конденза. Опората трябва да е по-дълга и по-широка от носещата планка, за да осигури допълнителна физическа защита.

При проектирането на всяка вентилаторна перка за аксиален поток е необходимо да се установи величината не само на центробежните сили, които причиняват вибрации, но и напреженията, породени от торсионни сили. Съотношението между тях определя експлоатационния живот. През последните петдесет години е постигнат голям напредък в областта на металургията, особено що се отнася до използването на сплави на цветни метали, много от тях разработени за авиационната индустрия, за да увеличат якостта на опън, но най-важното да придадат и по-голяма устойчивост на умора на материала.
Използването на такива нови сплави обаче често създава проблеми, свързани с методите на леене на материала, термичната обработка, коването или обработката в машинни цехове. За да са налице всички предимства на сплавта, от съществено значение е инженерът конструктор да е наясно с характеристиките на използвания материал и как те ще бъдат понижени в зависимост от съответните производствени процеси. За да се гарантират качествените характеристики, се препоръчва програма за проектиране и тестване, която да включва анализ на механичните напрежения на конструкциите по метода на крайните елементи.

За осигуряване на контрол на температурата в топлообменници с въздушно охлаждане обикновено се използват вентилатори с променлив ъгъл на перките. Наклонът на перките се регулира автоматично, за да осигури необходимия въздушен поток за поддържане на желаната изходяща температура. Това се постига с помощта на терморегулатор и пневматично задвижван механизъм за регулиране на ъгъла. Намаляването на въздушния поток също понижава консумацията на енергия, когато температурата на околната среда е ниска. Подобни резултати могат да бъдат постигнати с помощта на честотни регулатори.