Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Типичный центробежный вентилятор с загнутыми назад лопатками, в котором лопасти изгибаются в сторону от направления, в котором они вращаются.
Центробежный вентилятор охлаждения, установленный на радиаторе, отводит тепло от процессора портативного компьютера потребительского класса. Этот конкретный центробежный вентилятор приводится в действие бесщеточным двигателем постоянного тока на 5 Вольт.

Центробежный вентилятор представляет собой механическое устройство для перемещения воздуха или других газов в направлении под углом к поступающей жидкости. Центробежные вентиляторы часто содержат корпус с воздуховодами для направления выходящего воздуха в определенном направлении или через радиатор ; такой вентилятор также называют вентилятора , нагнетательный вентилятор , бисквит вентилятора [ править ] , или короткозамкнутый вентилятора (потому что он похож на хомячка колесо ). Эти вентиляторы увеличивают скорость и объем воздушного потока с помощью вращающихся крыльчаток . [1]

Центробежные вентиляторы используют кинетическую энергию рабочих колес для увеличения объема воздушного потока, который, в свою очередь, движется, преодолевая сопротивление, вызываемое воздуховодами, заслонками и другими компонентами. Центробежные вентиляторы вытесняют воздух радиально, изменяя направление (обычно на 90 °) воздушного потока. Они прочные, бесшумные, надежные и способны работать в широком диапазоне условий. [2]

Центробежные вентиляторы представляют собой устройства постоянного объема или постоянного объема, что означает, что при постоянной скорости вращения вентилятора центробежный вентилятор перемещает относительно постоянный объем воздуха, а не постоянную массу. Это означает, что скорость воздуха в системе фиксирована, даже если массовый расход через вентилятор не является фиксированным. [ необходима цитата ]

Центробежные вентиляторы не являются устройствами прямого вытеснения, и центробежные вентиляторы имеют определенные преимущества и недостатки по сравнению с нагнетательными вентиляторами прямого вытеснения: центробежные вентиляторы более эффективны, тогда как нагнетательные вентиляторы могут иметь более низкие капитальные затраты. [3] [4] [5] [6] [7]

Центробежный вентилятор имеет форму барабана, состоящего из нескольких лопастей вентилятора, установленных вокруг ступицы. Как показано на анимированном рисунке, ступица вращается на приводном валу, установленном в подшипниках в корпусе вентилятора. Газ поступает со стороны вентилятора колеса , поворачивается на 90 градусов и ускоряется за счет центробежной силы , как она течет по лопастей вентилятора и выходит из кожуха вентилятора. [8]

История [ править ]

Самое раннее упоминание о центробежных вентиляторах было в 1556 году Георгом Павером (лат. Георгиус Агрикола ) в его книге De Re Metallica , где он показывает, как такие вентиляторы использовались для вентиляции шахт. [9] После этого центробежные вентиляторы постепенно вышли из употребления. Только в первые десятилетия XIX века интерес к центробежным вентиляторам возродился. В 1815 году маркиз де Шабанн выступил за использование центробежного вентилятора и в том же году получил британский патент. [10] В 1827 году Эдвин А. Стивенс из Бордентауна, штат Нью-Джерси, установил вентилятор для вдувания воздуха в котлы парохода Северная Америка . [11] Точно так же в 1832 году шведско-американский инженер Джон Эрикссониспользовал центробежный вентилятор в качестве нагнетателя на пароходе Корсар . [12] Центробежный вентилятор был изобретен русским военным инженером Александром Саблуковым в 1832 году и использовался как в российской легкой промышленности (например, в производстве сахара), так и за рубежом. [13]

Одним из важнейших достижений горнодобывающей промышленности стал вентилятор Guibal , который был запатентован в Бельгии в 1862 году французским инженером Теофилем Гибалем . Вентилятор Guibal имел спиральный кожух, окружающий лопасти вентилятора, а также гибкую заслонку для управления выходной скоростью, что значительно превосходило его по сравнению с предыдущими конструкциями с открытым вентилятором и давало возможность добычи полезных ископаемых на больших глубинах. Такие вентиляторы широко использовались для вентиляции шахт по всей Великобритании. [14] [15]

Строительство [ править ]

Рисунок 1: Компоненты центробежного вентилятора

Основные части центробежного вентилятора:

  1. Корпус вентилятора
  2. Рабочие колеса
  3. Входные и выходные каналы
  4. Приводной вал
  5. Механизм привода

Другие компоненты , используемые могут включать в себя подшипники , муфты , рабочее колесо блокирующее устройство, выпускной кожух вентилятора, уплотнение вала пластины и т.п. [16]

Механизмы привода [ править ]

Привод вентилятора определяет скорость крыльчатки вентилятора (крыльчатки) и степень, в которой эта скорость может изменяться. Есть два основных типа приводов вентилятора. [8]

Прямой [ править ]

Рабочее колесо вентилятора может быть напрямую связано с валом электродвигателя . Это означает, что скорость вращения крыльчатки вентилятора идентична скорости вращения двигателя . С этим типом механизма привода вентилятора скорость вращения вентилятора не может быть изменена, если скорость двигателя не регулируется. Кондиционер автоматически обеспечивает более высокую скорость, потому что более холодный воздух плотнее.

Некоторые производители электроники сделали центробежные вентиляторы с двигателями с внешним ротором (статор находится внутри ротора), а ротор установлен непосредственно на крыльчатке вентилятора (крыльчатке).

Ремень [ править ]

Комплект шкивов установлен на валу двигателя и валу крыльчатки вентилятора, а ремень передает механическую энергию от двигателя к вентилятору.

Скорость вращения крыльчатки вентилятора зависит от отношения диаметра шкива двигателя к диаметру шкива крыльчатки вентилятора и может быть получена из следующего уравнения: [8]

куда: 
= скорость вращения крыльчатки вентилятора, оборотов в минуту
= скорость двигателя, указанная на паспортной табличке, оборотов в минуту
= диаметр шкива двигателя
= диаметр шкива крыльчатки вентилятора

Скорость вращения крыльчатки вентилятора с ременным приводом фиксирована, если только ремень (ремни) не проскальзывает. Проскальзывание ремня может снизить скорость вращения крыльчатки вентилятора на несколько сотен оборотов в минуту (об / мин).

Подшипники [ править ]

Подшипники - важная часть вентилятора. Масляные подшипники с втулочными кольцами широко используются в вентиляторах. Некоторые подшипники с кольцом скольжения могут иметь водяное охлаждение. Подшипники скольжения с водяным охлаждением часто используются, когда вентилятор перемещает горячие газы. Тепло передается через вал в масло, которое необходимо охладить, чтобы предотвратить перегрев подшипника. Низкоскоростные вентиляторы имеют подшипники в труднодоступных местах, поэтому в них используются подшипники с консистентной смазкой.

Многие турбонагнетатели используют либо воздушный подшипник, либо магнитный подшипник . [17]

Заслонки и лопатки вентилятора [ править ]

Заслонки вентилятора используются для управления потоком газа в центробежный вентилятор и из него. Они могут быть установлены на входной или выходной стороне вентилятора, либо на обеих сторонах. Демпферы на выходной стороне создают гидравлическое сопротивление, которое используется для регулирования потока газа. Заслонки на входной стороне (входные лопатки) предназначены для регулирования потока газа путем изменения количества газа или воздуха, поступающего на вход вентилятора.

Впускные заслонки (впускные лопатки) снижают потребление энергии вентилятором за счет их способности влиять на поток воздуха в вентилятор. [8]

Лопасти вентилятора [ править ]

Рисунок 3: Лопасти центробежного вентилятора

Крыльчатка вентилятора состоит из ступицы с несколькими прикрепленными к ней лопастями вентилятора. Лопасти вентилятора на ступице могут быть расположены тремя различными способами: загнутыми вперед, загнутыми назад или радиально. [8]

Изогнутые вперед [ править ]

Лопатки с загнутыми вперед лопатками бытового вентилятора

Лопатки с загнутыми вперед загнутыми лопатками, как на рисунке 3 (а), изгибаются в направлении вращения крыльчатки вентилятора. Они особенно чувствительны к твердым частицам и обычно предназначены только для применений с чистым воздухом, таких как кондиционирование воздуха. [18] Лопасти с загнутыми вперед загнутыми лопатками обеспечивают низкий уровень шума и относительно небольшой воздушный поток с большим увеличением статического давления. [19] Обычно они используются в фанкойлах .

Назад загнутые [ править ]

Лопатки с загнутыми назад лопатками, как на рисунке 3 (b), изгибаются против направления вращения крыльчатки вентилятора. Воздуходувки меньшего размера могут иметь наклоненные назад лопасти, которые являются прямыми, а не изогнутыми. Воздуходувки большего размера с наклоном назад / изогнутыми лопастями имеют лопасти, обратная кривизна которых имитирует кривизну аэродинамического профиля, но обе конструкции обеспечивают хорошую эффективность работы при относительно экономичных конструктивных технологиях. Эти типы нагнетателей предназначены для обработки газовых потоков с содержанием твердых частиц от низкого до среднего [ необходима цитата ] . Они могут быть легко оснащены защитой от износа, но некоторые изгибы лопастей могут быть склонны к накоплению твердых частиц. [ необходима цитата ]. Колеса с загнутыми назад лопатками часто тяжелее соответствующих эквивалентов с загнутыми вперед лопатками, поскольку они движутся с более высокой скоростью и требуют более прочной конструкции. [20]

Вентиляторы с загнутыми назад лопатками могут иметь широкий диапазон удельных скоростей, но чаще всего используются для приложений со средней удельной скоростью - с высоким давлением и средним расходом, например, в установках кондиционирования воздуха . [ необходима цитата ]

Вентиляторы с загнутыми назад лопатками гораздо более энергоэффективны, чем вентиляторы с радиальными лопастями, и поэтому для приложений с высокой мощностью могут быть подходящей альтернативой более дешевым радиальным лопастным вентиляторам. [20]

Прямая радиальная [ править ]

Радиальные воздуходувки, как показано на рисунке 3 (c), имеют колеса, лопасти которых выходят прямо из центра ступицы. Радиальные лопаточные колеса часто используются для газовых потоков, содержащих твердые частицы, потому что они наименее чувствительны к твердым наростам на лопастях, но они часто характеризуются более высоким уровнем шума. Высокие скорости, малые объемы и высокое давление характерны для радиальных нагнетателей [ необходима цитата ] и часто используются в пылесосах , системах пневматической транспортировки материалов и подобных процессах.

Принципы работы [ править ]

Центробежный вентилятор использует центробежную энергию, получаемую от вращения крыльчаток, для увеличения кинетической энергии воздуха / газов. Когда рабочие колеса вращаются, частицы газа, расположенные рядом с рабочими колесами, отбрасываются от рабочих колес, а затем перемещаются в корпус вентилятора. В результате кинетическая энергия газа измеряется как давление из-за сопротивления системы, обеспечиваемого кожухом и воздуховодом. Затем газ направляется к выходу через выпускные каналы. После выпуска газа давление газа в средней части крыльчатки снижается. Газ из проушины рабочего колеса устремляется внутрь, чтобы это нормализовать. Этот цикл повторяется, и поэтому газ может передаваться непрерывно.

Таблица 1: Различия между вентиляторами и нагнетателями
ОборудованиеКоэффициент давленияПовышение давления (мм H
2O )
ПоклонникиДо 1.11136
ВоздуходувкиОт 1,1 до 1,21136-2066

Треугольник скорости [ править ]

Основная статья: Треугольник скорости

Диаграмма, называемая треугольником скоростей, помогает нам определить геометрию потока на входе и выходе из лопасти. Чтобы нарисовать треугольник скорости в точке на лезвии, требуется минимальное количество данных. Некоторая составляющая скорости изменяется в разных точках лопасти из-за изменения направления потока. Следовательно, для данной лопасти возможно бесконечное количество треугольников скорости. Для описания потока с помощью всего двух треугольников скорости мы определяем средние значения скорости и их направление. Треугольник скорости любой турбомашины состоит из трех компонентов, как показано на рисунке:

Треугольник скорости для обращенного вперед отвала
  • U скорость лезвия
  • V r Относительная скорость
  • V Абсолютная скорость

Эти скорости связаны треугольным законом сложения векторов:

Это относительно простое уравнение часто используется при построении диаграммы скоростей. Диаграмма скоростей показанных лопастей с передним и задним торцом построена с использованием этого закона. Угол α - это угол, образованный абсолютной скоростью с осевым направлением, а угол β - это угол, образованный лопаткой по отношению к осевому направлению.

Треугольник скорости для обращенного назад лезвия

Разница между вентиляторами и воздуходувками [ править ]

Свойство, которое отличает центробежный вентилятор от воздуходувки, - это достижимая степень давления. Как правило, нагнетатель может создавать более высокий перепад давления. Согласно Американскому обществу инженеров-механиков (ASME), конкретное соотношение - отношение давления нагнетания к давлению всасывания - используется для определения вентиляторов, нагнетателей и компрессоров. Вентиляторы имеют коэффициент до 1,11, нагнетатели от 1,11 до 1,20, а компрессоры - более 1,20.

Рейтинги [ править ]

Номинальные значения, указанные в таблицах и кривых производительности центробежных вентиляторов, основаны на стандартных расходах воздуха в минуту . Производители вентиляторов определяют стандартный воздух как чистый, сухой воздух с плотностью 0,075 фунта массы на кубический фут (1,2 кг / м 3 ), с атмосферным давлением на уровне моря 29,92 дюйма ртутного столба (101,325 кПа) и температурой 70 °. F (21 ° C). Выбор центробежного вентилятора для работы в условиях, отличных от стандартного воздуха, требует регулировки как статического давления, так и мощности .

На высоте выше стандартной ( уровень моря ) и температуре выше стандартной плотность воздуха ниже стандартной. Поправки на плотность воздуха должны учитывать центробежные вентиляторы, предназначенные для непрерывной работы при более высоких температурах. Центробежный вентилятор вытесняет постоянный объем воздуха в данной системе независимо от плотности воздуха.

Если центробежный вентилятор рассчитан на заданные кубические футы в минуту и ​​статическое давление в условиях, отличных от стандартных, необходимо применить поправочный коэффициент плотности воздуха, чтобы выбрать вентилятор надлежащего размера, отвечающий новым условиям. Поскольку воздух при температуре 200 ° F (93 ° C) весит всего 80% от воздуха при температуре 70 ° F (21 ° C), центробежный вентилятор создает меньшее давление и потребляет меньше энергии. Чтобы получить фактическое давление, необходимое при 200 ° F (93 ° C), разработчик должен умножить давление при стандартных условиях на поправочный коэффициент плотности воздуха 1,25 (т.е. 1,0 / 0,8), чтобы система работала правильно. Чтобы получить фактическую мощность при 93 ° C (200 ° F), проектировщик должен разделить мощность при стандартных условиях на поправочный коэффициент плотности воздуха.

Ассоциация воздушного движения и контроля (AMCA) [ править ]

В таблицах производительности центробежных вентиляторов указаны обороты вентилятора и требования к мощности для заданных кубических футов в минуту и ​​статического давления при стандартной плотности воздуха. Если производительность центробежного вентилятора не соответствует стандартным условиям, производительность необходимо преобразовать в стандартные условия перед вводом в таблицы производительности. Центробежные вентиляторы, классифицированные Ассоциацией воздушного движения и контроля (AMCA), проходят испытания в лабораториях с испытательными установками, имитирующими установки, типичные для этого типа вентиляторов. Обычно они проходят испытания и оцениваются как один из четырех стандартных типов установки, как указано в стандарте AMCA Standard 210. [21]

Стандарт AMCA 210 определяет унифицированные методы проведения лабораторных испытаний закрытых вентиляторов для определения скорости воздушного потока, давления, мощности и эффективности при заданной скорости вращения. Цель стандарта AMCA 210 состоит в том, чтобы определить точные процедуры и условия тестирования вентиляторов, чтобы оценки, предоставленные различными производителями, были на одной основе и их можно было сравнивать. По этой причине вентиляторы должны быть рассчитаны на стандартизованные кубические футы в минуту.

Убытки [ править ]

Центробежные вентиляторы несут потери эффективности как в неподвижных, так и в движущихся частях, увеличивая потребляемую энергию, необходимую для заданного уровня производительности воздушного потока.

Вход крыльчатки [ править ]

Поток на входе и его поворот из осевого направления в радиальное вызывают потери на входе. Трение и разделение потока вызывают потери в лопастях рабочего колеса из-за изменения угла падения . [ требуется дополнительное пояснение ] Эти потери в лопастях рабочего колеса также включены в эту категорию.

Утечка [ править ]

Утечка некоторого количества воздуха и возмущение в поле основного потока вызываются зазором, предусмотренным между вращающейся периферией рабочего колеса и кожухом на входе.

Рабочее колесо [ править ]

Диффузор и спираль [ править ]

Трение и разделение потока также вызывают потери в диффузоре . Дальнейшие потери из-за аварии возникают, если устройство работает за пределами расчетных условий. Поток из рабочего колеса или диффузора расширяется в спиральной камере , которая имеет большее поперечное сечение, что приводит к образованию завихрений , что, в свою очередь, снижает напор. Потери на трение и разделение потока также возникают из-за спирального прохода.

Дисковое трение [ править ]

Вязкое сопротивление задней поверхности диска рабочего колеса вызывает потери на трение диска.

См. Также [ править ]

  • Вентилятор осевой
  • Канальный вентилятор
  • Механический вентилятор
  • Стандартная температура и давление
  • Трехмерные потери и корреляция в турбомашиностроении
  • Waddle вентилятор
  • Ветряная турбина

Ссылки [ править ]

  1. ^ Электроэнергетическое оборудование: вентиляторы и нагнетатели . ЮНЕП. 2006. с. 21.
  2. ^ Национальная лаборатория Лоуренса Беркли Вашингтон, округ Колумбия Корпорация динамики ресурсов Вена, Вирджиния. Повышение производительности вентиляторной системы (PDF) . п. 21 . Проверено 29 февраля 2012 года . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ Программа ООН по окружающей среде. «Вентиляторы и нагнетатели» . 2006. с. 9. Цитата: «Центробежный нагнетатель и нагнетательный нагнетатель - два основных типа нагнетателей»
  4. ^ «Преимущества роторных нагнетателей прямого вытеснения по сравнению с центробежными нагнетателями» . 1996 г.
  5. ^ Хуан Лоэра, ЧП "Обзор воздуходувных технологий" . п. 10.
  6. ^ Джим Браун. «Великие дебаты: центробежный вентилятор против поршневого насоса». Архивировано 24 июля 2015 г. в Wayback Machine . 2008 г.
  7. ^ Vac2Go. «Что лучше: PD или комбинация вентиляторов?» . 2013.
  8. ^ a b c d e Типы вентиляторов. Архивировано 24 января 2010 г. на Wayback Machine ( страница веб-сайта Агентства по охране окружающей среды США ).
  9. ↑ Джорджиус Агрикола с Гербертом Кларком Гувером и Лу Генри Гувером, пер., De Re Metallica (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Dover Publications, Inc., 1950), стр. 203–207.
  10. ^ «Ранняя история комфортного отопления» . achrnews.com .
  11. ↑ Уолтер Б. Сноу (ноябрь 1898 г.) «Механическая тяга для паровых котлов», Cassier's Magazine , 15 (1): 48–59; см. стр. 48.
  12. ^ (Редакция) (март 1919) «Воспоминания о Джоне Эриксоне», Машиностроение , 41  : 260–261; см. стр. 261.
  13. ^ История механического вентилятор Архивированных 2009-10-20 в Wayback Machine (на русском языке )
  14. Перейти ↑ Wallace 1988 , p. 45.
  15. ^ Тейлор, Фионн. "Уитвик Пейдж 1" . www.healeyhero.co.uk .
  16. ^ "ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ" . Архивировано из оригинального 17 марта 2012 года . Проверено 29 февраля 2012 года .
  17. ^ Хуан Лоэра, ЧП «Обзор технологий нагнетателей и сравнение высокоскоростных турбонагнетателей» . п. 24.
  18. ^ Блох, Хайнц П .; Соарес, Клэр, ред. (1998). Технологическое оборудование (2-е изд.). Бостон: Баттерворт-Хайнеманн. п. 524 . ISBN 0-7506-7081-9.
  19. ^ "Центробежные вентиляторы" . ebm-papst . ebm-papst . Проверено 17 декабря 2014 .
  20. ^ a b «Ценность в воздухе: почему вентиляторы статического давления с загнутыми назад лопатками с прямым приводом» (PDF) . Талса, Окей: AAON, Inc. стр. 11.
  21. ^ Стандарт ANSI / AMCA 210-99, «Лабораторные методы испытаний вентиляторов на предмет аэродинамических характеристик»