Ventilator centrifugal: specificații ale dispozitivului și principiul de funcționare al aparatului

Odată cu dezvoltarea sectorului industrial, un număr mare de procese tehnologice au necesitat alimentarea forțată cu aer. Nici domeniul casnic nu a rămas în urmă. Pentru asigurarea unor tipuri de comunicații, este necesar un aflux regulat de aer proaspăt.

O soluție elegantă a acestei probleme a fost ventilatorul centrifugal, care este capabil să refula în mod autonom cantitatea necesară de masă de aer. Dar cum este construit și cum funcționează? Exact aceste întrebări le vom analiza în detaliu în articolul nostru.

Vom examina caracteristicile constructive ale aparatului, capacitățile sale, domeniul de aplicare, cei mai buni producători ale căror produse sunt prezente pe piață. Și, de asemenea, vom oferi recomandări pentru alegerea modelului potrivit de ventilator.

Esența refulării și rarefierii aerului de către ventilator

Ventilatorul reprezintă o construcție mecanică, care este capabilă să proceseze fluxul de amestec gaz-aer prin creșterea energiei sale specifice pentru deplasarea ulterioară.

O astfel de arhitectură a agregatului oferă posibilitatea de a crea efectul de refulare sau rarefiere a gazului de lucru în spațiu prin creșterea sau scăderea presiunii, respectiv (mecanism de transformare a energiei).

Prin presiunea gazului se înțelege un proces infinit de mișcare haotică a moleculelor de gaz, care, lovindu-se de pereții unui spațiu închis, creează presiune asupra acestora.

Prin urmare, cu cât viteza acestor molecule este mai mare, cu atât mai multe lovituri și cu atât presiunea este mai mare. Presiunea gazului este una dintre principalele caracteristici ale gazului.

Pe de altă parte, orice gaz mai are doi parametri: volumul și temperatura. Volumul este cantitatea de spațiu pe care gazul l-a umplut. Temperatura gazului este o caracteristică termodinamică care leagă viteza moleculelor și presiunea generată de acestea.

Pe acești “trei piloni” se bazează teoria molecular-cinetică, care este fundamentul pentru descrierea tuturor proceselor legate de prelucrarea gazelor și a amestecurilor de gaze.

Procesul de comprimare reprezintă concentrarea forțată a moleculelor într-un spațiu închis peste o anumită normă. De exemplu, presiunea atmosferică obișnuită la suprafața pământului este de aproximativ 100 kPa (10⁵ kilopascali) sau 760 mm Hg (milimetri coloană de mercur).

Odată cu creșterea altitudinii deasupra suprafeței Pământului, presiunea devine mai mică, aerul devine rarefiat.

Presiunea atmosferică – greutatea coloanei de aer raportată la aria suprafeței deasupra căreia se află. Nu masa, ci greutatea P=mg. Se măsoară cu barometrul, celelalte tipuri de presiune se determină cu manometrul.

Rarefierea este procesul invers comprimării, în timpul căruia moleculele părăsesc sistemul închis. Volumul rămâne același, iar numărul de molecule scade considerabil, prin urmare, și presiunea scade.

Efectul de comprimare este necesar pentru deplasarea forțată a aerului. Este posibilă deplasarea aerului prin efectul de rarefiere: pentru restabilirea echilibrului presiunii în întregul sistem, moleculele se deplasează dintr-o zonă cu concentrație mai mare către una cu concentrație mai mică.

În acest mod are loc deplasarea moleculelor de gaz.

Pentru determinarea vitezei fluxului de aer în exteriorul sau interiorul unei clădiri, se folosește adesea un instrument special – anemometrul. Un aparat indispensabil pentru proiectarea sistemelor de ventilație.

Există foarte multe configurații diferite ale sistemelor de ventilație, dar ele pot fi împărțite convențional în mai multe clase în funcție de anumiți parametri:

1. După destinație. Se deosebesc ventilatoare de uz general și special. Ventilatoarele sunt utilizate pentru deplasarea obișnuită a gazelor. Ventilatoarele speciale sunt folosite pentru transport pneumatic, transportul amestecurilor de gaze agresive și explozive.
2. După turație. Există cu frecvență specifică de rotație a rotorului cu palete mică, medie și mare.
3. După domeniul de presiune. Sunt cunoscute sisteme de generare a presiunii joase (până la 1 kPa), medii (1–3 kPa), înalte (peste 3 kPa).

Unele procese industriale și casnice care utilizează suflante au loc în condiții de mediu extreme, prin urmare, echipamentelor li se impun cerințe corespunzătoare.

Astfel, putem vorbi despre agregate și dispozitive antipraf, protejate împotriva umezelii, termorezistente, anticorozive, antiscântei și pentru evacuarea fumului, precum și despre ventilatoare obișnuite.

Informațiile despre tipurile de ventilatoare sunt analizate în detaliu în articolul nostru.

Construcția ventilatorului de tip centrifugal

Sistemul de construcție centrifugală este un mecanism de presiune cu arhitectură radială, capabil să genereze presiune de orice gamă.

Destinat transportului de gaze mono- și poliatomice, inclusiv compuși chimici “agresivi”.

Construcția este “îmbrăcată” într-o carcasă metalică/plastică, numită carcasă de protecție. Învelișul protejează camera internă de praf, umiditate și alte substanțe care pot afecta negativ funcționarea agregatului.

Un produs de ventilație de calitate are întotdeauna o anumită clasă de protecție. Gradul de protecție al carcasei (Ingress Protection) este un standard internațional unic de calitate al produsului, care determină nivelul de protecție a echipamentului față de influența mediului înconjurător.

Ventilatorul de tip radial dezvoltă o presiune semnificativ mai mare decât varianta axială. Acest lucru se datorează transmiterii energiei către porțiunea de aer care intră în tambur, energie formată în timpul tranziției de la intrare la ieșirea din sistem.

Mecanismul este pus în mișcare de un motor electric sau de un motor cu ardere internă (caracteristic pentru ventilatoarele industriale). Cea mai comună metodă este motorul electric, care rotește arborele cu rotorul.

Sunt cunoscute mai multe variante de transmitere a mișcării de rotație de la motor la elice:

• cuplaj elastic;
• transmisie prin curele trapezoidale;
• transmisie continuă (cuplaj hidraulic sau cu inducție de alunecare).

Ținând cont de existența unui număr mare de firme producătoare care creează sisteme unice cu cei mai diferiți parametri dinamici, consumatorii au la dispoziție o gamă destul de largă de ventilatoare.

În corp există două canale principale: de intrare și de ieșire. Amestecul de gaze intră în primul canal, se deplasează în cameră, unde este tratat, apoi iese în celălalt.

Ca urmare a muncii susținute a dezvoltatorilor, avem o gamă largă de aplicații ale acestor mașini, inclusiv:

• sisteme de ventilație și încălzire în case private și în clădiri cu mai multe etaje;
• alimentarea și purificarea aerului pentru clădiri nerezidențiale;
• sisteme de filtrare în agricultură;
• executarea proceselor tehnologice în industria ușoară și grea de diverse direcții.

Există, de asemenea, variante de aplicare a suflantelor în sistemele de stingere a incendiilor și de înlocuire ultra-rapidă a aerului în spații închise.

Astfel de ventilatoare lucrează cu amestecuri de gaze la temperatură înaltă, ceea ce obligă producătorii să includă în documentația tehnică informații privind conformitatea echipamentelor lor cu standardele internaționale.

Construcția verificată și simplă a mecanismului centrifugal are o serie de avantaje evidente:

• fiabilitate ridicată și performanță de neegalat;
• ușurința și accesibilitatea întreținerii echipamentelor;
• siguranța integrării și exploatării agregatelor;
• cheltuieli minime pentru resurse energetice și reparații în caz de defectare.

În plus, suflantele se disting printr-un prag de zgomot destul de scăzut, ceea ce permite utilizarea lor în condiții casnice. Ventilatoarele centrifuge au, de asemenea, o durată de viață excepțional de lungă datorită absenței contactului direct al părților de lucru ale mecanismului în camera de lucru.

Particularitățile ciclului de funcționare al aparatului

Să examinăm principiul general de funcționare al suflantei centrifuge cu construcție radială. Observăm că specialiștii disting două construcții principale ale ventilatorului: cu amplasarea axială și radială a orificiului de intrare, unde este aspirat fluxul de aer.

Aceasta influențează în primul rând varianta de montare a ventilatorului în sistem și practic nu afectează performanța generală.

Ventilatorul de tip radial poate funcționa atât cu aerul obișnuit pe care îl aspiră din spațiu, cât și cu aerul de flux care trece prin conducta de aer (efectul de echilibru al zonelor cu presiune diferită)

Orificiul de intrare axial este caracteristic suflantelor de presiune de uz general. Amplasarea radială a intrării fluxului este caracteristică suflantelor pentru utilizare magistrală.

În prima etapă a ciclului de funcționare al ventilatorului, fluxul de aer se deplasează la suprafața impelerului care se rotește rapid. Palele rotorului împart aerul în volume mici, care se deplasează în interiorul camerei de lucru.

Aici are loc acumularea masei de aer, adică comprimarea directă a masei de aer într-un volum mic.

Însăși construcția carcasei agregatului are particularitățile sale.

Cele mai cunoscute două forme ale carcasei sunt:

• rotunjite;
• spiraliforme.

Forma rotundă a carcasei este caracteristică ventilatoarelor care deplasează cantități uriașe de aer într-un timp scurt de execuție a procesului. Iar forma spiraliformă este specifică ventilatoarelor care, suplimentar, produc comprimarea volumului de aer și generarea unei presiuni medii și înalte.

În a doua etapă are loc insuflarea aerului în camera de lucru. După cum se știe, la volum constant, odată cu creșterea masei totale a moleculelor de gaz, crește numărul ciocnirilor dintre molecule, deci și viteza acestora. Prin urmare, presiunea gazului crește de asemenea.

Forma și numărul de pale au o importanță deosebită. Toate variantele de impelere, fără excepție, sunt testate în tuneluri aerodinamice pentru a determina condițiile optime de funcționare.

În etapa finală, are loc evacuarea gazului comprimat din camera de lucru către orificiul de ieșire. Apoi, aerul trece în conducta centrală de aer și se deplasează în direcția indicată.

Procesul de rarefiere se petrece exact invers. Aerul este preluat dintr-o conductă de aer sau dintr-un spațiu închis, unde este necesar să se creeze o zonă rarefiată, și este evacuat în mediul înconjurător sau într-un alt spațiu limitat.

Specificația ventilatorului centrifugal

Sistemele de compresoare se caracterizează printr-o serie întreagă de diferențe constructive și dinamice, care trebuie luate în considerare la selectarea și integrarea lor în sistemul de ventilație.

Specificația include:

• însăși construcția suflantei;
• tipul motorului;
• unitatea de comandă;
• amplasarea rotorului și transmiterea mișcării de rotație de la motor;
• unghiul de amplasare al țevii de intrare și de ieșire;
• materialul din care sunt fabricate piesele produsului, dimensiunile și greutatea acestuia.

Specialiștii acordă atenție, de asemenea, conformității produselor cu normele internaționale: standardele ISO/IEC și GOST, marcajele IP, directivele ATEX etc.

La particularitățile dinamice se includ parametrii tehnici de performanță ai suflantei: presiunea generată și coeficientul de cădere de presiune, viteza și temperatura maximă a fluxului, frecvența de rotație a arborelui și nivelul presiunii sonore, randamentul și puterea motorului.

Presiunea de refulare – valoarea maximă pe care ventilatorul o poate genera în timpul funcționării în regim nominal.

P_v = P_sv + P_dv,

Unde: P_v – presiunea totală, P_sv – presiunea statică, P_dv – presiunea dinamică.

Coeficientul de diferență – diferența dintre presiunea de intrare și cea generată (bar).

Debitul volumic de aer – cantitatea de amestec gazos care se deplasează pe unitatea de timp (debit). De obicei se calculează în m³/h pentru producătorii autohtoni, litri/min – pentru cei străini.

Frecvența de rotație – numărul de rotații complete ale rotorului pe unitatea de timp. Se calculează în rot/s sau Hz. Trebuie reținut că nivelul de sarcină al ventilatorului de aer nu trebuie să depășească 75% din maxim.

Funcționând mult timp în regim de suprasarcină la o frecvență mare de rotație, ventilatorul se supraîncălzește și se poate defecta rapid. Dar acest proces poate fi controlat, gestionându-l după bunul plac. Pentru aceasta se utilizează un regulator de viteză al ventilatorului.

Presiunea sonoră – nivelul de zgomot provenit de la piesele în rotație și frecarea aerului cu metalul. Se măsoară la o distanță de 3 metri de sursă, atunci când aceasta funcționează în regim de sarcină maximă. Zgomotul trebuie luat în considerare la alegerea unui ventilator care funcționează continuu.

Cea mai mare parte a echipamentelor este dotată cu absorbante de zgomot și sunete de fond. Normele pentru zgomot: maximum 50 dBA pentru încăperi casnice și maximum 75 dBA pentru cele industriale.

Unul dintre dispozitivele cu un nivel minim de zgomot este ventilatorul fără pale.

Randamentul ventilatorului este produsul celor trei coeficienți indicați mai jos:

• pierderi în fluxul de aer;
• scurgeri prin golurile din construcție;
• randamentul mecanic al produsului.

Pentru ventilatoarele centrifuge, randamentul total se situează între 0,7 și 0,85, iar pentru cele axiale (de canal) – maximum 0,95. Atunci când alegeți un ventilator radial, trebuie să țineți cont de coeficientul de rezervă al motorului electric de 1,2. Adică să alegeți puterea motorului electric cu 20% mai mare decât cea necesară.

Puterea motorului electric al ventilatorului se determină prin formula:

N = (Q*P)/(102*3600*η),

Unde: Q – debitul (debitul volumic de aer), P – presiunea generată.

Alegerea ventilatorului conform cerințelor

Procesul de selectare a echipamentului de ventilație pentru un obiect industrial (atelier, hangar) este un proces destul de interesant și complex, care trebuie realizat de un specialist. Caracteristicile ventilației spațiilor industriale sunt detaliate aici.

Pentru apartamentele obișnuite și casele particulare există deja soluții gata făcute. În cazul general (pentru un apartament cu 2–3 camere) avem următoarea arhitectură a sistemului de ventilație:

• în camerele de locuit se montează aerisitoare, al căror număr depinde de dimensiunile încăperilor și de numărul de locuitori;
• În bucătărie și în grupul sanitar se integrează difuzoare de extracție plus se trasează conducte de aer către instalația de aer proaspăt și extractie.

Ventilatorul centrifugal include o unitate de comandă, un sistem de filtrare pentru purificarea aerului, un motor electric și, direct, ventilatorul radial propriu-zis.

Pentru sistemul de ventilație menționat mai sus, sunt potrivite ventilatoarele de perete din seria CF fabricate de Vents, cu o capacitate de până la 120 m³/oră

Piața actuală a echipamentelor de ventilație este reprezentată de o gamă largă de firme de producție străină: Systemair, Soler&Palau, OSTBERG, Rosenberg, HELIOS, Maico, Ruck Ventilatoren GmbH, AeroStar, Blauberg, Elicent, Rhoss, Frapol, CMT CLIMA, HygroMatik GmbH, Winterwarm, Tecnair LV, AERIAL GmbH, MITA.

Produsele de la aceste companii vor fi o soluție excelentă pentru sarcinile de ventilație de orice scară.

Nu le sunt inferioare în calitatea producției și fiabilitatea echipamentelor mărcile autohtone Vents, Elcom, Domovent și Veza. Dacă aveți îndoieli cu privire la exactitatea calculelor efectuate sau la alegerea unui model specific, vă recomandăm să contactați serviciul de asistență al oricăreia dintre companii.

Dacă sunteți proprietarul unei case private cu 1–2 etaje, al unei clădiri industriale sau comerciale de suprafață similară (restaurant, depozit, cantină, cafenea, birou), la alegerea echipamentelor trebuie să luați în considerare volumul încăperilor, rata de schimb a aerului, lungimea și secțiunea conductelor principale.

Cu sarcinile de ventilare și evacuare a fumului se descurcă ușor suflantele multizonale sau ventilatoarele de acoperiș din seria KROM de la compania Veza, ventilatoarele din seria VN de la compania Vents și altele

Acordați obligatoriu atenție funcționalității suplimentare a ventilatoarelor centrifuge și posibilității de integrare în diverse sisteme de climatizare.

Astfel, suflantele radiale pot fi dotate cu componente auxiliare:

• cu cronometre reglabile și comutatoare interval, cu fotosenzori și detectoare de umiditate;
• cu regulatoare de viteză și indicatoare de stare;
• cu senzori de suprasarcină a motorului electric și de absență a alimentării electrice a rețelei;
• cu absorbanți de vibrații cu arc sau izolatori de vibrații din cauciuc.

Dacă ventilatorul este amplasat în interiorul apartamentului sau casei, acesta poate fi acoperit cu un panou decorativ frontal detașabil din aluminiu sau plastic, ținând cont de interiorul încăperii.

Pentru mulți utilizatori, un criteriu esențial la alegerea unui ventilator este nivelul de zgomot. Alegeți un ventilator silențios pentru baie? Vă recomandăm să consultați clasamentul ventilatoarelor silențioase.

Concluzii și material video util pe această temă

În următorul videoclip, specialiștii companiei Elcom vorbesc în mod accesibil despre ventilatoarele centrifuge:

Mai jos este prezentat un exemplu excelent de montare a unui ventilator casnic în baie:

Încă o variantă de instalare a unui ventilator casnic de putere mică în apartament:

Ventilatorul centrifugal clasic este rezultatul a mulți ani de experiență în proiectarea și fabricarea echipamentelor de ventilație. Nu este doar o soluție excelentă pentru industrie, ci și un instrument optim de transport al aerului pentru locuințe și birouri.

V-ați gândit să achiziționați un ventilator centrifugal? Sau ați observat o neconcordanță în materialul analizat? Adresați-vă întrebările, clarificați aspectele tehnice în secțiunea de comentarii.

Poate ați instalat deja un astfel de ventilator în baie? Sunteți mulțumit de funcționarea sa? Ați ales corect puterea aparatului pentru încăperea dumneavoastră? Trimiteți fotografii cu ventilatorul dumneavoastră și lăsați comentarii.