Motorizované oběžné kolo s dopřednými zahnutými lopatkami
Jakmile definujeme požadovaný objemový průtok, ať už se jedná o dodávku čerstvého vzduchu nebo procesní chlazení, musíme jej zkombinovat s odporem proudění, se kterým se ventilátor v dané aplikaci setká. Objemový průtok (v m3/h) a tlak (v Pascalech - Pa) se spojí a vytvoří provozní bod, proti kterému musí ventilátor pracovat. Je důležité vybrat ventilátor, jehož výkonnostní charakteristika splňuje požadovaný provozní bod v bodě maximální účinnosti nebo v jeho blízkosti. Používání ventilátoru s maximální účinností minimalizuje spotřebu energie a hluk vydávaný ventilátorem a zároveň zajišťuje požadovaný výkon.
Jak funguje dopředně zahnutý odstředivý ventilátor?
Název „odstředivý ventilátor“ je odvozen od směru proudění a způsobu, jakým vzduch vstupuje do oběžného kola v axiálním směru a poté je vytlačován ven z vnějšího obvodu ventilátoru. Rozdíl ve směru proudění mezi dopředu zahnutým a dozadu zahnutým odstředivým ventilátorem spočívá ve směru, kterým vzduch vystupuje z obvodu oběžného kola. U dozadu zahnutého oběžného kola vzduch vystupuje radiálně, zatímco u dopředu zahnutého oběžného kola vzduch vystupuje tangenciálně z obvodu ventilátoru.
Dopředu zahnutý odstředivý ventilátor se vyznačuje válcovým tvarem a množstvím malých lopatek po obvodu oběžného kola. V níže uvedeném příkladu se ventilátor otáčí ve směru hodinových ručiček.
Na rozdíl od dozadu zahnutého oběžného kola vyžaduje dopředu zahnuté oběžné kolo kryt, který přeměňuje vzduch s vysokou rychlostí opouštějící konce lopatek oběžného kola na statickou sílu s nižší rychlostí. Tvar krytu také směruje proudění vzduchu k výstupu. Tento typ krytu ventilátoru je běžně známý jako spirála; lze jej však také označovat jako spirálovou nebo sirocco kryt. Instalací dopředu zahnutého oběžného kola do spirálového krytu obvykle označujeme jako dopředu zahnuté dmychadlo.
Existují dva typy dmychadel, které používají dopředu zahnuté motorizované oběžné kolo, jak je znázorněno níže…
Jednoduchý ventilátor vlevo nasává vzduch z jedné strany skříně kulatým vstupem a směruje ho do čtvercového výstupu (zde je vidět s montážní přírubou). Dvouduchý ventilátor má širší spirálovou skříň, která nasává vzduch z obou stran spirály a přivádí ho do širšího čtvercového výstupu.
Stejně jako u dozadu zahnutého odstředivého ventilátoru nasává sací strana lopatek oběžného kola vzduch ze středu ventilátoru, což má za následek změnu směru proudění vzduchu mezi vstupem a výstupem o 90°.
Charakteristika ventilátoru
Optimální provozní oblast pro dopředu zahnutý odstředivý ventilátor je při provozu s vyšším tlakem. Dopředu zahnutý odstředivý ventilátor pracuje nejlépe, když je vyžadován vysoký tlak při nižším objemovém průtoku. Níže uvedený graf znázorňuje optimální pracovní oblast…
Objemový průtok je vynesen na ose X a tlak v systému je vynesen na ose Y. Pokud v systému není tlak (ventilátor volně fouká), bude největší objemový průtok vytvářet dopředu zahnutý odstředivý ventilátor. Jakmile na sací nebo výfukové straně ventilátoru působí odpor proudění, objemový průtok se sníží.
Při výběru dmychadla s dopředu zahnutými lopatkami pro provoz při nízkých tlacích a nejvyšším objemovém průtoku je třeba dbát opatrnosti. V tomto bodě se oběžné kolo pohybuje v aerodynamickém zablokování stejným způsobem jako axiální ventilátor pracující v sedlovém bodě své křivky. V tomto bodě bude hluk a spotřeba energie v důsledku turbulence nejvyšší.
Vrcholová účinnost je v bodě nazývaném koleno charakteristické křivky. V tomto bodě je poměr výstupního výkonu ventilátoru (objemový průtok (m3/s) x vyvíjený statický tlak (Pa) a elektrického příkonu (W) největší a akustický tlak produkovaný ventilátorem bude nejtišší. Nad a pod optimálním provozním rozsahem se průtok ventilátorem stává hlučnějším a účinnost ventilátorového systému klesá.
Výhodou použití motorizovaného oběžného kola s jedním vstupem a dopředu zahnutými křídly je strmá charakteristika ventilátoru. To je obzvláště užitečné v systémech, které vyžadují konzistentní úroveň filtrace. Jak vzduch prochází filtrem částic, filtr zachycuje prach a pyl ve vzduchu, čím jemnější je stupeň filtrace, tím menší částice filtr zachycuje. Postupem času se filtr stále více zanáší nečistotami a úlomky, což má za následek, že k dodání stejného objemu vzduchu je zapotřebí větší tlak. Použití oběžného kola se strmou charakteristikou v tomto případě znamená, že s rostoucím zanášením filtru zůstává objemový průtok konstantní, zatímco tlak na filtru se zvyšuje.
Výhodou použití dvojitého vstupu s dopředu zahnutým oběžným kolem je, že z relativně malého dmychadla může být dosaženo vysokého objemového průtoku. Kompromisem použití dvojitého vstupu dmychadla je nižší vývoj tlaku, což znamená, že může pracovat pouze s nízkotlakými systémy.
Možnosti montáže
Jak již bylo zmíněno, dopředu zahnuté motorizované oběžné kolo vytváří na špičkách lopatek vzduch s vysokou rychlostí, který je třeba usměrňovat a zpomalovat, aby se dynamický tlak přeměnil na statický. Abychom to usnadnili, vytvoříme kolem oběžného kola spirálu. Tvar je vytvořen poměrem vzdáleností od středu oběžného kola k výstupu ventilátoru. Stejně jako u dozadu zahnutého ventilátoru se doporučuje malý přesah mezi vstupním kroužkem a ústím oběžného kola. Oba montážní aspekty jsou znázorněny na níže uvedeném diagramu…
Průměr vstupního kroužku by měl umožňovat pouze malou mezeru mezi oběžným kolem a kroužkem, aby se zabránilo recirkulaci vzduchu.
Montážní požadavky - Vůle
Je důležité zajistit dostatečný prostor na sání a boku ventilátoru…
Nedostatečná vůle na sací straně ventilátoru zvýší vstupní rychlost, což povede k turbulenci. Tato turbulence se zvýší, jak vzduch prochází oběžným kolem, což sníží účinnost přenosu energie z lopatek ventilátoru do vzduchu, způsobí vznik většího hluku a sníží účinnost ventilátoru.
Obecná doporučení pro podmínky na vstupu a výstupu jsou:
Vstupní strana
- Žádná překážka ani změna směru proudění do vzdálenosti 1/3 průměru ventilátoru od vstupu ventilátoru
Shrnutí – Proč zvolit odstředivý ventilátor s dopředně zahnutými lopatkami?
Pokud požadovaný provozní bod spadá do oblasti vyšších tlaků systému oproti nižšímu objemovému průtoku na charakteristice ventilátoru, měl by se zvážit použití odstředivého ventilátoru s jedním vstupem a dopředu zahnutými lopatkami. Pokud je požadavkem aplikace vysoký objemový průtok v omezeném prostoru, měl by se zvážit odstředivý ventilátor s dvojitým vstupem a dopředu zahnutými lopatkami.
Ventilátor by měl být vybrán v jeho optimálním rozsahu, který se nachází v bodě známém jako koleno jeho charakteristické křivky. Bod maximální účinnosti je blíže k vyšší tlakové mezi na charakteristické křivce ventilátoru, kde také pracuje nejtišší rychlostí. Provozu mimo optimální rozsah (v extrémních bodech s vysokým objemovým průtokem) je třeba se vyhnout, protože turbulence a aerodynamická účinnost lopatek oběžného kola v těchto bodech vytvářejí hluk a oběžné kolo bude také pracovat v aerodynamickém zablokování. Při nízkých tlacích a vysokých objemových průtocích je třeba zvážit provozní teplotu motoru při zatížení, protože existuje možnost přehřátí motoru.
Vzduch na vstupní straně oběžného kola by měl být udržován co nejhladší a nejlaminárnější. Pro maximalizaci účinnosti by měla být na vstupu ventilátoru ponechána mezera alespoň 1/3 průměru oběžného kola. Použití vstupního kroužku (vstupní trysky) překrývajícího vstup oběžného kola pomůže eliminovat poruchy proudění předtím, než je vzduch nasáván ventilátorem, snížit hluk způsobený turbulencí, udržet spotřebu energie v provozním bodě na minimu a maximalizovat účinnost.
Strmá provozní charakteristika, vyšší tlaková kapacita dmychadel s jedním vstupem a vysoký průtok dmychadel s dvojitým vstupem znamenají, že dopředu zahnuté ventilátory jsou užitečnou volbou, kterou je třeba zvážit v široké škále instalací.
Čas zveřejnění: 16. srpna 2023