Centrifugalni ventilator: specifika naprave in princip delovanja

Z razvojem industrijskega sektorja je veliko število tehnoloških procesov zahtevalo prisilno dovajanje zraka. Ni ostala ob strani niti gospodinjska sfera. Za zagotavljanje nekaterih vrst komunikacij je potreben reden dotok svežega zraka.

Elegantna rešitev tega problema je postal centrifugalni ventilator, ki lahko v avtonomnem načinu potiska potrebno količino zračne mase. Toda kako je zgrajen in kako deluje? Prav ta vprašanja bomo podrobno obravnavali v našem članku.

Oglejmo si konstrukcijske značilnosti naprave, njene možnosti, področje uporabe, najboljše proizvajalce, katerih proizvodi so na trgu. Prav tako bomo dali priporočila za izbiro ustreznega modela ventilatorja.

Bistvo tlačenja in razredčevanja zraka z ventilatorjem

Ventilator predstavlja mehansko konstrukcijo, ki je sposobna obdelovati tok plinsko-zračne mešanice s povečevanjem njene specifične energije za kasnejše premikanje.

Takšna arhitektura agregata omogoča ustvarjanje učinka tlačenja ali redčenja delovnega plina v prostoru s povečanjem ali zmanjšanjem tlaka (mehanizem pretvorbe energije).

Pod plinskim tlakom razumemo neskončen proces kaotičnega gibanja molekul plina, ki ob udarjanju ob stene zaprtega prostora ustvarjajo pritisk nanje.

Posledično, višja kot je hitrost teh molekul, več je udarcev in višji je tlak. Plinski tlak je ena glavnih značilnosti plina.

Po drugi strani ima vsak plin še dva parametra: prostornino in temperaturo. Prostornina je količina prostora, ki ga plin zapolnjuje. Temperatura plina je termodinamična značilnost, ki povezuje hitrost molekul in tlak, ki ga le-te ustvarjajo.

Na teh “treh stebrih” temelji molekularno-kinetična teorija, ki je osnova za opisovanje vseh procesov, povezanih z obdelavo plinov in plinskih mešanic.

Proces nadtlačevanja je prisilno zgoščevanje molekul v zaprtem prostoru nad neko normalno vrednostjo. Na primer, običajni zračni tlak na površju Zemlje je približno 100 kPa (10⁵ kilopascalov) ali 760 mm Hg (milimetrov živosrebrnega stolpca).

Z večanjem nadmorske višine tlak pada, zrak postaja redkejši.

Atmosferski tlak je teža zračnega stebra glede na površino, nad katero se nahaja. Ne masa, ampak teža P = mg. Merimo ga z barometrom, ostale vrste tlaka pa z manometrom.

Podtlak je nasprotni proces nadtlačevanju, med katerim molekule zapuščajo zaprt sistem. Prostornina ostane enaka, število molekul pa se večkrat zmanjša, zato se zmanjša tudi tlak.

Učinek nadtlačevanja je potreben za prisilno premikanje zraka. Možno je tudi premikanje zraka s pomočjo podtlaka: da se vzpostavi ravnotežje tlaka v celotnem sistemu, se molekule premikajo iz območja z večjo koncentracijo v območje z manjšo koncentracijo.

Na ta način poteka premikanje molekul plina.

Za merjenje hitrosti zračnega toka zunaj ali znotraj stavb se pogosto uporablja poseben instrument – anemometer. Nepogrešljiva naprava za načrtovanje prezračevalnih sistemov.

Obstajajo najrazličnejše izvedbe prezračevalnih sistemov, vendar jih lahko pogojno razdelimo v več razredov glede na določene parametre:

1. Glede na namen. Ločimo ventilatorje splošnega in posebnega namena. Ventilatorji se uporabljajo za običajno premikanje plina. Posebni ventilatorji se uporabljajo za pnevmatski transport, transport agresivnih in eksplozivnih plinskih mešanic.
2. Glede na vrtljaje. Obstajajo z majhno, srednjo in visoko specifično hitrostjo vrtenja kolesa z lopaticami.
3. Glede na tlačno območje. Poznani so sistemi za ustvarjanje nizkega (do 1 kPa), srednjega (1–3 kPa) in visokega (nad 3 kPa) tlaka.

Nekateri industrijski in gospodinjski procesi z uporabo puhal potekajo v ekstremnih okoljskih pogojih, zato se za opremo postavljajo ustrezne zahteve.

Tako lahko govorimo o prašnih, vlagoodpornih, toplotno odpornih, korozijsko odpornih, iskrozaščitnih napravah in napravah za odvod dima ter običajnih ventilatorjih.

Informacije o vrstah ventilatorjev so podrobno obravnavane v drugem našem članku.

Konstrukcija centrifugalnega ventilatorja

Sistem centrifugalne konstrukcije predstavlja tlačni mehanizem z radialno arhitekturo, ki je sposoben generirati tlak katerega koli območja.

Namenjen je za transport eno- in večatomnih plinov, vključno s kemično “agresivnimi” spojinami.

Konstrukcija je “odeta” v kovinsko/plastično ohišje, ki ga imenujemo zaščitni pokrov. Ohišje ščiti notranjo komoro pred prahom, vlago in drugimi snovmi, ki lahko negativno vplivajo na delovanje agregata.

Kakovosten prezračevalni izdelek ima vedno določen razred zaščite. Stopnja zaščite ohišja (Ingress Protection) je enoten mednarodni standard kakovosti izdelka, ki določa raven zaščitenosti opreme pred vplivi okolja.

Radialni ventilator razvija bistveno višji tlak kot aksialna različica. To je posledica prenosa energije delu zraka, ki je vstopil v boben, pri čemer se energija oblikuje pri prehodu od vhoda do izhoda sistema.

Mehanizem poganja električni motor ali motor z notranjim zgorevanjem (značilno za industrijske ventilatorje). Najpogostejša metoda je elektromotor, ki vrti gred z rotorjem.

Znano je več možnosti za prenos rotacijskega gibanja z motorja na impeler:

• elastična spojka;
• klinasti jermenski prenos;
• brezstopenjski prenos (hidravlična ali induktivna drsna spojka).

Glede na obstoj ogromnega števila proizvajalcev, ki ustvarjajo edinstvene sisteme z najrazličnejšimi dinamičnimi parametri, imajo potrošniki na voljo precej širok izbor ventilatorjev.

V ohišju sta dva glavna kanala: vhodni in izhodni. Plinska mešanica vstopi v prvi kanal, se premakne v komoro, se tam obdela, nato pa izstopi v drugega.

Zaradi intenzivnega dela razvijalcev imamo širok spekter uporabe takšnih strojev, vključno z:

• sistemi za prezračevanje in ogrevanje v zasebnih in večnadstropnih hišah;
• dovod in čiščenje zraka za nestanovanjske stavbe;
• filtracijski sistemi v kmetijstvu;
• izvajanje tehnoloških procesov v lahki in težki industriji različnih smeri.

Obstajajo tudi možnosti uporabe puhal v sistemih za gašenje požarov in za izjemno hitro menjavo zraka v zaprtih prostorih.

Takšni ventilatorji delujejo z visokotemperaturnimi plinskimi mešanicami, kar proizvajalce zavezuje, da v tehnično dokumentacijo vključijo informacije o skladnosti svoje opreme z mednarodnimi standardi.

Preverjena in preprosta zasnova centrifugalnega mehanizma ima vrsto očitnih prednosti:

• visoka zanesljivost in neprekosljiva zmogljivost;
• enostavnost in dostopnost vzdrževanja opreme;
• varnost integracije in delovanja agregatov;
• minimalni stroški za energijo in popravila v primeru okvare.

Poleg tega se puhala odlikujejo po dokaj nizkem pragu hrupa, kar omogoča njihovo uporabo v gospodinjstvih. Centrifugalni ventilatorji imajo tudi izjemno dolgo življenjsko dobo zaradi odsotnosti neposrednega stika delovnih delov mehanizma v delovni komori.

Značilnosti delovnega cikla naprave

Oglejmo si splošno načelo delovanja centrifugalnega puhala radialne konstrukcije. Upoštevajmo, da strokovnjaki razlikujejo med dvema glavnima konstrukcijama ventilatorja: z aksialno in radialno postavitvijo vstopne odprtine, kjer se sesa zračni tok.

To vpliva predvsem na način namestitve ventilatorja v sistem in praktično ne vpliva na skupno zmogljivost.

Ventilator radialnega tipa lahko deluje tako z običajnim zrakom, ki ga zajema iz prostora, kot z zračnim tokom, ki gre skozi zračni kanal (učinek ravnotežja območij z različnim tlakom).

Aksialna vstopna odprtina je značilna za potisna puhala splošne uporabe. Radialna postavitev vstopa toka je značilna za puhala za glavne vode.

V prvem koraku delovnega cikla ventilatorja se zračni tok premakne na površino hitro vrtečega se impelerja. Lopatice rotorja razdelijo zrak na majhne prostornine, ki se premaknejo v delovno komoro.

Tu se kopiči zračna masa, to pomeni, da se zračna masa neposredno stisne v majhen volumen.

Sama konstrukcija ohišja agregata ima svoje posebnosti.

Znani sta dve najpogostejši obliki ohišja:

• okrogli;
• spiralasti.

Okrogla oblika ohišja je značilna za ventilatorje, ki v kratkem času premaknejo ogromno količino zraka. Spiralasta oblika pa je lastna ventilatorjem, ki dodatno stisnejo zračni volumen in ustvarjajo srednji in visok tlak.

V drugem koraku poteka tlačenje zraka v delovni komori. Kot je znano, se pri konstantnem volumnu s povečanjem skupne mase molekul plina poveča število trkov molekul, s tem pa tudi njihova hitrost. Posledično se poveča tudi tlak plina.

Velik pomen imata oblika in število lopatic. Vse brez izjeme različice impelerjev se testirajo v aerodinamičnih tunelih za določanje optimalnih pogojev delovanja.

V zaključnem koraku se stisnjen plin odvaja iz delovne komore do izhodne odprtine. Nato zrak preide v osrednji zračni kanal in se premika v navedeni smeri.

Proces redčenja poteka ravno obratno. Zrak se odvzame iz zračnega cevovoda ali zaprtega prostora, kjer je treba ustvariti redčeno območje, in se odvaja v okolico ali drug omejen prostor.

Specifikacija centrifugalnega ventilatorja

Kompresorske sisteme označuje cela vrsta konstrukcijskih in dinamičnih razlik, ki jih je treba upoštevati pri njihovi izbiri in vgradnji v prezračevalni sistem.

K specifikaciji spadajo:

• neposredno samo konstrukcijo puhala;
• tip motorja;
• krmilna enota;
• namestitev rotorja in prenos rotacijskega gibanja z motorja;
• kot namestitve vhodne in izhodne cevi;
• material, iz katerega so izdelani deli izdelka, njegove mere in teža.

Strokovnjaki so pozorni tudi na skladnost izdelkov z mednarodnimi normami: standardi ISO/IEC in GOST, oznake IP, direktive ATEX itd.

K dinamičnim značilnostim spadajo tehnični parametri zmogljivosti puhala: ustvarjeni tlak in koeficient padca tlaka, hitrost in najvišja temperatura toka, frekvenca vrtenja gredi in raven zvočnega tlaka, izkoristek in moč motorja.

Ustvarjeni tlak – največja vrednost, ki jo ventilator lahko ustvari pri delovanju v nazivnem režimu.

P_v = P_sv + P_dv,

Kje: P_v – skupni tlak, P_sv – statični tlak, P_dv – dinamični tlak.

Koeficient padca – razlika med vhodnim in ustvarjenim tlakom (bar).

Prostorninski pretok zraka – količina plinske mešanice, ki se premika na enoto časa (zmogljivost). Običajno se izračuna v m³/h za domače proizvajalce, l/min – za tuje.

Vrtilna frekvenca – število polnih obratov rotorja na enoto časa. Izračuna se v kos/s ali Hz. Ne smemo pozabiti, da raven obremenitve zračnega ventilatorja ne sme presegati 75% največje.

Če ventilator dlje časa deluje v preobremenitvenem načinu z visoko vrtilno frekvenco, se pregreva in lahko hitro odpove. Toda ta proces je mogoče nadzorovati, tako da ga upravljate po svoji presoji. Za to se uporablja regulator vrtilne hitrosti ventilatorja.

Zvočni tlak – raven hrupa zaradi vrtečih se delov in trenja zraka ob kovino. Meri se na razdalji 3 metre od vira, ko ta deluje v načinu največje obremenitve. Hrup je treba upoštevati pri izbiri stalno delujočega ventilatorja.

Večina opreme je opremljena z dušilci hrupa in ozadnih zvokov. Norme za hrup: največ 50 dB(A) za bivalne prostore in največ 75 dB(A) za industrijske.

Ena od naprav z majhno stopnjo hrupa je brezlopatični ventilator.

Izkoristek ventilatorja je produkt treh spodaj navedenih koeficientov:

• izgube v zračnem toku;
• uhajanje skozi reže v konstrukciji;
• mehanski izkoristek izdelka.

Pri centrifugalnih ventilatorjih je skupni izkoristek v območju od 0.7 do 0.85, pri aksialnih (kanalskih) pa največ 0.95. Pri izbiri radialnega ventilatorja je treba upoštevati varnostni faktor elektromotorja 1.2. To pomeni, da je treba moč elektromotorja izbrati za 20% večjo od potrebne.

Moč elektromotorja ventilatorja se določi po formuli:

N = (Q*P)/(102*3600*izkoristek),

Kje: Q – zmogljivost (prostorninski pretok zraka), P – ustvarjeni tlak.

Izbira ventilatorja v skladu z zahtevami

Postopek izbire prezračevalne opreme za industrijski objekt (delavnice, hangarja) je precej zanimiv in zapleten postopek, ki ga mora opraviti strokovnjak. Podrobnosti prezračevanja proizvodnih prostorov so podrobno obravnavane tukaj.

Za običajna stanovanja in zasebne hiše že obstajajo pripravljene rešitve. V splošnem primeru (za 2–3 sobno stanovanje) imamo naslednjo arhitekturo prezračevalnega sistema:

• v bivalnih prostorih se montirajo prezračevalniki, katerih število je odvisno od velikosti prostorov in števila stanovalcev;
• v kuhinji in sanitarnem prostoru se vgradijo izpušni difuzorji ter položijo zračni kanali do dovodno-izpušne naprave.

Centrifugalni ventilator vključuje krmilno enoto, filtrirni sistem za čiščenje zraka, elektromotor in neposredno sam radialni ventilator.

Za zgoraj omenjeni prezračevalni sistem so primerni stenski ventilatorji serije CF proizvajalca Vents z zmogljivostjo do 120 m³/h

Trenutni trg prezračevalne opreme predstavlja širok spekter podjetij tuje proizvodnje: 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.

Izdelki teh podjetij bodo odlična rešitev za prezračevalne naloge katerega koli obsega.

V kakovosti izdelave in zanesljivosti opreme jim ne zaostajajo domače blagovne znamke Vents, Elkom, Domovent in Veza. Če dvomite v točnost opravljenih izračunov ali izbire določenega modela, priporočamo, da se obrnete na podporo katerega koli od podjetij.

Če ste lastnik zasebne 1–2 nadstropne hiše, proizvodne ali poslovne stavbe podobne površine (restavracija, skladišče, jedilnica, kavarna, pisarna), je treba pri izbiri opreme upoštevati prostornino prostorov, stopnjo izmenjave zraka, dolžino in presek glavnih cevovodov.

Z nalogami prezračevanja in odvoda dima se zlahka spopadejo večconski puhalniki ali strešni ventilatorji serije KROM podjetja Veza, ventilatorji serije VN podjetja Vents in drugi.

Vsekakor bodite pozorni na dodatno funkcionalnost centrifugalnih ventilatorjev in možnost integracije v različne klimatske sisteme.

Tako so lahko radialni puhalniki opremljeni s pomožnimi komponentami:

• nastavljivimi časovniki in intervalnimi stikali, fotosenzorji in detektorji vlažnosti;
• regulatorji hitrosti in indikatorji stanja;
• senzorji preobremenitve elektromotorja in izpada električnega napajanja;
• vzmetnimi dušilci tresljajev ali gumijastimi izolatorji tresljajev.

Če je ventilator nameščen v stanovanju ali hiši, ga lahko prekrijete s snemljivo okrasno sprednjo ploščo iz aluminija ali plastike, pri čemer upoštevajte notranjo opremo prostora.

Za mnoge uporabnike je pomembno merilo pri izbiri ventilatorja raven hrupa. Izbirate tih ventilator za kopalnico? Priporočamo, da si ogledate lestvico tihih ventilatorjev.

Zaključki in koristen video na to temo

V naslednjem videu strokovnjaki podjetja Elkom na dostopen način govorijo o centrifugalnih ventilatorjih:

Spodaj je prikazan odličen primer montaže gospodinjskega ventilatorja v kopalnici:

Še ena možnost namestitve gospodinjskega nizkomočnega ventilatorja v stanovanju:

Klasični centrifugalni ventilator je rezultat dolgoletnih izkušenj na področju načrtovanja in proizvodnje prezračevalne opreme. Ni le odlična rešitev za industrijo, ampak tudi optimalno orodje za transport zraka v stanovanjskih in pisarniških prostorih.

Ste razmišljali o nakupu centrifugalnega ventilatorja? Ali ste opazili neskladje v razstavljenem materialu? Postavljajte svoja vprašanja, pojasnite tehnične vidike v bloku za komentarje.

Ste morda že namestili tak ventilator v kopalnici? Ste zadovoljni z njegovim delovanjem? Ste pravilno izbrali moč naprave za svoj prostor? Pošljite fotografijo svojega ventilatorja in pustite svoje komentarje.