Центробежные вентиляторы
Центробежные вентиляторы являются в настоящее время весьма распространенными машинами. Они используются для перемещения не только воздуха в системах вентиляции и кондиционирования, но и дымовых газов (в этом случае они называются дымососами), а также воздуха, сильно засоренного механическими примесями (в этом случае применяются так называемые пылевые вентиляторы).
Создание центробежного вентилятора промышленного типа принадлежит выдающемуся русскому инженеру генерал-майору А. А. Саблукову (1833 г.). Первые вентиляторы Саблукова были с успехом применены для вентиляции сахарного завода. Затем (начиная с 1835 г.) весьма широкое распространение они получили для проветривания шахт и рудников.
В конце XIX и начале XX веков растущая потребность промышленности дореволюционной России в вентиляторах удовлетворялась ввозом их из-за границы.
Лишь после Октябрьской социалистической революции в СССР было создано свое собственное вентиляторостроение, опирающееся на научные разработки различных научно-исследовательских организаций, отдельных учебных заведений и в первую очередь Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). В настоящее время в Советском Союзе выпускается значительное число типов центробежных вентиляторов, удовлетворяющих самые различные нужды. Вместе с тем все возрастающие требования, предъявляемые к центробежным вентиляторам различными потребителями, заставляют непрерывно работать над улучшением конструкции вентиляторов и совершенствованием технологического процесса их изготовления на вентиляторостроительных заводах.
По величине полного давления, которое способны создавать центробежные вентиляторы, их подразделяют на вентиляторы низкого давления (менее 100 кГ/м2), вентиляторы среднего давления (от 100 до 300 кГ/м2) и вентиляторы высокого давления (выше 300 кГ/м2). Такое деление вентиляторов несколько условно, так как один и тот же вентилятор может развивать различные величины давления в зависимости от числа оборотов рабочего колеса. Указанные здесь значения следует понимать как максимально возможные для данного типа вентиляторов.
Рассмотрим схему и принцип работы центробежного вентилятора (рисунок 6.1).
При вращении рабочего колеса вентилятора воздух, находящийся между лопатками колеса, под действием центробежной силы перемещается в кожух. На место переместившегося воздуха через входное отверстие поступают новые порции. Собирающийся в спиральном кожухе воздух направляется к выходному отверстию по непрерывно расширяющемуся каналу между рабочим колесом и спиральным кожухом. Спиральная форма кожуха рассчитана на поступление из межлопаточных каналов все новых порций воздуха и способствует, благодаря диффузорному эффекту, формированию статического давления.
Рабочее колесо должно вращаться по направлению разворота спирального кожуха, как это показано стрелкой на рисунке 6.1. Если рабочее колесо будет вращаться в обратном направлении, производительность вентилятора резко уменьшится, но изменения направления подачи воздуха (реверсирования) при этом не произойдет.
Разворот спирального кожуха может выполняться влево и вправо.
Соответственно имеются вентиляторы правого вращения (правые) и левого вращения (левые). Если смотреть со стороны, противоположной всасывающему отверстию (со стороны привода), то в вентиляторах правых рабочее колесо будет вращаться по часовой стрелке, а в вентиляторах левых - против часовой стрелки.
Важнейшая часть центробежного вентилятора - его рабочее колесо - может быть различной конструкции. Обычно рабочее колесо состоит из дисков: заднего (чаще всего сплошного) и переднего (с отверстием для поступления воздуха и поэтому выполненного в виде кольца). К дискам приклепывают (реже приваривают) лопатки, которые для этой цели имеют уголки или отбортовку. К заднему диску приклепывают, крепят болтами или приваривают ступицу, предназначенную для насаживания рабочего колеса на вал.
Рисунок. 6.1. Аэродинамическая схема центробежного вентилятора:
1 - передний диск; 2 - входное (всасывающее) отверстие; 3 - задний диск; 4 - вал; 5 - ступица; 6 - рабочее колесо с лопатками; 7 - спиральный кожух; 8 - выходное (нагнетательное) отверстие
Кроме описанной конструкции рабочего колеса, цилиндрического по своей форме, в вентиляторах некоторых типов применяются конические рабочие колеса.
Весьма легкие и дешевые рабочие колеса, изготовляемые штамповкой, используются в широко распространенных вентиляторах конструкции С. А. Рысина. Процесс изготовления такого рабочего колеса очень прост: в полосе листовой стали делаются высечки, которые отгибаются специальным штампом по форме лопаток, после чего свернутая по окружности полоса укрепляется между дисками. Вентиляторам С. А. Рысина свойственна простота изготовления и дешевизна. Но наряду с этим они обладают недостаточно высокими аэродинамическими качествами и не отличаются прочностью.
Чтобы придать широким рабочим колесам необходимую прочность, при помощи специальных тяг делается дополнительное крепление передних колец со ступицами. Рабочее колесо пылевого вентилятора выполняется с консольным расположением лопаток обычно без переднего, а иногда и без заднего диска.
Зазор между рабочим колесом и патрубком, соединяющимся с входным отверстием, не должен превышать 1% от диаметра рабочего колеса.
Спиральный кожух центробежного вентилятора также весьма ответственная его часть. Как правило, кожухи изготовляют из листовой стали, соединяя отдельные листы с помощью сварки или на заклепках. Иногда стальные листы соединяют на фальцах. У некоторых центробежных вентиляторов спиральный кожух представляет собой литую конструкцию. Из-за большого веса такого кожуха вентиляторы данного типа выпускаются лишь сравнительно небольших размеров.
Спиральный кожух имеет два рабочих отверстия: входное, через которое воздух поступает к лопаткам рабочего колеса, и выходное (нагнетательное), предназначенное для выпуска воздуха из кожуха. Кроме того, в кожухе вентилятора есть конструктивное отверстие для вала, на который насаживается рабочее колесо, укрепляемое шпонкой и стопорным болтом. Чаще всего рабочее колесо насаживается на вал консольно. Опорой вала служат подшипники станины; к ней прикрепляется и кожух вентилятора. При очень больших размерах вентилятора спиральный кожух устанавливается на самостоятельной опоре. При малых же размерах вентилятора крепление спирального кожуха к станине может отсутствовать - в этом случае на вал электродвигателя консольно насаживается не только рабочее колесо, но и кожух центробежного вентилятора.
Рис 6.2. Способы соединения центробежных вентиляторов с электродвигателями:
а - на общем валу; б, в - с помощью муфт; г, д, е, ж - с помощью ременной передачи: 1 - вентилятор; 2 - муфта; 3 - электродвигатель; 4 - шкив вентилятора
На рисунке 6.2 показаны различные способы соединения центробежных вентиляторов с электродвигателями, при этом схемы б ив имеют общую ось вала рабочего колеса вентилятора и вала электродвигателя, сами валы соединены между собой с помощью муфты. Такое соединение рекомендуется для крупных вентиляторов, для более мелких вал может быть общим (схема а).
На схемах г, д, е и ж представлены возможные варианты установки центробежных вентиляторов с использованием ременной передачи между шкивами вентилятора и электродвигателя.
Из рассмотрения всех приведенных схем установки видно, что рабочее колесо вентилятора, как правило, укрепляется на валу консольно (схемы а, в, дне). Такая установка, естественно, неприменима в случае вентилятора двустороннего всасывания (схема ж), когда рабочее колесо устанавливается между двумя опорами. Данный метод установки используется и при вентиляторах одностороннего всасывания (схемы б и г); при этом обеспечивается более спокойный режим работы вентилятора, но усложняется конструкция, монтаж и присоединение вентилятора к воздуховоду.
Положение спирального кожуха центробежного вентилятора в отношении направления выхода воздуха может быть различным (рисунок 6.3).
Кожух с расположением выходного отверстия вверх обозначается буквой В, вниз - Н, вправо - П, влево - Л. Кроме того, возможны промежуточные положения кожуха, при которых выход воздуха из спирального кожуха осуществляется под углом 45° к горизонтальной плоскости (положения НЛ, ВЛ, НП, ВП).
Чтобы иметь возможность перемещать различные расходы воздуха, центробежные вентиляторы одного типа проектируют сериями. Серия состоит из нескольких различных по размерам геометрически подобных вентиляторов, которым присваиваются разные номера. Номер центробежного вентилятора определяется наружным диаметром рабочего колеса, измеренным в дециметрах. Таким образом, у вентилятора № 4 диаметр рабочего колеса равен 400 мм, у вентилятора № 12 - 1200 мм.
Описание конструктивных особенностей отдельных типов выпускаемых в настоящее время центробежных вентиляторов можно найти в специальных справочниках и каталогах.
Основные требования, которым должен удовлетворять вентилятор, изложены в ГОСТ 5976-90.
Большое распространение получили также вентиляторы типов Ц7-40, Ц4-76, Ц9-57, Ц13-50 и некоторые другие. Кроме того, в последнее время в системах вентиляции и кондиционирования воздуха используются весьма надежные в работе вентиляторы судового типа (ЦС).
Рисунок. 6.3. Различные положения кожуха центробежного вентилятора: В - вверх; Н - вниз; Я - вправо; Л - влево
В заключение этого параграфа укажем, что если вентилятор предназначен для перемещения воздуха, содержащего взрывоопасные примеси, или если он должен быть установлен во взрывоопасном помещении, к его конструктивному исполнению предъявляются особые требования. Существо этих требований сводится к тому, что при работе вентилятора должна исключаться возможность образования искры в случае соприкосновения рабочего колеса и кожуха. Это обычно достигается тем, что указанные части вентилятора изготавливаются из алюминия. Для привода таких вентиляторов должны использоваться электродвигатели во взрывобезопасном исполнении типов КО, КОМ, ВАО.
