Типы осевых вентиляторов

Осевые вентиляторы могут быть подразделены на вентиляторы: одноступенчатые и многоступенчатые обычных схем, встречного вращения, с меридиональным ускорением; реверсивные; малошумные. Наиболее распространенная кинематическая схема вентилятора встречного вращения состоит из двух последовательно установленных рабочих колес противоположного вращения. Рабочие колеса вентилятора могут иметь поворотные лопатки и с индивидуальными приводами, что позволяет гибко регулировать его производительность изменением угла установки лопаток и частот вращения колес. Особенностью этого способа регулирования является весьма глубокое изменение давления, развиваемого вентилятором при постоянной производительности с сохранением высокого КПД.

Вентиляторы с меридиональным ускорением потока отличаются от обычных осевых вентиляторов увеличенной осевой составляющей скорости потока в их проточной части, что способствует уменьшению градиента статического давления и исключению возможности возникновения отрывных явлений. Ускорение потока в меридиональной плоскости рабочего колеса происходит из-за конусного исполнения его втулки на входе при цилиндрическом исполнении корпуса (эффект конфузора).

В некоторых вентиляторных установках требуется изменение направления воздушного потока. В этом случае применяются реверсивные вентиляторы (чаще всего реверс осуществляется изменением направления вращения колеса на обратное). При этом к форме лопаток принимаются меры по улучшению их реверсивных свойств, обеспечивающие идентичность характеристик при обоих направлениях потока воздуха. В тех случаях, когда к установке предъявляются повышенные акустические требования, находят применение малошумные осевые вентиляторы с малым числом очень широких лопаток. Такого типа вентиляторами комплектуют торговые холодильные установки. Для улучшения аэродинамических характеристик лопатки размещают на цилиндрической втулке с обтекателем.

Пропеллерный вентилятор представляет собой двухлопастное колесо, как правило, устанавливаемое без кожуха, лопасти в сечении имеют форму крыла. Такие вентиляторы развивают небольшие давления при больших объемах перемещаемого воздуха.

В осевых вентиляторах направление движения воздушного потока совпадает с осью вращения рабочего колеса. Лопасти рабочего колеса, закрепленные под некоторым углом к плоскости вращения, передают энергию воздушному потоку, перемещая его в осевом направлении. Осевые вентиляторы, как правило, применяются в тех случаях, когда требуемое давление, развиваемое рабочим колесом, относительно невелико, а объем перемещаемого воздуха значителен.

В развитие теории и практики осевых вентиляторов и компрессоров весомый вклад внесен советскими учеными и исследователями. Особая роль в создании осевых машин принадлежит трудам Н. Е. Жуковского, в частности, его работе «Теория воздушных винтов». Н. Е. Жуковским совместно с В. П. Ветчинкиным заложены основы аэродинамического расчета осевых вентиляторов. Дальнейшее развитие этот метод получил в теоретических и экспериментальных работах ученых ЦАГИ К. А. Ушакова, В. И. Поликовского, К. К. Баулина, Е. Я. Юдина, И. В. Брусиловского, М. Н. Гембаржевского и др. в разработке и внедрении усовершенствованных типов осевых машин в настоящее время принимают активное участие коллективы крупнейших НИИ, учебных заведений и научно-производственных объединений Москвы, Санкт-Петербурга, Харькова и других городов.

Аэродинамическая схема двухступенчатого осевого вентилятора приведена на рисунке. Воздух поступает в корпус вентилятора через входной коллектор и омывает обтекатель (или кок) 1, неподвижно закрепленный перед направляющим аппаратом 2, представляющий собой обтекаемой формы металлический насадок. Скорость воздуха вдоль обтекателя плавно возрастает до величины с0 во входном сечении НА первой ступени.

НА 2 и 4 состоят из неподвижных лопаток, их назначение — подача воздуха в РК 3 в определенном направлении и преобразование части кинетической энергии в энергию потенциальную — статическое давление. В РК 3 и 5 энергия вращающегося ротора передается воздушному потоку. Лопатки РК изготавливают из металла или пластмасс симметричного или несимметричного профиля. Осевые вентиляторы с лопатками РК симметричного профиля принято называть реверсивными, поскольку при изменении направления вращения вала ротора на противоположное их производительность практически не меняется. Колеса с лопатками несимметричного профиля имеют лучшие аэродинамические характеристики, однако, при реверсировании их производительность заметно снижается. Лопатки закрепляются на втулке РК.

В последнее время широкое применение нашли вентиляторы с изменяющимся углом установки лопаток РК. Это позволяет варьировать в широких пределах их характеристики при неизменной частоте вращения ротора. При этом мощность изменяется незначительно.

СА 6 позволяет обеспечить безударный выход воздуха с лопаток РК и обеспечить движение воздуха в осевом направлении. Кроме того, СА так же, как и НА, обеспечивает преобразование части скоростного давления в статическое.

Обтекатель 7 неподвижно закрепленный за СА, обеспечивает постепенное плавное снижение скорости потока, снижая тем самым гидравлические потери.

Производительность современных осевых вентиляторов варьируется в широких пределах, достигая нескольких миллионов м3/час. Давления, создаваемые осевыми вентиляторами, обычно составляют 50−2000 Па.

КПД у осевых вентиляторов больше, чем у радиальных, поскольку внутренних потерь в них меньше. Осевые вентиляторы по конструкции проще радиальных и имеют более низкую удельную массу.