Виды вентиляторов: классификация, назначение и принцип их работы

Вентилятор – основа любой вентиляционной системы искусственного типа. Прибор широко используется в быту и незаменим во многих сферах жизнедеятельности человека. Планируя покупку вентиляционного оборудования, необходимо разобраться в специфике его устройства и действия.

В представленной к ознакомлению статье подробно описаны виды вентиляторов, их конструктивные особенности, принципы работы и назначение каждого агрегата. Мы расскажем вам о приоритетных направлениях выбора подходящей модели. У нас вы узнаете, как подбирают устройство в зависимости от условий эксплуатации.

Классификация вентиляторов по основным параметрам

Вентиляторы – механические приборы, предназначенные для перемещения, подачи или отсоса воздушных и газовых масс. Циркуляция воздуха происходит за счет разности давлений между каналом входа и выхода вентиляционной установки.

Вентиляторы используются повсеместно. Незаменимы приборы при обустройстве приточно-вытяжного вентиляционного комплекса здания, обдуве рабочих элементов в кондиционерах и устройствах обогрева.

Вентиляторы рассчитаны на работу с газами, степень сжатия которых не превышает 1,15. При этом разность показателей давления на входе/выходе ограничена 15 кПа – при большем показателе используют компрессор

Общая классификация вентиляционных установок базируется на разных параметрах.

Среди основных критериев градации можно выделить:

• конструкция и принцип работы устройства;
• назначение и условия функционирования вентилятора;
• способ установки;
• методы соединения прибора с электродвигателем;
• технические особенности: степень защиты IP, создаваемое давление, потребляемая мощность, частота вращения, КПД и уровень акустического давления.

По типу конструкции выделяют пять модификаций вентиляторов: осевые, центробежные, диагональные, диаметральные и безлопастные.

Диагональные и диаметральные агрегаты считаются разновидностью двух основных групп вентустановок: осевых и центробежных. Принципиально отличаются от своих собратьев новые безлопастные изделия

Исходя из условий эксплуатации, разделяют следующие виды газодувных машин:

• приборы общего использования;
• вентиляторы особого назначения.

К первой группе относятся агрегаты, рассчитанные на работы с воздушными и неактивными газовыми потоками, температура которых не превышает +50°С. Вторая группа включает спецоборудование: термостойкие, взрывозащищенные, пылевые, коррозионно-устойчивые и дымоудаляющие.

По способу монтажа различают:

• стандартные – установка осуществляется на опору;
• крышные – монтаж на кровле здания;
• канальные – размещаются внутри вентиляционного воздуховода;
• многозональные – модели, рассчитанные на подсоединение к нескольким воздушным каналам.

В качестве привода вентиляционной установки используются электродвигатели.

Возможно несколько способов сцепки движка с крыльчаткой:

• непосредственное соединение;
• клиноременная передача;
• бесступенчатая сцепка.

После определения подходящего вида вентилятора подбираются модель с оптимальными техническими характеристиками.

В учет берется площадь обслуживания, место установки, допустимый уровень шума, влажность помещения, необходимость защиты прибора от попадания посторонних предметов

Принцип работы разных видов устройств

Основной критерий выбора вентилятора – его устройство и принцип функционирования. Конструктивные особенности и технические нюансы определяют эффективность прибора, уровень шума, экономичность работы и возможность его применения в определенных условиях.

Осевой агрегат – классический вентилятор

Осевой (аксиальный) вентилятор широко эксплуатируется в бытовых вентиляционных системах частных домов, в вытяжках санузлов, в комплексных вытяжных варинтах, в качестве элемента охлаждения разной техники и электроники, а также в аэродинамических трубах и турбовентиляционных двигателях в сфере авиации.

Конструкция моделей характеризуется простотой исполнения и малыми габаритами. Основные элементы: цилиндрический корпус, колесо с лопастями и привод. Внутренний диаметр цилиндра должен обеспечивать беспрепятственные обороты рабочего колеса. Интервал между лопастями и корпусом ограничивается 1,5% длины вращающейся лопатки.

С целью понижения гидравлических потерь и улучшения аэродинамических характеристик конструкцию дополняют коллектором, диффузором и обтекателем с двух сторон рабочего колеса

Принцип действия: вращающиеся лопасти захватывают воздух и выталкивают его вдоль оси крыльчатки. Перемещение воздушных потоков в радиальном направлении почти отсутствует. Производительность оборудования регулируется поворотом лопаток.

Отличительные особенности аксиальных моделей:

• не требуют большой площади для установки;
• экономное потребление электроэнергии;
• низкий уровень шума;
• простота эксплуатации и ремонта;
• невысокая стоимость.

Преимущества работы и использования осевых вентиляторов обусловили их широкую популярность в быту. Массово применяются корпусные модели для охлаждения электроприборов и переносные аксиальные агрегаты с решеткой.

Для усиления воздухообмена в стеновые проемы и другие несущие конструкции устанавливаются осевые вентиляторы с настенной панелью. Приборы способны функционировать в двух режимах: всасывание и нагнетание воздуха

Центробежная модель – прочность и высокая мощность

Центробежные (радиальные) вентиляторы высокоэффективны – агрегаты способны генерировать высокие давления и эксплуатироваться в жестких условиях. Конструкция оборудования включает следующие элементы.

Корпус. Кожух-диффузор изготовляется из листового металла клепанным или сварным. Пустотелый корпус имеет спиралевидную форму улитки, в конструкции предусмотрены всасывающий и нагнетательный патрубки. Для придания жесткости кожух усиливается оребрением или поперечными полосами.

Сверху «улитка» закрывается дополнительным коробом или обшивается шумопоглащающими панелями. Это необходимо для снижения шума во время работы вентиляционной установки

Рабочее колесо. Лопастный ротор состоит из двух дисков, лопаток и ступицы.

Конструкция колеса определяет условия использования вентилятора:

• бездисковые – транспортировка потоков с твердыми составляющими;
• однодисковые – перемещение воздушных сред с малым содержанием твердых фракций;
• двухдисковые – циркуляция чистых воздушных масс в разном диапазоне давлений;
• трехдисковые – обеспечение двухстороннего всасывания.

Крепление колеса к валу происходит посредством ступиц. К дискам и ступицам фиксируются лопасти.

Лопатки. Рабочие характеристики и эффективность агрегата в целом во многом зависят от формы лопастей:

• аэродинамическое крыло – обеспечивает бесшумность, хороший показатель производительности, устойчивость прибора к высоким температурам;
• изогнутые назад – препятствуют накоплению пыли внутри вентилятора, подходят для эксплуатации в среде с высоким угнетением;
• изогнутые вперед – вентиляторы с «передними» ребрами предназначены для работы с большим объемом воздуха и высоким давлением, отличаются стойкостью к эрозии;
• радиальные – установки компактных размеров со средней эффективностью, направляющие ротора обрабатываются защитным составом от эрозии.

В колесах с «задними» лопастями разница показателей статического и полного давления не большая, поэтому их уровень КПД высок. Эффективность работы достигает 80%.

Вперед загнутые лопасти создают высокую скорость воздушного потока на выходе. Агрегат сохраняет 60% эффективности. Плюс «передних» лопаток – получение нужных параметров при меньших габаритах вентилятора

В центробежных установках воздух поступает в осевом направлении, выталкивается – в радиальном. Воздушные массы под действием центробежных сил движутся в цилиндрическом корпусе.

Весь процесс можно разбить на несколько этапов:

1. При вращении колеса воздух между пространством лопаток устремляется к краю ротора.
2. Как следствие, в центре колеса образуется зона с низким давлением. Это приводит к всасыванию воздушных масс извне.
3. В центре камеры потоки воздуха меняют направление с осевого на радиальное, поступая в отсеки между лопастями.
4. За счет быстрого вращения воздушные массы устремляются к внутренней стенке корпуса.
5. Кинетическая энергия частично преобразуется в энергию сжатия и скорость воздуха снижается – внутри «улитки» собирается объемный воздушный поток и образуется избыточное давление.
6. Газообразная масса устремляется к выходному патрубку, поступает в трубопровод, а далее – в рабочую зону.

Центробежные агрегаты применяются в приточно-вытяжных комплексах крупных помещений, гаражах, торговых центрах и зданий, где требуется непрерывная мощная вентиляция.

Радиальные установки используются на вредном производстве для быстрого удаления загрязненного воздуха. Например, в дерево- или металлообрабатывающих мастерских, в цехах для вытяжки дыма и вредных испарений

Диагональный – комбинация осевого и радиального вентилятора

Диагональная модель – синтез двух типов вентиляторов: осевого и центробежного. Крыльчатка прибора имеет особую форму – строение рабочего колеса напоминает устройство барабана в радиальном вентиляторе. Лопатки крыльчатки расположены параллельно оси вращения.

Комбинированные вентиляторы имеют цилиндрический корпус и внешне больше похожи на аксиальные модели. Однако принцип работы у них разный за счет конструктивных особенностей крыльчатки. Воздух сначала движется вдоль оси, а затем меняет свое направление на 45°.

За счет центробежного нагнетания скорость воздушного потока возрастает, а значит, повышается и эффективность вентиляционной установки. Уровень КПД диагональных моделей достигает 80%

Главное достоинство вентилятора смешанного типа – достижение компромиссных значений между шумовыми характеристиками, производительностью и габаритами устройства.

Чаще всего центробежно-осевые агрегаты применяются в качестве канальных вентиляторов в небольших и средних вентиляционных системах с протяженными воздуховодами. Используются как вытяжные установки и приточники в напорных системах приточного типа.

Тангенциальная установка – равномерность воздушного потока

Тангенциальный (диаметральный) вентилятор состоит из удлиненного корпуса, оснащенного диффузором и патрубком, и рабочего колеса барабанного типа с наклонными лопатками. Осуществляется двукратное перемещение воздуха перпендикулярно оси вращения цилиндра.

Кожух диаметральной модели напоминает корпус радиального вентилятора. Отличие состоит в том, что в тангенциальном агрегате воздуховод расположен вдоль боковой панели

Отличительные особенности диаметральных приборов:

• высокие аэродинамические показатели;
• способность подачи равномерного потока;
• возможность разворачивать вентилятор, выбирая направление воздушного потока;
• бесшумность работы;
• высокий показатель КПД – до 60-70%.

Сфера применения: создание воздушных завес, фанкойлов и использование в сплит-системах.

Безлопастный вентилятор – инновационная технология

Бытовые безлопастные вентиляторы не так давно появились на отечественном рынке вентиляционных систем. Их принцип работы кардинально отличается от рассмотренных выше модификаций.

Действие инновационного прибора основано на стремлении среды к выравниванию баланса между давлениями снаружи и внутри прибора, а также на технологии «воздушного множителя»

Составляющие прибора:

• рамка круглой или овальной формы, предназначенная для втягивания и выброса воздушных масс;
• основание для фиксации рамки;
• мини-турбина, вмонтированная в основание вентилятора;
• мотор.

Инновационный вентилятор работает по такому принципу:

1. После включения мотора в действие приводится турбина.
2. Вращаясь, турбина затягивает воздух через перфорации в корпусе основания.
3. Под воздействием турбулентности воздух ускоряется в 15 раз и выходит сквозь выходные щели, расположенные по периметру рамки.

Воздушные потоки огибают поверхность кольца, и устремляются в нужном направлении.

Благодаря аэродинамическим свойствам вентиляционного прибора в образовавшийся воздушный поток вовлекается воздух со стороны и позади кольцевой рамки

По сравнению с традиционными моделями вентиляторы без лопастей имеют ряд преимуществ:

• плавная регулировка интенсивности воздушного потока;
• удобство и абсолютная безопасность использования;
• изменение направления воздуха за счет регулировки положения кольца;
• эффективность работы – расход электроэнергии на 20% меньше по сравнению с осевыми моделями.

Основные недостатки прибора: дороговизна и высокий уровень шума.

Зависимость от условий эксплуатации

При выборе вентилятора важно учесть условия его использования. Для применения в агрессивной среде разработаны узкоспециализированные установки.

Агрегаты для использования в обычных условиях

Вентиляторы общего назначения изготавливаются из углеродистой стали.

Приборы допустимы к установке при соблюдении обязательных условий эксплуатации:

• содержание пыли в воздухе для радиальных агрегатов – не больше 0,01 г/куб.м, для осевых приборов – до 0,01 г/куб.м;
• температура рабочей среды – до +50°С;
• отсутствие в воздухе химически агрессивных, взрывоопасных компонентов, волокон и липких частиц.

Газопаровоздушная среда не должна провоцировать ускоренных коррозийных процессов, допустимая скорость разрушения металла – 0,1 мм в год. Если температура эксплуатации повышается выше граничного значения, то ухудшается работа двигателя, который обычно расположен в потоке перемещаемых воздушных масс.

Существуют стальные теплостойкие вентиляторы общего назначения. Максимальная температура перемещаемого состава – до +200°С. Отечественные изделия маркируются буквами «Ж» и «Ж2»

Модели общего назначения используют в системах воздушного отопления и вентиляции общественных, жилых и производственных зданий, а также для других санитарно-технических целей.

Вентиляционные установки специального назначения

Вентиляторы спецназначения принято подразделять на пять групп:

• пылевые;
• термостойкие;
• взрывозащищенные;
• коррозионностойкие;
• дымоудаляющие.

Пылевые агрегаты применяются для очистки воздушных масс от пыли и частичек грязи: древесных и металлических опилок, сварочных шлаков, зерновых отходов. Поток воздуха, проходя через патрубки, меняет свое направление с осевого на радиальное. За счет центробежной силы меняется и скорость воздушного потока.

Пылевые устройства изготавливаются из латуни, углеродистой или нержавеющей стали. Максимальная температура рабочей среды составляет +80°С. Существуют модели смешанного типа: пылевые, взрывозащищенные и термостойкие

Радиальные пылевые вентиляторы малой мощности устанавливаются на автомобилях, транспортирующих зерновые составы. Приборы высокого давления используются в больших производственных цехах.

Термостойкие агрегаты предназначены для перемещения воздуха, температура которого превышает +80°С.

В силу жестких условий эксплуатации вентиляторы должны обладать особыми характеристиками:

• теплоизоляция электродвигателя и вынос его за пределы воздушного потока;
• высокий уровень защиты двигателя – IP44 и выше;
• изготовление конструктивных элементов из жаропрочных материалов (термостойкого полиамида, алюминиевого сплава, нержавеющей или углеродистой стали);
• широкий диапазон рабочих температур.

Жаростойкие вентиляторы используются в обустройстве вентсистемы бань и саун, отвода высокотемпературного вытяжного воздуха из камина или печи, удаление продуктов горения с производственных мест.

Жаропрочные агрегаты могут иметь осевое или радиальное исполнение. Чаще всего высокотемпературные вентиляторы применяют в вентканалах, но есть модификации, которые монтируются без воздуховодов

Взрывозащищенное вентиляционное оборудование предназначено для отвода взрывоопасных газовых смесей. К этой категории относятся составы, в которых при возгорании малейшей частицы воспламеняется весь оставшийся объем газа.

Требования к взрывобезопасности электрического оборудования регламентированы директивами ATEX EC. Зависимо от степени взрывоопасности зон вентиляционные установки могут защищаться:

• кварцевым или масляным заполнением оболочек токопроводящих частей;
• герметизацией компаундом – полимерный материал;
• взрывонепроницаемыми покрытиями.

Материалом изготовления коллекторов входа, рабочих колес, корпуса служит нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы и группы разнородных материалов: нержавеющая сталь-латунь, бронза, электропроводящий пластик.

Разнородные материалы комбинируются таким образом, чтобы при ударе или трении друг о друга не могла возникнуть искра

Коррозиестойкие вентиляторы предназначены для транспортировки агрессивных невзрывоопасных воздушно-газовых смесей с незначительным содержанием пыли, а также отсутствием волокнистых и липких компонентов.

Материалы изготовления деталей прибора: титановые сплавы, полипропилен, винипласт. Как вариант, рабочие элементы напыляются антикоррозийным покрытием – коррозионностойкой сталью марки 08Х13 или титановым сплавом.

Сфера применения «противоржавеющих» вентиляторов:

• черная металлургия;
• технологические линии по производству минеральных удобрений;
• производство углерода;
• подача воздуха в котлы с кипящим составом;
• организация циркуляции водяных паров с примесями фенола, щелочи и сероводорода;
• линии коксохимических комбинатов.

Вентиляторы дымоудаления – мощные огнеупорные установки, встраиваемые в вентиляционную систему здания и работающие на выдув дыма из помещения. К агрегатам предъявляются высокие технические требования.

В случае пожара, вентилятор должен безостановочно функционировать в течение 2-х часов при температуре выдуваемого воздуха до +400°С. При повышении температуры до +600°С – до 1-го часа

Сфера применения – системы противодымной вентиляции зданий разного назначения. «Дымососы» устанавливаются на крыше помещения с помощью монтажного фланца и подсоединяются к дымоудаляющим воздуховодам.

Зависимо от конструкции вентилятора может осуществляться двух- или четырехсторонний выброс дыма в горизонтальном или вертикальном направлении. Предусмотрена возможность функционирования агрегатов в режиме общеобменной вентиляции дома.

Типы вентиляторов по способу монтажа

Как было обозначено выше, по методу монтажа вентиляционные устройства делятся на 4 группы: стандартные, крышные, канальные и многозональные.

Обычные вентиляторы, как правило, идут в комплекте с опорной рамой или держателем. Их монтаж не вызывает каких-либо сложностей.

Крышные агрегаты устанавливаются на кровле постройки и выступают заключительным звеном вентиляционной системы здания. Такие вентиляторы подвергаются воздействию негативных внешних факторов (дождь, снег, порывы ветра), поэтому изготавливаются из особо прочных материалов. Практически все модели оснащаются защитным конусом, предупреждающим засорение корпуса.

Кровельные вентиляционные приборы работают по осевому или центробежному принципу. Первый вариант чаще используют для обычной среды, а второй – для пылевой и агрессивной

При выборе крышного вентилятора учитывают специфику обустраиваемого помещения. Например, для детского сада, больницы или школы подбирается модель с низким уровнем шума. Для производственного цеха приоритетом будет мощность оборудования.

Канальные вентиляционные установки размещаются в вентканалы и осуществляют вытяжку и приток воздуха через систему воздуховодов. Конструкция канальных вентиляторов обычно диагонального или радиального типа, реже – аксиального.

Выбор прибора осуществляется с привязкой к форме воздуховода. Выпускаются агрегаты для круглых, квадратных и прямоугольных шахт.

Канальные вентиляторы прямоугольной или квадратной формы выполняются из металла, круглые – из пластика. Металлический кожух износоустойчив и прочен, а пластиковый – менее шумный

Многозональные вентиляционные установки оснащены корпусом, позволяющим подсоединить несколько всасывающих воздуховодов, которые исходят из разных зон. Такие вентиляторы незаменимы в помещениях, где требуется обустроить вытяжку в разных комнатах, а отводящий воздуховод всего один.

Многоканальные агрегаты позволяют оптимизировать комплекс воздуховодов, сократить капитальные расходы и трудоемкость работ по обустройству вентиляционной системы дома

Дополнительное преимущество – упрощение эксплуатации. Обслуживать необходимо один, а не несколько вентиляторов.

Разновидности бытовых вентиляционных моделей

Бытовые вентиляторы дополнительно классифицируются по месту установки.

Оконные. Прибор монтируется в форточку или стену возле окна, воздуховод отсутствует. Такое оборудование преимущественно используется в общественных заведениях: кафе, парикмахерских и т.д. Самостоятельная врезка в установленные ПВХ-окна проблематична.

Оконные вентиляторы производятся с круглым и квадратным профилем. Некоторые модели оснащаются обратным клапаном, препятствующим проникновению пыли вовнутрь жилья

Кухонные. Выводят пары и различные запахи, возникающие во время готовки. Вентилятор монтируется непосредственно в вытяжной зонт. Исходя из конструкции различают плоские, купольные и встроенные вытяжки. Кухонные вентиляторы должны быть жаропрочными и иметь внешнюю защитную сетку.

Оборудование для санузла. Для повышения эффективности вытяжной вентиляции туалета и ванной комнаты используются накладные настенные и потолочные вентиляторы. Компактные агрегаты экономичны и просты в установке.

Внутренняя часть корпуса помещается в вентканал, а наружная выступает и закрывается вентиляционной решеткой. В ванной комнате целесообразно использовать вентилятор с гидродатчиком

Независимо от типа выбранного вентилятора, особое внимание следует уделить маркировке прибора, а именно – степени защиты IP. Стандарт IP характеризует защищенность оборудования в не агрессивной среде.

Первая цифра имеет значение в диапазоне 0-6 и указывает на уровень защищенности от проникновения посторонних предметов, пыли и контакта с руками

Уровень защиты от попадания вовнутрь корпуса влаги указывает вторая цифра маркировки.

Высока вероятность проникновения воды в приборы со значением «0». Они допустимы к установке только в «сухих» помещениях. Наивысшая степень защиты «8» гарантирует сохранность вентилятора при полном погружении в воду

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Принцип работы и конкурентные преимущества безлопастного вентилятора:

Видео #2. Устройство центробежного вентилятора ВЦУН:

Видео #3. Конструкция канального вентилятора круглой формы:

Модельное исполнение и технико-эксплуатационные характеристики вентиляторов позволяют подобрать оптимальное оборудование, как для бытового, так и промышленного применения. Конструкции вентиляционных установок постоянно совершенствуются, подстраиваясь под потребности покупателей.

Появились вопросы в процессе ознакомления со статьей? Хотите сообщить о полезных в выборе оборудования нюансах? Пишите, пожалуйста, комментарии в блоке, расположенном ниже.