Odstredivý ventilátor: špecifikácia zariadenia a princíp činnosti prístroja

S rozvojom priemyselného sektora si veľké množstvo technologických procesov vyžiadalo nútené prívod vzduchu. Nezostala stranou ani domáca sféra. Na zabezpečenie niektorých typov komunikácií je potrebný pravidelný prísun čerstvého vzduchu.

Elegantným riešením tohto problému sa stal odstredivý ventilátor, ktorý je schopný v autonómnom režime tlačiť potrebné množstvo vzduchovej hmoty. Ale ako je konštruovaný a ako funguje? Práve tieto otázky podrobne rozoberieme v našom článku.

Pozrieme sa na konštrukčné vlastnosti zariadenia, jeho možnosti, oblasť použitia, najlepších výrobcov, ktorých produkty sú na trhu. A tiež poskytneme odporúčania pre výber vhodného modelu ventilátora.

Podstata tlakovania a riedenia vzduchu ventilátorom

Ventilátor predstavuje mechanickú konštrukciu, ktorá je schopná spracovávať prúd plynovzdušnej zmesi zvýšením jej mernej energie na následný presun.

Takáto architektúra agregátu poskytuje možnosť vytvárať efekt tlakovania alebo riedenia pracovného plynu v priestore zvýšením alebo znížením tlaku (mechanizmus premeny energie).

Pod tlakom plynu sa rozumie nekonečný proces chaotického pohybu molekúl plynu, ktoré narážajúc na steny uzavretého priestoru vytvárajú na ne tlak.

Následne, čím vyššia je rýchlosť týchto molekúl, tým viac nárazov a tým vyšší tlak. Tlak plynu je jednou z hlavných charakteristík plynu.

Z druhej strany, každý plyn má ešte dva parametre: objem a teplotu. Objem je množstvo priestoru, ktorý plyn vyplnil. Teplota plynu je termodynamická charakteristika, ktorá spája rýchlosť molekúl a tlak, ktorý vytvárajú.

Na týchto “troch pilieroch” stojí molekulovo-kinetická teória, ktorá je základom pre opis všetkých procesov súvisiacich so spracovaním plynov a plynných zmesí.

Proces stláčania predstavuje nútené sústredenie molekúl v uzavretom priestore nad určitú normu. Napríklad všeobecne uznávaný tlak vzduchu pri povrchu Zeme je približne 100 kPa (10⁵ kilopascalov) alebo 760 mm Hg (milimetrov ortuťového stĺpca).

So zvyšujúcou sa výškou nad povrchom Zeme tlak klesá, vzduch je redší.

Atmosférický tlak je hmotnosť vzduchového stĺpca vzhľadom na plochu povrchu, nad ktorým sa nachádza. Nie hmotnosť, ale práve váha P=mg. Meria sa barometrom, ostatné typy tlaku sa merajú manometrom.

Podtlak je opačný proces k stláčaniu, počas ktorého molekuly opúšťajú uzavretý systém. Objem zostáva rovnaký, ale počet molekúl sa výrazne znižuje, a teda aj tlak klesá.

Efekt stláčania je potrebný na nútený pohyb vzduchu. Je možný variant pohybu vzduchu prostredníctvom podtlaku: na obnovenie rovnováhy tlaku v celom systéme sa molekuly presúvajú z oblasti s vyššou koncentráciou molekúl do oblasti s nižšou koncentráciou.

Týmto spôsobom dochádza k pohybu molekúl plynu.

Na meranie rýchlosti prúdenia vzduchu vonku alebo vo vnútri budovy sa často používa špeciálny nástroj – anemometer. Nevyhnutný prístroj pre navrhovanie ventilačných systémov.

Existujú rôzne konfigurácie ventilačných systémov, ale možno ich podmienečne rozdeliť do niekoľkých tried podľa určitých parametrov:

1. Podľa účelu. Rozlišujeme ventilátory všeobecného a špeciálneho určenia. Ventilátory sa používajú na bežný pohyb plynu. Špeciálne ventilátory sa používajú na pneumatickú dopravu, prepravu agresívnych a výbušných plynových zmesí.
2. Podľa rýchlobežnosti. Existujú s malou, strednou a vysokou mernou frekvenciou otáčania kolesa s lopatkami.
3. Podľa rozsahu tlaku. Známe sú systémy generujúce nízky (do 1 kPa), stredný (1–3 kPa) a vysoký (nad 3 kPa) tlak.

Niektoré priemyselné a domáce procesy s použitím dúchadiel prebiehajú v extrémnych podmienkach prostredia, preto sa na zariadenia kladú zodpovedajúce požiadavky.

Takto môžeme hovoriť o prachotesných, vlhkostne odolných, teplovzdorných, korózii odolných, iskrovo bezpečných agregátoch a zariadeniach na odvod dymu a bežných ventilátoroch.

Informácia o typoch ventilátorov je podrobne rozobraná v inom našom článku.

Konštrukcia ventilátora odstredivého typu

Systém odstredivej konštrukcie predstavuje tlakový mechanizmus s radiálnou architektúrou, ktorý je schopný generovať tlak akéhokoľvek rozsahu.

Je určený na prepravu jedno- a viacatómových plynov, vrátane chemicky “agresívnych” zlúčenín.

Konštrukcia je “obalená” kovovým/plastovým krytom, ktorý sa nazýva ochranný plášť. Plášť chráni vnútornú komoru pred prachom, vlhkosťou a inými látkami, ktoré môžu negatívne ovplyvňovať činnosť zariadenia.

Kvalitný ventilačný výrobok má vždy určitú triedu ochrany. Stupeň ochrany plášťa (Ingress Protection) – jednotný medzinárodný štandard kvality výrobku, ktorý určuje úroveň chránenosti zariadenia pred vplyvom okolitého prostredia.

Ventilátor radiálneho typu vyvíja výrazne väčší tlak ako osový variant. Je to spôsobené odovzdaním energie porcii vzduchu, ktorá sa dostala do bubna, pri prechode od vstupu k výstupu zo systému.

Mechanizmus je poháňaný elektromotorom alebo spaľovacím motorom (typické pre priemyselné ventilátory). Najrozšírenejšou metódou je elektromotor, ktorý otáča hriadeľ s obežným kolesom.

Je známych niekoľko spôsobov prenosu rotačného pohybu z motora na impeler:

• pružná spojka;
• klínový remeňový prevod;
• bezstupňový prevod (hydraulická alebo indukčná klzná spojka).

Vzhľadom na existenciu obrovského množstva výrobných firiem, ktoré vytvárajú unikátne systémy s veľmi rôznymi dynamickými parametrami, majú spotrebitelia k dispozícii pomerne široký sortiment ventilátorov.

V kryte sú dva hlavné kanály: vstupný a výstupný. Zmes plynov vstupuje do prvého kanála, presúva sa do komory, tam sa spracováva, a potom vystupuje do druhého.

Vďaka intenzívnej práci vývojárov máme k dispozícii široké spektrum použitia takýchto strojov, vrátane:

• systémy vetrania a kúrenia v súkromných a viacposchodových domoch;
• prívod a čistenie vzduchu pre neobytné budovy;
• filtračné systémy v poľnohospodárstve;
• vykonávanie technologických procesov v ľahkom a ťažkom priemysle rôzneho zamerania.

Existujú tiež varianty použitia dúchadiel v hasiacich systémoch a pri extrémne rýchlej výmene vzduchu v uzavretom priestore.

Takéto ventilátory pracujú s vysokoteplotnými zmesami plynov, čo zaväzuje výrobcov zahrnúť do technickej dokumentácie informácie o zhode svojho zariadenia s medzinárodnými normami.

Overená a jednoduchá konštrukcia odstredivého mechanizmu má niekoľko zrejmých výhod:

• vysoká spoľahlivosť a neprekonateľný výkon;
• jednoduchosť a dostupnosť údržby zariadenia;
• bezpečnosť integrácie a prevádzky agregátov;
• minimálne náklady na energetické zdroje a opravy v prípade poruchy.

Okrem toho sa dúchadlá vyznačujú pomerne nízkym prahom hluku, čo umožňuje ich použitie v domácich podmienkach. Odstredivé ventilátory majú tiež mimoriadne dlhú životnosť vďaka absencii priameho kontaktu pracovných častí mechanizmu v pracovnej komore.

Vlastnosti pracovného cyklu zariadenia

Pozrime sa na všeobecný princíp činnosti odstredivého dúchadla radiálnej konštrukcie. Všimnime si, že odborníci rozlišujú dve základné konštrukcie ventilátora: s osovým a radiálnym umiestnením vstupného otvoru, kam je nasávaný prúd vzduchu.

To ovplyvňuje predovšetkým spôsob montáže ventilátora do systému a prakticky neovplyvňuje celkový výkon.

Ventilátor radiálneho typu môže pracovať ako s bežným vzduchom, ktorý odoberá z priestoru, tak aj s prúdiacim vzduchom, ktorý prechádza vzduchovodom (efekt vyrovnávania oblastí s rôznym tlakom).

Osový vstupný otvor je typický pre tlakové dúchadlá všeobecného použitia. Radiálne umiestnenie vstupu prúdu je typické pre dúchadlá používané v hlavných rozvodoch.

V prvom štádiu pracovného cyklu ventilátora sa prúd vzduchu presúva na povrch rýchlo rotujúceho impelera. Lopatky obežného kolesa rozdeľujú vzduch na malé objemy, ktoré sa presúvajú do vnútra pracovnej komory.

Tu dochádza k hromadeniu vzduchovej hmoty, teda k priamemu stlačeniu vzduchovej hmoty na malý objem.

Samotná konštrukcia telesa agregátu má svoje špecifiká.

Sú známe dve najrozšírenejšie formy telesa:

• okrúhle;
• špirálovité.

Okrúhla forma telesa je charakteristická pre ventilátory, ktoré presúvajú obrovské množstvo vzduchu za krátky čas vykonania procesu. Zatiaľ čo špirálovitá forma je vlastná ventilátorom, ktoré dodatočne vykonávajú stlačenie vzduchového objemu a generovanie stredného a vysokého tlaku.

V druhom štádiu dochádza k vháňaniu vzduchu v pracovnej komore. Ako je známe, pri konštantnom objeme so zvyšovaním celkovej hmotnosti molekúl plynu sa zvyšuje počet zrážok molekúl, a teda sa zvyšuje aj ich rýchlosť. Následne sa zvyšuje aj tlak plynu.

Veľký význam má tvar a počet lopatiek. Všetky možnosti impelerov bez výnimky sa testujú v aerodynamických tuneloch na určenie optimálnych prevádzkových podmienok.

V záverečnom štádiu dochádza k odvodu stlačeného plynu z pracovnej komory k výstupnému otvoru. Ďalej vzduch prechádza do centrálneho vzduchovodu a presúva sa v určenom smere.

Proces podtlaku prebieha presne naopak. Vzduch je odoberaný z vzduchového potrubia alebo uzavretého priestoru, kde je potrebné vytvoriť oblasť podtlaku, a je vypúšťaný do okolitého prostredia alebo iného ohraničeného priestoru.

Špecifikácia odstredivého ventilátora

Kompresorové systémy sa vyznačujú celým radom konštrukčných a dynamických odlišností, ktoré je potrebné zohľadniť pri ich výbere a implementácii do ventilačného systému.

K špecifikácii patrí:

• priamo samotnú konštrukciu dúchadla;
• typ motora;
• riadiaci blok;
• umiestnenie obežného kolesa a prenos rotačného pohybu z motora;
• uhol umiestnenia vstupného a výstupného hrdla;
• materiál, z ktorého sú vyrobené časti výrobku, jeho rozmery a hmotnosť.

Odborníci takisto dbajú na súlad výrobkov s medzinárodnými normami: normy ISO/IEC a GOST, označenia IP, smernice ATEX atď.

K dynamickým charakteristikám patria technické parametre výkonnosti dúchadla: generovaný tlak a koeficient tlakového rozdielu, rýchlosť a maximálna teplota prúdu, frekvencia otáčania hriadeľa a hladina akustického tlaku, účinnosť a výkon motora.

Vháňaný tlak – maximálna hodnota, ktorú je ventilátor schopný vytvoriť počas prevádzky v menovitom režime.

P_v = P_sv + P_dv,

Kde: P_v – celkový tlak, P_sv – statický tlak, P_dv – dynamický tlak.

Koeficient prepadu – rozdiel medzi vstupným a generovaným tlakom (bar).

Objemový prietok vzduchu – množstvo plynovej zmesi, ktorá sa premiestni za jednotku času (výkon). Zvyčajne sa vyjadruje v m³/h pre domácich výrobcov, l/min – pre zahraničných.

Frekvencia otáčania – počet úplných otáčok obežného kolesa za jednotku času. Udáva sa v ot/s alebo Hz. Treba pamätať, že úroveň zaťaženia vzduchového ventilátora by nemala prekročiť 75% maximálnej.

Pri dlhodobej prevádzke v režime preťaženia s vysokou frekvenciou otáčania sa ventilátor prehrieva a môže rýchlo zlyhať. Tento proces je však možné kontrolovať riadením podľa vlastného uváženia. Na to sa používa regulátor otáčok ventilátora.

Akustický tlak – hladina hluku od otáčajúcich sa častí a trenia vzduchu o kov. Meria sa vo vzdialenosti 3 metre od zdroja, keď pracuje v režime maximálneho zaťaženia. Hluk je potrebné zohľadniť pri výbere nepretržite pracujúceho ventilátora.

Väčšina zariadení je vybavená tlmivkami hluku a pozadia. Normy pre hluk: najviac 50 dBA pre obytné priestory a najviac 75 dBA pre priemyselné.

Jedným zariadení s minimálnou hladinou hluku je bezlopatkový ventilátor.

Účinnosť ventilátora je súčinom troch nižšie uvedených koeficientov:

• straty v prúde vzduchu;
• netesnosti cez škáry v konštrukcii;
• mechanická účinnosť výrobku.

Pre odstredivé ventilátory sa celková účinnosť pohybuje v rozmedzí od 0,7 do 0,85, pre osové (potrubné) – najviac 0,95. Pri výbere radiálneho ventilátora je potrebné zohľadniť bezpečnostný faktor elektromotora 1,2. To znamená, že výkon elektromotora by mal byť o 20 % vyšší, ako je potrebný.

Výkon elektromotora ventilátora sa určuje podľa vzorca:

N = (Q*P)/(102*3600*η),

Kde: Q – výkon (objemový prietok vzduchu), P – generovaný tlak.

Výber ventilátora podľa požiadaviek

Proces výberu vetracieho zariadenia pre priemyselný objekt (výrobnej haly, hangáru) je pomerne zaujímavý a zložitý proces, ktorý by mal vykonávať odborník. Špecifiká vetrania výrobných priestorov sú podrobne uvedené tu.

Pre bežné byty a rodinné domy už existujú hotové riešenia. Vo všeobecnom prípade (pre 2–3 izbový byt) máme nasledujúcu architektúru vetracieho systému:

• v obytných miestnostiach sa montujú vetracie jednotky, ktorých počet závisí od veľkostí miestností a počtu obyvateľov;
• V kuchyni a na WC sú integrované odťahové difúzory plus sú vedené vzduchovody k prívodno-odťahovej jednotke.

Odstredivý ventilátor obsahuje riadiacu jednotku, filtračný systém na čistenie vzduchu, elektromotor a samotný radiálny ventilátor.

Pre uvedený systém vetrania sú vhodné nástenné ventilátory série CF od Vents s výkonom do 120 m³/h

Súčasný trh s ventilačným zariadením je zastúpený širokým spektrom zahraničných výrobcov: 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.

Výrobky od týchto spoločností budú vynikajúcim riešením pre úlohy vetrania akéhokoľvek rozsahu.

V kvalite výroby a spoľahlivosti zariadení im nezaostávajú domáce značky Vents, Elkom, Domovent a Veza. Ak máte pochybnosti o presnosti vykonaných výpočtov alebo o výbere konkrétneho modelu, odporúčame obrátiť sa na zákaznícku podporu ktorejkoľvek z týchto spoločností.

Ak ste vlastníkom rodinného 1–2 poschodového domu, výrobnej alebo komerčnej budovy podobnej veľkosti (reštaurácia, sklad, jedáleň, kaviareň, kancelária), pri výbere zariadenia je potrebné zohľadniť objem miestností, intenzitu výmeny vzduchu, dĺžku a prierez hlavných potrubí.

S úlohami vetrania a odvodu dymu si ľahko poradia viaczónové dúchadlá alebo strešné ventilátory série KROM od spoločnosti Veza, ventilátory série VN od Vents a ďalšie.

Nezabudnite venovať pozornosť dodatočnej funkčnosti odstredivých ventilátorov a možnosti integrácie do rôznych systémov klimatizácie.

Tak, radiálne dúchadlá môžu byť vybavené pomocnými komponentmi:

• nastaviteľnými časovačmi a intervalovými prepínačmi, fotosenzormi a detektormi vlhkosti;
• regulátormi rýchlosti a indikátormi stavov;
• senzormi preťaženia elektromotora a výpadku elektrického napájania siete;
• pružinovými tlmičmi vibrácií alebo gumovými izolátormi vibrácií.

Ak je ventilátor umiestnený vnútri bytu alebo domu, možno ho zakryť odnímateľným čelným dekoratívnym panelom z hliníka alebo plastu, berúc do úvahy interiér miestnosti.

Pre mnohých používateľov je podstatným kritériom pri výbere ventilátora hlučnosť. Vyberáte tichý ventilátor do kúpeľne? Odporúčame oboznámiť sa s rebríčkom tichých ventilátorov.

Závery a užitočné video k téme

V nasledujúcom videu odborníci spoločnosti Elkom zrozumiteľne rozprávajú o odstredivých ventilátoroch:

Nižšie je uvedený vynikajúci príklad montáže domáceho ventilátora v kúpeľni:

Ešte jeden variant inštalácie domáceho nízkovýkonného ventilátora v byte:

Klasický odstredivý ventilátor je výsledkom dlhoročných skúseností v oblasti projektovania a výroby ventilačných zariadení. Nie je to len vynikajúce riešenie pre priemysel, ale aj optimálny nástroj na prepravu vzduchu pre obytné a kancelárske priestory.

Rozmýšľate o kúpe odstredivého ventilátora? Alebo ste si všimli nezrovnalosť v rozobratom materiáli? Pýtajte sa, upresňujte technologické aspekty v bloku komentárov.

Alebo ste už takýto ventilátor nainštalovali v kúpeľni? Ste spokojní s jeho prevádzkou? Vybrali ste si správny výkon zariadenia pre svoju miestnosť? Pošlite foto svojho ventilátora a zanechajte svoje komentáre.