Канальные радиальные вентиляторы: типы, конструктивные отличия и особенности аэродинамических характеристик

На английском языке канальные вентиляторы называются in-line fan, что можно перевести как вентилятор, не изменяющий направления движения воздуха, встраиваемый в линию, или duct fan, т.е. канальный вентилятор. Необходимо отметить, канальные вентиляторы не являются некой новинкой в России, исследования и разработки по ним велись давно. В научной литературе такого типа вентиляторы именуются прямоточными радиальными вентиляторами. Научно-исследовательские работы по этим вентиляторам были вызваны определенными ограничениями в компоновочных решениях, которые имеют место при использовании радиальных вентиляторов со спиральными корпусами. Основной задачей при разработке новых аэродинамических схем прямоточных радиальных вентиляторов было сохранение высокого КПД и коэффициента давления, свойственных радиальным вентиляторам со спиральным корпусом [1]. Это приводило к усложнению конструкции, т.к. для получения высокой эффективности за колесом необходимо было устанавливать сложные спрямляющие аппараты. Как альтернатива, использовались различного рода безлопаточные диффузоры, что вызывало увеличение размеров и, соответственно, стоимости вентиляторов. Западные фирмы пошли по более простому пути — разумное снижение эффективности вентилятора компенсировалось технологичностью для обеспечения массового производства и улучшением компоновочных возможностей для потребителя. Изначально канальные радиальные вентиляторы не предназначались для использования в качестве самостоятельных агрегатов, а использовались как вентиляторы-доводчики, встраиваемые в воздуховоды (вентиляционные системы). Поэтому и корпуса вентиляторов имеют присоединительные патрубки или фланцы под стандартные сечения круглых или же прямоугольных воздуховодов. В дальнейшем, после удачного опыта использования канальных вентиляторов и очевидных преимуществ в компоновке, ихразвитие шло в направлении разработки вентилятора как самостоятельного изделия, что впоследствии привело к появлению, в частности, канальных вентиляторов в квадратных корпусах. В настоящее время канальные вентиляторы на российском рынке представляют крупнейшие европейские фирмыпроизводители, такие как SYSTEMAIR [2], OSTBERG [3], ROSENBERG [4], VENT-AXIA [5], KORF [6]. В последние годы канальные вентиляторы начали производить ряд российских предприятий, например, «ЛотВентСервис» [7], «Лиссант» [8], «КлиматВентМаш» [9], BB Consulting [10], «Инновент» [11]. В большинстве случаев это сборка прямых аналогов западных вентиляторов, но некоторые российские предприятия производят вентиляторы собственных оригинальных разработок, например, «Инновент», «КлиматВентМаш». И, как это обычно имеет место, появились производители, которые стали выпускать плохие копии канальных вентиляторов российских разработок. Как правило, в каталогах западных производителей канальные вентиляторы классифицируются по типу воздуховодов, а именно, вентиляторы «для круглых», «прямоугольных» или «квадратных» воздуховодов. К чему приводит такой упрощенный подход, видно на простом примере: если к вентилятору для «прямоугольного воздуховода» пристыковать переходник (адаптер) для круглого воздуховода, то вентилятор формально превращается в вентилятор для «круглых воздуховодов», хотя имеет корпус, разработанный для прямоугольных воздуховодов. Мы предлагаем свою классификацию канальных вентиляторов, которая приведена на рис. 1. Основой классификации является ряд отличительных конструктивных признаков, наиболее существенно влияющих на аэродинамические характеристики вентиляторов. Оговорим сразу же, что термин «канальные радиальные вентиляторы» мы относим только к вентиляторам, у которых течение в колесе радиальное, причем на входе и выходе из вентилятора направления течения совпадают, и которые имеют входные и выходные фланцы или патрубки для присоединения к воздуховоду. При этом ось вращения колеса может быть расположена произвольно относительно оси канала (воздуховода). Таким образом, под понятие «канальные радиальные вентиляторы» не подходят: крышные вентиляторы с факельным выбросом (не имеют выходного присоединительного фланца), осевые и диаметральные (прямоточные) вентиляторы, т.к. течение в них не является радиальным. Далее, мы опускаем слово радиальные и именуем их «канальными вентиляторами». Основное конструктивное отличие канальных вентиляторов заключается в устройстве, снижающем закрутку потока на выходе из радиального колеса, т.е. в наличии спрямляющего аппарата или спирального корпуса. По этому признаку вентиляторы делятся на две большие группы: канальные вентиляторы со спрямляющим аппаратом (прямоточные) и канальные вентиляторы со спиральным корпусом. К первой группе относятся вентиляторы с круглыми, квадратными или прямоугольными корпусами, течение в которых схематично изображено на рис. 2. Отличительной чертой этих вентиляторов является то, что ось вращения (ОВ) колеса (К) расположена параллельно направлению потока во входном/выходном воздуховоде. В дальнейшем эту группу канальных вентиляторов будем называть прямоточными радиальными вентиляторами или прямоточными канальными вентиляторами. Прямоточные канальные вентиляторы всегда имеют в том или ином виде спрямляющий аппарат (СА); у вентиляторов с круглым корпусом это специальные стойки крепления электродвигателя, а у вентилятора с квадратным (прямоугольным) корпусом роль спрямляющего аппарата выполняют углы корпуса и стойки крепления электродвигателя. В группу прямоточных канальных вентиляторов входят вентиляторы с круглым корпусом (тип 1.1) и вентиляторы с квадратным/ прямоугольным корпусом (тип 1.2). Вентиляторы второй группы, т.е. канальные вентиляторы со спиральным корпусом схематично изображены на рис. 3. Отличительной чертой этих вентиляторов является то, что ось вращения (ОВ) колеса расположена перпендикулярно направлению потока во входном/выходном воздуховоде. В эту группу входят вентиляторы с прямоугольными корпусами, так называемые «положенные на бок колеса» (тип 2.1) и вентиляторы со спиральными корпусами, но установленные в боксы/ящики (тип 2.2). Вентиляторы второй группы всегда имеют в том или ином виде спиральный корпус (СК; или его упрощенный элемент) для организации выхода потока. Вентиляторы второй группы, строго говоря, не являются канальными вентиляторами, хотя и попадают под признаки канальных вентиляторов. Мы умышленно называем эту группу канальными вентиляторами со спиральным корпусом, чтобы показать, что это те же радиальные вентиляторы, но несколько видоизмененные. Например, вентиляторы «с положенными на бок колесами» (тип 2.1, рис. 3, а) — это вентиляторы с входным коробом, который выродился в некую узкую полость на входе и с элементом спирали на выходе. Канальные вентиляторы со спиральным корпусом установленные в бокс (тип 2.2, рис. 3, б), как и следует из названия, являются обычными радиальными вентиляторами, но имеют видоизмененный входной короб, который принял форму объемлющего вентилятор бокса. Следующее отличие, которое наблюдается внутри каждой из двух групп вентиляторов — это типы используемых колес. Исходя из различий аэродинамических характеристик, принято разделять радиальные колеса на две группы: с назад загнутыми лопатками и вперед загнутыми лопатками. Первые имеют максимальные коэффициенты производительности примерно до 0,4–0,42 и коэффициенты полного давления — до 0,7–1. У вентиляторов с такими колесами разница между статическим и полным давлениями обычно невелика и они имеют достаточно большие КПД. Вентиляторы с колесами с вперед загнутыми лопатками имеют максимальные коэффициенты производительности — примерно до 0,8 и коэффициенты давления до 2,5–3. Рабочие колеса с загнутыми вперед лопатками имеют очень большие скорости закручивания потока на выходе и поэтому используются только со спиральным корпусом. Аэродинамический КПД таких вентиляторов несколько меньше, чем у аналогичных вентиляторов с загнутыми назад лопатками, но они позволяют получить требуемые параметры в рабочей точке при меньших габаритах или меньшей частоте вращения, что в ряде случаев бывает решающим. Однако, из-за большой скорости потока на выходе из вентилятора, у них динамическое давление (подсчитанное по скорости в выходном сечении спирального корпуса) составляет большую долю в полном давлении, чем у вентиляторов с назад загнутыми лопатками. В ряде случаев использования колес с вперед загнутыми лопатками в канальных вентиляторах динамическое давление полностью теряется, что снижает эффективность вентиляторов. В прямоточных канальных вентиляторах, как правило, используются колеса с назад загнутыми лопатками (хотя есть один представитель с вперед загнутыми лопатками), и конструктивно вентиляторы отличаются в зависимости от разновидности используемых колес: обычные радиальные или диагональные колеса. Вентиляторы с круглым корпусом и с диагональными колесами (1.1.B.D) в свою очередь могут иметь корпуса с поджатием потока (1.1.B.D1) и без такового (1.1.B.D2), что также приводит к некоторому различию в аэродинамических характеристиках. В канальных вентиляторах со спиральным корпусом используются колеса как вперед, так и с назад загнутыми лопатками. Вентиляторы с прямоугольным корпусом (положенные на бок колеса 2.1) выпускаются с назад (2.1.B) и вперед загнутыми лопатками (2.1.F). Вентиляторы с назад загнутыми лопатками (2.1.B) могут иметь как развитый спиральный корпус, так и упрощенный (три стенки на выходе), но мы не разделяем эти типы вентиляторов, т.к. не обнаружили существенных различий в аэродинамических характеристиках. Вентиляторы в боксе (2.2) с вперед загнутыми лопатками (2.2.F) имеют несколько исполнений: колеса одностороннего (2.2.F.SS), двустороннего (2.2.F.DS) всасывания. В этой группе существуют также сдвоенные вентиляторы, вентиляторы с несколькими входами, которые мы не включили в классификацию, т.к. они образованы за счет простого увеличения числа функциональных элементов. Переходя к анализу аэродинамических характеристик и конструктивных отличий канальных вентиляторов, рассмотрим некоторые особенности используемых электродвигателей, которые в известной мере влияют на их аэродинамические характеристики. Обычно в канальных вентиляторах западных производителей используются встроенные в колеса электродвигатели с внешним ротором и повышенным скольжением. Размещение электродвигателя с внешним ротором внутри колеса конструктивно обосновано только для канальных вентиляторов со спиральным корпусом — в прямоугольном корпусе (2.1) и боксе (2.2), т.е. в тех случаях, когда необходимо иметь минимальную высоту вентиляторов. У прямоточных канальных вентиляторов установка электродвигателя внутри колеса влияет только на длину вентилятора, что в большинстве случаев не является определяющим. Например, разница в длине корпуса вентилятора в 50–100 мм, установленного в воздуховод длиной 10 м, не является принципиальной. Использование же электродвигателей с внешним ротором имеет ряд особенностей. Во-первых, загромождение колеса вентиляторавсегда приводит к ухудшению его аэродинамических характеристик, в большей мере это относится к вентиляторам с вперед загнутыми лопатками, в меньшей мере — назад. Во-вторых, мощность этих двигателей, как правило, меньше максимальной потребляемой колесом мощности, о чем свидетельствует значительная разница между номинальной (паспортной) и синхронной частотами вращения. При увеличении нагрузки (например, увеличении производительности вентиляторов) такие электродвигатели снижают обороты. Это приводит к тому, что характеристика вентилятора, как правило, является крутопадающей, а при отрицательных температурах аэродинамическую характеристику вентилятора трудно предсказать. Принято считать, что достоинством таких электродвигателей является то, что при перегрузке они не сгорают, т.к. встроенное термореле отключает электродвигатель. Но следует помнить, что при этом вентилятор и, следовательно, вентсистема не работает, вплоть до понижения температуры обмоток за счет естественной конвекции. Преимуществом этих электродвигателей является то, что они легко регулируются в сторону снижения оборотов за счет понижения напряжения питания (например, с помощью трансформатора). Однако следует помнить, что такое регулирование менее эффективно, чем регулирование частотными преобразователями. Так, при глубоком регулировании (уменьшение производительности в 2–3 раза) трансформатором эффективность системы вентилятор + электродвигатель в той же сети уменьшается не на проценты, а в 1,5–2 раза. В российских канальных вентиляторах оригинальных разработок используются, как правило, обычные асинхронные электродвигатели, а в копиях западных канальных вентиляторов — с внешним ротором. В отечественной практике принято, что электродвигатели должны иметь большую мощность, чем потребляет колесо для компенсации колебания сопротивления сети, обеспечения нормального запуска и работы при отрицательных температурах перемещаемого воздуха. У электродвигателей малой мощности это превышение может достигать 1,4 раза и более. Это означает, что отечественные вентиляторы, в т.ч. и канальные, имеют более мощные электродвигатели по сравнению с импортными аналогами, что необходимо учитывать при сравнительном анализе эффективности вентиляторов. Достоинством обычных асинхронных электродвигателей, вынесенных за пределы колеса, является то, что они не ухудшают аэродинамических характеристик вентиляторов, а недостатком — невозможность регулирования частоты вращения понижением напряжения питания (требуются более дорогие частотные преобразователи). Перейдем непосредственно к сравнению канальных вентиляторов. При анализе аэродинамических характеристик вентиляторов будем сравнивать вентиляторы, имеющие электродвигатели одинаковой мощности и, по возможности, близкие габариты. Полагаем также, что рабочий диапазон характеристики для большинства вентиляторов расположен правее 1򖇙 максимальной производительности (исключение составляют вентиляторы с «положенными на бок колесами» — тип 2.1, см. ниже). Прямоточные канальные вентиляторы Существуют две разновидности прямоточных канальных вентиляторов: с круглым — 1.1 и квадратным/прямоугольным корпусом — 1.2. Прямоточные канальные вентиляторы с круглым корпусом (1.1). В вентиляторах этого типа используются колеса только с назад загнутыми лопатками, как обычные радиальные, так и диагональные. Наиболее широко распространены вентиляторы с обычными радиальными колесами (1.1B.R). Схема течения в таком вентилятореприведена на рис. 2, а, а вентилятор — на рис. 4. Диаметр входного/выходного патрубка у таких вентиляторов, в основном, близок к диаметру входного отверстия в колесо, а диаметр корпуса вентиляторов значительно превышает диаметр входного/выходного патрубка. В дальнейшем такие вентиляторы будем называть прямоточными вентиляторами в круглом корпусе с поджатием потока. Конструктивно эти вентиляторы очень просты: корпус выполнен из тонколистовых штампованных деталей, рабочее колесо, как правило, пластмассовое, двигатель с внешним ротором расположен внутри колеса. Вход и выход вентилятора выполнены в виде патрубков для непосредственного присоединения воздуховодов. В качестве спрямляющего аппарата в таких вентиляторах служат плоские стойки крепления электродвигателя, хотя известны конструкции, в которых имеется некоторое подобие спрямляющего аппарата. Благодаря простоте конструкции и массовому производству они относительно дешевы, но имеют сравнительно малую аэродинамическую эффективность. Вентиляторы такого типа выпускаются, в основном, малых типоразмеров с производительностью от 100 до 2000 м3/ч и электродвигателями мощностью до 300 Вт. Ограничения на типоразмеры, очевидно, связаны с проблемами монтажа вентиляторов, не имеющих фланцев и с проблемами прочности пластмассовых колес Существуют также прямоточные канальные вентиляторы в круглом корпусе с диагональными колесами (1.1B.D). В западной литературе такие вентиляторы называются mixed fans или mixed flow fans (вентиляторы смешанного типа). Диагональное рабочее колесо приведено на рис. 5, a и отличается от обычного тем, что передний диск рабочего колеса имеет больший диаметр, чем основной диск, а лопатки колеса имеют пространственную кривизну. Геометрия диагонального рабочего колеса наиболее приспособлена к прямоточному корпусу, поскольку само колесо уже обеспечивает осевую составляющую скорости, т.е. в вентиляторе реализуется смешанное осерадиальное или диагональное течение. Как правило, вентиляторы такого типа имеют больший расход, но меньшие давления, чем вентилятор с обычным радиальным колесом с назад загнутыми лопатками равного диаметра. Вентиляторы с диагональными колесами различаются по типу корпусов: а) вентиляторы, у которых диаметр корпуса превышает диаметр присоединяемого воздуховода — 1.1B.D1 (далее «с поджатием потока», рис. 5, б); б) вентиляторы, у которых диаметр корпуса близок или равен диаметру присоединяемых воздуховодов — 1.1B.D2 (далее «без поджатия потока», рис. 6). В каталогах западных производителей канальные вентиляторы «без поджатия потока» типа 1.1B.D2 называются cased mixed flow fans. Как правило, эти вентиляторы имеют сложный спрямляющий аппарат, а вентиляторы относительно больших типоразмеров — входные/выходные фланцы. В ряде конструкций задний диск выполнен виде конуса, в который полностью упрятан электродвигатель. При одинаковых диаметрах входных/выходных патрубков прямоточные канальные вентиляторы «с поджатием потока» (типа 1.1B.D1) всегда имеют колеса большего диаметра, но при равной мощности, как правило, меньшую частоту вращения, поэтому они имеют сильно отличающиеся от вентиляторов «без поджатия потока» (типа 1.1B.D2) аэродинамические характеристики. При подборе прямоточных канальных вентиляторов с «поджатием потока» следует обращать внимание на скорость потока (динамическое давление) на выходе из вентилятора. Например, вентилятор KD 400ХL3 [2] на режиме максимальной производительности имеет скорость потока 14 м/с (120 Па). Прямоточные канальные вентиляторы в круглом корпусе с диагональными колесами 1.1B.D имеют относительно низкие уровни шума и могут использоваться в системах с небольшим аэродинамическим сопротивлением. В них используются, как правило, электродвигатели с внешним ротором. Прямоточные канальные вентиляторы с диагональными колесами (1.1B.D) выпускаются больших типоразмеров, чем вентиляторы с обычными радиальными колесами (1.1B.R), с производительностью до 8000 м3/ч и потребляемой мощностью до 1,5 кВт. Известны также промышленные прямоточные канальные вентиляторы в круглом корпусе (1.1B.D2) с диагональными колесами диаметром до 2000 мм, специальными спрямляющими аппаратами и обычными асинхронными электродвигателями как с непосредственным приводом, так и с приводом через клиноременную передачу. Необходимо упомянуть о вентиляторах, которые в западных каталогах ошибочно относятся к канальным. Речь идет об осевых вентиляторах с меридиональным ускорением потока (рис. 7). В каталогах западных производителей они именуются mixed flow in-line fans. Например, фирма HELIOS выпускает такие вентиляторы с производительностью до 24 000 м3/ч, максимальным полным давлением до 800 Па и потребляемой мощностью до 5,5 кВт. Очень трудно разобраться во всем многообразии прямоточных канальных вентиляторов в круглом корпусе (1.1). Для сравнения на рис. 8 приведены аэродинамические характеристики по полному давлению ряда канальных вентиляторов с близкой потребляемой мощностью и диаметром присоединительного патрубка 315 мм (осевой вентилятор приведен только для примера). Параметры вентиляторов приведены в табл. 1. Здесь же, на рис. 8 приведены уровни звуковой мощности на всасывании на режимах, отмеченных точками. Как видно, вентилятор с диагональным колесом KD 315M («без поджатия потока», тип 1.1B.D2, кривая 2) несколько уступает вентилятору с обычным радиальным колесом RS315L («с поджатием потока», тип 1.1B.R, кривая 1). Однако если сняты ограничения на внешний диаметр, то вентилятор с диагональным колесом большего диаметра KD 315XL1 («без поджатия потока», тип 1.1B.D2, кривая 3) имеет значительно большую производительность, но из-за меньшей частоты вращения меньшее давление. Акустические характеристики канальных вентиляторов близки, исключение также составляет вентилятор КD 315XL1, который, несмотря на большую производительность, имеет меньше уровень шума (опять же из-за меньшей частоты вращения). Осевой вентилятор HELIOS 225/2 (кривая 4) имеет минимальный диапазон производительности, т.к. слева ограничен срывным режимом, свойственным всем осевым вентиляторам с относительно высоким коэффициентом давления. Обращает на себя внимание крутопадающий вид кривых давления 1 и 2, что вызвано не аэродинамическими особенностями колес, которые являются геометрически подобными, а изменением частоты вращения при изменении нагрузки. Для всех приведенных на рис. 8 канальных вентиляторов положение максимальной эффективности соответствует 0,5–0,65 максимальной производительности вентилятора. Максимальная эффективность таких вентиляторов не превышает 30 %, а у вентиляторов малых типоразмеров (производительности до 300 м3/ч) — не более 5–10% (гидравлическая мощность потока, отнесенная к мощности, потребляемой электродвигателем из сети). Прямоточные канальные вентиляторы с квадратными/прямоугольными корпусами (1.2). Вентиляторы этого типа могут устанавливаться в разрез воздуховодов в качестве вентиляторов-доводчиков, но их также можно использовать в вентсистемах и технологических установках как обычные радиальные вентиляторы. В них, как правило, используются колеса с назад загнутыми лопатками, хотя есть один представитель с вперед загнутыми лопатками. Эти вентиляторы имеют хорошие аэродинамические характеристики, однако более сложны конструктивно, поэтому они существенно дороже вентиляторов в круглом корпусе. Прямоточные канальные вентиляторы с квадратными/прямоугольными корпусами и с колесами с загнутыми назад лопатками (1.2.B). Этот тип вентиляторов является частным случаем вентилятора со свободно вращающимся колесом (в каталогах западных производителей они называются plenum fans), но помещенного в корпус с осевым выходом потока, стенки которого установлены на таком расстоянии относительно колеса, при котором они практически не влияют на его аэродинамические характеристики. В вентиляторах этого типа роль спрямляющего аппарата выполняют углы корпуса и стойки крепления электродвигателя. В каталогах западных производителей канальные вентиляторы с квадратными корпусами называются square in-line (duct) fans. Если с обозначением канальных вентиляторов с квадратными корпусами все ясно, то с обозначением прямоугольных канальных вентиляторов существует некоторая путаница. Западные фирмы, как нам известно, не выпускают прямоточные канальные вентиляторы с прямоугольными корпусами как самостоятельное изделие, обычно такие вентиляторы (колесо с электродвигателем на раме) входят в состав приточных установок. Очевидно, поэтому название rectangular in-line (ducts) fans (прямоугольные канальные вентиляторы) получили вентиляторы с прямоугольными корпусами и лежащими на боку колесами (тип 2.1 по нашей классификации). Мы не выделяем в разные группы прямоточные канальные вентиляторы с квадратными и прямоугольными корпусами, т.к. они имеют близкие аэродинамические характеристики при одинаковых колесах и частоте вращения. Соотношение сторон прямоугольного корпуса (как частный случай — квадратный корпус, у которого соотношение сторон равно 1) не существенно влияет на аэродинамические характеристики вентиляторов, в том случае, если соблюдено определенное соотношение площади поперечного сечения корпуса и рабочего колеса. Прямоточные канальные вентиляторы с квадратными/прямоугольными корпусами подразделяются на вентиляторы с радиальными колесами — 1.2.B.R (рис. 9, а) и вентиляторы с диагональными колесами — 1.2.B.D (рис. 9, б). В каталогах западных производителей вентиляторы с диагональными колесами в квадратном корпусе называются quadra mixed flow fans. Рабочие колеса аналогичны тем, которые используются в круглых корпусах, но сам корпус (квадратный или прямоугольный) имеет некоторое преимущество перед круглым. Поток на выходе из радиального рабочего колеса всегда имеет закрутку в сторону вращения, поэтому в круглом корпусе закрутка сохраняется (несмотря на используемые в вентиляторах упрощенные спрямляющие аппараты) и даже несколько увеличивается, если корпус имеет сужение (1.1.B.D1). В корпусе же с квадратным (прямоугольным) поперечным сечением наличие углов способствует раскрутке потока и частичному повышению статического давления вентилятора. На рис. 10 приведено сравнение аэродинамических характеристик прямоточных канальных вентиляторов с квадратными корпусами, имеющих электродвигатели одинаковой мощности. Параметры вентиляторов приведены в табл. 2. Вентиляторы «Унивент»® 4-4-1 и MUB 042450E4-A2 имеют обычные радиальные колеса, а вентилятор KDRD 55 — диагональное колесо. Здесь же, на рис. 10 приведены значения излучаемой вентиляторами звуковой мощности: вход/выход/корпус (у вентилятора «Унивент»® 4-4-1 приведено звуковое давление на расстоянии 1 м). Как и в случае с вентиляторами в круглых корпусах, вентилятор с диагональным колесом KDRD 55 имеет меньшее давление, но большую производительность. Сравнить шумовые характеристики вентиляторов в звукопоглощающих корпусах MUB и «Унивент»® сложно, т.к. данные по шуму приведены для различных режимов. Канальные прямоточные вентиляторы с квадратными/прямоугольными корпусами имеют производительность от 100 до 100 000 м3/ч [9, 11]. Их можно использовать в качестве вытяжных, приточных вентиляторов, в приточных установках, воздушно-тепловых завесах и др. Наиболее универсальными являются вентиляторы с квадратным корпусом. Квадратный корпус очень прост в изготовлении и, кроме того, удобен для размещения в нем звукопоглощающей облицовки. Это позволяет снизить шум на выходе вентилятора и шум, выходящий через корпус вентилятора наружу. Кроме этого, в силу своей симметрии, они имеют возможность трансформироваться в вентиляторы с выходом потока в любую сторону, например, вентиляторы «Унивент»® [11], Unobox [4]. Интересно отметить одну конструктивную особенность вентиляторов Unobox — за колесом установлена стенка, причем ее размеры несколько превышают диаметр колеса (некий гибрид вентилятора со свободным колесом Plenum Fan с вентилятором, именуемым PLUG Fan). Мы не выделяем этот тип вентилятора в отдельный класс, т.к. такая конструкция при определенных пропорциях сторон корпуса и колеса не приводит к существенному изменению аэродинамических характеристик. Прямоточные канальные вентиляторы с прямоугольными корпусами и с колесами с загнутыми вперед лопатками (1.2F). Использование такого колеса без спирального корпуса требует сложного лопаточного диффузора, что приводит к усложнению конструкции, некоторому снижению эффективности. Нам известен только один представитель этого типа вентиляторов — ВРПД 4-4-3 [9]. Канальные вентиляторы со спиральным корпусом Эту группу составляют вентиляторы с прямоугольным корпусом, так называемые вентиляторы с «положенными на бок рабочими колесами» (рис. 3, а) и вентиляторы в боксе (рис. 3, б). Канальные вентиляторы с прямоугольным корпусом («положенные на бок рабочие колеса», тип 2.1). В каталогах западных производителей название вентиляторов — rectangular in-line (ducts) fans, т.е. прямоугольные канальные вентиляторы. Вентиляторы этого типа предназначены для подсоединения к воздуховодам прямоугольного сечения, хотя ряд фирм комплектует их переходами для воздуховодов круглого сечения (интересно, что вентиляторы при этом называются так же — rectangular fans). Можно предположить, что изначально вентиляторы были предназначены для установки в ограниченном пространстве, например, в подшивных потолках. Поэтому в конструкции вентиляторов все подчинено уменьшению его высоты, для чего используются электродвигатели только с внешним ротором. Однако некоторые отечественные производители выпускают такие вентиляторы с обычным трехфазным электродвигателем, располагаемым снаружи корпуса. При этом теряется основное достоинство этих вентиляторов — ихпоперечные габариты увеличиваются на длину двигателя. Эта группа вентиляторов включает в себя вентиляторы, содержащие радиальные колеса с загнутыми назад лопатками — тип 2.1.B (рис. 11, а) и радиальные колеса с загнутыми вперед лопатками — тип 2.1.F (рис. 11, б). Оба типа вентиляторов, кроме обычного, могут иметь и звукопоглощающее исполнение. Вентиляторы этой группы конструктивно достаточно сложны, но отличаются разнообразием исполнения и, соответственно, аэродинамических характеристик. В вентиляторах «с положенными на бок колесами» реализуется следующая схема течения (рис. 12) — воздух входит в вентилятор в направлении перпендикулярном оси вращения колеса и при входе в колесо изменяет свое направление на 90° (некий аналог входной коробки). На выходе из колеса поток выбрасывается в радиальном направлении. Основные потери давления имеют место на входе и выходе потока из вентилятора. Чтобы получить минимальную высоту вентилятора, необходимо уменьшать расстояние от стенки до входного коллектора, что приводит к увеличению скорости потока и, соответственно, аэродинамических потерь при повороте потока перед колесом, особенно при большой производительности. Кроме того, такое сложное течение является неустойчивым, склонным к закрутке по вращению на входе в колесо, что может ухудшить аэродинамическую характеристику вентилятора. В ряде случаев, для предотвращения закрутки потока на входе в колесо используют специальные разделительные перегородки. На выходе из колеса основные потери имеют место при внезапном расширении потока при переходе от выходного сечения элемента спирального корпуса к присоединительной рамке. Выходное отверстие вентиляторов этого типа занимает обычно не более четверти площади выходной присоединительной рамки (рис. 13), поэтому скоростной напор на выходе вентилятора практически полностью теряется. Особенно это важно для вентиляторов с колесами с загнутыми вперед лопатками, которые имеют более высокие скорости на выходе из корпуса, чем у колес с загнутыми назад лопатками. Рассмотрим вентиляторы с колесами с загнутыми назад лопатками — 2.1.В. Существуют вентиляторы со спиральным корпусом вокруг колеса (рис. 13) или с упрощенным спиральным корпусом, в виде прямоугольного ящика со свободным выходом потока (рис. 11, а). Спиральный корпус позволяет получить более высокое давление, однако прямоугольный ящик прост в изготовлении, а снижение давления по сравнению со спиральным корпусом невелико. Размещение электродвигателя с внешним ротором внутри рабочего колеса с загнутыми назад лопатками приводит к некоторому снижению области производительности вентилятора. Рассмотрим вентиляторы с рабочими колесами с загнутыми вперед лопатками — 2.1.F. Такого типа колеса могут эффективно работать только в спиральном корпусе (рис. 11, б). Размещение электродвигателя с внешним ротором внутри такого колеса существенно сужает рабочую область производительности канального вентилятора, а отмеченные потери приводят к тому, что на режиме максимальной производительности снижение полного КПД по сравнению с вентиляторами в спиральном корпусе и с обычным асинхронным двигателем может достигать 20–25%. Сравнение характеристик канальных вентиляторов одинаковой потребляемой мощности с прямоугольными корпусами («положенные на бок рабочие колеса») с вперед — КТ50-30-4 и назад загнутыми лопатками — RS70-40L3 приведено на рис. 14, а параметры вентиляторов сведены в табл. 3 (обращаем внимание, что вентилятор КТ50-30-4 имеет корпус меньших габаритов). Как видно, при той же потребляемой мощности вентилятор КТ50-30-4 (кривая 2) имеет примерно половину расхода вентилятора RS70-40L3 (кривая 1). Для того чтобы получить такой же расход, как у вентилятора RS70-40L3, необходимо использовать вентилятор с вперед загнутыми лопатками с большим диаметром колеса, например, КТ 70-40-6. Однако из-за потерь давления, отмеченных ранее, он имеет электродвигатель с более чем в два раза большей установочной мощностью, т.е. 1,63 кВт! Необходимо иметь в виду особенность канальных вентиляторов с вперед загнутыми лопатками (2.1.F). У вентиляторов этого типа потребляемая мощность растет с увеличением производительности, но из-за наличия отмеченных выше потерь максимальный КПД находится в районе максимума полного давления или же примерно на 1򖇙 максимальной производительности вентилятора (рис. 15). Следует отметить, что статический КПД вентиляторов близок к полному из-за практической потери скоростного напора на выходе. Не секрет, что в большинстве случаев вентиляторы подбираются с большим запасом по давлению. В реальной сети вентилятор с вперед загнутыми лопатками, подобранный «с запасом», будет иметь избыточную производительность и относительно малый КПД. Возвращаясь к сравнению характеристик вентиляторов, следует сказать, что из-за меньшей частоты вращения шум вентилятора с вперед загнутыми лопатками несколько меньше, чем у вентилятора с назад загнутыми лопатками. Но еще раз повторяем, что платой за меньший шум является повышенная установочная мощность электродвигателя. Вентиляторы в прямоугольных корпусах с «положенными на бок рабочими колесами» выпускаются также со звукопоглощающими корпусами (как правило, заглушаются входные части корпуса). Наличие звукопоглощающего корпуса приводит к снижению шума, распространяющегося на вход и через стенки корпуса вентилятора, но шум на выходе из вентилятора практически не меняется. Это достаточно типичная ситуация для такого типа вентиляторов, и при выборе вентиляторов ее необходимо учитывать. При использовании канальных вентиляторов со спиральным корпусом необходимо внимательно анализировать акустические характеристики, поскольку звукопоглощающий корпус может не дать ожидаемого эффекта снижения шума и потребуется глушитель шума на выходе. Вентиляторы с прямоугольным корпусом («положенные на бок рабочие колеса») выпускаются с производительностью до 7000–9000 м3/ч. Они могут использоваться как вентиляторы-доводчики в длинных вентиляционных системах, как вытяжные вентиляторы, а также могут использоваться в компактных приточных установках (с использованием средств для глушения шума). Некоторые производители выпускают переходники для подсоединения к круглым воздуховодам [3, 9], причем в каталогах приводятся одинаковые характеристики по полному давлению вентиляторов с переходниками и без, хотя в этих случаях аэродинамические характеристики вентиляторов должны несколько измениться. Максимальная эффективность канальных вентиляторов с назад загнутыми лопатками (2.1.В) — 0,4–0,44, а канальных вентиляторов с вперед загнутыми лопатками (2.1.F) — 0,4–0,42. Канальные вентиляторы — вентиляторы в боксе (2.2). Эту группу составляют обычные радиальные вентиляторы в спиральном корпусе, установленные дополнительно в бокс (рис. 16, а) или бокс со звукоизолирующими (реже — звукопоглощающими) стенками (рис. 16, б). Для уменьшения высоты бокса в этих вентиляторах всегда используются электродвигатели с внешним ротором. Как правило, эти вентиляторы имеют фланцы для присоединения к круглым воздуховодам. Течение воздуха в них такое же, как и в вентиляторах с «положенными на бок рабочими колесами», за исключением того, что поток при входе в вентилятор внезапно расширяется, что является источником дополнительных потерь, поэтому вентиляторы имеют, в среднем, несколько меньшую эффективность — 0,2–0,35. Вентилятор без звукопоглощения и со звукопоглощением имеют практически одинаковые аэродинамические характеристики. Звукопоглощающий бокс существенно снижает уровни корпусного шума и шума на входе в вентилятор. Выход потока происходит из спирального корпуса, где нет звукопоглощения, поэтому шум практически не меняется. Если требуется снижать шум еще и на выходе, необходимо использовать дополнительно глушитель шума. Как и в обычных радиальных вентиляторах со спиральными корпусами колеса могут быть: ❏ с вперед загнутыми лопатками — 2.2.F (например, вентиляторы типа LPK [3], IRE [3], KVKF [2], KVO [2], ZERO [4]; ❏ назад загнутыми лопатками — 2.2.B (например, вентиляторы типа IRE [3], KVKE [2]. Вентиляторы с вперед загнутыми лопатками имеют следующие исполнения: ❏ с колесами одностороннего всасывания 2.2.F.SS (например, вентиляторы типа LPK [3], KVKF [2], IRE [3], ZERO [4]; ❏ c колесами двустороннего всасывания 2.2.F.DS (например, вентиляторы типа KVK [2], IRE [3]. Здесь нет ошибки. Производители под одним и тем же наименованием выпускают совершенно разные вентиляторы, в данном случае это говорит о том, что наименование вентилятора не отражает его аэродинамических и конструктивных особенностей. Существуют также ряд экзотических вентиляторов c вперед загнутыми лопатками: ❏ сдвоенные вентиляторы с колесами двухстороннего всасывания, один из которых резервный (например, вентиляторы типа KVK DUO [2], IRE [3]; ❏ вентиляторы с двумя, тремя входами (например, вентилятор типа IFA [3]). Эти вентиляторы нами не включены в классификацию, т.к. они образованы за счет простого увеличения функциональных элементов. Сравнивать канальные вентиляторы в боксах крайне сложно, т.к. они имеют огромный диапазон характеристик, и тем более трудно давать рекомендации по их выбору. В качестве примера приведем аэродинамические характеристики двух радиальных вентиляторов в звукопоглощающихбоксах, которые имеют одинаковые патрубки и одинаковую мощность электродвигателей: вентилятор KVKF 250L (колесо одностороннего всасывания с назад загнутыми лопатками, тип 2.2.B) и вентилятор KVK 250 (вентилятор двухстороннего всасывания с лопатками загнутыми вперед, тип 2.2.F.DS). Вентиляторы предназначены для установки в подшивных потолках и имеют примерно одинаковую высоту — 320–381 мм. Параметры вентиляторов сведены в табл. 4, а их аэродинамические характеристики приведены на рис. 17. Вентилятор двустороннего всасывания KVK 250 с загнутыми вперед лопатками имеет меньше габариты, чем вентилятор одностороннего всасывания KVKF 250L с колесом с назад загнутыми лопатками и, предположительно, колесо меньшего диаметра. При той же установочной мощности он имеет существенно худшую аэродинамическую характеристику, так, его максимальный статический КПД примерно на 30 % меньше, чем у вентилятора KVKF 250L. Сравнивать акустические характеристики этих вентиляторов сложно, т.к. они даны при различной производительности. Очевидно, что если определяющим являются габариты вентилятора, то предпочтительней вентилятор KVKF 250L, но платой за это является меньшая эффективность вентилятора. Канальные вентиляторы в боксе можно использовать (если есть жесткие требования по корпусному шуму) в качестве вытяжных, додувающих в длинных системах при небольших расходах воздуха.

Литература 1. Промаэродинамика. Вып. 1(33), М., «Машиностроение», 1986. 2. Каталог продукции SYSTEMAIR. 3. Каталог продукции OSTBERG. 4. Каталог продукции ROSENBERG. 5. Каталог продукции VENT-AXIA. 6. Каталог продукции KORF. 7. Каталог продукции «ЛотВентСервис». 8. Каталог продукции «Лиссант». 9. Каталог продукции «КлиматВентМаш». 10. Каталог продукции BB Consulting. 11. Каталог продукции «Инновент». 12. Каталог продукции HELIOS. 13. Каталог продукции «Мовен». * Вентиляторы в звукопоглощающих корпусах. РИСУНКИ:1~1~;2~2~;3~3~;4~4~;5~5~;6~6~;7~7~; 8~8~;9~9~;10~10~;11~11~;12~12~;13~13~;14~14~;15~15~; 16~16~;17~17~; ТАБЛИЦЫ:1~18~;2~19~;3~20~;4~21~;