Вентиля́тор — механическое устройство для перемещения воздуха или другого газа (воздушный насос) с создаваемым полным напором 15 кПа, при большем создаваемом напоре используется компрессор.
Применение:
Системы принудительной вентиляции и кондиционирования воздуха жилых объёмов зданий, автомобилей, судов, летательных аппаратов, системы отопления (с водяным калорифером), и другие. Системы воздушного охлаждения ДВС, электродвигателей и генераторов, электронных компонентов (в том числе процессоров, ПЛИС), теплообменников, холодильных машин, компрессоров, и другое, в том числе системы охлаждения компьютеров; Обеспечение циркуляции воздуха в холодильных камерах, сушильных камерах, духовых шкафах; Применяется для выноса из шаровых мельниц с воздушным потоком продуктов помола, таких как угольная пыль для сжигания в пылеугольных горелках паровых котлов ТЭС (мельничный вентилятор предназначен для перемещения угольной пыли), иногда непосредственно вентилятор применяется для измельчения твердого топлива до пылевидного состояния (мельница-вентилятор, работающий одновременно как мельница, и как вентилятор, рабочее колесо такого вентилятора выполнено из твердой и прочной легированной стали, поскольку оно же измельчает кусковой уголь, имеет специально предназначенные бильные элементы, либо предвключенный бильный ротор, корпус-«улитка» изнутри покрыт броневыми плитками); Нагнетание воздуха, необходимого для горения, в различные технологические печи, мусоро-сжигательные, паровые и водогрейные котлы, в доменные воздухо-подогреватели и в мартеновские печи, печи для кремации, также удаление дымовых газов из вышеперечисленных агрегатов и обеспечение их рециркуляции (см. дымосос); Системы аварийного удаления дыма и ядовитых газов; Системы микроклимата — бытовые вентиляторы, кондиционеры, тепловые пушки и завесы и т. п.; Системы воздушного отопления; Как осевой движитель для транспортных средств, как источник подъёмной силы для воздушных и наземных транспортных средств (см. турбовентиляторный двигатель, винтовентиляторный двигатель); Вентиляторы являются основными компонентами фенов; Аппараты пайки и сварки горячим воздухом и многое другое.
История
Отдельные приёмы организованной вентиляции закрытых помещений применялись ещё в древности. Вентиляция помещений до начала XIX века сводилась, как правило, к естественному проветриванию. Теорию естественного движения воздуха в каналах и трубах создал М. В. Ломоносов. В 1795 году В. Х. Фрибе впервые изложил основные положения, определяющие интенсивность воздухообмена в отапливаемом помещении сквозь неплотности наружных ограждений, дверные проёмы и окна, положив этим начало учению о нейтральной зоне.
В начале XIX века получает развитие вентиляция с тепловым побуждением приточного и удаляемого из помещения воздуха. Отечественные учёные отмечали несовершенство такого рода побуждения и связанные с ним большие расходы теплоты. Академик Э. X. Ленд указывал, что полная вентиляция может быть достигнута только механическим способом.
С появлением центробежных вентиляторов технология вентиляции помещений быстро совершенствуется. Первый успешно работавший центробежный вентилятор был предложен в 1832 году А. А. Саблуковым. В 1835 году этот вентилятор был применён для проветривания Чагирского рудника на Алтае. Саблуков предложил его и для вентиляции помещений, трюмов кораблей, для ускорения сушки, испарения и так далее. Широкое распространение вентиляции с механическим побуждением движения воздуха началось с конца XIX века.
Типы вентиляторов Многочисленные типы вентиляторов можно разделить по ниже приведённым признакам;
По конструкции: осевые (аксиальные); центробежные (радиальные); диаметральные (тангенциальные); безлопастные (эжекторного типа). По типу привода: Имеющие собственный двигатель, чаще всего электрический, в некоторых случаях (вентиляторы охлаждения двигателей на строительной технике) - гидромотор; Приводимые в движение охлаждаемым механизмом, как например вентилятор у ДВС воздушного охлаждения, или вентилятор у мощных промышленных электродвигателей, вентилятор на автомобильном генераторе; С прямым приводом — рабочее колесо находится либо непосредственно на валу двигателя, либо вал рабочего колеса соединён с валом двигателя с помощью компенсирующей или глухоймуфты; С ремённым приводом — на валу рабочего колеса находится шкив, момент от двигателя или охлаждаемого механизма передаётся через ремень, чаще всего используется клиновый ремень (или ремни); С мультипликатором — в случае, если охлаждаемый механизм, от которого требуется привести вентилятор, является низкооборотистым — используется повышающая механическая передача, чаще всего цилиндрическая зубчатая, в некоторых случаях возможна и коническая передача. Такой привод имеют, например, вентиляторы на старых тепловозах, предназначенные для охлаждения тяговых электродвигателей и главного генератора; С гидромуфтой или вискомуфтой — если требуется изменять скорость вращения вентилятора с механическим приводом. Вискомуфта широко используется в вентиляторах, предназначенных для радиаторов ДВС с водяным охлаждением. Гидромуфта переменного наполнения с черпаковыми трубками использовалась ранее для привода вентиляторов холодильников тепловозов, таких как 2ТЭ10.
По типу перекачиваемой среды: Взрывозащищенные — не имеющих стальных частей и щёточного электродвигателя; Защищённые — для перекачки коррозионно-активных или агрессивных сред; Термостойкие — для перекачки газов высокой температуры, например, дымовых газов из котлов и печей. К данному типу относятся дымососы. По конструктивному исполнению: Встраиваемые — являющиеся частью системы вентиляции, или представляющие собой самостоятельное устройство; Накладные — применяются в системах охлаждения электронных компонентов, также накладными являются вентиляторы, устанавливаемые в санузлах вместо обыкновенной решётки; Отдельностоящие — являются самостоятельным элементом, для создания локальной зоны вентилирования и кондиционирования.
Осевой (аксиальный) вентилятор Осевой вентилятор — вентилятор, в котором воздух перемещается вдоль оси рабочего колеса, вращаемого двигателем. Ввиду совпадения направления движения всасываемого и нагнетаемого воздуха, а также, в большинстве случаев, простоты изготовления, этот вид вентилятора является наиболее распространённым.
Осевые вентиляторы применяются в системах вентиляции жилых помещений; для обдува радиаторов ДВС; системы воздушного охлаждения компьютерных процессоров (кулеры), бытовые вентиляторы, шахтные вентиляторы, вентиляторы дымоудаления, тепловентиляторы, отопители в салонах автобусов, трамваев и троллейбусов, фены и др.
Также вентиляторами называют начальные ступени компрессоров турбовентиляторных авиационных двигателей и вентиляторы аэродинамических труб. Но это неправильно, так как их напор гораздо выше 15 кПа и они представляют собой осевые компрессоры большой производительности.
Центробежный (радиальный) вентилятор
Впервые центробежный вентилятор был применён в качестве нагнетателя в 1832 году инженером Джоном Эрикссоном на пароходе «Корсар». В том же году проект центробежного вентилятора («воздушного насоса») для очищения воздуха в рудниках и минных галереях был представлен русским изобретателем А. А. Саблуковым. В 1862 году в Бельгии инженером был получен патент на центробежный вентилятор, который имел спиральный корпус, окружавший лопасти, а также гибкую заслонку для управления скоростью выхода воздуха, что давало значительные преимущества над предыдущими конструкциями вентиляторов — для вентиляции глубоких шахт.
Центробежный вентилятор имеет ротор, имеющий лопатки спиральной формы. Воздух через входное отверстие засасывается внутрь ротора, где он приобретает спиралевидную траекторию и, за счёт центробежной силы инерции и специальной формы лопаток, направляется в выходное отверстие корпуса (направляющего аппарата) (так называемой «улитки», от внешнего сходства). Таким образом, направление воздушного потока изменяется на 90°. Этот вид вентилятора прочный, бесшумный, надёжный и способен работать в широком диапазоне условий. Они часто применяются в системах вентиляции жилых домов или офисных помещений; также — в фенах, сушилках для рук, сушильных машинах, пылесосах, воздушных системах охлаждения ДВС, системах охлаждения электронных ламп большой мощности.
В зависимости от типа, назначения и размеров вентилятора, количество лопаток рабочего колеса бывает различным, а сами лопатки изготавливают загнутыми вперёд или назад (относительно направления вращения). Применение радиальных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, даёт экономию электроэнергии примерно 20 %. Также они легко переносят перегрузки по расходу воздуха. Преимуществами радиальных вентиляторов с лопатками рабочего колеса, загнутыми вперёд, являются меньший диаметр колеса, а соответственно и меньшие размеры самого вентилятора, и более низкая частота вращения, что создаёт меньший шум.
Центробежные (радиальные) вентиляторы подразделяются на вентиляторы высокого, среднего и низкого давления.
Центробежные вентиляторы из алюминиевых сплавов, укомплектованные взрывозащитными электродвигателями, по уровню защиты от искрообразования относятся к вентиляторам с повышенной защитой, то есть к вентиляторам, в которых предусмотрены средства и меры, затрудняющие возникновение опасных искр. Вентиляторы с повышенной защитой от искрообразования предназначены для перемещения газопаровоздушных смесей 1-й и 2-й категории групп Т1, Т2, Т3 по классификации ПУЭ.
Центробежные вентиляторы являются устройствами постоянного объёма. Это означает, что при постоянной скорости вращения центробежный вентилятор перемещает постоянный объём воздуха, а не постоянную массу. Таким образом, скорость воздуха в такой системе фиксирована, но фактическая масса проходящего воздуха будет варьироваться в зависимости от плотности воздуха. Изменения плотности могут быть вызваны изменениями температуры входящего воздуха и высоты над уровнем моря, что делает эти вентиляторы непригодными для применений, где требуется обеспечение постоянной массы воздуха.
Тангенциальный вентилятор (диаметральный)
Конструкция была предложена в 1893 году инженером Полом Мортиером. Крыльчатка тангенциального вентилятора встроена в корпус в форме диффузора, напоминающий корпус центробежного вентилятора. Так же, как и центробежный, тангенциальный вентилятор имеет ротор типа «беличье колесо», то есть пустой в центре и лопатки по внешней стороне, которые загнуты вперёд относительно направления вращения. Только воздух забирается не с торца вентилятора, а по всей его длине с фронтальной стороны устройства. Благодаря специальной форме корпуса во время работы в всасывающей камере возникает вихрь, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора. Вихрем воздух всасывается внутрь рабочего колеса, получает ускорение и движется к выходу подобно тому, как это происходит в центробежном вентиляторе. Такие вентиляторы производят равномерный воздушный поток вдоль всей ширины вентилятора и бесшумны при работе.
Длина ротора тангенциального вентилятора, как правило, гораздо больше, чем его диаметр. Таким образом, форма оптимальна для комбинации с нагревательными и охлаждающими элементами. Благодаря этому такие вентиляторы широко применяются в кондиционерах (особенно - сплит-системах), воздушных завесах, фанкойлах и других устройствах, где не важен напор воздуха. Отличительной особенностью тангенциальных вентиляторов можно также назвать большой расход воздуха и низкий уровень шума.
«Безлопастный» вентилятор