Различия между вентилятором смешанного потока и центробежным вентилятором: техническое сравнение и руководство по применению

Вентиляторы со смешанным потоком и центробежные вентиляторы распространены в промышленной и коммерческой вентиляции. Вентилятор со смешанным потоком смешивает осевой и радиальный поток: воздух поступает почти параллельно валу, но выходит с радиальным компонентом. Напротив, центробежный вентилятор втягивает воздух в осевом направлении и выталкивает его перпендикулярно валу. Эти различия проявляются в геометрии их крыльчатки, характеристиках потока и кривых производительности. Например, европейские правила определяют осевые вентиляторы как имеющие угол потока ≤20°, центробежные ≥70° и смешанный поток между ними. Это означает, что рабочее колесо со смешанным потоком буквально является «гибридным (центробежным и осевым) колесом». На практике вентилятор со смешанным потоком часто имеет обтекаемую входную воронку и меньшее количество скрученных лопастей, тогда как центробежный вентилятор использует спиральный корпус и многолопастные колеса (загнутые вперед, загнутые назад, наклоненные назад и т. д.).

                  

3D-моделирование вентилятора смешанного потока                                 3D моделирование центробежного вентилятора

• Рабочее колесо и путь потока: Вентилятор смешанного потока втягивает воздух аксиально, но придает диагональную составляющую, поэтому выброс частично осевой, а частично радиальный. Центробежный вентилятор выпускает воздух чисто радиально. Например, один из производителей вентиляторов отмечает, что центробежные колеса «входят параллельно, а затем выпускаются перпендикулярно оси», создавая очень высокое давление, тогда как колеса смешанного потока «перемещают воздух под углом к оси» для среднего давления. Классификация угла потока вентилятора подтверждает это: смешанный поток определяется углом выхода 20–70°.

• Поведение кривой давления-потока: Вентилятор смешанного потока обычно демонстрирует кривую мощности без перегрузки и относительно без срывов. Он может справляться с колебаниями системы без помпажа или срывов. Центробежный вентилятор также может быть сделан без перегрузки (особенно наклоненные назад типы), но некоторые конструкции (колеса с загнутыми вперед концами) будут показывать рост давления и мощности по мере падения потока («перегрузка»). В целом, вентилятор смешанного потока имеет более плавные, более линейные кривые давления-потока, тогда как центробежный вентилятор часто достигает более высоких пиковых давлений при более низких потоках.

• Габариты основания: поскольку вентиляторы смешанного потока по сути являются встроенными блоками, они, как правило, более компактны. Один из производителей отмечает, что вентиляторы смешанного потока/встроенные «обеспечивают производительность центробежного вентилятора с преимуществами экономии пространства вентилятора осевого типа». Вентилятор смешанного потока часто может заменить небольшой центробежный вентилятор в тесных воздуховодах. Центробежные вентиляторы, напротив, требуют более тяжелого корпуса (спирального или спирального), подшипников привода и часто опорной плиты, что делает их общую площадь основания и вес больше для заданного объема воздуха.

• Энергоэффективность: Оба типа вентиляторов могут быть эффективными, если они хорошо спроектированы. Фактически, испытания показывают, что рабочее колесо смешанного потока может превышать эффективность центробежного вентилятора аналогичного размера. Многие вентиляторы смешанного потока достигают умеренной статической эффективности (45–55%) и работают бесшумно. Высокопроизводительные центробежные вентиляторы (например, с загнутыми назад или аэродинамическими колесами) могут достигать эффективности 70–90%. При работе с частичной нагрузкой или переменной скоростью оба типа вентиляторов могут работать в паре с VFD. Центробежные вентиляторы с загнутыми назад лопатками обычно поддерживают хорошую эффективность в широком диапазоне расхода.

• Акустические характеристики: вентиляторы смешанного потока, как правило, работают тише. Один из производителей прямо заявляет, что вентиляторы смешанного потока «работают с более низким уровнем шума», чем сопоставимые вентиляторы. Их интегрированный корпус и более низкие скорости вращения снижают шум. Центробежные вентиляторы также могут быть тихими (особенно при наличии глушителей или звукоизолирующих кожухов), но они, как правило, требуют более тщательной акустической обработки. В приложениях с высоким давлением закрытая спираль центробежного вентилятора помогает заглушить шум, но более высокая нагрузка на лопасти может производить больше тонального шума.

• Срыв и помпаж: вентиляторы смешанного потока обычно имеют мягкое поведение при срыве. Один из производителей отмечает, что они имеют «неперегрузочную» реакцию и устойчивы к срыву при переменных нагрузках. Центробежные вентиляторы (особенно с загнутыми назад лопатками) также нелегко срываются при высоком сопротивлении; однако конструкции с загнутыми вперед лопатками могут разгоняться при низком потоке, если не контролировать их должным образом. В критических приложениях часто встраиваются функции, препятствующие срыву (направляющие лопатки или переменный шаг).

• Конструкция и долговечность: центробежные вентиляторы являются рабочими лошадками для суровых условий. Они обычно изготавливаются из толстой стали или нержавеющей стали с прочными подшипниками и могут быть оснащены термостойкими или коррозионно-стойкими компонентами. Вентиляторы смешанного потока также могут быть усилены: например, промышленные блоки смешанного потока часто используют толстые корпуса из нержавеющей стали и легированные лопасти с искрогасящими свойствами. Однако в чрезвычайно грязных, абразивных или высокотемпературных потоках обычно предпочтительнее использовать центробежный вентилятор (особенно с наклонным назад или аэродинамическим колесом) из-за большего зазора между лопастями и стенкой и более прочного корпуса.

Стандарты испытаний вентиляторов: Оба типа вентиляторов оцениваются по одним и тем же лабораторным стандартам. ANSI/AMCA 210 (ANSI/ASHRAE 51) и ISO 5801 определяют единые условия испытаний воздушного потока, чтобы данные о производительности (куб. фут/мин, статическое давление, мощность, эффективность) были сопоставимы. Эти стандарты определяют впускные/выпускные воздуховоды и выпрямители для минимизации возмущений потока. Для тяговых вентиляторов (например, туннельных струйных) AMCA 250 устанавливает испытания тяги. На практике сертифицированные оценки будут отмечать, присутствовали ли воздуховоды во время испытания AMCA 210. Таким образом, при сравнении вентиляторов инженеры должны гарантировать, что оценки получены из одной и той же конфигурации испытания.

Сравнение производительности

• Статическое давление: центробежные вентиляторы создают более высокие подъемы давления. Типичные центробежные вентиляторы могут достигать статического давления от нескольких дюймов водяного столба до нескольких кПа с помощью многоступенчатых колес или лопаток аэродинамического профиля. Вентиляторы смешанного потока, как правило, ограничены средним давлением (часто менее 2 кПа), больше, чем осевые вентиляторы, но меньше, чем большие вентиляторы.

• Объем воздушного потока: для заданного размера вентиляторы смешанного потока перемещают большой объем при умеренном давлении. Они часто превосходят центробежные вентиляторы по максимальному потоку при низком или умеренном противодавлении. (Для очень больших объемов при очень низком давлении осевые вентиляторы по-прежнему являются лучшими.)

• Энергоэффективность: как уже отмечалось, вентиляторы смешанного потока очень эффективны для своего класса. Центробежные вентиляторы могут достигать более высокой пиковой эффективности, но могут потребовать больше мощности при низком потоке. Оба типа значительно выигрывают от правильного выбора вблизи точки наилучшей эффективности (BEP). При частичной нагрузке эффективность упадет для обоих; Вентиляторы с загнутыми вперед лопатками, как правило, падают быстрее, чем вентиляторы с загнутыми назад лопатками.

• Акустический шум: вентиляторы смешанного потока хвалят за тихую работу. Центробежные вентиляторы могут быть относительно тихими при работе под высоким давлением из-за более низкой скорости вращения лопастей и воздуховодных корпусов, но могут производить более широкополосный или тональный шум без глушения. Лабораторные вентиляторы или воздуходувки HVAC часто используют крыльчатки с загнутыми назад лопатками специально для контроля шума.

• Гибкость установки: вентиляторы смешанного потока (встроенные) можно монтировать в любом направлении воздуховода (горизонтальном или вертикальном) и даже подвешивать к потолку, так как двигатель часто находится наверху корпуса. Их компактная форма означает меньше проблем с помехами. Центробежные вентиляторы, имеющие тяжелый корпус и основание, нуждаются в прочных опорах, но могут ориентировать вход/выход во многих направлениях. Центробежные вентиляторы с ременным приводом позволяют размещать двигатель вдали от воздушного потока (полезно при высокой температуре), тогда как многие вентиляторы смешанного потока имеют прямой привод.

• Прочность и режим работы: Для промышленного применения (пыль, влажность, химикаты) доминируют прочные центробежные модели. Обычно они имеют толстые корпуса статора, герметичные подшипники и двигатели, рассчитанные на суровые условия эксплуатации. Вентиляторы смешанного потока могут быть изготовлены для тяжелых условий эксплуатации (корпуса из нержавеющей стали, специальные покрытия), но большинство из них используются в более чистых или отфильтрованных воздушных потоках. Короче говоря, обе конструкции могут быть тяжелыми, но воздуходувки имеют более долгую историю работы в неблагоприятных условиях.

Руководство по подаче заявок и выбору

Выбор между вентилятором смешанного потока и центробежным вентилятором зависит от настройки:

• Системы HVAC на крыше: крышные вытяжные или приточные вентиляторы (крышные вентиляторы) часто предпочитают высокопоточные осевые или смешанные поточные агрегаты. Простые пропеллерные крышные вентиляторы (осевые) используются для систем с очень низким противодавлением. Когда воздуховоды, фильтры или жалюзи добавляют сопротивление, можно выбрать смешанный поток встроенного вентилятора или небольшой центробежный вытяжной вентилятор. Смешанные потоки крышных вентиляторов сочетают в себе приличную производительность давления с более низким профилем и вибрацией. В очень высоких зданиях с экстремальными статическими требованиями могут использоваться приточные (центробежные) вентиляторы или воздуходувки с ременным приводом.

• Промышленные среды: на заводах, в печах или на перерабатывающих предприятиях, где воздух содержит загрязняющие вещества или тепло, обычным выбором являются мощные центробежные вентиляторы. Их большие колеса и зазоры справляются с твердыми частицами, а их конструкция выдерживает высокие температуры. Распространены центробежные модели с обратным наклоном или аэродинамическим профилем (часто со взрывозащищенными двигателями). Вентиляторы смешанного потока можно использовать для промышленной вентиляции, если воздух чистый или отфильтрованный, особенно там, где требуется компактный блок. В конечном счете, выбор вентилятора должен соответствовать нагрузке на фильтр/воздуховод: для очень высоких перепадов давления центробежный безопаснее.

• Чистые помещения, лаборатории, системы высокого давления: критическая вентиляция (чистые помещения, лаборатории) требует сверхтихих, стабильных вентиляторов. Вентиляторы смешанного потока с их плавными изгибами могут быть полезны в чувствительных к шуму чистых средах, если они соответствуют статическим потребностям. Часто выбирают центробежные вентиляторы с загнутыми назад лопатками или низкоскоростные линейные воздуходувки для минимальной вибрации и шума. В системах HVAC высокого давления (плотные фильтры, высотные AHU) можно использовать вентиляторы нагнетательного типа (центробежные колеса без полного корпуса) или небольшие многоступенчатые воздуходувки. Короче говоря, если давление в системе умеренное (менее нескольких кПа), а приоритетами являются пространство/тишина, приемлем смешанный поток. Для систем с давлением в несколько кПа (глубокие фильтры, длинные воздуховоды) более безопасными являются центробежные вентиляторы.

Каждое применение имеет свои компромиссы. В общем, если компактность и умеренное давление являются ключевыми, то превосходны вентиляторы смешанного потока. Если необходимо максимальное давление или долговечность, обычно выбирают центробежную конструкцию.

Примечание: данные приведены только для справки, для получения подробной информации обратитесь в соответствующие компании. Содержание статьи не может избежать упущений и ошибок. Приветствуем предложения по исправлениям.