Обзор: Осевые вентиляторы перемещают воздух параллельно валу, что делает их идеальными для вентиляции большого объема при низком давлении. В таких вентиляторах вращающиеся лопатки придают потоку воздуха вихревое движение. Неподвижные направляющие лопатки (лопатки статора) часто устанавливаются ниже по потоку от рабочего колеса для выпрямления потока. Эти неподвижные лопатки улавливают кинетическую энергию завихрения и преобразуют ее обратно в полезное статическое давление. На практике лопастно-осевые вентиляторы (осевые вентиляторы с направляющими лопатками) достигают более высокого статического давления и лучшей общей эффективности, чем простые трубчато-осевые вентиляторы.

                      

Diagram of guide vane structure

Лопаточно-осевой вентилятор включает в себя группу неподвижных направляющих лопаток позади вращающихся лопастей. Лопасти выпрямляют воздушный поток и восстанавливают давление из завихрения рабочего колеса. Это выпрямление минимизирует турбулентность и преобразует скоростное давление в статическое давление. Результатом является более высокая эффективность вентилятора и больший подъем давления.

Как направляющие лопатки повышают эффективность вентилятора

Осевые вентиляторы по своей сути оставляют некоторую тангенциальную (вихревую) составляющую в нагнетаемом потоке. Без лопаток эта вихревая энергия тратится впустую и выходит в виде скоростного давления. Направляющие лопатки «заставляют» поток вернуться к осевому, устраняя завихрение и восстанавливая эту энергию в виде давления. По сути, лопатки действуют как статическая противовращающаяся ступень: они уменьшают турбулентные вихри и восстанавливают динамическое давление (из-за вращения) в полезное статическое давление. Несколько исследований и производителей отмечают, что направляющие лопатки могут существенно улучшить производительность осевого вентилятора. Например, один производитель сообщает, что добавление нисходящих лопаток восстанавливает потери вращения и повышает статическое давление и эффективность. Другой показывает, что лопатки могут повысить давление вентилятора на 20% (до 25%) без дополнительной потребляемой мощности.

Ключевые преимущества направляющих лопаток включают:

• Уменьшение завихрения: секции лопаток удаляют остаточный вихрь с рабочего колеса, выпрямляя поток. Это восстанавливает запас для восстановления статического давления в вентиляторе.

• Восстановление статического давления: преобразуя давление скорости (кинетическое) в статическое давление, лопатки повышают повышение давления вентилятора. Испытания показывают, что лопастные осевые вентиляторы часто обеспечивают более высокое давление, чем трубчато-осевые конструкции при той же мощности.

• Повышение эффективности: при меньших потерях энергии в выходном вихре лопастные осевые вентиляторы работают более эффективно. Отраслевые руководства указывают типичную экономию энергии около 5–10% (часто до 15%) при добавлении направляющих лопаток к осевым вентиляторам высокого давления.

• Лучший рабочий диапазон: направляющие лопатки расширяют эффективный рабочий диапазон. Вентиляторы со статорами поддерживают более высокую эффективность при нагрузках, что помогает в системах с частичной нагрузкой или переменным расходом.

• Снижение шума: более плавный, выпрямленный поток через лопатки также может снизить аэродинамический шум. Некоторые конструкции лопастно-осевых вентиляторов работают тише (снижение на несколько дБ) по сравнению с пропеллерными вентиляторами без статоров.

На практике добавление лопаток обычно обходится лишь немного дороже на дюйм вентилятора и не требует увеличения мощности двигателя, но при этом обеспечивает заметный прирост эффективности и давления.

Типичные показатели повышения эффективности и соображения по проектированию

Во многих осевых вентиляторах с большими каналами производители и инженеры заявляют об улучшении эффективности порядка 5–15% благодаря направляющим лопаткам. Например, в руководстве по энергоэффективности отмечается, что фиксированные выходные лопатки могут сэкономить примерно 5–10% энергии вентилятора, когда статическое давление системы высокое (выше 750 Па). Другой отраслевой источник сообщает, что осевые вентиляторы с лопатками достигают примерно 20% более высокого повышения давления в среднем (и до 25% в некоторых случаях) по сравнению с аналогичными вентиляторами без лопаток. Эти улучшения происходят практически без дополнительной входной мощности — нагрузка на двигатель остается примерно такой же, в то время как вентилятор создает больше полезного давления.

Важно отметить, что направляющие лопатки наиболее полезны, когда вентилятор имеет место на своем выходе (для секции лопаток) и работает при умеренном или высоком давлении. В очень низконапорных или очень маленьких вентиляторах лопатки добавляют стоимость и ограничение потока, которые могут не окупиться. Но для вентиляторов с высоким расходом в длинных воздуховодных системах или там, где безопасность требует стабильного давления (например, вентиляторы дымоудаления), лопатки являются обычным явлением. На практике инженеры выбирают лопаточно-осевые вентиляторы для больших размеров или более высоких давлений, где выпрямление потока дает реальное повышение эффективности.

Распространенные приложения

Осевые вентиляторы с направляющими лопатками используются во многих системах вентиляции и вытяжки, особенно в ситуациях, когда требуется высокий расход и контроль давления:

• Вентиляция коммерческих зданий: крупные вентиляторы HVAC и вытяжные вентиляторы в офисах, школах и торговых центрах часто используют лопастные осевые конструкции. Например, вентиляторы дымоудаления и наддува лестничных клеток в коммерческих зданиях используют вентиляторы высокой мощности. Направляющие лопатки помогают этим коммерческим вентиляторам достигать необходимого статического давления с большей эффективностью. Крышные блоки (крышные вентиляторы), обрабатывающие большие объемы, также выигрывают, поскольку лопатки позволяют данному вентилятору обеспечивать более высокое давление без большей мощности.

• Вентиляторы дымоудаления и противопожарной безопасности: в системах контроля дыма вентиляторы (часто в паре с противопожарными/дымовыми заслонками) должны надежно перемещать воздух даже в аварийных условиях. Направляющие лопатки улучшают способность вентилятора поддерживать поток через частично закрытые или изменяющиеся воздуховоды, помогая работе противопожарной безопасности. Фактически, сертифицированные для дымоудаления продукты часто предлагают дополнительные секции направляющих лопаток. Как утверждает один из производителей, добавление направляющей лопатки «обеспечивает более высокое давление и эффективность» для вентиляторов дымоудаления. Это гарантирует, что вентиляторы эффективно удаляют дым через противопожарные дымовые заслонки и вентиляционные отверстия во время аварийных ситуаций.

• Промышленные вентиляторы: на заводах, складах и перерабатывающих предприятиях используются мощные осевые вентиляторы для перемещения воздуха, удаления дыма и охлаждения. Эти промышленные вентиляторы часто имеют лопастно-осевые варианты. Стационарные лопасти извлекают энергию из густого турбулентного потока, оставляя большие рабочие колеса, поэтому вентилятор может проталкивать воздух дальше (более высокое статическое давление) или использовать меньшие двигатели. Многие промышленные вентиляторы для крыш и воздуховодов изготавливаются как лопастно-осевые именно по этой причине.

• Вентиляторы для туннелей и метро: вентиляция метро, шахт и туннелей требует чрезвычайно высокого потока и давления. В этих применениях направляющие лопатки являются практически стандартными. Обзор вентиляционной техники отмечает, что при использовании осевых вентиляторов в подземных или туннельных помещениях «крепление направляющих лопаток является довольно распространенным». Длинные воздуховоды и высокие требования к безопасности означают, что каждый бит давления, восстановленного вихрем, имеет значение. Вентиляторы для метро часто оснащаются выходными лопатками для максимальной производительности вытяжки при экономии энергии.

• Вентиляторы для ядерной энергетики: для вентиляции атомных электростанций требуются надежные и высокоэффективные вентиляторы. Осевые вентиляторы для ядерной энергетики обычно самые большие и должны быть чрезвычайно надежными. В этом контексте направляющие лопатки выходного отверстия (OGV) играют решающую роль. Недавнее исследование конструкции вентиляторов для ядерной энергетики подчеркивает, что добавление оптимизированных OGV «восстанавливает кинетическую энергию» выходного отверстия рабочего колеса и значительно увеличивает общее давление и эффективность. Фактически, вентиляторы для ядерной энергетики с направляющими лопатками показывают измеримые повышения давления и более тихую работу по сравнению с вентиляторами без них, что подтверждает ценность лопаток даже в самых требовательных приложениях.

Во всех этих случаях производители вентиляторов вентиляции и дымоудаления отмечают, что лопастно-осевые конструкции являются «наиболее эффективными осевыми конструкциями» для нужд с высоким расходом и средним или высоким давлением. Направляющие лопатки позволяют вентилятору создавать более высокое давление, потребляя при этом меньше энергии.

Работа с производителями вентиляционных и дымоудаляющих вентиляторов

При планировании вентиляционной или вытяжной системы стоит проконсультироваться с опытными производителями вентиляторов. Ведущие производители вентиляционных и дымососных вентиляторов хорошо знают роль направляющих лопаток. Многие предлагают лопастные осевые вентиляторы или дополнительные секции лопаток в качестве стандарта для более крупных вентиляторов, явно отмечая, что добавление направляющей лопатки обеспечивает «более высокое давление (до 20–25% прироста давления) и эффективность» для их осевых вентиляторов.

На практике указание правильного размера вентилятора и варианта лопатки является компромиссом: выше определенного порога расхода/давления лопатки дают четкую отдачу эффективности. Производители могут использовать свои эмпирические проектные данные, чтобы решить, когда включать лопатки. Они также обрабатывают геометрию — количество лопаток, угол развала, осевую длину и т. д. — для оптимизации производительности в каждом приложении. Например, для нас, SHUANGYANG FAN, мы включаем направляющую лопатку для вентилятора с переменным шагом серии DTF, когда диаметр его рабочего колеса превышает 12,5 дециметра.

Сотрудничая с опытным производителем вентиляторов для вентиляции и дымоудаления, инженеры могут гарантировать, что направляющие лопатки будут использоваться там, где они обеспечивают максимальную выгоду, не усложняя конструкцию вентилятора.

Заключение

Подводя итог, направляющие лопатки являются проверенным способом повышения эффективности осевого вентилятора. Выпрямляя поток после рабочего колеса и восстанавливая динамическое давление, лопатки обычно обеспечивают экономию энергии на 5–15% и более высокое статическое давление на том же двигателе вентилятора. Эти преимущества особенно важны в системах вентиляции и вытяжки большого объема — от систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в коммерческих зданиях и крышных вентиляторов до систем дымоудаления с противопожарными заслонками, крупных промышленных и туннельных вентиляторов и даже вентиляторов атомных электростанций. Когда приоритетами являются эффективность, напорная способность и снижение шума, лопаточно-осевые вентиляторы, как правило, являются предпочтительным выбором. Во всех таких системах партнерство с опытным производителем вентиляционных и дымоудаляющих вентиляторов гарантирует правильную спецификацию направляющих лопаток, что обеспечивает оптимальный воздушный поток с максимальной экономией энергии.

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.