Вентиляторы вытяжные

Вентиляторы вытяжные: классификация, конструктивные особенности, расчет и применение

Вытяжной вентилятор – это электромеханическое устройство, предназначенное для удаления (экстракции) воздуха, паров, газов или взвесей из помещения или технологического оборудования. Его основная функция – создание разрежения, за счет которого загрязненный или нагретый воздух принудительно выбрасывается в вытяжную систему, обеспечивая требуемый воздухообмен. Работа вытяжного вентилятора является ключевым элементом в системах общеобменной, местной и аварийной вентиляции, а также в технологических установках.

Классификация вытяжных вентиляторов

Классификация проводится по нескольким ключевым признакам, определяющим область применения и технические характеристики.

1. По принципу действия и конструкции рабочего колеса:

• Радиальные (центробежные) вентиляторы. Воздушный поток поступает вдоль оси вращения колеса, под действием центробежной силы перемещается в радиальном направлении в спиральный корпус (улитку) и выбрасывается через выходной патрубок. Основные параметры: высокое создаваемое давление, устойчивость к перегрузкам по расходу.
  • Колеса с лопатками, загнутыми вперед: компактность, более низкая скорость вращения, но риск перегрузки двигателя на нестабильных режимах.
  • Колеса с лопатками, загнутыми назад: высокая энергоэффективность, устойчивая характеристика, меньшее загрязнение колеса.
  • Колеса с радиальными (прямыми) лопатками: простота, стойкость к абразивному износу, применяются в системах с материалопроводами.
• Осевые (аксиальные) вентиляторы. Воздушный поток перемещается параллельно оси вращения рабочего колеса (крыльчатки). Основные параметры: большой расход воздуха при сравнительно низком давлении, компактность, простота монтажа в канале.
  • Обычные осевые: колесо в цилиндрическом кожухе.
  • Канальные: монтируются непосредственно в воздуховод круглого или прямоугольного сечения.
  • Крышные: специальное исполнение для монтажа на кровле.
• Диаметральные (тангенциальные) вентиляторы. Имеют рабочее колесо в виде «беличьего колеса» (диаметрального) с загнутыми вперед лопатками. Воздух захватывается с обеих сторон и перемещается в поперечном направлении. Создают равномерный плоский поток, часто используются в воздушных завесах, фанкойлах, некоторых моделях тепловых пушек.
• Крышные вентиляторы. Могут быть как осевыми, так и радиальными. Отличаются специальным исполнением для наружной установки: защищенный корпус, козырек от осадков, часто – встроенный дефлектор.

2. По назначению и условиям эксплуатации:

• Общего назначения – для перемещения чистого или слабозагрязненного воздуха температурой до 80°C.
• Коррозионностойкие – изготавливаются из материалов, стойких к агрессивным средам (нержавеющая сталь, полипропилен, PVC).
• Термостойкие – для перемещения сред с температурой свыше 80°C (до 200-600°C в специальном исполнении), с применением жаростойких материалов и специальных подшипниковых узлов.
• Взрывозащищенные – для помещений и производств с взрывоопасными средами. Имеют маркировку по стандартам (ATEX, IECEx). Конструкция исключает возможность искрообразования.
• Пылевые – радиальные вентиляторы с усиленной конструкцией, лопатками особой формы, повышенным зазором и защитой от абразивного износа для транспортировки запыленного воздуха.
• Дымоудаления – специальные высоконапорные и термостойкие вентиляторы (обычно радиальные), предназначенные для удаления дыма и газов при пожаре. Должны соответствовать строгим нормам по времени работы при критических температурах (часто 400°C / 1-2 часа).

Основные технические параметры и аэродинамическая характеристика

Выбор вентилятора осуществляется на основе его аэродинамической характеристики – зависимости полного давления (P_v), мощности на валу (N) и КПД (η) от объемного расхода воздуха (L) при постоянной скорости вращения.

Ключевые параметры вытяжного вентилятора

Параметр	Обозначение, единица измерения	Пояснение
Производительность (расход воздуха)	L, м³/ч или м³/с	Объем воздуха, перемещаемый вентилятором в единицу времени.
Полное давление	Pv, Па	Сумма статического давления (преодоление сопротивления сети) и динамического давления (скоростного напора). Pv = Pst + Pdyn.
Статическое давление	Pst, Па	Разность между давлениями на выходе и входе в вентилятор при условии равенства скоростей. Полезная работа по преодолению сопротивления сети.
Мощность на валу (потребляемая)	N, кВт	Мощность, подводимая к валу рабочего колеса. N = (L Pv) / (3600 η 1000) для L в м³/ч, Pv в Па.
Коэффициент полезного действия	η, безразмерн.	Отношение полезной мощности (гидравлической) к мощности на валу. Характеризует энергоэффективность. Для современных вентиляторов достигает 0.7-0.85.
Частота вращения	n, об/мин	Скорость вращения рабочего колеса.
Уровень звуковой мощности	Lw, дБ	Акустическая характеристика, не зависящая от окружающих условий. Критична для нормирования шума.

Конструктивные элементы и компоненты

Типичный радиальный вытяжной вентилятор состоит из следующих основных узлов:

• Корпус (улитка). Спиральный металлический кожух, собираемый из листовой стали. Имеет входной (всасывающий) и выходной (нагнетательный) патрубки. Для снижения вибраций и шума может иметь внешний каркас и демпфирующие прокладки.
• Рабочее колесо (ротор, крыльчатка). Состоит из ступицы, дисков (переднего и заднего) и лопаток. Балансируется динамически. Крепится на валу двигателя или на отдельном валу, соединенном с двигателем через муфту.
• Электродвигатель. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Может быть расположен непосредственно в потоке воздуха (исполнение «in stream») – для сред умеренной температуры, либо вынесен за пределы потока с помощью кронштейнов и ременной передачи.
• Привод. Прямой (колесо насажено на вал двигателя) или ременный (передача через шкивы и клиновые/зубчатые ремни). Ременной привод позволяет гибко регулировать производительность изменением частоты вращения колеса.
• Подшипниковые узлы. Для вентиляторов средней и большой мощности – отдельные подшипниковые опоры (шариковые или роликовые) с системой смазки. Для малых вентиляторов – подшипники качения, встроенные в двигатель.
• Фундаментная рама или монтажная консоль. Обеспечивает жесткое крепление агрегата к основанию.
• Виброизоляторы. Резиновые или пружинные элементы, устанавливаемые между рамой вентилятора и основанием для гашения вибраций.

Расчет и подбор вытяжного вентилятора

Процедура подбора является итерационной и выполняется с использованием аэродинамических характеристик вентиляторов или подборных программ производителей.

Последовательность расчета:

1. Определение требуемого расхода воздуха (L, м³/ч). На основе санитарных норм (кратность воздухообмена), технологических требований или расчета местных вытяжных устройств (зонтов, укрытий).
2. Расчет аэродинамического сопротивления сети (ΔP_c, Па). Суммируются потери давления на трение в воздуховодах и местные сопротивления (отводы, тройники, клапаны, фильтры, воздухораспределители, теплообменники). Расчет ведется для расчетного (магистрального) направления системы.
3. Определение рабочей точки системы. Рабочая точка – это пересечение характеристики сети (параболическая кривая ΔP_c ~ L²) и характеристики вентилятора P_v = f(L). Вентилятор подбирается так, чтобы его характеристика проходила чуть выше расчетной точки с запасом 10-15% по давлению.
4. Проверка по дополнительным критериям:
   • Уровень звуковой мощности L_w и обеспечение допустимого шума в помещении.
   • Частота вращения и допустимость ее применения (высокооборотные вентиляторы шумнее).
   • Габаритные и присоединительные размеры.
   • Температура перемещаемой среды и соответствие исполнения.
   • Требования к энергоэффективности (предпочтение вентиляторам с высоким КПД, регулируемому приводу).
5. Выбор системы регулирования. Для обеспечения переменного расхода в зависимости от потребности применяются:
   • Частотные преобразователи (наиболее экономичный способ).
   • Поворотные заслонки на входе/выходе.
   • Изменение угла установки лопаток (для осевых вентиляторов).
   • Переключение обмоток двигателя (ступенчатое регулирование).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж критически важен для долговечной и эффективной работы.

Ключевые требования к монтажу:

• Обеспечение прямых участков воздуховода до и после вентилятора (обычно не менее 1.5 диаметра на входе и 3 диаметров на выходе) для выравнивания потока и снижения потерь.
• Жесткое крепление вентилятора на виброизоляторах к несущему основанию (перекрытию, фундаменту).
• Изолирование вибраций от воздуховодов с помощью гибких вставок (тканевых или резинотканевых) на присоединительных патрубках.
• Проверка направления вращения рабочего колеса после подключения электропитания (должно соответствовать стрелке на корпусе).
• Для ременных приводов – контроль соосности шкивов, натяжения ремней.

Регламент технического обслуживания включает:

• Периодическую очистку рабочего колеса и внутренней полости корпуса от загрязнений и отложений.
• Контроль и подтяжку крепежных соединений.
• Контроль уровня вибрации (виброметрия).
• Для ременных передач – проверку износа и натяжения ремней, смазку подшипников.
• Для двигателей – контроль тока нагрузки, состояния изоляции.
• Проверку и очистку противопожарных и обратных клапанов в системе.

Тенденции и современные требования

• Повышение энергоэффективности. Активное внедрение вентиляторов с высоким КПД (класс IE3, IE4 по стандарту IEC 60034-30-1) и обязательное использование частотного регулирования в системах с переменной нагрузкой согласно нормам (СП 60.13330, Директива ЕС по эко-дизайну ErP).
• Интеграция в системы автоматизации зданий (АСУЗ, BMS). Оснащение вентиляторов датчиками (вибрации, температуры подшипников) и прямым интерфейсом (например, BACnet) для мониторинга и управления.
• Развитие канальной техники. Создание малошумных канальных вентиляторов с внешним ротором и встроенными электронными регуляторами, упрощающих монтаж и настройку.
• Материалы и покрытия. Применение современных антикоррозионных покрытий (полимерные, цинковые), а также композитных материалов для снижения веса и износа.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Чем отличается вытяжной вентилятор от приточного?

Конструктивно большинство вентиляторов универсальны и могут работать в обоих режимах. Однако, при проектировании системы «вытяжной» вентилятор выбирается и устанавливается с учетом конкретного расположения в сети (после обслуживаемого помещения/оборудования) и перемещения определенной среды (загрязненный, горячий воздух). Для приточной установки критичны другие компоненты (фильтры, нагреватели), а вентилятор в ней должен преодолевать сопротивление этих компонентов.

2. Как правильно подобрать вентилятор дымоудаления?

Подбор осуществляется строго в соответствии с проектными требованиями по объему удаляемого дыма и расчетному аэродинамическому сопротивлению системы дымоудаления на момент пожара. Учитываются: температура дымовых газов (обычно 400-600°C), время работы в критическом режиме (не менее 1-2 часов), материал корпуса и колеса (углеродистая или нержавеющая сталь), тип привода (часто с выносным двигателем через удлиненную вал-муфту для отвода от горячей зоны). Обязательно наличие сертификата пожарной безопасности.

3. Что такое «характеристика сети» и почему рабочая точка должна быть в зоне максимального КПД вентилятора?

Характеристика сети – это график зависимости потерь давления в воздуховодах и элементах системы от расхода воздуха. Она имеет квадратичную зависимость. Рабочая точка – это режим, в котором работает система: расход и давление, обеспечиваемые вентилятором, равны расходу и потерям в сети. Выбор вентилятора с рабочей точкой, близкой к точке его максимального КПД (обычно в средней части характеристики), обеспечивает минимальное потребление электроэнергии и снижает риск работы в зонах помпажа или перегрузки двигателя.

4. Когда необходимо применять ременной привод вместо прямого?

Ременной привод применяется в случаях: необходимости регулирования производительности изменением частоты вращения колеса простой заменой шкивов; когда требуемая частота вращения колеса отличается от стандартной частоты вращения электродвигателя (1450/2900 об/мин); для вентиляторов большой мощности, где прямой привод может создавать чрезмерные нагрузки на вал двигателя; когда двигатель необходимо вынести из потока горячей или агрессивной среды.

5. Как бороться с повышенным шумом от вытяжного вентилятора?

Меры по снижению шума применяются комплексно: выбор вентилятора с низким уровнем звуковой мощности; правильный аэродинамический расчет для избегания турбулентности и работы в неоптимальных зонах; установка виброизоляторов и гибких вставок; монтаж шумоглушителей в воздуховод после/до вентилятора; акустическая изоляция вентиляционной камеры; применение конструкций с низкооборотными колесами.

6. Каковы основные причины вибрации вентилятора и как их устранить?

Причины: разбалансировка рабочего колеса (загрязнение, износ); износ подшипников; ослабление крепежных соединений; несоосность валов двигателя и рабочего колеса (для ременного привода); резонансные явления при совпадении частоты вращения с собственной частотой конструкций. Устранение: регулярная очистка и динамическая балансировка колеса; замена подшипников; проверка и подтяжка крепежа; центровка валов; изменение частоты вращения или жесткости основания для ухода от резонанса.

7. На что влияет угол изгиба лопаток радиального вентилятора?

Угол изгиба лопаток (вперед, назад, радиальный) определяет форму аэродинамической характеристики:
Лопатки, загнутые вперед: более крутая характеристика, меньший диаметр колеса при том же давлении, но риск перегрузки двигателя на свободном выпуске и меньший КПД.
Лопатки, загнутые назад: пологая, устойчивая характеристика без перегрузочного участка, более высокий КПД, лучшее самоочищение колеса, но большие габариты для создания того же давления.
Радиальные лопатки: промежуточная характеристика, высокая прочность и стойкость к абразивному износу, применяются в пылевых системах.