Вентиляторы осевые вытяжные

Вентиляторы осевые вытяжные: конструкция, принцип действия и технические аспекты применения

Осевые вытяжные вентиляторы представляют собой класс механических устройств, предназначенных для перемещения газовых сред (воздуха, дымовоздушных смесей) вдоль оси вращения рабочего колеса. Основное функциональное назначение — организованная вытяжка воздуха из помещений, технологических зон, тоннелей, шахт и других объемов с целью вентиляции, дымоудаления или обеспечения технологических процессов. Принцип действия основан на сообщении воздушному потоку кинетической энергии за счет аэродинамического воздействия лопастей (лопаток) крыльчатки, установленной в цилиндрическом кожухе.

Конструктивные элементы и их особенности

Типовой осевой вытяжной вентилятор состоит из следующих ключевых компонентов:

Электродвигатель. Является приводом устройства. В зависимости от исполнения может быть расположен непосредственно в воздушном потоке (стандартное исполнение) или вынесен за его пределы с помощью удлиненного вала (исполнение для сред повышенной температуры или агрессивности). Класс защиты двигателя (IP) и температурный класс изоляции выбираются в соответствии с условиями эксплуатации.
Рабочее колесо (крыльчатка, импеллер). Состоит из втулки (ступицы) и закрепленных на ней под определенным углом атаки лопастей. Количество, геометрия и материал лопастей (алюминиевый сплав, сталь, пластик) определяют аэродинамические и прочностные характеристики. Лопасти могут иметь фиксированный или регулируемый угол установки.
Кожух (корпус, обечайка). Цилиндрический или слегка конический корпус, обеспечивающий минимальный зазор между концами лопастей и внутренней поверхностью. Служит для формирования направленного потока и повышения аэродинамической эффективности. Изготавливается из листовой стали, алюминия или полимерных материалов.
Защитная решетка. Устанавливается на входе и/или выходе для предотвращения попадания внутрь крупных посторонних предметов и обеспечения безопасности персонала.
Монтажная рама (фланец, панель). Обеспечивает крепление вентилятора к стене, кровле, воздуховоду или другой конструкции. Часто комплектуется виброизоляционными прокладками.

Классификация и типы осевых вытяжных вентиляторов

Классификация осуществляется по ряду технических и эксплуатационных признаков.

По назначению и условиям эксплуатации:

Общеобменные вентиляторы. Для перемещения чистого воздуха при температуре до +40°C. Стандартное исполнение.
Вентиляторы для дымоудаления (дымовые). Предназначены для удаления дымовоздушных смесей в начальной стадии пожара. Должны сохранять работоспособность в течение заданного времени при высокой температуре (обычно +400°C — +600°C). Изготавливаются из черной стали, имеют отдельный приводной узел с выносным двигателем через удлиненный вал или используют специальные термостойкие двигатели.
Взрывозащищенные вентиляторы. Исполнение для помещений и сред с наличием взрывоопасных смесей. Двигатель и вся конструкция соответствуют стандартам (Ex d, Ex t и др.), исключающим возможность воспламенения.
Коррозионностойкие вентиляторы. Для сред с агрессивными газами или высокой влажностью. Изготавливаются из нержавеющих сталей (AISI 304, 316) или полимеров (PP, PVDF).
Крышные осевые вентиляторы. Специальное исполнение для монтажа на кровле, с защитным колпаком от атмосферных осадков и усиленной рамой.

По конструктивным особенностям:

С фиксированными лопастями. Наиболее распространенный и экономичный тип. Характеристики постоянны.
С регулируемыми лопастями. Позволяют изменять производительность путем поворота лопастей на ходу или при остановке, что обеспечивает гибкость системы.
С направляющим аппаратом (спрямляющим аппаратом). Устанавливается за рабочим колесом для преобразования крутящей составляющей скорости потока в статическое давление, повышая общий КПД и давление вентилятора.
Реверсивные. С симметричным профилем лопастей, позволяющим изменять направление потока на противоположное при реверсе вращения двигателя.

Основные технические параметры и аэродинамические характеристики

Выбор вентилятора осуществляется на основе анализа его рабочих параметров, которые взаимосвязаны и представлены в виде аэродинамической характеристики — графика зависимости полного давления (P_v), мощности на валу (N) и КПД (η) от расхода воздуха (L) при постоянной скорости вращения.

Производительность (расход воздуха, L). Объем воздуха, перемещаемый в единицу времени, м³/ч или м³/с. Зависит от скорости вращения и геометрии колеса.
Полное давление (P_v). Разность полных давлений на выходе и входе в вентилятор, Па. Складывается из статического давления (P_st) и динамического давления (P_d). Осевые вентиляторы характеризуются относительно низким создаваемым давлением (до 1000 Па, чаще 100-400 Па) при высоких расходах.
Мощность (N). Электрическая мощность, потребляемая двигателем, и мощность на валу вентилятора (полезная мощность).
Коэффициент полезного действия (КПД). Полный КПД вентилятора (η) — отношение полезной мощности (мощности воздушного потока) к мощности на валу. Полный КПД электропривода учитывает потери в двигателе и передаче.
Частота вращения (n). Скорость вращения рабочего колеса, об/мин. Влияет на все основные параметры.
Уровень звуковой мощности (L_w). Акустическая характеристика, дБ. Важный параметр для жилых и общественных зданий.

Таблица: Сравнительный анализ типовых серий осевых вытяжных вентиляторов

Тип (серия)	Типовой диапазон производительности, м³/ч	Типовой диапазон полного давления, Па	Основные области применения	Ключевые особенности
Осевые настенные/оконные (бытовые и коммерческие)	100 – 1500	20 – 80	Вытяжка из санузлов, кухонь, небольших офисных помещений.	Пластиковый корпус, низкий уровень шума, обратный клапан, простота монтажа.
Осевые канальные круглые	200 – 20000	100 – 800	Встраивание в круглые воздуховоды систем общеобменной вентиляции и кондиционирования.	Установка непосредственно в разрыв воздуховода, монтажная гильза, двигатели с термозащитой.
Осевые крышные (ВОКР, VKR)	1000 – 50000	150 – 500	Вытяжка из производственных, складских, торговых залов через кровлю.	Стальной корпус с защитным колпаком, монтажный стакан, автономность установки.
Осевые дымовые (ВОД, VOD)	5000 – 150000	400 – 1000	Системы противодымной вентиляции зданий.	Термостойкая конструкция, отдельный привод с выносным двигателем, сертификация по ГОСТ Р 53300-2009.
Осевые взрывозащищенные (ВО взр.)	1000 – 30000	200 – 600	Помещения категорий А, Б по взрывопожарной опасности (лакокрасочные цеха, АЗС, химические производства).	Двигатель во взрывозащищенном исполнении (Ex d IIC T4 и др.), антистатическое исполнение.

Принципы подбора и монтажа

Подбор осевого вытяжного вентилятора — инженерная задача, основанная на расчете требуемых параметров воздухообмена и аэродинамического сопротивления сети.

Расчет необходимой производительности (L). Определяется на основе санитарных норм (кратности воздухообмена для помещений), требований технологического процесса или условий дымоудаления.
Определение потерь давления в сети (ΔP_c). Рассчитывается аэродинамическое сопротивление системы воздуховодов, включая местные сопротивления (решетки, клапаны, повороты). Вентилятор должен создавать полное давление P_v ≥ ΔP_c.
Анализ аэродинамических характеристик. По графикам L-P_v для конкретных моделей находится рабочая точка — пересечение характеристики сети и характеристики вентилятора. Желательно, чтобы она находилась в зоне максимального КПД агрегата.
Корректировка по условиям среды. Учитываются температура, наличие агрессивных или взрывоопасных примесей, что определяет требуемое материальное и конструктивное исполнение.
Монтажные требования. Прямой участок воздуховода перед входом в вентилятор (не менее 1-1.5 диаметра) и после выхода (не менее 3 диаметров) для стабилизации потока и снижения потерь. Надежное крепление, виброизоляция, заземление. Для крышных вентиляторов — герметизация прохода через кровлю.

Эксплуатация, обслуживание и диагностика

Для обеспечения долговечности и эффективной работы необходимо соблюдать регламент технического обслуживания.

Плановый осмотр. Визуальная проверка целостности корпуса, креплений, состояния защитных решеток и обратных клапанов.
Очистка. Удаление пыли и загрязнений с лопаток рабочего колеса и внутренней поверхности кожуха. Нарушение балансировки из-за неравномерного загрязнения приводит к вибрациям и износу подшипников.
Контроль вибрации и шума. Повышенный уровень может указывать на дисбаланс, ослабление креплений, износ подшипников двигателя или аэродинамические причины (работа в нерасчетном режиме).
Контроль электрических параметров. Измерение потребляемого тока, которое не должно превышать номинальное значение на шильдике двигателя.
Смазка подшипников. Для двигателей с обслуживаемыми подшипниками качения — периодическая замена смазки в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем осевой вентилятор принципиально отличается от радиального (центробежного)?

Осевой вентилятор перемещает воздух параллельно оси вращения колеса, обеспечивая высокий расход при низком давлении. Воздух в радиальном вентиляторе входит вдоль оси, затем поворачивается на 90 градусов в радиальном направлении, ускоряется в спиральном кожухе и создает значительно более высокое давление при умеренных расходах. Осевые вентиляторы, как правило, более компактны и имеют лучший КПД в зоне своих рабочих параметров.

Когда необходимо выбирать вентилятор в дымовом исполнении?

Вентилятор в дымовом исполнении обязателен для систем противодымной вентиляции, проектируемых в соответствии с СП 7.13130.2013. Он используется для удаления дыма из коридоров, холлов, атриумов или непосредственно из помещений при пожаре. Не допускается его замена на общеобменный, так как последний не гарантирует работоспособность при высоких температурах дымовых газов и не имеет соответствующей сертификации.

Как правильно подобрать вентилятор, если известны только объем помещения и требуемая кратность воздухообмена?

Производительность (L, м³/ч) рассчитывается по формуле: L = V

K, где V — объем помещения (м³), K — требуемая кратность воздухообмена (ч⁻¹). Однако этого недостаточно. Необходимо рассчитать аэродинамическое сопротивление подключенных к вентилятору воздуховодов и решеток. Без этого расчета выбранный вентилятор может не обеспечить нужный расход, так как его давление будет недостаточно для преодоления сопротивления сети. Для простых вытяжных систем с установкой в отверстие в стене (без воздуховодов) достаточно подобрать модель по производительности.

Что такое обратный клапан и когда он необходим?

Обратный клапан (или гравитационная заслонка) — это устройство, автоматически перекрывающее сечение воздуховода при остановке вентилятора для предотвращения обратной тяги и перетекания воздуха (или холодного наружного воздуха) в помещение. Он строго необходим при работе нескольких вытяжных вентиляторов на общий коллектор, при наличии естественной тяги, а также при установке вентиляторов на наружных стенах в холодном климате.

Почему новый вентилятор может сильно шуметь или вибрировать?

Наиболее вероятные причины: 1) Аэродинамический шум из-за работы в режиме, далеком от расчетного (например, завышенное сопротивление сети); 2) Механическая вибрация из-за транспортной деформации или заводского дефекта (дисбаланс рабочего колеса); 3) Неправильный монтаж — отсутствие виброизоляторов, жесткая связь с конструкциями, передающими вибрацию; 4) Несоосность с воздуховодом, создающая турбулентность на входе.

Как регулировать производительность осевого вытяжного вентилятора?

Основные способы: 1) Частотное регулирование (наиболее энергоэффективно) — изменение скорости вращения двигателя с помощью частотного преобразователя; 2) Регулирование с помощью заслонок (дросселирование) — наименее экономичный способ, так как приводит к потерям давления; 3) Изменение угла установки лопастей — возможно только для вентиляторов специальной конструкции с регулируемыми лопатками.

Заключение

Осевые вытяжные вентиляторы являются высокоэффективным и широко применимым решением для организации вытяжной вентиляции в различных отраслях. Корректный выбор, учитывающий аэродинамические параметры сети, свойства перемещаемой среды и специфические требования (взрывозащита, термостойкость), является залогом долговечной и экономичной работы системы в целом. Регулярное техническое обслуживание, включающее очистку и контроль механического состояния, позволяет поддерживать заявленные производителем характеристики и продлевает ресурс оборудования. При проектировании сложных систем, особенно противодымной вентиляции, выбор и расчет должны выполняться квалифицированными инженерами в строгом соответствии с действующими нормативными документами.

Вентиляторы осевые вытяжные