Centrifugalfläkt: enhetens specifikation och funktionsprincip

Med utvecklingen av industrisektorn har ett stort antal tekniska processer krävt forcerad lufttillförsel. Även hushållssektorn har inte lämnats utanför. För att säkerställa vissa typer av kommunikationer krävs regelbunden tillförsel av frisk luft.

En elegant lösning på detta problem blev centrifugalfläkten, som autonomt kan trycka den nödvändiga mängden luftmassa. Men hur är den konstruerad och hur fungerar den? Det är dessa frågor vi kommer att gå igenom i detalj i vår artikel.

Vi kommer att titta på enhetens konstruktionsegenskaper, dess möjligheter, användningsområden, de bästa tillverkarna vars produkter finns på marknaden. Och vi ger även rekommendationer för att välja en lämplig fläktmodell.

Kärnan i fläktens tryckökning och luftförtunning

Fläkten är en mekanisk konstruktion som kan bearbeta ett flöde av gas-luftblandning genom att öka dess specifika energi för efterföljande förflyttning.

En sådan aggregatarkitektur ger möjlighet att skapa en effekt av tryckökning eller förtunning av arbetsgasen i utrymmet genom att öka eller minska trycket (energiomvandlingsmekanism).

Med gastryck avses en oändlig process av kaotisk rörelse av gasmolekyler som, när de träffar väggarna i ett slutet utrymme, skapar tryck på dem.

Följaktligen, ju högre hastighet dessa molekyler har, desto fler träffar och desto högre tryck. Gastryck är en av gasens viktigaste egenskaper.

Å andra sidan har varje gas två parametrar till: volym och temperatur. Volym är mängden utrymme som gasen fyller. Gasens temperatur är en termodynamisk egenskap som kopplar molekylernas hastighet till det tryck de genererar.

På dessa “tre pelare” vilar den molekylär-kinetiska teorin, som är grunden för att beskriva alla processer som rör behandling av gaser och gasblandningar.

Processen för trycksättning innebär en påtvingad koncentration av molekyler i ett slutet utrymme över en viss norm. Till exempel är det allmänt accepterade lufttrycket vid jordytan ungefär 100 kPa (10⁵ kilopascal) eller 760 mmHg (millimeter kvicksilver).

Med ökande höjd över jordytan minskar trycket och luften blir tunnare.

Atmosfärstryck är vikten av en luftpelare i förhållande till den yta den befinner sig över. Inte massa, utan just vikt P=mg. Mäts med barometer, övriga trycktyper mäts med manometer.

Undertryck är motsatsen till trycksättning, under vilken molekyler lämnar ett slutet system. Volymen förblir densamma, men antalet molekyler minskar avsevärt, och därmed minskar också trycket.

Effekten av trycksättning är nödvändig för tvångsförflyttning av luft. Det är möjligt att flytta luft genom undertryckseffekt: för att återställa tryckbalansen i hela systemet förflyttar sig molekyler från ett område med högre koncentration till ett med lägre koncentration.

På detta sätt sker förflyttning av gasmolekyler.

För att bestämma luftflödets hastighet utanför eller inuti en byggnad används ofta ett specialverktyg – anemometer. Ett oumbärligt instrument för projektering av ventilationssystem.

Det finns många olika konfigurationer av ventilationssystem, men de kan grovt delas in i flera klasser efter vissa parametrar:

1. Efter användningsområde. Man skiljer på fläktar för allmänt och speciellt bruk. Allmänna fläktar används för vanlig gasförflyttning. Specialfläktar används för pneumatisk transport, transport av aggressiva och explosiva gasblandningar.
2. Efter varvtal. Det finns låg, medel och hög specifik rotationshastighet på hjulet med skovlar.
3. Efter tryckområde. Det finns system som genererar lågt (upp till 1 kPa), medel (1–3 kPa), högt (över 3 kPa) tryck.

Vissa industriella och hushållsprocesser med användning av luftblåsare sker under extrema miljöförhållanden, därför ställs motsvarande krav på utrustningen.

Således kan man tala om dammtåliga, fuktskyddade, värmebeständiga, korrosionsbeständiga, gnistskyddade enheter och anordningar för rökavlägsning samt vanliga fläktar.

Information om olika typer av fläktar behandlas i detalj i en annan artikel av oss.

Konstruktion av centrifugalfläkt

Centrifugalkonstruktionens system är en tryckmekanism med radiell arkitektur som kan generera tryck i alla områden.

Avsedd för transport av en- och fleratomiga gaser, inklusive kemiskt “aggressiva” föreningar.

Konstruktionen “är klädd” med ett metall-/plasthölje som kallas skyddskåpa. Höljet skyddar den inre kammaren mot damm, fukt och andra ämnen som kan påverka aggregatets funktion negativt.

En kvalitetsventilationsprodukt har alltid en viss skyddsklass. Kapslingsskydd (Ingress Protection) är en enhetlig internationell kvalitetsstandard som anger utrustningens skyddsnivå mot miljöpåverkan.

Radialfläkten utvecklar betydligt högre tryck än axialvarianten. Detta beror på att den luft som kommer in i trumman tillförs energi som bildas vid övergången från inlopp till utlopp i systemet.

Mekanismen drivs av en elektrisk motor eller en förbränningsmotor (typiskt för industriella fläktar). Den vanligaste metoden är en elmotor som roterar axeln med pumphjulet.

Det finns flera sätt att överföra rotationen från motorn till impellern:

• elastisk koppling;
• kilremsdrift;
• steglös transmission (hydraulisk eller induktiv slirkoppling).

Med tanke på att det finns ett stort antal tillverkare som skapar unika system med mycket olika dynamiska parametrar, har konsumenterna tillgång till ett ganska brett sortiment av fläktar.

I huset finns två huvudkanaler: en inlopps- och en utloppskanal. Gasblandningen kommer in i den första kanalen, förflyttas till kammaren, bearbetas där, och går sedan ut i den andra.

Tack vare utvecklarnas intensiva arbete har vi ett brett användningsområde för sådana maskiner, inklusive:

• ventilations- och värmesystem i privata hus och flerbostadshus;
• tillförsel och rening av luft för lokaler;
• filtreringssystem inom jordbruket;
• utförande av tekniska processer inom lätt och tung industri av olika slag.

Det finns också tillämpningar av fläktar i brandsläckningssystem och för extremt snabb luftväxling i slutna utrymmen.

Sådana fläktar arbetar med högtemperaturgasblandningar, vilket tvingar tillverkarna att inkludera information i sin tekniska dokumentation om att utrustningen överensstämmer med internationella standarder.

Den beprövade och enkla konstruktionen av centrifugal mekanismen har ett antal tydliga fördelar:

• hög tillförlitlighet och oöverträffad prestanda;
• enkel och tillgänglig service av utrustningen;
• säker integration och drift av aggregaten;
• minimala kostnader för energiresurser och reparation vid haveri.

Dessutom har fläktarna en ganska låg ljudnivå, vilket gör dem lämpliga för hushållsbruk. Centrifugalfläktar har även en exceptionellt lång livslängd tack vare att inga rörliga delar i mekanismen har direkt kontakt i arbetskammaren.

Funktioner i enhetens arbetscykel

Låt oss titta på den allmänna funktionsprincipen för en centrifugalfläkt med radiell konstruktion. Notera att experter skiljer mellan två huvudkonstruktioner: med axiellt och radiellt placerat inlopp dit luftströmmen sugs in.

Detta påverkar främst monteringssättet av fläkten i systemet och har praktiskt taget ingen inverkan på den totala prestandan.

En radiell fläkt kan arbeta både med vanlig luft som tas från omgivningen och med luft som strömmar genom luftkanalen (effekt av balans mellan områden med olika tryck).

Axiellt inlopp är typiskt för tryckfläktar för allmän användning. Radiell placering av flödesinloppet är typiskt för fläktar i huvudledningssystem.

I det första steget av fläktens arbetscykel förflyttas luftströmmen till ytan av den snabbt roterande impellern. Skovelbladen delar luften i små volymer som förs in i arbetskammaren.

Här samlas luftmassan, det vill säga luftmassan komprimeras direkt till en liten volym.

Själva konstruktionen av aggregatets hölje har sina egna särdrag.

Det finns två vanligaste former av höljet:

• runda;
• spiralformade.

Den runda formen på höljet är typisk för fläktar som flyttar en enorm mängd luft under en kort process. Den spiralformade är typisk för fläktar som dessutom komprimerar luftvolymen och genererar medel- och högtryck.

I det andra steget trycks luft in i arbetskammaren. Som bekant, vid konstant volym, med ökande total massa av gasmolekyler ökar antalet kollisioner mellan molekylerna, och därmed ökar deras hastighet. Följaktligen ökar även gastrycket.

Formen och antalet skovlar har stor betydelse. Alla impellertyper utan undantag testas i vindtunnlar för att fastställa optimala driftsförhållanden.

I det sista steget leds den komprimerade gasen från arbetskammaren till utloppsöppningen. Därefter går luften över i den centrala luftkanalen och förflyttas i angiven riktning.

Förtunningsprocessen sker precis tvärtom. Luften tas från luftledningen eller ett slutet utrymme där ett undertryck behöver skapas, och släpps ut i omgivningen eller ett annat begränsat utrymme.

Specifikation av centrifugalfläkt

Kompressorsystem kännetecknas av ett antal konstruktions- och dynamiska skillnader som måste beaktas vid val och implementering i ventilationssystemet.

Specifikationen omfattar:

• själva konstruktionen av luftblåsaren;
• motortyp;
• styrenhet;
• placering av pumphjulet och överföring av rotationsrörelse från motorn;
• vinkel för placering av inlopps- och utloppsstos;
• materialet som produktens delar är tillverkade av, dess dimensioner och vikt.

Specialister uppmärksammar även att produkterna överensstämmer med internationella normer: standarder ISO/IEC och GOST, IP-märkning, ATEX-direktiv etc.

Till de dynamiska egenskaperna hör tekniska prestandaparametrar för luftblåsaren: genererat tryck och tryckdifferenskoefficient, hastighet och maximal flödestemperatur, axelrotationsfrekvens och ljudtrycksnivå, verkningsgrad och motoreffekt.

Tillfört tryck – det maximala värdet som fläkten kan skapa under drift i nominellt läge.

P_v = P_sv + P_dv,

Där: P_v – totaltryck, P_sv – statiskt tryck, P_dv – dynamiskt tryck.

Tryckdifferenskoefficient – skillnaden mellan inlopps- och genererat tryck (bar).

Volymflöde – mängden gasblandning som förflyttas per tidsenhet (kapacitet). Beräknas vanligtvis i m³/h för inhemska tillverkare och liter/min för utländska.

Rotationshastighet – antalet fulla varv för fläkthjulet per tidsenhet. Anges i varv/s eller Hz. Man bör komma ihåg att belastningen på fläkten inte bör överstiga 75% av max.

Vid långvarig överbelastning och hög rotationshastighet överhettas fläkten och kan snabbt gå sönder. Men denna process kan kontrolleras genom att styra fläkten efter behov. Därför används en varvtalsregulator för fläkten.

Ljudtryck – bullernivån från roterande delar och luftfriktion mot metall. Mäts på 3 meters avstånd från källan när den arbetar vid maximal belastning. Bullret måste beaktas vid val av en fläkt som går kontinuerligt.

De flesta enheter är utrustade med ljud- och bakgrundsdämpare. Bullernormer: högst 50 dBA för bostadsutrymmen och högst 75 dBA för industriutrymmen.

En av anordningarna med extremt låg ljudnivå är en bladlös fläkt.

Fläktens verkningsgrad är produkten av följande tre koefficienter:

• förluster i luftflödet;
• läckage i konstruktionsglapp;
• mekanisk verkningsgrad hos enheten.

För centrifugalfläktar ligger den totala verkningsgraden mellan 0,7 och 0,85, för axialfläktar (kanalfläktar) högst 0,95. När man väljer en radialfläkt måste man ta hänsyn till en säkerhetsfaktor på 1,2 för elmotorn. Det vill säga välja en motoreffekt som är 20% högre än den nödvändiga.

Fläktmotorns effekt bestäms av formeln:

N = (Q*P)/(102*3600*η),

Där: Q – kapacitet (volymflöde), P – genererat tryck.

Val av fläkt enligt krav

Processen att välja ventilationsutrustning för en industrianläggning (verkstad, hangar) är ganska intressant och komplicerad och bör utföras av en specialist. Funktionerna för ventilation i produktionslokaler beskrivs i detalj här.

För vanliga lägenheter och privata hus finns redan färdiga lösningar. I allmänhet (för en 2–3 rums lägenhet) har vi följande arkitektur för ventilationssystemet:

• I vardagsrum installeras ventilationsaggregat, vars antal beror på rumsstorlek och antal boende;
• I kök och badrum integreras frånluftsdiffusorer plus att luftkanaler dras till till- och frånluftsaggregatet.

Centrifugalfläkten inkluderar styrenhet, filtersystem för luftrening, elmotor och själva radialfläktens enhet.

För ovan nämnda ventilationssystem passar väggfläktar av serie CF från Vents med kapacitet upp till 120 m³/h

Dagens marknad för ventilationsutrustning representeras av ett brett spektrum av utländska tillverkare: Systemair, Soler&Palau, OSTBERG, Rosenberg, HELIOS, Maico, Ruck Ventilatoren GmbH, AeroStar, Blauberg, Elicent, Rhoss, Frapol, CMT CLIMA, HygroMatik GmbH, Winterwarm, Tecnair LV, AERIAL GmbH, MITA.

Produkter från dessa företag är en utmärkt lösning för ventilationsuppgifter i alla storlekar.

Inhemska märken som Vents, Elcom, Domovent och Veza ligger inte efter i produktionskvalitet och tillförlitlighet. Om du är osäker på noggrannheten av utförda beräkningar eller val av specifik modell rekommenderar vi att du kontaktar supporten hos något av företagen.

Om du äger ett privat 1–2 våningshus, en industri- eller kommersiell byggnad av liknande storlek (restaurang, lager, matsal, café, kontor), måste du vid val av utrustning beakta rumsvolym, luftväxlingsfrekvens, längd och tvärsnitt på huvudledningarna.

Med ventilations- och rökutsugningsuppgifter klarar flerzonsfläktar eller takfläktar av serie KROM från Veza, fläktar av serie VN från Vents och andra.

Var noga med att beakta centrifugalfläktars extrafunktioner och möjligheten att integrera i olika luftkonditioneringssystem.

Så radialfläktar kan utrustas med extra komponenter:

• justerbara timers och intervallbrytare, fotosensorer och fuktighetsdetektorer;
• hastighetsregulatorer och statusindikatorer;
• sensorer för överbelastning av elmotor och frånvaro av elförsörjning;
• fjädervibrationsdämpare eller gummivibrationsisolatorer.

Om fläkten är placerad inne i lägenheten eller huset kan den täckas med en avtagbar frontpanel i aluminium eller plast, med hänsyn till rummets inredning.

För många användare är ljudnivån en viktig faktor vid val av fläkt. Letar du efter en tyst fläkt till badrummet? Vi rekommenderar att du kollar betyget för ljudlösa fläktar.

Slutsatser och användbar video om ämnet

I följande video berättar specialister från Elcom på ett lättillgängligt sätt om centrifugalfläktar:

Nedan visas ett utmärkt exempel på montering av en hushållsfläkt i badrummet:

Ytterligare ett alternativ för installation av en hushållsventilator med låg effekt i en lägenhet:

Den klassiska centrifugalförfläkten är resultatet av många års erfarenhet inom design och tillverkning av ventilationsutrustning. Det är inte bara en utmärkt lösning för industrin, utan också ett optimalt verktyg för lufttransport i bostäder och kontor.

Fundera du på att köpa en centrifugalförfläkt? Eller har du märkt en avvikelse i det genomgångna materialet? Ställ dina frågor och förtydliga tekniska aspekter i kommentarsfältet.

Eller kanske du redan har installerat en sådan fläkt i badrummet? Är du nöjd med dess funktion? Har du valt rätt effekt för ditt utrymme? Skicka foton på din fläkt och lämna dina kommentarer.