Framåtböjd motoriserad impeller
När vi har definierat det volymflöde vi behöver, oavsett om det gäller att tillföra friskluft eller processkyla, måste vi kombinera detta med det flödesmotstånd som fläkten kommer att möta i applikationen. Volymflödet (i m3/timme) och trycket (i Pascal - Pa) kombineras för att bilda den driftspunkt mot vilken fläkten måste arbeta. Det är viktigt att vi väljer en fläkt vars prestandakaraktäristik uppfyller den erforderliga driftspunkten vid eller nära punkten för maximal verkningsgrad. Att använda fläkten med maximal verkningsgrad minimerar strömförbrukningen och bullret från fläkten samtidigt som den levererar den erforderliga prestandan.
Hur fungerar en framåtböjd centrifugalfläkt?
Namnet "centrifugalfläkt" kommer från flödesriktningen och hur luften kommer in i pumphjulet i axiell riktning och sedan drivs utåt från fläktens yttre omkrets. Skillnaden i flödesriktning mellan en framåtböjd och en bakåtböjd centrifugalfläkt är den riktning som luften lämnar pumphjulets omkrets. Med ett bakåtböjt pumphjul lämnar luften i radiell riktning, medan med ett framåtböjt pumphjul lämnar luften tangentiellt från fläktens omkrets.
En framåtböjd centrifugalfläkt kännetecknas av sin cylindriska form och många små blad längs pumphjulets omkrets. I exemplet nedan roterar fläkten medurs.
Till skillnad från det bakåtböjda pumphjulet kräver det framåtböjda pumphjulet ett hölje som omvandlar höghastighetsluft som lämnar pumphjulsbladets spetsar till en statisk kraft med lägre hastighet. Höljets form styr också luftflödet till utloppet. Denna typ av fläkthölje är allmänt känt som ett spiralhus; det kan dock också kallas ett voluthus eller ett siroccohus. Genom att installera det framåtböjda pumphjulet i ett spiralhus refererar vi vanligtvis till det som en framåtböjd fläkt.
Det finns två typer av fläktar som använder ett framåtböjt motoriserat impeller som visas nedan…
Den enkelintagsfläkten till vänster drar in luft från ena sidan av höljet genom det runda inloppet och leder den till det fyrkantiga utloppet (här med en monteringsfläns). Den dubbelintagsfläkten har ett bredare spiralhus som drar in luft från båda sidor av spiralen och levererar den till det bredare fyrkantiga utloppet.
Precis som med den bakåtböjda centrifugalfläkten drar sugsidan av impellerbladet luft från fläktens centrum, vilket resulterar i en riktningsförändring av luftflödet mellan inloppet och avluften på 90°.
Fläktkarakteristik
Det optimala arbetsområdet för en framåtböjd centrifugalfläkt är när den arbetar med högre tryck. En framåtböjd centrifugalfläkt fungerar bäst när höga tryck mot lägre volymflöden krävs. Diagrammet nedan illustrerar det optimala arbetsområdet…
Volymflödet ritas längs X-axeln och systemtrycket ritas på Y-axeln. När det inte finns något tryck i systemet (fläkten blåser fritt) kommer en framåtböjd centrifugalfläkt att producera det största volymflödet. När ett flödesmotstånd appliceras på fläktens sug- eller avgassida kommer volymflödet att minska.
Försiktighet bör iakttas vid val av en framåtböjd fläkt för drift vid lågt tryck och högsta volymflöde. Vid denna punkt arbetar pumphjulet i ett aerodynamiskt stall på samma sätt som en axialfläkt som arbetar i sadelpunkten på sin kurva. Vid denna punkt kommer buller och strömförbrukning att vara som högst på grund av turbulens.
Toppeffektiviteten är vid en punkt som kallas karakteristikkurvans knä. Vid denna punkt är förhållandet mellan fläktens uteffekt (volymflöde (m3/s) x statisk tryckutveckling (Pa) och den elektriska tillförseln (W) som störst och ljudtrycket som produceras av fläkten kommer att vara som tystast. Över och under det optimala driftområdet blir flödet över fläkten bullrigare och fläktsystemets effektivitet minskar.
Fördelen med att använda ett framåtböjt motoriserat impeller med ett enda inlopp är att det har en brant fläktkarakteristik. Detta är särskilt användbart i system som kräver jämna filtreringsnivåer. När luft passerar genom ett partikelfilter fångar filtret upp luftburet damm och pollen. Ju finare filtreringsgraden är, desto mindre partiklar fångas upp av filtret. Med tiden kommer filtret att bli alltmer igensatt med smuts och skräp, vilket innebär att mer tryck krävs för att leverera samma luftvolym. Att använda ett impeller med en brant karakteristikkurva innebär i detta fall att när filtret blir alltmer igensatt förblir volymflödet konstant medan trycket över filtret ökar.
Fördelen med att använda ett dubbelt inloppsrikt framåtböjt pumphjul är att det kan leverera ett högt volymflöde från en relativt liten fläkt. Kompromissen med att använda ett dubbelt inloppsrikt fläkthjul är att det har en lägre tryckutveckling, vilket innebär att det bara kan fungera med system med lägre tryck.
Monteringsalternativ
Som tidigare nämnts producerar det framåtböjda motoriserade impellern höghastighetsluft vid bladets spetsar som behöver riktas och bromsas för att omvandla dynamiskt tryck till statiskt tryck. För att underlätta detta bygger vi en spiral runt impellern. Formen skapas av ett förhållande mellan avstånden från impellerns centrum och fläktens utlopp. Precis som med den bakåtböjda fläkten rekommenderas det också att ha en liten överlappning mellan inloppsringen och impellerns mynning. Båda monteringsövervägandena visas i diagrammet nedan…
Inloppsringens diameter bör endast tillåta ett litet mellanrum mellan pumphjulet och ringen för att undvika återcirkulation av luft.
Monteringsöverväganden - Avstånd
Det är viktigt att säkerställa tillräckligt utrymme på sugsidan och sidan av fläkten…
Otillräckligt utrymme på fläktens sugsida ökar inloppshastigheten vilket leder till turbulens. Denna turbulens ökar när luften passerar genom pumphjulet, vilket gör energiöverföringen från fläktbladet till luften mindre effektiv, orsakar mer buller och minskar fläktens effektivitet.
Allmänna rekommendationer för inlopps- och avgasförhållanden är:
Inloppssida
- Inget hinder eller förändring i flödesriktningen inom 1/3 av fläktdiameterns avstånd från fläktens inlopp
Sammanfattning – Varför välja en framåtböjd centrifugalfläkt?
När den erforderliga driftspunkten ligger inom området med högre systemtryck kontra lägre volymflöde på fläktkarakteristiken bör en enkelsugande, framåtböjd centrifugalfläkt övervägas. Om kravet för applikationen är ett högt volymflöde i ett begränsat utrymme bör en dubbelsugande, framåtböjd centrifugalfläkt övervägas.
Fläkten bör väljas inom sitt optimala område, vilket är vid det som kallas knäet på dess karakteristikkurva. Punkten för maximal verkningsgrad ligger närmare den högre tryckgränsen på fläktkarakteristikkurvan, där den också arbetar som tystast. Drift utanför det optimala området (vid extrema punkter med högt volymflöde) bör undvikas eftersom turbulensen och den aerodynamiska verkningsgraden hos impellerbladet vid dessa punkter kommer att skapa buller och impellern kommer också att arbeta i ett aerodynamiskt stall. Vid låga tryck och höga volymflöden bör hänsyn tas till motorns driftstemperatur under belastning eftersom det finns en risk för att motorn överhettas.
Luft på pumphjulets inloppssida bör hållas så jämn och laminär som möjligt. För att maximera effektiviteten bör minst 1/3 av pumphjulets diameter vara fri från fläktens inlopp. Genom att använda en inloppsring (inloppsmunstycke) som överlappar pumphjulets inlopp elimineras flödesstörningar innan luften sugs genom fläkten, minskas turbulensinducerat buller, hålls strömförbrukningen vid driftspunkten till ett minimum och maximeras effektiviteten.
Den branta driftskaraktäristiken, den högre tryckkapaciteten hos enkelsugsfläktar och den höga flödeskapaciteten hos dubbelsugsfläktar gör att den framåtböjda fläkten är ett användbart alternativ att överväga för en mängd olika installationer.
Publiceringstid: 16 augusti 2023