Fläktar för kanalventilationssystem
Denna modul tittar på centrifugal- och axialfläktar som används för kanalventilationssystem och tar hänsyn till utvalda aspekter, inklusive deras egenskaper och funktionsegenskaper.
De två vanliga fläkttyperna som används i byggnadstjänster för kanalsystem kallas allmänt för centrifugal- och axialfläktar – namnet som kommer från den definierande riktningen för luftflödet genom fläkten.Dessa två typer är i sig uppdelade i ett antal undertyper som har utvecklats för att ge speciella volymflödes-/tryckegenskaper, såväl som andra driftsegenskaper (inklusive storlek, buller, vibrationer, rengöringsbarhet, underhållbarhet och robusthet).
Tabell 1: USA och Europa publicerade toppdata för fläkteffektivitet för fläktar >600 mm i diameter
Några av de vanligaste typerna av fläktar som används i VVS listas i Tabell 1, tillsammans med indikativa toppeffekter som har samlats in1 från data publicerade av en rad amerikanska och europeiska tillverkare.Utöver dessa har "plugg"-fläkten (det är faktiskt en variant av centrifugalfläkten) sett en ökande popularitet de senaste åren.
Figur 1: Generiska fläktkurvor.Riktiga fans kan skilja sig mycket från dessa förenklade kurvor
Karakteristiska fläktkurvor visas i figur 1. Dessa är överdrivna, idealiserade kurvor, och verkliga fläktar kan mycket väl skilja sig från dessa;dock kommer de sannolikt att uppvisa liknande egenskaper.Detta inkluderar områden med instabilitet som beror på jakt, där fläkten kan växla mellan två möjliga flöden vid samma tryck eller som en konsekvens av att fläkten stannar (se Avstängning av luftflödeslåda).Tillverkare bör också identifiera föredragna "säkra" arbetsområden i sin litteratur.
Centrifugalfläktar
Med centrifugalfläktar kommer luften in i pumphjulet längs dess axel, sedan släpps den ut radiellt från pumphjulet med centrifugalrörelsen.Dessa fläktar kan generera både höga tryck och höga volymflöden.Majoriteten av traditionella centrifugalfläktar är inneslutna i ett hölje av scrolltyp (som i figur 2) som verkar för att rikta den rörliga luften och effektivt omvandla den kinetiska energin till statiskt tryck.För att flytta mer luft kan fläkten utformas med ett "dubbel bredd dubbelinlopp" impeller, vilket tillåter luft att komma in på båda sidor av höljet.
Figur 2: Centrifugalfläkt i scrollhölje, med ett bakåtlutande pumphjul
Det finns ett antal former av blad som kan utgöra pumphjulet, där huvudtyperna är framåtböjda och bakåtböjda – bladets form avgör dess prestanda, potentiella effektivitet och formen på den karakteristiska fläktkurvan.De andra faktorerna som kommer att påverka fläktens effektivitet är bredden på fläkthjulet, utrymmet mellan inloppskonen och det roterande fläkthjulet och området som används för att släppa ut luften från fläkten (det så kallade "sprängområdet"). .
Denna typ av fläkt har traditionellt drivits av en motor med rem och remskiva.Men med förbättringen av elektroniska hastighetskontroller och den ökade tillgängligheten av elektroniskt kommuterade ('EC' eller borstlösa) motorer, blir direktdrifter allt vanligare.Detta tar inte bara bort ineffektiviteten i en remdrift (det kan vara allt från 2 % till mer än 10 %, beroende på underhåll2) utan kommer sannolikt också att minska vibrationerna, minska underhållet (färre lager och rengöringskrav) och göra monteringen mer kompakt.
Bakåtböjda centrifugalfläktar
Bakåtböjda (eller "lutande") fläktar kännetecknas av blad som lutar bort från rotationsriktningen.De kan nå verkningsgrader på uppemot 90 % när man använder aerofoil-blad, som visas i figur 3, eller med släta blad formade i tre dimensioner, och något mindre när man använder släta böjda blad, och mindre igen när man använder enkla platta bakåtlutande blad.Luften lämnar spetsarna på pumphjulet med relativt låg hastighet, så friktionsförlusterna i höljet är låga och luftgenererat ljud är också lågt.De kan stanna vid ytterligheterna av driftkurvan.Relativt bredare impellrar kommer att ge störst effektivitet och kan lätt använda de mer omfattande aerofoil-profilerade bladen.Smala pumphjul kommer att visa liten nytta av att använda aerofoils så tenderar att använda plana blad.Bakåtböjda fläktar är särskilt kända för sin förmåga att producera höga tryck i kombination med lågt ljud, och har en icke-överbelastningseffektkarakteristik – detta betyder att när motståndet minskar i ett system och flödeshastigheten ökar, kommer den effekt som dras av den elektriska motorn att minska. .Konstruktionen av bakåtböjda fläktar är sannolikt mer robusta och ganska tyngre än den mindre effektiva framåtböjda fläkten.Luftens relativt långsamma lufthastighet över bladen kan tillåta ackumulering av föroreningar (som damm och fett).
Figur 3: Illustration av centrifugalfläkthjul
Framåtböjda centrifugalfläktar
Framåtböjda fläktar kännetecknas av ett stort antal framåtböjda blad.Eftersom de vanligtvis ger lägre tryck är de mindre, lättare och billigare än motsvarande bakåtböjda fläktar.Som visas i figur 3 och figur 4 kommer den här typen av fläkthjul att inkludera 20 plus blad som kan vara så enkelt som att de är gjorda av en enda metallplåt.Förbättrad effektivitet erhålls i större storlekar med individuellt formade blad.Luften lämnar bladspetsarna med hög tangentiell hastighet, och denna kinetiska energi måste omvandlas till statiskt tryck i höljet – detta försämrar effektiviteten.De används vanligtvis för låga till medelstora luftvolymer vid lågt tryck (normalt <1,5 kPa), och har en relativt låg verkningsgrad på under 70 %.Scrollhöljet är särskilt viktigt för att uppnå bästa effektivitet, eftersom luften lämnar spetsen på bladen med hög hastighet och används för att effektivt omvandla den kinetiska energin till statiskt tryck.De körs med låga rotationshastigheter och därför tenderar de mekaniskt genererade ljudnivåerna att vara lägre än bakåtböjda fläktar med högre hastighet.Fläkten har en överbelastningseffekt vid drift mot låga systemmotstånd.
Figur 4: Framåtböjd centrifugalfläkt med inbyggd motor
Dessa fläktar är inte lämpliga där luften till exempel är kraftigt förorenad med damm eller bär med sig fettdroppar.
Figur 5: Exempel på direktdriven pluggfläkt med bakåtböjda blad
Radialbladiga centrifugalfläktar
Den radiella centrifugalfläkten har fördelen av att kunna flytta förorenade luftpartiklar och vid höga tryck (i storleksordningen 10 kPa), men när den körs i höga hastigheter är den mycket bullrig och ineffektiv (<60 %) och bör därför inte vara används för allmänna VVS.Den lider också av en överbelastningseffekt – eftersom systemmotståndet minskar (kanske genom att volymkontrollspjäll öppnar), kommer motoreffekten att öka och, beroende på motorstorlek, kan den eventuellt "överbelastas".
Plugg fläktar
Istället för att monteras i ett spiralhölje kan dessa specialdesignade centrifugalhjul användas direkt i luftbehandlingsenhetens hölje (eller faktiskt i valfri kanal eller kammare), och deras initiala kostnad kommer sannolikt att vara lägre än inrymt centrifugalfläktar.Kända som 'plenum', 'plug' eller helt enkelt 'unhoused' centrifugalfläktar, kan dessa ge vissa utrymmesfördelar men till priset av förlorad driftseffektivitet (med den bästa verkningsgraden liknar den för inbyggda framåtböjda centrifugalfläktar).Fläktarna kommer att dra in luft genom inloppskonan (på samma sätt som en inbyggd fläkt) men släpper sedan ut luften radiellt runt hela 360° yttre omkretsen av pumphjulet.De kan ge en stor flexibilitet för utloppsanslutningar (från kammaren), vilket innebär att det kan finnas mindre behov av intilliggande böjar eller skarpa övergångar i kanalsystemet som i sig skulle lägga till systemets tryckfall (och därmed ytterligare fläkteffekt).Systemets totala effektivitet kan förbättras genom att använda klocköppningar till kanalerna som lämnar plenumet.En av fördelarna med pluggfläkten är dess förbättrade akustiska prestanda, till stor del ett resultat av ljudabsorptionen i plenumet och avsaknaden av "direkta siktvägar" från pumphjulet in i kanalsystemets mynning.Verkningsgraden kommer att vara mycket beroende av fläktens placering i kammaren och förhållandet mellan fläkten och dess utlopp – kammaren används för att omvandla den kinetiska energin i luften och därmed öka det statiska trycket.Väsentligt olika prestanda och olika driftsstabilitet kommer att bero på impellertypen – blandade flödeshjul (som ger en kombination av radiellt och axiellt flöde) har använts för att övervinna flödesproblem som är ett resultat av det starka radiella luftflödesmönstret som skapats med enkla centrifugalhjul3.
För mindre enheter kompletteras deras kompakta design ofta genom användningen av lättstyrbara EC-motorer.
Axialfläktar
I axialfläktar passerar luften genom fläkten i linje med rotationsaxeln (som visas i den enkla röraxialfläkten i figur 6) – trycksättningen produceras av aerodynamisk lyftning (liknar en flygplansvinge).Dessa kan vara relativt kompakta, billiga och lätta, särskilt lämpade för att flytta luft mot relativt låga tryck, så de används ofta i utsugssystem där tryckfallen är lägre än tillförselsystem - tillförseln inkluderar normalt tryckfallet för alla luftkonditioneringsanläggningar komponenter i luftbehandlingsaggregatet.När luften lämnar en enkel axialfläkt kommer den att virvla på grund av den rotation som tillförs luften när den passerar genom pumphjulet – fläktens prestanda kan förbättras avsevärt av nedströms ledskovlar för att återställa virveln, som i skoveln axialfläkt som visas i figur 7. Effektiviteten hos en axialfläkt påverkas av bladets form, avståndet mellan bladets spets och det omgivande höljet och virvelåterställningen.Bladets stigning kan ändras för att effektivt variera fläktens effekt.Genom att vända på axialfläktarnas rotation kan luftflödet även vändas – även om fläkten kommer att utformas för att arbeta i huvudriktningen.
Figur 6: En axialfläkt med rör
Karakteristikkurvan för axialfläktar har ett stallområde som kan göra dem olämpliga för system med ett vitt varierande spektrum av driftförhållanden, även om de har fördelen av en icke-överbelastningseffektkarakteristik.
Figur 7: En axialfläkt med skovel
Bladaxialfläktar kan vara lika effektiva som bakåtböjda centrifugalfläktar och kan producera höga flöden vid rimliga tryck (vanligtvis runt 2 kPa), även om de sannolikt skapar mer ljud.
Blandflödesfläkten är en utveckling av axialfläkten och har, som visas i figur 8, ett koniskt format pumphjul där luft dras radiellt genom de expanderande kanalerna och sedan passerar axiellt genom de uträtande ledskovlarna.Den kombinerade verkan kan ge ett mycket högre tryck än vad som är möjligt med andra axialfläktar.Verkningsgrad och ljudnivåer kan likna dem för en bakåtböjd centrifugalfläkt.
Figur 8: Inline fläkt med blandat flöde
Installation av fläkten
Ansträngningarna att tillhandahålla en effektiv fläktlösning kan allvarligt undergrävas av förhållandet mellan fläkten och de lokala kanalerna för luften.
Posttid: 2022-07-07