Voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier
Nadat we het benodigde volumedebiet hebben bepaald, of dit nu voor verse lucht of proceskoeling is, moeten we dit combineren met de stromingsweerstand die de ventilator in de toepassing ondervindt. Het volumedebiet (in m³/uur) en de druk (in Pascal - Pa) vormen samen het werkpunt waartegen de ventilator moet functioneren. Het is belangrijk dat we een ventilator selecteren waarvan de prestatiekenmerken voldoen aan het vereiste werkpunt op of nabij het piekrendement. Door de ventilator op zijn piekrendement te gebruiken, minimaliseren we het stroomverbruik en de geluidsproductie, terwijl de vereiste prestaties worden geleverd.
Hoe werkt een centrifugaalventilator met voorovergebogen ventilator?
De naam 'centrifugaalventilator' is afgeleid van de stromingsrichting en de manier waarop de lucht axiaal de waaier binnenkomt en vervolgens vanaf de buitenomtrek van de ventilator naar buiten wordt gestuwd. Het verschil in stromingsrichting tussen een centrifugaalventilator met voorwaartse en achterwaartse kromming is de richting waarin de lucht de waaier verlaat. Bij een achterwaarts gebogen waaier verlaat de lucht de waaier in radiale richting, terwijl bij een voorwaarts gebogen waaier de lucht tangentieel vanaf de buitenomtrek van de ventilator verlaat.
Een centrifugaalventilator met voorovergebogen schoepen kenmerkt zich door zijn cilindrische vorm en de vele kleine schoepen op de omtrek van de waaier. In het onderstaande voorbeeld draait de ventilator met de klok mee.
In tegenstelling tot de naar achteren gebogen waaier, vereist de naar voren gebogen waaier een behuizing die de lucht met hoge snelheid die de uiteinden van de waaier verlaat, omzet in een statische kracht met lagere snelheid. De vorm van de behuizing leidt de luchtstroom ook naar de uitlaat. Dit type ventilatorbehuizing staat algemeen bekend als een scroll; het kan echter ook een slakkenhuis of een siroccobehuizing worden genoemd. Door de naar voren gebogen waaier in een scrollbehuizing te installeren, noemen we deze meestal een naar voren gebogen ventilator.
Er zijn twee soorten blowers die gebruikmaken van een voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier, zoals hieronder weergegeven…
De ventilator met enkele inlaat links zuigt lucht aan vanaf één kant van de behuizing via de ronde inlaat en leidt deze naar de vierkante uitlaat (hier afgebeeld met een montageflens). De ventilator met dubbele inlaat heeft een bredere behuizing met een scroll die lucht aanzuigt vanaf beide zijden van de scroll en deze naar de bredere vierkante uitlaat leidt.
Net als bij de centrifugaalventilator met achterovergebogen schoepen zuigt de aanzuigzijde van het waaierblad lucht aan uit het midden van de ventilator. Hierdoor ontstaat er een richtingsverandering van de luchtstroom tussen de inlaat en de uitlaat van 90°.
Ventilatorkarakteristiek
Het optimale werkgebied voor een centrifugaalventilator met voorovergebogen schoepen is wanneer deze bij een hogere druk werkt. Een centrifugaalventilator met voorovergebogen schoepen werkt het beste wanneer hoge drukken bij lagere volumestromen vereist zijn. De onderstaande grafiek illustreert het optimale werkgebied…
De volumestroom wordt langs de X-as uitgezet en de systeemdruk langs de Y-as. Wanneer er geen druk in het systeem is (de ventilator blaast vrij), zal een centrifugaalventilator met voorovergebogen schoepen de grootste volumestroom produceren. Doordat er stromingsweerstand ontstaat aan de aanzuig- of uitlaatzijde van de ventilator, zal de volumestroom afnemen.
Voorzichtigheid is geboden bij het selecteren van een ventilator met voorovergebogen schoepen, omdat deze bij lage druk en een hoog debiet kan werken. Op dit punt bevindt de waaier zich in een aerodynamische stilstand, net als een axiale ventilator die in het zadelpunt van zijn schoepen draait. Op dit punt zullen het geluid en het stroomverbruik het hoogst zijn vanwege turbulentie.
Het piekrendement bevindt zich op een punt dat de knie van de karakteristieke curve wordt genoemd. Op dit punt is de verhouding tussen het uitgangsvermogen van de ventilator (volumestroom (m³/s) x statische drukontwikkeling (Pa) en het opgenomen vermogen (W) het grootst en is de geluidsdruk die de ventilator produceert het stilst. Boven en onder het optimale werkingsbereik wordt de stroming door de ventilator luidruchtiger en neemt de efficiëntie van het ventilatorsysteem af.
Het voordeel van een enkelvoudige, voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier met één inlaat is dat deze een steile waaierkarakteristiek heeft. Dit is met name handig in systemen die een consistente filtratie vereisen. Wanneer lucht door een deeltjesfilter stroomt, houdt het filter zwevende stof en pollen tegen. Hoe fijner de filtratiegraad, hoe kleiner de deeltjes die door het filter worden tegengehouden. Na verloop van tijd raakt het filter steeds meer verstopt met vuil en gruis, waardoor er meer druk nodig is om hetzelfde luchtvolume te leveren. Het gebruik van een waaier met een steile karakteristiek betekent in dit geval dat naarmate het filter verder verstopt raakt, de volumestroom constant blijft terwijl de druk over het filter toeneemt.
Het voordeel van een ventilator met dubbele inlaat en voorovergebogen schoepen is dat deze met een relatief kleine ventilator een grote volumestroom kan leveren. Het nadeel van een ventilator met dubbele inlaat is dat deze een lagere drukontwikkeling heeft, wat betekent dat deze alleen werkt met systemen met een lagere druk.
Montagemogelijkheden
Zoals eerder vermeld, produceert de voorovergebogen gemotoriseerde waaier lucht met hoge snelheid aan de uiteinden van het blad, die gericht en vertraagd moet worden om dynamische druk om te zetten in statische druk. Om dit te vergemakkelijken, bouwen we een krul rond de waaier. De vorm wordt bepaald door de verhouding van de afstanden van het midden van de waaier tot de ventilatoruitlaat. Net als bij de achterovergebogen ventilator is het ook aan te raden om een kleine overlap te hebben tussen de inlaatring en de opening van de waaier. Beide montageoverwegingen worden weergegeven in het onderstaande diagram…
De diameter van de inlaatring mag slechts een kleine ruimte tussen de waaier en de ring toestaan om recirculatie van lucht te voorkomen.
Montageoverwegingen - Spelingen
Het is belangrijk om voldoende ruimte te garanderen aan de aanzuig- en zijkant van de ventilator…
Onvoldoende speling aan de aanzuigzijde van de ventilator verhoogt de inlaatsnelheid, wat leidt tot turbulentie. Deze turbulentie neemt toe naarmate de lucht door de waaier stroomt, waardoor de energieoverdracht van het ventilatorblad naar de lucht minder efficiënt wordt, er meer geluid ontstaat en de ventilator minder efficiënt werkt.
Algemene aanbevelingen voor inlaat- en uitlaatcondities zijn:
Inlaatzijde
- Geen obstructie of verandering in de stroomrichting binnen een afstand van 1/3 van de ventilatordiameter vanaf de inlaat van de ventilator
Samenvatting – Waarom zou u kiezen voor een centrifugaalventilator met voorovergebogen schoepen?
Wanneer het vereiste werkpunt in het gebied van hogere systeemdrukken versus lagere volumestroom op de ventilatorkarakteristiek valt, dient een centrifugaalventilator met enkelvoudige inlaat en voorwaarts gebogen schoepen te worden overwogen. Indien de toepassing een hoge volumestroom in een beperkte ruimte vereist, dient een centrifugaalventilator met dubbelvoudige inlaat en voorwaarts gebogen schoepen te worden overwogen.
De ventilator moet worden geselecteerd binnen het optimale bereik, wat bekend staat als de knie van de karakteristieke curve. Het piekrendement ligt dichter bij de hogere drukgrens op de karakteristieke curve van de ventilator, waar deze ook het stilst functioneert. Buiten het optimale bereik werken (bij de extremen van een hoge volumestroom) moet worden vermeden, omdat de turbulentie en de aerodynamische efficiëntie van het waaierblad op deze punten geluid veroorzaken en de waaier bovendien in een aerodynamische stilstand zal werken. Bij lage drukken en hoge volumestromen moet rekening worden gehouden met de bedrijfstemperatuur van de belaste motor, aangezien er een risico bestaat op oververhitting van de motor.
De lucht aan de inlaatzijde van de waaier moet zo glad en laminair mogelijk worden gehouden. Om de efficiëntie te maximaliseren, moet er een speling van ten minste 1/3 van de waaierdiameter worden aangehouden bij de ventilatorinlaat. Het gebruik van een inlaatring (inlaatmondstuk) die de waaierinlaat overlapt, helpt stromingsverstoringen te elimineren voordat de lucht door de ventilator wordt gezogen, turbulentiegeïnduceerd geluid te verminderen, het stroomverbruik op het werkpunt tot een minimum te beperken en de efficiëntie te maximaliseren.
De steile bedrijfskarakteristiek, de hogere drukcapaciteit van enkelvoudige inlaatventilatoren en de hoge stroomsnelheid van dubbelvoudige inlaatventilatoren maken de voorovergebogen ventilator een nuttige optie voor een breed scala aan installaties.
Geplaatst op: 16-08-2023