Voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier
Nadat we het benodigde volumestroomdebiet hebben bepaald, of dit nu voor verse luchttoevoer of proceskoeling is, moeten we dit combineren met de luchtweerstand die de ventilator in de toepassing ondervindt. Het volumestroomdebiet (in m³/uur) en de druk (in Pascal - Pa) vormen samen het werkpunt waarop de ventilator moet werken. Het is belangrijk dat we een ventilator selecteren waarvan de prestatiekarakteristieken overeenkomen met het vereiste werkpunt, op of nabij het punt van maximale efficiëntie. Door de ventilator op zijn maximale efficiëntie te gebruiken, worden het energieverbruik en de geluidsproductie geminimaliseerd, terwijl de vereiste prestaties worden geleverd.
Hoe werkt een voorwaarts gebogen centrifugaalventilator?
De naam 'centrifugaalventilator' is afgeleid van de stroomrichting: de lucht stroomt axiaal de waaier in en wordt vervolgens naar buiten gestuwd, langs de buitenomtrek van de ventilator. Het verschil in stroomrichting tussen een voorwaarts en een achterwaarts gebogen centrifugaalventilator zit hem in de richting waarin de lucht de waaier verlaat. Bij een achterwaarts gebogen waaier verlaat de lucht de waaier radiaal, terwijl bij een voorwaarts gebogen waaier de lucht tangentieel de omtrek van de ventilator verlaat.
Een centrifugaalventilator met voorwaarts gebogen schoepen wordt gekenmerkt door zijn cilindrische vorm en de vele kleine schoepen aan de omtrek van de waaier. In het onderstaande voorbeeld draait de ventilator met de klok mee.
In tegenstelling tot een achterwaarts gebogen waaier, vereist een voorwaarts gebogen waaier een behuizing die de hoge luchtsnelheid die de uiteinden van de waaierbladen verlaat, omzet in een lagere statische kracht. De vorm van de behuizing stuurt de luchtstroom ook naar de uitlaat. Dit type ventilatorbehuizing staat algemeen bekend als een scrollbehuizing; het kan echter ook een voluut- of siroccobehuizing worden genoemd. Wanneer de voorwaarts gebogen waaier in een scrollbehuizing wordt geplaatst, spreken we meestal van een voorwaarts gebogen ventilator.
Er zijn twee soorten ventilatoren die gebruikmaken van een naar voren gebogen, gemotoriseerde waaier, zoals hieronder weergegeven…
De ventilator met enkele inlaat aan de linkerkant zuigt lucht aan vanaf één kant van de behuizing via de ronde inlaat en voert deze naar de vierkante uitlaat (hier te zien met een montageflens). De ventilator met dubbele inlaat heeft een bredere spiraalvormige behuizing die lucht aanzuigt vanaf beide zijden van de spiraal en deze naar de bredere vierkante uitlaat leidt.
Net als bij de achterwaarts gebogen centrifugaalventilator zuigt de zuigzijde van de waaierbladen lucht aan vanuit het midden van de ventilator, wat resulteert in een richtingsverandering van de luchtstroom tussen de inlaat en de uitlaat van 90°.
Ventilatorkenmerk
Het optimale werkgebied voor een centrifugaalventilator met voorwaarts gebogen schoepen wordt bereikt bij hogere drukken. Een centrifugaalventilator met voorwaarts gebogen schoepen werkt het best wanneer hoge drukken bij lagere volumestromen vereist zijn. De onderstaande grafiek illustreert het optimale werkgebied…
Het volumestroomdebiet wordt uitgezet op de X-as en de systeemdruk op de Y-as. Wanneer er geen druk in het systeem is (de ventilator blaast vrij), produceert een centrifugaalventilator met voorwaarts gebogen schoepen het grootste volumestroomdebiet. Naarmate er weerstand tegen de stroming wordt uitgeoefend aan de zuig- of uitlaatzijde van de ventilator, zal het volumestroomdebiet afnemen.
Bij de keuze voor een ventilator met een voorwaarts gebogen rotor is voorzichtigheid geboden bij gebruik bij lage drukken en de hoogste volumestroom. Op dit punt bevindt de rotor zich in een aerodynamische overtrek, net als een axiale ventilator in het zadelpunt van zijn curve. Door turbulentie bereiken het geluidsniveau en het energieverbruik in deze fase hun maximum.
Het maximale rendement wordt bereikt op het zogenaamde knikpunt van de karakteristieke curve. Op dit punt is de verhouding tussen het uitgangsvermogen van de ventilator (volumestroom (m³/s) x statische drukontwikkeling (Pa)) en het opgenomen elektrisch vermogen (W) het grootst en is de geluidsdruk die de ventilator produceert het laagst. Boven en onder het optimale werkingsbereik wordt de luchtstroom door de ventilator lawaaieriger en neemt het rendement van het ventilatorsysteem af.
Het voordeel van een gemotoriseerde waaier met één inlaat en voorwaarts gebogen schoepen is de steile ventilatorkarakteristiek. Dit is met name nuttig in systemen die een constant filtratieniveau vereisen. Wanneer lucht door een deeltjesfilter stroomt, houdt het filter stof en pollen uit de lucht tegen. Hoe fijner de filterfijnheid, hoe kleiner de deeltjes die door het filter worden tegengehouden. Na verloop van tijd raakt het filter steeds meer verstopt met vuil en stof, waardoor er meer druk nodig is om hetzelfde luchtvolume te leveren. Door in dit geval een waaier met een steile karakteristieke curve te gebruiken, blijft het volume van de luchtstroom constant, terwijl de druk over het filter toeneemt, zelfs als het filter steeds meer verstopt raakt.
Het voordeel van een dubbele inlaatwaaier met voorwaartse kromming is dat een relatief kleine ventilator een grote volumestroom kan leveren. Het nadeel van een dubbele inlaatwaaier is de lagere drukontwikkeling, waardoor deze alleen geschikt is voor systemen met een lagere druk.
Montagemogelijkheden
Zoals eerder vermeld, produceert de naar voren gebogen gemotoriseerde waaier een hoge luchtsnelheid aan de uiteinden van de bladen. Deze lucht moet worden gericht en afgeremd om dynamische druk om te zetten in statische druk. Om dit te bewerkstelligen, bouwen we een spiraalvormige behuizing rond de waaier. De vorm wordt bepaald door de verhouding tussen de afstand van het midden van de waaier tot de ventilatoruitlaat. Net als bij de naar achteren gebogen ventilator wordt ook hier een kleine overlapping tussen de inlaatring en de opening van de waaier aanbevolen. Beide montageoverwegingen worden weergegeven in het onderstaande diagram.
De diameter van de inlaatring moet slechts een kleine opening tussen de waaier en de ring mogelijk maken om recirculatie van lucht te voorkomen.
Montageoverwegingen - Speling
Het is belangrijk om te zorgen voor voldoende ruimte aan de zuigzijde en zijkant van de ventilator…
Onvoldoende speling aan de zuigzijde van de ventilator verhoogt de inlaatsnelheid, wat turbulentie veroorzaakt. Deze turbulentie neemt toe naarmate de lucht door de waaier stroomt, waardoor de energieoverdracht van de ventilatorbladen naar de lucht minder efficiënt wordt, er meer lawaai ontstaat en het rendement van de ventilator afneemt.
Algemene aanbevelingen voor de inlaat- en uitlaatcondities zijn:
Inlaatzijde
- Geen obstructie of verandering in de stromingsrichting binnen een afstand van 1/3 van de ventilatordiameter vanaf de inlaat van de ventilator.
Samenvatting – Waarom kiezen voor een centrifugaalventilator met voorwaartse kromming?
Wanneer het vereiste bedrijfspunt zich bevindt in het gebied van hogere systeemdrukken bij een lagere volumestroom op de ventilatorkarakteristiek, dient een centrifugaalventilator met enkele inlaat en voorwaarts gebogen schoepen te worden overwogen. Indien de toepassing een hoge volumestroom in een beperkte ruimte vereist, dient een centrifugaalventilator met dubbele inlaat en voorwaarts gebogen schoepen te worden overwogen.
De ventilator moet worden gekozen binnen het optimale bereik, dat zich bevindt op het zogenaamde knikpunt van de karakteristieke curve. Het punt van maximale efficiëntie ligt dichter bij de hogere druklimiet op de karakteristieke curve van de ventilator, waar deze ook het stilst werkt. Gebruik buiten het optimale bereik (bij extreme hoge volumestromen) moet worden vermeden, omdat de turbulentie en de aerodynamische efficiëntie van de waaierbladen op deze punten lawaai veroorzaken en de waaier bovendien in een aerodynamische overtrekstand terechtkomt. Bij lage drukken en hoge volumestromen moet rekening worden gehouden met de bedrijfstemperatuur van de motor onder belasting, aangezien er een risico bestaat op oververhitting van de motor.
De luchtstroom aan de inlaatzijde van de waaier moet zo glad en laminair mogelijk zijn. Om de efficiëntie te maximaliseren, moet er minimaal een speling van 1/3 van de waaierdiameter bij de ventilatorinlaat worden aangehouden. Het gebruik van een inlaatring (inlaatmondstuk) die de waaierinlaat overlapt, helpt om verstoringen in de luchtstroom te elimineren voordat de lucht door de ventilator wordt gezogen, het door turbulentie veroorzaakte geluid te verminderen, het stroomverbruik bij het bedrijfspunt tot een minimum te beperken en de efficiëntie te maximaliseren.
De steile werkingskarakteristiek, de hogere drukcapaciteit van ventilatoren met één inlaat en de hoge luchtstroomcapaciteit van ventilatoren met dubbele inlaat betekenen dat de voorwaarts gebogen ventilator een nuttige optie is om te overwegen voor een breed scala aan installaties.
Geplaatst op: 16 augustus 2023