Voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier
Wanneer we het volumedebiet hebben gedefinieerd dat we nodig hebben, of dit nu voor verse lucht of proceskoeling is, moeten we dit combineren met de stromingsweerstand die de ventilator in de toepassing zal tegenkomen. Het volumedebiet (in m3/uur) en de druk (in Pascal - Pa) worden gecombineerd om het werkpunt te vormen waartegen de ventilator moet werken. Het is belangrijk dat we een ventilator selecteren waarvan de prestatiekarakteristiek voldoet aan het vereiste werkpunt op of nabij het punt van piekefficiëntie. Door de ventilator op maximale efficiëntie te gebruiken, worden het stroomverbruik en het door de ventilator geproduceerde geluid geminimaliseerd, terwijl de vereiste prestaties worden geleverd.
Hoe werkt de voorwaarts gebogen centrifugaalventilator?
De naam 'Centrifugaalventilator' is afgeleid van de stroomrichting en hoe de lucht in axiale richting de waaier binnenkomt en vervolgens vanaf de buitenomtrek van de ventilator naar buiten wordt gestuwd. Het verschil in stroomrichting tussen een voorwaarts en achterwaarts gebogen centrifugaalventilator is de richting waarin de lucht de waaieromtrek verlaat. Bij een achterwaarts gebogen waaier komt de lucht in radiale richting naar buiten, terwijl bij een voorwaarts gebogen waaier de lucht tangentiaal uit de omtrek van de ventilator stroomt.
Een voorwaarts gebogen centrifugaalventilator wordt gekenmerkt door zijn cilindrische vorm en veel kleine bladen aan de omtrek van de waaier. In het onderstaande voorbeeld draait de ventilator met de klok mee.
In tegenstelling tot de achterwaarts gebogen waaier heeft de voorwaarts gebogen waaier een behuizing nodig die lucht met hoge snelheid die de uiteinden van het waaierblad verlaat, omzet in een statische kracht met lagere snelheid. De vorm van de behuizing leidt bovendien de luchtstroom naar de uitlaat. Dit type ventilatorbehuizing staat algemeen bekend als een scroll; het kan echter ook een voluut- of sirocco-behuizing worden genoemd. Door de voorwaarts gebogen waaier in een scrollbehuizing te installeren, noemen we deze gewoonlijk een voorwaarts gebogen ventilator.
Er zijn twee soorten ventilatoren die gebruik maken van een voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier, zoals hieronder weergegeven...
De ventilator met enkele inlaat aan de linkerkant zuigt lucht aan vanaf één kant van de behuizing door de ronde inlaat en leidt deze naar de vierkante uitlaat (hier te zien met een montageflens). De dubbele inlaatblower heeft een bredere spiraalbehuizing die lucht van beide zijden van de spiraal naar binnen zuigt en deze naar de bredere vierkante uitlaat afvoert.
Net als bij de achterwaarts gebogen centrifugaalventilator zuigt de zuigzijde van het waaierblad lucht uit het midden van de ventilator, wat resulteert in een richtingsverandering van de luchtstroom tussen de inlaat en de uitlaat van 90o.
Kenmerkend voor ventilator
Het optimale werkgebied voor een voorwaarts gebogen centrifugaalventilator is wanneer deze op hogere druk werkt. Een voorwaarts gebogen centrifugaalventilator werkt het beste wanneer hoge drukken tegen lagere volumestromen vereist zijn. De onderstaande grafiek illustreert het optimale werkgebied…
Langs de X-as wordt de volumestroom uitgezet en op de Y-as de systeemdruk. Wanneer er geen druk in het systeem aanwezig is (de ventilator blaast vrij), zal een voorwaarts gebogen centrifugaalventilator de grootste volumestroom produceren. Doordat er aan de zuig- of afvoerzijde van de ventilator een stromingsweerstand wordt uitgeoefend, zal het volumedebiet afnemen.
Voorzichtigheid is geboden bij het selecteren van een voorwaarts gebogen ventilator die werkt bij lage druk en de hoogste volumestroom. Op dit punt werkt de waaier in een aerodynamische stalling op dezelfde manier als een axiale ventilator die in het zadelpunt van zijn curve werkt. Op dit punt zullen het geluid en het stroomverbruik op hun hoogtepunt zijn als gevolg van 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 elektrisch opgenomen vermogen (W) het grootst en zal de door de ventilator geproduceerde geluidsdruk op zijn 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 het gebruik van een voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier met enkele inlaat is dat deze een steile ventilatorkarakteristiek heeft. Dit is vooral handig in systemen die consistente filtratieniveaus vereisen. Terwijl lucht door een deeltjesfilter gaat, vangt het filter stof en pollen in de lucht op. Hoe fijner de filtratiegraad, hoe kleiner de deeltjes die door het filter worden tegengehouden. Na verloop van tijd zal het filter steeds meer verstopt raken met vuil en puin, wat tot gevolg heeft dat 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 steeds meer verstopt raakt, de volumestroom constant blijft terwijl de druk over het filter toeneemt.
Het voordeel van het gebruik van een voorwaarts gebogen waaier met dubbele inlaat is dat deze met een relatief kleine ventilator een grote stroom kan leveren. Het compromis bij het gebruik van een dubbelinlaatblower is dat deze een lagere drukontwikkeling heeft, wat betekent dat deze alleen met lagere druksystemen kan werken.
Montagemogelijkheden
Zoals eerder vermeld, produceert de voorwaarts gebogen gemotoriseerde waaier lucht met hoge snelheid aan de uiteinden van het blad, die moet worden gericht en vertraagd om dynamische druk om te zetten in statische druk. Om dit te vergemakkelijken, bouwen we een scroll rond de waaier. De vorm wordt gecreëerd door een verhouding van afstanden van het midden van de waaier tot de ventilatoruitlaat. Net als bij de achterwaarts gebogen ventilator wordt ook aanbevolen om een kleine overlap te hebben tussen de inlaatring en de monding van de waaier. Beide montageoverwegingen worden weergegeven in het onderstaande diagram...
De diameter van de inlaatring mag slechts een kleine opening tussen waaier en ring toestaan om recirculatie van lucht te voorkomen.
Montage-overwegingen - Vrije ruimte
Het is belangrijk om te zorgen voor voldoende speling aan de zuigzijde en zijkant van de ventilator…
Onvoldoende speling aan de zuigzijde van de ventilator zal de inlaatsnelheid verhogen, wat tot turbulentie zal leiden. Deze turbulentie zal toenemen 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 efficiëntie van de ventilator afneemt.
Algemene aanbevelingen voor inlaat- en uitlaatomstandigheden 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 kiezen voor een voorwaarts gebogen centrifugaalventilator?
Wanneer het vereiste werkpunt in het gebied van hogere systeemdrukken versus lagere volumestroom op de ventilatorkarakteristiek valt, moet een centrifugaalventilator met enkele inlaat worden overwogen. Als de toepassing een hoge volumestroom vereist in een beperkte ruimte, moet een centrifugaalventilator met dubbele inlaat en voorwaarts gebogen inlaat worden overwogen.
De ventilator moet worden geselecteerd binnen zijn optimale bereik, dat zich op de knie van zijn karakteristieke curve bevindt. Het punt van piekefficiëntie ligt dichter bij de hogere druklimiet op de karakteristieke curve van de ventilator, waar deze ook op zijn stilst werkt. Werken buiten het optimale bereik (bij de extremen van een hoge volumestroom) moet worden vermeden, omdat de turbulentie en de aerodynamische efficiëntie van het rotorblad op deze punten lawaai zullen veroorzaken en de rotor ook in een aerodynamische stalling zal werken. Bij lage drukken en grote volumestromen moet rekening worden gehouden met de bedrijfstemperatuur van de motor onder belasting, aangezien er een kans bestaat dat de motor oververhit raakt.
Lucht aan de inlaatzijde van de waaier moet zo soepel en laminair mogelijk worden gehouden. Om de efficiëntie te maximaliseren moet er minimaal 1/3e van de waaierdiameter vrij zijn bij de ventilatorinlaat. Het gebruik van een inlaatring (inlaatmondstuk) die de inlaat van de waaier overlapt, helpt stromingsverstoringen te elimineren voordat de lucht door de ventilator wordt gezogen, het door turbulentie veroorzaakte geluid te verminderen, het energieverbruik op het werkpunt tot een minimum te beperken en de efficiëntie te maximaliseren.
De steile bedrijfskarakteristiek, het hogere drukvermogen van blowers met enkele inlaat en het hoge debiet van blowers met dubbele inlaat betekenen dat de voorwaarts gebogen ventilator een nuttige optie is om te overwegen in een breed scala aan installaties.
Posttijd: 16 augustus 2023