Назначение вентиляторных установок и краткая история их развития

Создание гигиенических условий труда на заводах путем создания надлежащей вентиляции не только улучшает здоровье трудящихся, но и ведет к увеличению производительности.

Не менее важно применение вентиляторов для выполнения технологических процессов. Их применяют для подачи воздуха в мартеновские и нагревательные печи, топки котлов и т.п. (при давлениях до 1,1 ата), а также для отсасывания газа и дыма.

В настоящее время на заводах распространены в основном центробежные вентиляторы, хотя изредка применяются и осевые вентиляторы.

Современные крупные вентиляторы имеют производительность до 1 000 000 м³/час и выше.

В конце ХVIII в. стало очевидным, что элементарные приемы непосредственного проветривания помещений далеко не всегда эффективны, а зависят от времени года и связаны с направлением ветра.

В 1827 г. крепостной Кирилл Васильевич Соболев изобрел специальный "мех для вытягивания всякого худого воздуха из покоев". Механическая подача воздуха для производственных целей применялась еще в древней Туей (ручные воздуходувки в литейном производстве), а при Петре I начали применяться воздуходувки с гидравлическим приводом.

3 января 1818 г. директор Петергофской государственной бумажной фабрики Федор Вистингаузен изобрел "воздушную печь", состоящую из центробежного вентилятора ("ветрогона"), который забирал наружный воздух и после подогрева направлял по каналам в помещения с целью вентиляции и отопления.

В 1832 г. горный инженер А.А. Соблуков выполнил промышленную установку, производительность вентилятора которой составляла около 2000 м³/час. Длина сети равнялась около 100 м. Вентилятор А.А. Соблукова нашел применение не только в России, но и в Западной Европе.

В 1867 г. архитектор Свиязев затронул в литературе вопрос о вентиляции помещений через неплотности (инфильтрация).

В 1870 г. вышло в свет практическое руководство по вентиляции и отоплению инж. И. Флавицкого, а в 1874 г. Он же предложил систему приточной вентиляции, которая также получила распространение не только в России, но и за границей.

Первые теоретические расчеты по естественной вентиляции были проведены М. В. Ломоносовым в его работе "О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном".

В начале XX в. центробежные вентиляторы получили исключительно широкое распространение.

Большие заслуги в деле вентиляторостроения принадлежат проф. Н.Е. Жуковскому. Его работа "Вихревая теория гребного винта" является основной для проведения расчетов не только вентиляторов, но и других машин, работающих на том же принципе.

Большое значение имела работа акад. М.М.Федорова "Сравнение наиболее распространенных систем рудничных вентиляторов на основании их характеристик", в которой он разработал вопросы теории турбин-генераторов депрессии, а также дал способ вычисления наивыгоднейшего радиуса центробежного вентилятора. Значительный вклад в теорию воздуходувных машин внес акад. А.П. Герман. Выведенные им законы пропорциональности вполне приложит и к вентиляторам.

Бурного развития вентиляторостроение достигло после Великой Октябрьской социалистической революции благодаря заботам партии и нашего правительства. Теперь наша страна изготовляет высококачественные осевые вентиляторы. Теория, расчет и испытание вентиляторов новых конструкций проводятся коллективом сотрудников ЦАГИ под руководством проф. К.А. Ушакова. Большую работу проводят работники заводов, изготовляющих вентиляторы.

Современные осевые вентиляторы запроектированы на производительность до 30000 м³/мин, давление до 700 мм вод. ст. и к.п.д., равным 0,8 и даже немного выше.

Вентилятор является воздуходувной машиной, создающей избыточное давление до I500 мм вод. ст. Назначение вентиляторов заключается в перемещении на расстояние воздуха или газа. Вентиляторы применяют для проветривания промышленных и жилых зданий, создания дутья в мартены и топки котлов, отсасывания газов, дыма и т.п.; они могут быть использованы и для транспортирования некоторых веществ (опилок, зерна, угольной пыли и т.п.).

Каждый вентилятор может работать как во всасывающем. так и в нагнетательном режимах. В первом случае трубопровод присоединяют к всасывающему патрубку, а нагнетательный соединяют с атмосферой; во втором случае, наоборот, всасывающий патрубок соединяют с атмосферой, а нагнетательный - с трубопроводом.

Теоретически можно считать, что разрежение в первом случае будет соответствовать давлению во втором.

Производительность вентилятора измеряется в м³/мин, м³/сек и м³/час (последнее для небольших вентиляторов). Давление, создаваемое вентилятором, измеряется в мм вод. ст., в кг/м², н/м².

По принципу действия вентиляторы делятся на две группы: центробежные и осевые.

Общее понятие о вентиляторах и их классификация

Машины, служащие для отсоса и нагнетания воздуха или других газов при общем напоре, не превышающем 1500 мм вод. ст., называются вентиляторами.

Вентиляторы работают по тому же принципу. что и центробежные или пропеллерные насосы и турбокомпрессоры, и отличаются от них обычно небольшим создаваемым ими давлением. Поэтому главное назначение вентиляторов состоит не в сжатии газа, а в сообщении газу движения для перемещения.

Вентиляторы применяются: для вентиляции (или воздухообмена) воздушного отопления, для тяги и дутья в печах, кузнечных горнах, в топках и пылеприготовительных системах паровых котлов, сушильных установках, для пневматического транспорта и т.п.

Основной частью всякого вентилятора является рабочее лопастное колесо, вращающееся на валу внутри неподвижного кожуха с двумя отверстиями - для всасывания и нагнетания. При вращении рабочего колеса газу сообщается посредством лопастей избыточное давление на выходе из колеса.

В зависимости от создаваемого давления вентиляторы бывают: низкого (до 100 мм вод. ст.), среднего (до 100-300 мм вод. ст.) и высокого давления (свыше 300 мм вод. ст.).

Вентиляторы выпускают самой различной производительности, так, например, промышленные вентиляторы изготовляются с производительностью от 500 до 1000000 м³/час. Рабочие колеса вентиляторов имеют различные числа оборотов от 200 до 3000 и более. Наиболее целесообразно классифицировать вентиляторы, турбокомпрессоры и турбовоздуходувки по коэффициенту быстроходности. Коэффициент быстроходности вентилятора представляет собой число оборотов такого вентилятора, который создает напор 30 мм вод. ст. при производительности в 1 м³/сек. Формула коэффициента быстроходности получает такой вид:

, (1)

где γ_ст = 1,2 - стандартный объемный вес воздуха (при p₀=760 мм рт. ст., t = 20°С, φ = 50%), где φ - относительная влажность);

n - число оборотов в минуту;

H - напор в мм вод. ст. (или кГ/м²);

Q - производительность в м³/сек.

В зависимости от коэффициента быстроходности вентиляторы делятся на:

а) тихоходные (n_s < 700);

б) средней скорости n_s = 700 - 1400);

в) быстроходные (n_s > 1400).

Наибольшей быстроходностью обладают осевые вентиляторы.