Вихревые воздуходувки
вихревые воздуходувки имеют множество других названий (вихревые вентиляторы, бокопроточные воздуходувки, компрессоры низкого давления, вихревые компрессоры). В англоязычной литературе они называются Side Channel Blower; Ring Blower или Regenerative Blower. Вихревые воздуходувки были изобретены в 1960 году немецкой компанией Elmo, входившей на тот момент в группу Siemens. Сегодня они выпускаются несколькими производителями из Германии, Италии, США, Кореи, Тайваня и Китая. Любая вихревая воздуходувка является динамическим насосом низкого давления и может использоваться для нагнетания воздуха (работа в режиме компрессора) или для его откачивания (работа в режиме вакуумного насоса). Если рассматривать вихревую воздуходувку как компрессор, то она занимает промежуточное положение между вентилятором и компрессором высокого давления. По сравнению с вентилятором равной мощности вихревой агрегат обеспечивает малую производительность (от 5 до 2000 м³/час), но заметно более высокое давление (от 30 до 1000 мБар). Наоборот, по сравнению с компрессором высокого давления равной мощности, вихревая воздуходувка гораздо более производительна, но обеспечивает меньшее давление. Если рассматривать вихревые воздуходувки как вакуумные насосы, то они обеспечивают неглубокий вакуум (до 500 мБар). По сравнению с другими вакуумными насосами вихревые воздуходувки просты и недороги, поэтому популярны в задачах неглубокого вакуума.
Принцип действия и устройство вихревых воздуходувок
В корпусе вихревой воздуходувки находится рабочее колесо (импеллер) со множеством небольших лопаток по периметру. Рабочее колесо насажено на вал двигателя и отделено от него механическим уплотнением.
Изображение1. Основные элементы вихревого компрессора Воздух попадает в корпус воздуходувки через встроенный шумоглушитель и далее через всасывающее отверстие. Вращающееся рабочее колесо благодаря действию центробежной силы заставляет каждую частицу воздуха проходить в корпусе по спиральной траектории. На каждом витке спирали энергия частиц воздуха растет, а значит растет и давление. Воздух покидает корпус через нагнетательное отверстие и далее проходит через еще один шумоглушитель.
Изображение 2. Воздух в корпусе вихревой воздуходувки многократно закручивается в небольшие вихри. Каждая частица воздуха проходит спиралеобразный путь внутри корпуса.
Сильные и слабые стороны вихревых воздуходувок
Сначала скажем о плюсах:1. Вихревые воздуходувки очень компактны и легки. Корпус и двигатель объединены в моноблок. Корпус, и рабочее колесо при этом изготавливаются из алюминия. В местах установки они занимают очень мало места и могут устанавливаться “на весу”. 2. Единственный движущийся элемент в корпусе — рабочее колесо. При нормальной эксплуатации вихревой компрессор отличается высоким сроком службы и не нуждается в особом техническом обслуживании. По сути, это тот же вентилятор. 3. Воздух при прохождении через корпус не загрязняется маслом. Нет нужды в фильтрах и маслоуловителях на напорной линии. 4. Создается ровный (без пульсаций) промышленные воздуходувки поток воздуха. 5. Уровень шума относительно низок. Почти во все модели встроены 2 шумоглушителя (на входе и выходе), поэтому уровень не превышает 55-80 дБ в зависимости от типоразмера и мощности воздуходувки. Обычно вихревые воздуходувки не требуют дополнительных шумоизолирующих кожухов. 6. Относительно невысокая цена, особенно для небольших типоразмеров. Теперь минусы (не без них):1. Боязнь твердых частиц. Зазор между импеллером и внутренней стороной корпуса очень мал. Это необходимо для создания завихрений потока воздуха. Если в этот зазор попадет даже небольшая твердая частица, колесо может заклинить. Поэтому на всасывающей линии обязательно должен стоять воздушный фильтр. 2. Боязнь перегрева. Проходя внутри корпуса по спиральной траектории воздух нагревается на 30-70 градусов в зависимости от модели воздуходувки. Поэтому корпус вихревых воздуходувок изготовлен из алюминия и всегда имеет развитое оребрение для отвода излишнего тепла. Большинство производителей рекомендуют, чтобы температура окружающей среды и воздуха на входе в воздуходувку не превышала +40 градусов (редко производители допускают более высокие температуры). Во избежание перегрева все производители строго рекомендуют использовать предохранительные клапаны на напорных линиях (если воздуходувка работает в режиме компрессора) или на всасывающих линиях (если воздуходувка работает в режиме вакуумного насоса). 3. Сравнительно невысокий КПД. В проходящем через корпус потоке воздуха создаются маленькие вихри. Кинетическая энергия частиц воздуха превращается в тепловую. Как результат — падение полезной мощности. Для больших моделей воздуходувок (15 кВт) и выше всегда следует рассматривать целесообразность замены на более эффективные (но более дорогие) роторные воздуходувки. В большинстве случае плюсы перевешивают минусы, поэтому вихревые компрессоры весьма популярны. Однако при выборе нагнетателя всегда следует учитывать и слабые стороны вихревых агрегатов, чтобы не попасть впросак в ходе эксплуатации.
Защита вихревых воздуходувок при работе
У вихревых воздуходувок есть два главных врага: перегрев и твердые частицы. Об этом было написано в предыдущем разделе. Для защиты от перегрева используют предохранительный клапан, а для защиты от пыли и твердых частиц на всасывающую линию ставят фильтр.
Изображение 3. Защита воздуходувки при помощи фильтра и предохранительного клапана. Цифрами здесь обозначены: (1) — фильтр в компрессорном режиме, (2) — фильтр в вакуумном режиме, (3) — предохранительный клапан.
В компрессорном режиме воздух попадает в воздуходувку через фильтр (1) прямо из помещения. Фильтр защищает воздуходувку от возможного попадания ненужных частиц. Затем воздух проходит через рабочую камеру, где сжимается и нагревается, а затем покидает ее через выходной патрубок (на схеме показано красной стрелкой). Напорная линия в компрессорном режиме не является открытой — в ней есть сопротивление, которое воздуходувка должна преодолеть. В случае превышения давления в напорной линии открывается предохранительный клапан (3) и воздух выходит через него (на схеме показано оранжевой стрелкой). Тем самым стравливается избыточное давление и снижается температура в корпусе воздуходувки.
В вакуумном режиме воздух попадает в воздуходувку из какого-то герметичного или относительно герметичного объема через вакуумный фильтр (2). После чего сжатый и нагретый воздух выходит через выходной патрубок (на схеме показано красной стрелкой). В вакуумном режиме давление на напорной линии отсутствует — воздух просто выбрасывается в помещение. Однако есть риск чрезмерного разрежения на всасывающей линии. Поэтому предохранительный клапан (3) в вакуумном режиме устанавливается именно на всасывающей линии. Это тот же самый клапан, что используется и в компрессорном режиме, просто перевернутый на 180° http://vozduhoduvki.com. При чрезмерном разрежении этот клапан открывается и обеспечивает приток воздуха из помещения во всасывающую линию. Тем самым разрежение воздуха уменьшается (то есть давление растет и приближается к атмосферному), а температура в корпусе воздуходувки снижается.