Wentylatory – wstęp

Wg poradnika Dobrze przechowane zboże (ISBN 83-909784-0-7). Autor: dr inż. Jan Kiryluk

Podstawowe pytanie brzmi: JAKIE SĄ RODZAJE WENTYLATORÓW oraz ich cechy użytkowe ?

Wentylatory stanowią jeden z głównych elementów wyposażenia systemów do pielęgnacji ziarna. Zadaniem wentylatora jest wymuszenie przepływu powietrza przez warstwę ziarna. Powietrze może chłodzić masę ziarna albo ją suszyć (łagodnie lub intensywnie). Jednym z warunków koniecznych do dobrej pielęgnacji ziarna jest wymuszenie przepływu wystarczającej ilości powietrza w zależności od charakteru zabiegu pielęgnacyjnego.

Wentylatory – to maszyny służące do sprężania (spiętrzania) i przetłaczania powietrza. Silnik napędowy obraca wirnik, który wytwarza ciągły przepływ powietrza, nadając mu jednocześnie przyrost ciśnienia statycznego i energii kinetycznej. Proporcje przyrostu ciśnienia statycznego lub energii kinetycznej do całkowitego przyrostu energii bywają różne. Odmiany wentylatorów różnią się między sobą głównie wartością uzyskiwanego spiętrzenia oraz szczegółami konstrukcji. Wentylatory wytwarzają spiętrzenia od zera do piętnastu tysięcy paskali (0-15 kPa).

PODZIAŁ WENTYLATORÓW

Rysunek 1. Wentylatory o różnej budowie.

Ze względu na wzajemny kierunek przepływu powietrza wlotowego i wylotowego przez wentylator wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje wentylatorów: osiowe i promieniowe. Wentylatory osiowe (rysunek 1, część A) charakteryzują się tym, że wlot i wylot gazu z wieńca łopatkowego wirnika odbywa się wzdłuż osi obrotu wirnika (osiowo), tzn. że kierunek przepływu powietrza wlotowego i wylotowego przez wentylator nie ulega zmianie. Wentylatory osiowe w gospodarstwach rolnych stosuje się na przykład do przedmuchiwania siana. Można ich używać do wentylowania ziarna tylko w cienkich warstwach. Wyróżniają się dużą wydajnością i małym spiętrzeniem. WENTYLATORY PROMIENIOWE (rysunek 1, część B) charakteryzują się tym, że wlot gazu odbywa się wzdłuż osi obrotu wirnika (podobnie jak w wentylatorach osiowych), a wylot powietrza, na skutek innej niż w wentylatorach osiowych  konstrukcji wirnika,  odbywa się prostopadle do jego osi (promieniowo), tzn. że kierunek przepływu powietrza wylotowego jest prostopadły do kierunku powietrza wlotowego.

Wśród wielu rozwiązań konstrukcyjnych wentylatorów promieniowych wyróżnia się WENTYLATORY BĘBNOWE. Stosunek szerokości wirnika do jego średnicy jest w nich większy od ok. 0,4. Wentylatory promieniowe można stosować do przedmuchiwania grubych warstw ziarna. Wyróżnia je możliwość wytwarzania większych  spiętrzeń niż te, które wytwarzają wentylatory osiowe dla małych i średnich wydajności (jest to uwaga ogólna).

CHARAKTERYSTYKA PRACY WENTYLATORA

Pracę wentylatora charakteryzują poniższe podstawowe wielkości.

• Wydajność wentylatora Q_w (zwana także wydatkiem), określa ilość powietrza przetłaczanego w jednostce czasu, na przykład w metrach sześciennych na sekundę [m³/s], i odnosi się do przekroju jego otworu wlotowego.
• Spiętrzenie całkowite ΔP_c określa różnicę ciśnień na wylocie i wlocie wentylatora.

Prosty sposób pomiaru spiętrzenia pod warstwą ziarna wywołanego wentylatorem, obniżonego o straty ciśnienia w kanałach doprowadzających powietrze przedstawiono na rysunku 2.

Rysunek 2. Sprawdzanie spiętrzenia powietrza wywołanego wentylatorem.

Spiętrzenie całkowite ΔP_c jest różnicą ciśnień całkowitych mierzonych na wylocie i wlocie wentylatora:

ΔP_c = P_{c_wylot} – P_{c_wlot}   [Pa]

Ciśnienie całkowite jest sumą ciśnienia statycznego i dynamicznego (to ostatnie można pominąć, gdy prędkość przepływu powietrza jest mniejsza niż ok. 0,7 m/s –  ma to miejsce w warstwie ziarna).

Zarówno spiętrzenie statyczne, jak i całkowite bywa czasami wyrażane wysokością równoważnego słupa wody w milimetrach, [mm H₂O]. W takim przypadku wartość liczbową spiętrzenia wyrażoną w Pa (N/m²) należy podzielić przez przyspieszenie ziemskie  g = 9,81 [m/s²], na przykład 1000 [Pa] = 1000/9,81 = 101,9 [mm H₂O]. Dla porównania można podać, że 1 [at] (atmosfera techniczna) to ok. 10 [metrów słupa wody].

Moc użyteczna N  [kW] to moc używana na powiększenie energii przetłaczanego gazu:  N = Q*ΔP_c.

Całkowita moc napędowa N_c  to iloczyn mocy użytecznej N i sprawności:   N_c = N*s_w, gdzie sprawność wentylatora s_w jest wskaźnikiem strat energii na pokonanie wszelkich oporów w układzie silnik napędowy – sprzęgła – przekładnia – łożyska – uszczelnienia – wentylator.

Podane wielkości są wzajemnie uzależnione od siebie. Nasuwa się  pytanie: jaka jest zależność pomiędzy spiętrzeniem a  wydajnością wentylatora oraz, jak te parametry zależą od warunków przepływu powietrza w sieci odbiorczej (na przykład grubości warstwy ziarna). 

Rysunek 3. Charakterystyka pracy wentylatora; linią przerywaną zaznaczono krzywą oporności sieci odbierającej powietrze.

Główną charakterystyką pracy wentylatora jest krzywa spiętrzenia przedstawiona na rysunku 3 linią ciągłą w kolorze czerwonym. Rozróżnia się dwa charakterystyczne zakresy pracy wentylatora. Przede wszystkim zakres nazywany użytecznym, w którego obrębie sprawności wykazują zadowalające wartości (powyżej 0,6). Optymalną sprawność (sprawność maksymalną dla danego wentylatora) osiąga się w jednym punkcie tego zakresu – najczęściej sprawność w tym punkcie uznawana jest za znamionową i podawana w katalogach. Zakres użyteczny jest stateczny, gdy przy wzroście wydajności spiętrzenie maleje. Zakres od wydajności równej zero do odpowiadającej maksymalnemu spiętrzeniu ΔP_cmax nazywamy niestatecznym (rysunek 3). Praca w tym zakresie nie jest wskazana.

Opór sieci odbierającej powietrze (warstwy ziarna i kanałów doprowadzających powietrze) wzrasta proporcjonalnie do kwadratu prędkości przepływu powietrza. Praca wentylatora ustala się w punkcie, w którym wartość spiętrzenia całkowitego osiąganego przez wentylator zrówna się z oporami sieci (punkt A). Jeśli nastąpi  zmiana oporów sieci, wówczas punkt pracy wentylatora przesunie się  do nowego punktu równowagi  pomiędzy możliwym do uzyskania przez wentylator spiętrzeniem a oporami sieci odbiorczej. Wahania  oporów sieci nie tylko powodują zmianę spiętrzenia całkowitego ΔP_c wytwarzanego przez wentylator, lecz także wszystkich pozostałych  wielkości charakteryzujących pracę wentylatora, tj. wydajności, mocy napędowej i sprawności.

Uwaga! Moc konieczna do rozruchu wentylatora osiąga najmniejsze wartości dla bliskiej zera wydajności wentylatora. Dla wentylatorów o dużych średnicach wskazane jest, aby  do momentu osiągnięcia stałych obrotów wirnika wentylator nie wykonywał pracy przetłaczania gazu. Można to osiągnąć przez montaż zasuwy odcinającej zasysanie powietrza przez wentylator i otwarcie jej dopiero po osiągnięciu przez silnik stałych obrotów. Niektóre wentylatory są wyposażane w urządzenia rozruchowe (na przykład elektroniczne).

Powrót na stronę: Wentylator do silosu