Wentylatory wysokociśnieniowe

Wentylatory wysokociśnieniowe stosuje się w instalacjach, w których oprócz odpowiedniej wydajności powietrza wymagane jest uzyskanie wysokiego sprężu. Są przeznaczone przede wszystkim do układów charakteryzujących się dużymi oporami przepływu, takich jak długie instalacje kanałowe, rozbudowane systemy odciągowe, instalacje filtrowentylacyjne, odpylanie czy transport pneumatyczny.

W takich zastosowaniach sam parametr wydajności wentylatora nie wystarcza do prawidłowego doboru urządzenia. Konieczne jest określenie strat ciśnienia całej instalacji i znalezienie punktu pracy, w którym wymagany przepływ powietrza będzie uzyskiwany przy odpowiednim sprężu.

Czym są wentylatory wysokociśnieniowe?

Wentylator wysokociśnieniowy to urządzenie zaprojektowane do pracy przy relatywnie wysokich wartościach sprężu. Jego zadaniem jest wymuszenie przepływu powietrza w instalacji, w której występują znaczne opory.

Takie warunki mogą wynikać między innymi z dużej długości przewodów, wielu kolan i kształtek, zastosowania filtrów, separatorów lub innych urządzeń technologicznych, a także z konieczności transportowania materiału przewodem.

Wentylator wysokociśnieniowy a standardowy wentylator przemysłowy

Podstawowa różnica dotyczy charakterystyki pracy urządzenia. Wentylator powinien być dobierany nie tylko pod względem ilości transportowanego powietrza, ale również zdolności do pokonania oporów instalacji.

W praktyce można spotkać wentylatory o:

• Wysokiej wydajności i stosunkowo niskim sprężu
• Mniejszej wydajności i wysokim sprężu
• Wysokiej wydajności oraz wysokim sprężu

Dlatego określenie „wysokociśnieniowy” nie oznacza po prostu wentylatora o dużej mocy. O przydatności urządzenia decyduje jego charakterystyka oraz punkt pracy.

Co oznacza wysokie ciśnienie wentylatora?

W kontekście wentylacji najczęściej mówi się o sprężu wentylatora, wyrażanym w paskalach [Pa]. Jest to różnica ciśnienia, jaką wentylator jest w stanie wytworzyć w określonych warunkach pracy.

W instalacji występują straty ciśnienia wynikające między innymi z:

• Tarcia powietrza o ścianki przewodów
• Kolan
• Trójników
• Zwężeń i rozszerzeń
• Filtrów
• Przepustnic
• Separatorów
• Cyklonów
• Innych urządzeń technologicznych

Wentylator musi zapewnić odpowiedni spręż, aby pokonać te opory przy wymaganej wydajności.

Dlaczego wysoki spręż jest potrzebny?

Im bardziej rozbudowana jest instalacja, tym większe mogą być jej opory. Przykładowo system składający się z długiego przewodu, kilku kolan, filtra i separatora będzie wymagał większego sprężu niż krótki przewód zakończony prostą ssawą.

Właśnie dlatego wentylatory wysokociśnieniowe znajdują zastosowanie w instalacjach, w których zwykły wentylator o odpowiedniej wydajności może nie być w stanie zapewnić wymaganego przepływu.

Jak działa wentylator wysokociśnieniowy?

Wentylator wytwarza różnicę ciśnień, która powoduje przepływ powietrza przez instalację. Energia mechaniczna silnika jest przekazywana na wirnik, a następnie zamieniana na energię przepływającego powietrza.

Budowa wentylatora wysokociśnieniowego

Typowy wentylator przemysłowy składa się między innymi z:

• Obudowy
• Wirnika
• Silnika
• Króćca ssawnego
• Króćca tłocznego
• Elementów mocujących
• Układu napędowego

W zależności od konstrukcji urządzenia poszczególne elementy mogą mieć różną budowę i być wykonane z różnych materiałów.

Rola wirnika w uzyskiwaniu wysokiego sprężu

Konstrukcja wirnika ma istotny wpływ na charakterystykę wentylatora. Geometria łopatek, średnica wirnika, szerokość kanałów przepływowych i prędkość obrotowa wpływają na ilość transportowanego powietrza oraz uzyskiwany spręż.

Dlatego nie można oceniać wentylatora wyłącznie na podstawie mocy silnika. Dwa urządzenia o tej samej mocy mogą mieć zupełnie różne charakterystyki przepływu.

Wentylatory promieniowe wysokociśnieniowe

Wysoki spręż często uzyskuje się w konstrukcjach wykorzystujących promieniowy przepływ powietrza. Wentylatory tego typu mogą być stosowane w instalacjach, w których wymagane jest pokonanie dużych oporów.

Nie każdy wentylator promieniowy jest jednak automatycznie wentylatorem wysokociśnieniowym. O jego zastosowaniu decydują konkretne parametry i charakterystyka urządzenia.

Gdzie stosuje się wentylatory wysokociśnieniowe?

Wentylatory wysokociśnieniowe znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie instalacja charakteryzuje się dużymi oporami przepływu.

Instalacje filtrowentylacyjne

Filtry powodują spadek ciśnienia, który może zmieniać się podczas eksploatacji urządzenia. W instalacjach filtrowentylacyjnych wentylator musi być dobrany z uwzględnieniem oporów filtra oraz pozostałych elementów układu.

Odciągi przemysłowe z długimi kanałami

Długie przewody powodują straty ciśnienia związane z przepływem powietrza. Wraz ze wzrostem długości instalacji rośnie znaczenie prawidłowego określenia wymaganej wartości sprężu.

Transport pneumatyczny

Wentylatory wysokociśnieniowe mogą być stosowane w układach transportu pneumatycznego, w których przepływ powietrza służy do przemieszczania materiału przez przewód.

W zależności od konstrukcji instalacji transportowane mogą być między innymi:

• Trociny
• Wióry
• Granulaty
• Lekkie materiały sypkie
• Odpady produkcyjne

Nie każdy wentylator może jednak pracować z materiałem transportowanym przez wirnik. Przy wyborze urządzenia należy sprawdzić jego przeznaczenie i dopuszczalne warunki pracy.

Instalacje odpylania

W rozbudowanych instalacjach odpylających powietrze przepływa przez sieć przewodów oraz urządzenia filtracyjne. Wysokie opory całego układu mogą wymagać zastosowania wentylatora o odpowiednim sprężu.

Odciągi trocin i wiórów

W instalacjach stolarskich i przemysłowych do odciągania trocin i wiórów istotne są zarówno parametry przepływu powietrza, jak i możliwość pokonania oporów przewodów, filtrów oraz urządzeń separacyjnych.

Odciągi spawalnicze i przemysłowe

W przypadku centralnych instalacji odciągowych jeden wentylator może obsługiwać rozbudowaną sieć przewodów oraz wiele punktów odbioru. Wymagany spręż zależy wtedy od geometrii instalacji i zastosowanych urządzeń.

Kiedy potrzebny jest wentylator wysokociśnieniowy?

Nie każda instalacja wymaga wentylatora wysokociśnieniowego. O konieczności jego zastosowania decydują przede wszystkim całkowite opory układu.

Długie przewody wentylacyjne

Im dłuższy przewód, tym większe mogą być straty ciśnienia. Przy projektowaniu należy więc uwzględnić długość oraz średnicę kanałów.

Duża liczba kolan i kształtek

Każde kolano, trójnik, zwężenie czy rozszerzenie wpływa na opory przepływu. Rozbudowana instalacja może więc wymagać znacznie większego sprężu niż wynikałoby to z samej długości przewodów.

Filtry o wysokich oporach

Filtr może stanowić znaczącą część całkowitych strat ciśnienia. Należy uwzględnić jego opór w stanie początkowym oraz przewidywane warunki eksploatacyjne.

Cyklony i separatory

Jeżeli instalacja obejmuje cyklon, separator lub inne urządzenie technologiczne, jego opór również musi zostać uwzględniony podczas doboru wentylatora.

Transport pneumatyczny materiałów

W transporcie pneumatycznym wymagany spręż może wynikać zarówno z oporów przewodów, jak i warunków koniecznych do przemieszczania transportowanego materiału.

Instalacje z wieloma punktami odbioru

Centralne systemy odciągowe mogą składać się z wielu odnóg i punktów odbioru. W takim przypadku szczególnie istotne jest określenie warunków pracy całej instalacji.

Wyższy spręż nie zawsze oznacza lepszy wentylator. Urządzenie powinno być dobrane do rzeczywistego punktu pracy instalacji.

Jak dobrać wentylator wysokociśnieniowy?

Dobór wentylatora wysokociśnieniowego należy rozpocząć od określenia parametrów instalacji, a nie od wyboru konkretnego modelu urządzenia.

Określenie wymaganej wydajności

Pierwszym parametrem jest wymagana ilość powietrza Q wyrażana najczęściej w m³/h.

Wartość ta wynika z rodzaju procesu, liczby punktów odbioru, wymaganej skuteczności odciągu oraz sposobu prowadzenia instalacji.

Obliczenie strat ciśnienia

Następnie należy określić wszystkie opory występujące w układzie.

Można je przedstawić w uproszczeniu jako:

Δp całkowite = Δp przewodów + Δp kształtek + Δp urządzeń + Δp pozostałe

W obliczeniach należy uwzględnić między innymi:

• Przewody proste
• Kolana
• Trójniki
• Zwężki
• Przepustnice
• Filtry
• Cyklony
• Separatory
• Inne elementy instalacji

Określenie wymaganego sprężu

Po obliczeniu strat można określić wymagany spręż wentylatora.

Nie należy jednak automatycznie wybierać urządzenia o maksymalnym możliwym sprężu. Najważniejsze jest znalezienie modelu, który przy wymaganym przepływie zapewni odpowiednią wartość ciśnienia.

Wyznaczenie punktu pracy

Punkt pracy wentylatora jest miejscem przecięcia charakterystyki wentylatora z charakterystyką instalacji.

To właśnie w tym punkcie należy sprawdzać, czy urządzenie zapewnia wymagany przepływ i spręż.

Dobór silnika

Po określeniu parametrów pracy należy dobrać odpowiedni silnik.

Wymagana moc zależy między innymi od:

• Wydajności
• Sprężu
• Sprawności wentylatora
• Sprawności napędu

W uproszczeniu można wykorzystać zależność:

P ≈ Q × Δp / η

przy czym Q musi być wyrażone w m³/s, Δp w Pa, a η oznacza sprawność całego układu.

Wydajność a spręż wentylatora wysokociśnieniowego

Wydajność i spręż są ze sobą powiązane charakterystyką konkretnego wentylatora.

Czy wentylator może mieć jednocześnie wysoką wydajność i wysoki spręż?

Tak, ale parametry te zawsze należy rozpatrywać w odniesieniu do konkretnego urządzenia i jego charakterystyki.

W praktyce zwiększanie sprężu może wiązać się ze zmianą osiąganej wydajności. Dlatego podczas doboru należy analizować cały wykres pracy wentylatora, a nie pojedynczą wartość katalogową.

Dlaczego maksymalna wydajność nie jest punktem pracy instalacji?

Wartość maksymalnej wydajności podawana w katalogu jest zazwyczaj związana z określonym punktem charakterystyki, np. przy bardzo małym oporze instalacji.

Po podłączeniu wentylatora do rzeczywistej sieci przewodów przepływ będzie zależał od jej oporów.

Dlatego wentylator oznaczony np. jako urządzenie o określonej maksymalnej wydajności może w rzeczywistej instalacji osiągać niższy przepływ.

Jak czytać charakterystykę wentylatora?

Na charakterystyce najczęściej przedstawia się zależność pomiędzy:

wydajnością Q [m³/h] a sprężem Δp [Pa].

Przy doborze należy znaleźć punkt odpowiadający wymaganiom instalacji.

Jeżeli instalacja wymaga określonego przepływu przy konkretnym sprężu, właśnie dla tych dwóch parametrów należy sprawdzić charakterystykę urządzenia.

Wentylator wysokociśnieniowy do długiej instalacji

Długość przewodów jest jednym z parametrów wpływających na całkowite straty ciśnienia.

Jak długość przewodów wpływa na wymagany spręż?

Wraz ze wzrostem długości przewodu rosną straty wynikające z tarcia. Wpływ ten zależy między innymi od:

• Średnicy przewodu
• Prędkości przepływu
• Rodzaju powierzchni
• Właściwości powietrza
• Geometrii instalacji

Jak średnica kanału wpływa na straty?

Zbyt mała średnica może powodować wzrost prędkości przepływu i strat ciśnienia.

Z kolei zwiększenie średnicy może ograniczyć straty, ale jednocześnie zwiększa koszt instalacji i jej gabaryty.

Dlatego średnica przewodu powinna być dobierana na podstawie wymaganego przepływu i przyjętej prędkości powietrza.

Jak kolana i kształtki zwiększają opory?

Zmiana kierunku przepływu oraz zmiana przekroju powodują dodatkowe straty miejscowe.

W rozbudowanej instalacji suma strat na wielu kolanach, trójnikach i innych akcesoriach wentylacyjnych może mieć znaczący udział w całkowitym oporze.

Jak filtr wpływa na dobór wentylatora?

Filtr stanowi dodatkowy opór dla przepływającego powietrza. W przypadku urządzeń filtracyjnych warto uwzględnić warunki początkowe oraz przewidywany wzrost oporu podczas eksploatacji.

Przy projektowaniu instalacji należy więc sprawdzić, przy jakim oporze filtra wentylator nadal zapewni wymagany przepływ.

Wentylatory wysokociśnieniowe do transportu pneumatycznego

Transport pneumatyczny wykorzystuje przepływ powietrza do przemieszczania materiałów przez przewody.

Do czego służy wentylator w transporcie pneumatycznym?

Jego zadaniem jest zapewnienie odpowiedniego przepływu i różnicy ciśnień niezbędnych do transportowania materiału.

Parametry wentylatora muszą być dopasowane do:

• Rodzaju materiału
• Długości przewodu
• Średnicy przewodu
• Ilości transportowanego materiału
• Wymaganej prędkości przepływu
• Strat ciśnienia w instalacji

Jak dobrać przepływ powietrza?

Przepływ powinien zapewniać warunki niezbędne do utrzymania materiału w ruchu. Wymagana wartość zależy od rodzaju transportowanego materiału oraz konstrukcji instalacji.

Jak dobrać spręż do transportowanego materiału?

Spręż powinien pokrywać wszystkie straty występujące w instalacji oraz zapewnić warunki niezbędne do transportu materiału.

Nie należy dobierać go wyłącznie na podstawie długości przewodu.

Jakie materiały można transportować?

W zależności od konstrukcji urządzenia i instalacji mogą być transportowane między innymi:

• Trociny
• Wióry
• Granulaty
• Lekkie materiały sypkie
• Odpady produkcyjne

W przypadku materiałów ściernych należy dodatkowo uwzględnić odporność elementów mających kontakt z transportowanym medium.

Wentylator wysokociśnieniowy a wentylator promieniowy

Określenia „wysokociśnieniowy” i „promieniowy” opisują różne cechy wentylatora.

„Promieniowy” odnosi się do sposobu przepływu powietrza przez wirnik i konstrukcji urządzenia. „Wysokociśnieniowy” opisuje natomiast jego zdolność do pracy przy wysokich wartościach sprężu.

Dlatego wentylator może być jednocześnie:

• Promieniowy
• Wysokociśnieniowy
• Przemysłowy

Nie każdy wentylator promieniowy będzie jednak przeznaczony do pracy przy wysokich sprężach. Decydują o tym jego konkretne parametry oraz charakterystyka.

Jakie parametry wentylatora wysokociśnieniowego sprawdzić przed zakupem?

Przed wyborem urządzenia należy przeanalizować kilka podstawowych parametrów.

Wydajność [m³/h]

Określa ilość powietrza, którą wentylator może przetłaczać w określonych warunkach.

Spręż [Pa]

Informuje o zdolności wentylatora do pokonywania oporów instalacji.

Moc silnika [kW]

Moc powinna być dopasowana do wymaganych parametrów pracy urządzenia.

Prędkość obrotowa [obr./min]

Wpływa na charakterystykę wentylatora, wydajność, spręż oraz moc.

Średnica króćców

Powinna być dopasowana do przewodów i wymagań instalacji.

Rodzaj wirnika

Konstrukcja wirnika wpływa na parametry przepływu i zakres zastosowania urządzenia.

Materiał wykonania

W przypadku transportu agresywnego chemicznie powietrza lub materiałów ściernych należy zweryfikować odporność zastosowanych materiałów.

Temperatura transportowanego powietrza

Temperatura medium musi mieścić się w dopuszczalnym zakresie pracy urządzenia.

Możliwość pracy z pyłem lub materiałem

Nie każdy wentylator może pracować po stronie zanieczyszczonego powietrza. W przypadku pyłów należy sprawdzić przeznaczenie konkretnego modelu.

Wersja przeciwwybuchowa ATEX

Jeżeli instalacja pracuje w atmosferze zagrożonej wybuchem, konieczne jest przeanalizowanie wymagań dotyczących wykonania urządzenia oraz całego systemu.

Wentylatory wysokociśnieniowe do pyłów i zanieczyszczonego powietrza

W instalacjach odpylających szczególnie ważne jest określenie, gdzie względem urządzenia filtracyjnego znajduje się wentylator.

Czy każdy wentylator wysokociśnieniowy może transportować pył?

Nie.

Wentylator przeznaczony do czystego powietrza nie powinien być automatycznie stosowany do transportu pyłu. Przy wyborze urządzenia należy sprawdzić jego konstrukcję, przeznaczenie oraz dopuszczalny rodzaj medium.

Wentylator przed czy za filtrem?

W instalacjach filtrowentylacyjnych można spotkać różne rozwiązania. W wielu układach wentylator pracuje po stronie czystego powietrza, za urządzeniem filtracyjnym.

Takie rozwiązanie ogranicza kontakt wirnika z transportowanym pyłem. Nie oznacza to jednak, że każdy system powinien być projektowany w identyczny sposób.

Odporność wirnika na zużycie

Jeżeli wentylator pracuje z powietrzem zawierającym cząstki stałe, należy uwzględnić możliwość ścierania powierzchni wirnika i innych elementów.

Znaczenie mają:

• Rodzaj materiału
• Wielkość cząstek
• Ich stężenie
• Prędkość przepływu
• Czas pracy urządzenia

Wentylatory wysokociśnieniowe a ATEX

W niektórych instalacjach może występować zagrożenie wybuchem wynikające z obecności palnych pyłów, gazów lub par.

Kiedy potrzebny jest wentylator w wykonaniu przeciwwybuchowym?

Decyzja o zastosowaniu odpowiedniego wykonania urządzenia powinna wynikać z oceny zagrożenia wybuchem oraz wymagań dotyczących konkretnej strefy i instalacji.

Jakie parametry instalacji należy przeanalizować?

Należy uwzględnić między innymi:

• Rodzaj substancji
• Sposób jej występowania
• Strefę zagrożenia,
• Parametry procesu
• Lokalizację wentylatora
• Wymagania dla pozostałych elementów instalacji

Transport pyłów i zagrożenie wybuchem

Pyły palne mogą w określonych warunkach tworzyć atmosferę wybuchową. Dlatego przy projektowaniu instalacji odpylającej nie wystarczy sprawdzić wyłącznie parametrów przepływu powietrza.

Najczęstsze błędy przy doborze wentylatora wysokociśnieniowego

Dobór wyłącznie na podstawie wydajności

Sama wartość m³/h nie określa, czy wentylator będzie w stanie pokonać opory instalacji.

Pomijanie strat ciśnienia

Brak obliczenia strat przewodów, kształtek i urządzeń może prowadzić do wyboru urządzenia o niewystarczającym sprężu.

Brak obliczenia oporów filtra

Jeżeli filtr stanowi istotną część instalacji, jego opór musi być uwzględniony przy określaniu wymaganego punktu pracy.

Nieuwzględnienie długości instalacji

Długa sieć przewodów może powodować znacznie większe straty niż krótki odcinek kanału.

Zbyt mała średnica przewodów

Zbyt mały przekrój może powodować wzrost prędkości powietrza i zwiększenie strat ciśnienia.

Dobór maksymalnego sprężu zamiast punktu pracy

Nie należy wybierać urządzenia tylko dlatego, że ma najwyższą wartość maksymalnego sprężu. Ważne jest, jaki przepływ zapewnia ono przy wymaganym oporze instalacji.

Niewłaściwy dobór silnika

Silnik powinien być dobrany do rzeczywistych warunków pracy wentylatora, a nie tylko do parametrów nominalnych.

Brak analizy rodzaju transportowanego medium

Pył, trociny, wióry, agresywne chemicznie powietrze i czyste powietrze mogą wymagać zupełnie innych rozwiązań konstrukcyjnych.

Brak uwzględnienia zużycia wirnika przy materiale ściernym

W przypadku transportu materiałów ściernych należy uwzględnić możliwość zużywania się elementów mających kontakt z medium.

Przykład doboru wentylatora wysokociśnieniowego

Załóżmy, że projektowana instalacja odciągowa wymaga określonego przepływu powietrza. Powietrze jest transportowane przez długi przewód, następnie przechodzi przez kilka kolan i urządzenie filtracyjne.

Proces doboru można przeprowadzić w kilku krokach.

Krok 1 - określenie wydajności

Najpierw określamy wymaganą wydajność:

Q = wartość wymagana przez instalację [m³/h]

Krok 2 - określenie strat przewodów

Obliczamy straty ciśnienia w prostych odcinkach przewodów.

Krok 3 - określenie strat miejscowych

Dodajemy straty wynikające z kolan, trójników, zwężeń i innych kształtek.

Krok 4 - uwzględnienie urządzeń

Do bilansu dodajemy opory filtra, cyklonu, separatora lub innych urządzeń technologicznych.

Krok 5 - wyznaczenie wymaganego sprężu

Otrzymujemy całkowity opór instalacji:

Δp całkowite = suma wszystkich strat

Krok 6 - wybór wentylatora

Na podstawie wymaganej wydajności oraz sprężu wybieramy wentylator, którego charakterystyka obejmuje wymagany punkt pracy.

Krok 7 - sprawdzenie silnika

Na końcu sprawdzamy moc silnika oraz warunki pracy urządzenia.

Taki sposób doboru jest znacznie bardziej miarodajny niż wybieranie wentylatora wyłącznie na podstawie jego maksymalnej wydajności.

Wentylatory wysokociśnieniowe Mastervent

Mastervent oferuje rozwiązania do przemysłowych instalacji wentylacyjnych i odciągowych, w których wymagane jest uzyskanie odpowiedniego przepływu przy wysokich oporach instalacji.

Wentylatory wysokociśnieniowe mogą znaleźć zastosowanie między innymi w:

• Centralnych instalacjach odciągowych
• Instalacjach filtrowentylacyjnych
• Systemach odpylania
• Długich instalacjach kanałowych
• Instalacjach transportu pneumatycznego
• Odciągach przemysłowych
• Systemach wymagających wysokiego sprężu

Dobór urządzenia powinien być przeprowadzany na podstawie parametrów konkretnej instalacji. Istotne są przede wszystkim wymagana wydajność, spręż, rodzaj transportowanego medium, temperatura oraz warunki pracy.

Podsumowanie

Wentylatory wysokociśnieniowe stosuje się przede wszystkim w instalacjach, w których występują duże opory przepływu. Mogą pracować w systemach odpylania, filtrowentylacji, centralnych odciągach przemysłowych, długich instalacjach kanałowych czy transporcie pneumatycznym.

Prawidłowy dobór powinien przebiegać według schematu:

wymagana wydajność → straty przewodów → straty kształtek → opory urządzeń → całkowity spręż → punkt pracy → dobór wentylatora → dobór silnika.

Najważniejsze jest dopasowanie urządzenia do rzeczywistych parametrów instalacji. Wentylator nie powinien być wybierany wyłącznie na podstawie maksymalnej wydajności, maksymalnego sprężu czy mocy silnika. Dopiero analiza charakterystyki urządzenia i punktu pracy pozwala określić, czy dany wentylator będzie odpowiedni dla konkretnego systemu.