Вентилятори
Вентилятор — пристрій для перемішування чи переміщення під певним тиском повітря, газів або сумішей їх з дрібними частинками. У промисловості застосовують, зокрема, для провітрювання приміщення, підтримання (створення) рудникової (шахтної) атмосфери, очищення повітря в приміщеннях та на шахтах і застійних зонах кар'єрів, для створення штучної тяги в топках котлів, для створення потоку газу (повітря) в технологічних апаратах, пневмотранспортних установках тощо.
Слово вентилятор походить з середньовічної англійської - winnowing fan, з стародавньої англійської fann і з латинської vannus.
Вентилятор це пристрій, що використовується для створення потоку в речовині. В основному в газі на подобі повітря. Вентилятор складається з розташованих по колу лопастей, що діють на речовину. Зазвичай лопасті містяться в різних типах корпусів. За допомогою них направляється потік повітря, а також підвищує безпеку, запобігаючи попаданню об'єктів між лопасті вентилятора. Більшість вентиляторів живляться від електродвигунів, але можна використовувати й інші джерела живлення, як наприклад гідродвигуни, або двигуни внутрішнього згорання. Вентилятори виробляють потоки з великим об'ємом і низьким тиском (проте з тиском вищим за тиск зовнішнього середовища), на відміну від компресорів, котрі виробляють високі тиски з порівняно низьким об'ємом. Типові області застосування вентиляторів включають в себе клімат-контроль і особистий тепловий контроль (наприклад настільний, чи підлоговий вентилятор), охолодження системи авто, вентиляції, витягу диму, видалення пилу (наприклад в пилососах), висушення (в основному в поєднанні з пилом) і забезпечення тяги для вогню. Хоча вентилятори частіше за все використовуються для охолодження тіла людини, вони не охолоджують повітря (навіть навпаки, вентилятори його нагрівають в зв'язку з нагріванням під час роботи двигуна) але у зв'язку з випарним охолодженням поту і підвищеної теплової конвекції в навколишнє повітря через повітряні потоки з вентилятора. Таким чином, вони стають неефективними для охолодження тіла якщо оточуюче повітря приблизно = температурі людини (37 градусів) з високим вмістом вологості.
Зміст
Історія
Опахало використовувалось в якості примітивного вентилятора в Індії ще в 500 роках до н.е. Це був ручний пристрій, зроблений з бамбукових смужок, або інших волокон рослин, що застосовувалось для направлення потоку повітря. Під час Британського правління, слово вентилятор почали використовувати Англо-індійці, маючи на увазі великий хитний плоский вентилятор, прикріплений до стелі і котрий тягне слуга, що називалось punkawallah (панкавалла).
З метою кондиціонування повітря, ремісник династії Хан і інженер Дінь Хуан (180р. н.е.) винайшов керований вручну роторний вентилятор з сімома колесами, що сягали трьох метрів в діаметрі. В восьмому столітті під час правління династії Тань (618-907) китайці додали гідравлічну силу для обертання коліс вентилятора, що приводило до кондиціювання повітря, в той час як роторні вентилятори стали відомими під час династії Сонь (960–1279) У 17-му столітті, досліди таких вчених як Отто фон Геріке, Роберт Гук і Роберт Бойль, встановили основні принципи вакууму і повітряного потоку. Англійський архітектор сер Крістофер Рен застосував ранню систему вентиляції в палатах парламенту, які використовували міхи для циркуляції повітря. Конструкція Рена була інноваційною. Перший роторний вентилятор використовувався в Європі для вентиляції шахт в 16-м столітті, що було показано Георгом Агріколою (1494-1555) Джон Теофіл Дезагулье, британський інженер, продемонстрував успішне використання системи вентилятора, для витягу застояного повітря з вугільних шахт в 1727 році і незабаром після цього він встановив аналогічний апарат в парламенті. Хороша вентиляція особливо важлива в вугільних шахтах, щоб зменшити кількість загиблих від задухи. Інженер Джон Смітон, а потім Джон Баддл, встановили зворотно-поступальний рух повітряних насосів в шахтах на півночі Англії. Проте, цей пристрій не був ідеальним, оскільки механізм був схильний до руйнування.
Парові вентилятори
З появою практичної парової тяги, вентилятори, нарешті, можна було б використовувати для вентиляції. Девід Босвелл Рід, шотландський лікар, встановив чотири парові вентилятори на стелі лікарні Святого Георгія в Ліверпулі, так що тиск повітря, що створюється вентиляторами повинен поступати вгору і через отвори в стелі попадати в палати. У 1849 році паровий вентилятор з радіусом 6 метрів розроблений Вільямом Брантон, був введений в експлуатацію в Gelly Gaer Colliery Південного Уельсу. Модель була виставлена на Великий виставці 1851р.
Електричні вентилятори
Між 1882 і 1886 роках, в Новому Орлеані, житель Лос Анджелеса Шайлер Скатс Уілер винайшов вентилятор, що живиться від електрики. Він комерційно продавався американською фірмою Crocker & Curtis, компанією електро-двигунів. У 1882 році Філіп Діль представив електричний стельовий вентилятор. У цей напружений період інновацій, вентилятори, що живились від алкоголю, масла або гасу були поширені на рубежі 20-го століття. У 1909 році КДК вперше поступили у масове виробництво електричні вентилятори для домашнього використання. У 1920-ті роки, промислові успіхи дозволили вентиляторам випускатись серійно в різних формах, в результаті чого ціни на них знизились, що дозволило більшості людей дозволити собі їх. У 1930-ті роки, був розроблений перший вентилятор арт-деко («swan fan»). До 1950 року вентилятори виробляли різнокольоровими. Випуск кондиціонерів повітря в 1960-х роках спричинило припинення виготовлення вентиляторів від багатьох компаній Але в 1970-ті роки, зі зростанням обізнаності про вартість електроенергії і кількості енергії, що використовується для обігріву і охолодження будинків, стельові вентилятори виконані в вікторіанському стилі, знову стали популярні як для економії енергії, так і для декорації.
У 1998 році Уолтер К. Бойд винайшов стельовий вентилятор HVLS. Це був вентилятор, що повільно переміщався з діаметром лопастей вісім футів. Завдяки свому розміру, вентилятор охоплював великий стовп повітря і безперервно змішував свіже повітря з несвіжим всередині. Вони використовуються в багатьох промислових і сільськогосподарських установок, завдяки їх енергетичній ефективності.
Типи вентиляторів
Вентилятори з обертовими лопастями
Вентилятори з обертовими лопастями виготовляються в широкому діапазоні конструкцій. Вони можуть використовуватися на підлозі, столі, парті, або звисаючими зі стелі. Вони також можуть бути вбудовані в вікно, стіни, дах, камін і т.д. Більшість електронних систем, наприклад, комп'ютери включають в себе вентилятори для охолодження схем всередині, так само і прилади, як фени чи переносні обігрівачі. Вони також використовуються для переміщення повітря в системах кондиціонування повітря, а також в автомобільних двигунах, де вони приводяться в рух ременями або прямим двигуном.
Вентилятори, що використовуються для охолодження поверхні тіла створюють прохолодний вітер за рахунок збільшення коефіцієнта теплопередачі, але не знижують температуру безпосередньо. Вентилятори, що використовуються для охолодження електричного обладнання, або в двигунах чи інших апаратах, охолоджують обладнання напряму, виштовхуючи гаряче повітря в холодніше середовище за межами апарату. Існують три основні типи вентиляторів, що використовуються для переміщення повітря, осьові, відцентрові (також називають радіальними) і поперечними потоками (також називають тангенціальними). Американське товариство інженерів-механіків Performance Testing Code 11 (PTC) проводять тести на вентиляторах, , в тому числі відцентрових, осьових і змішаних потоків.
Осьові вентилятори
Осьові вентилятори мають лопаті, які змушують повітря переміщатися паралельно валу, по якому лопаті обертаються. Цей тип вентилятора використовується в широкому спектрі, починаючи від невеликих вентиляторів охолодження для електроніки до гігантських вентиляторів, що використовуються в аеродинамічних трубах. Осьові вентилятори застосовуються для кондиціонування повітря і виробничих процесів. Стандартні осьові вентилятори мають діаметр від 300-400 мм або 1800 до 2000 мм і працюють під тиском до 800 Па. Приклади осьових вентиляторів: -настільні вентилятори: основні елементи типового настільного вентилятора включають: лопаті вентилятора, підставу, якір, статор і підводящі провідники, корпус для двигуна, кожуху для лопастей та редуктора. -стельові вентилятори: вентилятор підвішений до стелі кімнати називається стельовим вентилятором. Стельові вентилятори можуть бути встановлені в житлових і промислових приміщеннях. - в автомобілях, механічний вентилятор забезпечує охолодження двигуна і запобігає від перегріву шляхом продувки або всмоктування повітря через радіатор заповнений охолоджувальною рідиною. Його може приводити в рух ремінь і шків від колінчастого вала двигуна або електричний двигун, що вмикається і вимикається з допомогою термодавача. - комп'ютерний охолоджуючий вентилятор для охолодження електричних компонентів.
- вентилятор зі змінним кроком використовується там, де потрібен точний контроль статичного тиску в каналах поставок. Лопаті виконані з можливістю обертатися на платформі управління кроку ступиці. Колесо вентилятора буде обертатися з постійною швидкістю. Оскільки втулка переміщається в напрямку ротора, лопаті збільшують радіус охоплення і в результаті зростає потік.
Відцентрові вентилятори
Відцентро́вий вентиля́тор (англ. centrifugal fan) — обертальна лопатева машина, яка за рахунок відцентрових сил, що виникають при обертанні, збільшує питому енергію повітря або інших газів, викликає безперервний їх потік при відносному максимальному стисненні, що не перевершує 1,3. Використовується для переміщення не агресивних газоподібних середовищ з температурою не вище від 80°С, які містять липкі, волокнисті а також пилоподібні речовини за концентрацій не вище від 100 г/м³. Для вентиляторів двостороннього всмоктування з розміщенням пасової передачі в робочій камері вентилятора переміщуване середовище повинно мати температуру не вищу за 60°С.
Відцентровий вентилятор являє собою розміщене в спіральному корпусі лопаткове колесо, при обертанні якого повітря, що надходить через вхідний отвір попадає в канали між лопатками колеса та під дією відцентрової сили переміщується цими каналами, збирається спеціальним кожухом і спрямовується в його випускний патрубок. Відцентрові вентилятори складаються з трьох основних частин — колесо з лопатками (ротор турбіна), спіральний корпус та станина з валом та підшипниками.
Вентилятори перехресної течії
Іноді їх називають трубчастими вентиляторами, запатентовані в 1893 році Полом Мортьє і широко використовується в промисловості HVAC. Вентилятори, як правило, мають велику довжину відносно діаметру, так що потік приблизно залишається двовимірним далеко від кінців. Вентилятори перехресної течії використовує робоче колесо із заломленими вперед лопатками, які розміщені в корпусі, що складається із задньої стінки і вихрової стінки. На відміну від радіальних машин, основний потік рухається в поперечному напрямку через робоче колесо, проходячи через лопаті двічі. Потік всередині вентилятора з поперечним потоком може бути розбитий на три окремих частини. Вихрова область поблизу розряду вентилятора, називається ексцентричним виходом, проточна область і область обертання розміщена навпроти. Обидві області є розсіюючими і в результаті, тільки частина робочого колеса надає корисну роботу по потоку. Свою популярність вентилятори перехресної течії здобули завдяки їх компактності, форми, безшумності і здатності забезпечити високий коефіцієнт тиску. Одне явище слід відмітити стосовно цього типу вентиляторів, при оборотах лопастей, наявні зміни кута падіння повітря. Це випливає в те, що в певних положеннях лопаті діють як компресори (підвищення тиску), а в інших як турбіни (зниження тиску).
Незвичайні типи вентиляторів
Міхи
Міхи можуть використовуватись для переміщення повітря, хоча, не вважаються вентиляторами. Міхи ручної дії являє собою, по суті, мішок з насадкою і ручками, які можуть бути заповнені повітрям одним рухом і можуть випустити повітря іншим. Сторони поверхонь з'єднані гнучким і повітряно-стійким матеріалом, пакет є герметичний всюди окрім сопла. Розділення ручок розширює мішок, котрий наповняється повітрям, стиснення їх - виштовхує його.
Ефект Коанда
Ефе́кт Коанда́ — фізичне явище, назване на честь румунського вченого Анрі Коанди (рум. Henri Coandă)[1] (французькою вимовою Коанда́, звідки і назва ефекту), котрий його виявив і яке полягає у тому, що струмінь рідини (газу), який витікає з сопла, прагне відхилитись у напрямку до стінки і за певних умов прилипає до неї.
Цей ефект застосовують в кондиціонерах для створення ефекту прилипання струменя повітря до стелі для кращого циркулювання повітря в приміщенні. З 1940 по 1970 американці експериментували із застосуванням ефекту Коанда в створенні літальних апаратів. Ефект Коанда застосовується в технології NOTAR[1] З використанням ефекту Коанда для збільшення підйомної сили крила, за рахунок його обдування реактивним струменем від двигуна літака, було побудовано кілька проектів літаків. Такі, як американські експериментальні QSRA і досвідчений військово-транспортний Boeing YC-14, і радянські військово-транспортні літаки з укороченим зльотом і посадкою Ан-72 і Ан-74.
Джеймс Дайсон з його інженерами, коли створювали сушарку для рук, звернули увагу, що дуже багато повітря засмоктується в отвір для рук. Вони спантеличені і створили вентилятор без зовнішнього гвинта. Потік повітря 20 літрів в секунду зі швидкістю 88 км / год виходить з вузької щілини 1.3 мм. Він захоплює зовнішнє повітря, в 15 разів перевершуючи за обсягом і викидається через щілину, і гальмує до 35 км / год. І все це забезпечується 40-ватним електромотором!
Вентилятори Dyson Air Multiplier і вентилятори серії Imperial C2000, не мають відкритих лопатей вентилятора або інших видимих рухомих частин, за винятком їх голови що коливається і повертається. Повітряний потік генерується з використанням ефекту Коанда, невелика кількість повітря від високо-тискового лопастного вентилятора, що міститься в основі, а не виставлений назовні призводить в рух велику масу повітря через область низького тиску, створюваного несучою поверхнею. Повітряні завіси і повітряні двері також використовують цей ефект, щоб допомогти зберегти тепле або холодне повітря всередині певної ділянки. Повітряні завіси зазвичай використовуються в морозильних камерах, у вітринах з овочами і т.д. щоб допомогти зберегти холодне повітря з використанням пластинчастого повітряного потоку, поширеного через отвір дисплея, як правило, що генерується за допомогою вентилятора в підставі.
Отже, ефект Коанда часто у винахідницькій практиці використовується для засмоктування додаткової маси повітря не через вентилятор, а залученням швидкісного потоку. Це вважається більш ефективним.
Конвективні
Відмінності в температурі повітря впливають на щільність повітря і може бути використано, щоб викликати циркуляцію повітря через просте нагрівання або охолодження повітряної маси. Цей ефект є настільки тонким і працює при таких низьких тисках повітря, що він, схоже, не підпадає під визначення технології вентилятора. Проте, до розробки електроенергії, конвективний потік повітря був основним методом індукції повітряного потоку в житлових приміщеннях. Старомодні нафтові і вугілляні печі були не електричними і працювали просто за принципом конвекції для переміщення теплого повітря. Повітроводи великого обсягу були нахилені вгору від верхньої частини печі до підлогових і настінних вентиляційних решіток над піччю. Холодне повітря поверталось через подібні великі протоки, що вели до нижньої частини печі. Старі будинки часто мали вентиляційні решітки, що вели від стелі нижнього рівня до підлоги верхнього рівня, щоб дозволити конвектованому потіку повітря повільно підніматися вгору приміщення з одного поверху на інший.
Електростатичні
Електростатичний рідинний прискорювач виштовхує потік повітря за рахунок індукції руху в повітрі заряджених частинок. Електричне поле високої напруги (зазвичай від 25000 до 50000 вольт), утворене між відкритими зарядженими анодними і катодними поверхонь здатний індукувати потік повітря через іонний вітер. Тиск повітряного потоку, як правило, дуже малий, але обсяг повітря може бути великим. Проте, досить високий потенціал напруги може також привести до утворення озону і оксидів азоту, які є хімічно активними і подразнюють слизові оболонки.
Методи приводу вентилятора
Автономні вентилятори, як правило , живиться від електродвигунів , часто кріпитися безпосередньо до валу двигуна без передач або ременів. Для великих промислових вентиляторів, зазвичай використовуються трифазні асинхронні двигуни. Менші вентилятори часто живляться від полюсних двигунів змінного струму , або двигунів постійного струму . Вентилятори що використовуються для охолодження комп'ютерної техніки завжди використовують безщіткові двигуни постійного струму, які генерують набагато менше електромагнітних завад , ніж інші типи. В моторних транспортних засобів з двигунами внутрішнього згоряння вентилятор з'єднаний з приводним валом безпосередньо або через ремінь і шківи.
Там , де електрична енергія або обертові частини не доступні, вентилятори можуть приводитись в рух іншими методами. За допомогою газів високого тиску , рідини під високим тиском , які можу забезпечити обертальний рух для вентилятора. Також може живити вентилятор річки , що протікають, використовуючи водяне колесо і набір передач або шківів.
Список використаної літератури
1.The Free Dictionary By Farlex. Retrieved 2012-05-19.
2."Fan". Britannica. Retrieved 2012-05-19.
3.Needham (1986), Volume 4, Part 2, 99, 134, 151, 233.
4.Day & McNeil (1996), 210.
5.Needham, Volume 4, Part 2, 154.
6."A Short History of Mechanical Fans". The Worshipful Company of Fan Makers. Archived from the original on December 4, 2013.
7.Robert Bruegmann. "Central Heating and Ventilation:Origins and Effects on Architectural Design" (PDF).
8.Cory, William (2010). Fans and Ventilation: A practical guide. Elsevier.
9."B. A. C. (Before Air Conditioning)" (PDF). New Orleans Bar Association.
10.Fancollectors.org - A Brief History of Fans Information Provided by Steve Cunningham - retrieved July 5, 2010.
11.Information provided by Dianna Huff - retrieved May 18, 2011.
12.ASME PTC 11 - Fans.
13.Paul Mortier. Fan or Blowing apparatus. US Pat. No. 507,445.
14.Dyson Air Multiplier Review: Making a $300 Fan Takes Cojones.
15.UK Health and Safetey Executive: Top 10 noise control techniques.
