Как выбрать промышленную воздуходувку для производства: принцип работы, типы и области применения

Воздуходувки – это низконапорные компрессоры, которые подают воздух или газ в заданном объеме и под нужным давлением. От их работы зависят качество аэрации, устойчивость пневмотранспорта, корректная продувка узлов и другие технологические операции. Неправильно подобранная модель приводит к перерасходу электроэнергии, ускоренному износу и незапланированным простоям.

В этой статье мы подробно разберем, что такое промышленные воздуходувки, какими они бывают, как работают и где применяются, а также расскажем, что нужно учесть при выборе.

Содержание

• Что такое промышленная воздуходувка
• Для чего нужны воздуходувки
• Виды воздуходувных машин
• Как выбрать подходящую модель
• Преимущества оборудования ERSTVAK
• Другие статьи по теме

Что такое промышленная воздуходувка

Воздуходувки – это машины, которые создают мощный поток воздуха при небольшом избыточном давлении или низком вакууме. Их также называют низконапорными компрессорами: они выполняют ту же функцию, но создают более низкое избыточное давление (~ 0,1-1 бар).

В зависимости от механизма сжатия и перемещения потока агрегаты делятся на две группы – объемного и динамического действия. 

В машинах объемного сжатия вращающийся ротор разгоняет вал двигателя – в результате объем рабочих полостей уменьшается, увеличивая давление среды. 

К ним относятся роторные (например, серии ERB, ESRB) и винтовые (SERRA) воздуходувки.

В устройствах динамического сжатия рабочее колесо вращается под действием движущегося вала и увеличивает кинетическую энергию частиц, повышая давление. 

Этот тип наиболее эффективен при больших расходах. К нему относятся вихревые (серии EVL, EVH), центробежные (HIDERA) и турбовоздуходувки (серии ERIN).

Воздуходувки используют везде, где важен контролируемый поток при небольших перепадах давления: аэрация сточных вод, пневмотранспорт порошков и гранул, обдув, охлаждение изделий и т.д.

Устройство

Конструкция агрегата зависит от его типа, но у всех есть основные детали.

• Двигатель – приводит в движение рабочее колесо. У классических машин это асинхронный электродвигатель, у турбовоздуходувок – высокоскоростной синхронный двигатель с постоянными магнитами; в турбо-классе применяют магнитные или воздушные подшипники, чтобы убрать трение и износ. 
• Блок сжатия – основной элемент, в котором происходит сжатие воздуха и его перемещение от окна всасывания к нагнетательному. Его конструкция зависит от типа агрегата: у воздуходувок объемного действия это, как правило, лопастные роторы, у машин динамического – рабочее колесо (импеллер). 
• Корпус/улитка (волютa), канал – направляет поток, превращает скорость в давление и защищает механику. Для центробежных машин характерны улитка и диффузор. 
• Передача – система, передающая движение от двигателя к блоку сжатия. Она может быть: прямой (когда двигатель и ротор/импеллер находятся на одном валу, как у вихревых серий EVL, EVH); ременной (когда они находятся на разных валах, соединенных ремнем, например, в роторных GIERA). Возможно и муфтовое соединение – так устроена передача в винтовых воздуходувках SERRA.
• Синхронизация – элементы, которые обеспечивают согласованное вращение роторов без контакта друг с другом. Например, у машин серии ERB роторы синхронизируются с помощью шестерней. 
• Подшипники и уплотнения – удерживают вал, обеспечивают герметичность. 
• Аксессуары – ответные фланцы для присоединения трубопроводов, входной фильтр, шумоглушители на входе/выходе, обратный и предохранительный клапаны для предотвращения обратного потока воздуха и защиты оборудования.
•  Это элементы обвязки (дополнительное оборудование), которые обеспечивают стабильную и безопасную работу. 

Принцип действия

Все воздуходувки работают по общей схеме:

Всасывание. Воздух попадает в рабочую камеру блока сжатия через входной патрубок, предварительно очищаясь во входном фильтре (при его наличии).

Захват и сжатие. Дальше все зависит от типа воздуходувки.

• Объемного действия: в рабочей камере между ее корпусом и лопастями роторов образуются полости, которые переносят газ от входа к выходу. У винтовых воздуходувок (например, серии SERRA) газ сжимается в процессе переноса, а у роторных (как ERB типа Рутс) – в момент соединения полостей с зоной нагнетания из-за сопротивления сети. 
• Динамического действия: колесо ускоряет поток, в улитке/диффузоре скорость частично превращается в давление (характерно для турбовоздуходувок ERIN). 

Нагнетание. Сжатый поток выходит через патрубок в магистраль. Глушители снижают шум, обратный клапан не дает воздуху вернуться назад при остановке, а предохранительный клапан бережет систему от избыточного давления или вакуума. 

Основной принцип один: машина создает контролируемый поток с небольшим сжатием (или низким вакуумом). Но в зависимости от типа у аппаратов появляются свои особенности.

Режимы работы

Газодувки способны не только подавать сжатый воздух (компрессионный режим), но и откачивать поток из замкнутого объема или системы (вакуумный режим).

В режиме всасывания на входном патрубке создается разрежение (вакуум). Машина втягивает воздух, а затем выталкивает его в атмосферу или в систему отвода через выходной патрубок.

Часто один и тот же агрегат может работать в обоих режимах – это зависит от схемы подключения и обвязки системы. Для создания избыточного давления рабочую магистраль подключают к выходному патрубку воздуходувки, для создания разрежения – ко входному, а противоположный выводят на сброс. 

Обвязка зависит от типа компрессора – у машин объемного сжатия она обычно проще, чем у динамических. Первые перемещают воздух в рабочей камере без изменения объема независимо от сопротивления сети и работают более предсказуемо. Вторые используют центробежное нагнетание и подвержены помпажу (срыву потока) при выходе за границы устойчивой работы. Чтобы  этого не произошло, нужны защитные системы. 

Например, роторные воздуходувки серии ESRB используют одинаковую обвязку для обоих режимов: манометр, обратный и предохранительный клапаны, компенсатор для подключения.

У вихревых воздуходувок EVL/EVH обвязка различается. Универсальными остаются обратный и предохранительный клапаны, пусковой разгрузочный кран. Остальные элементы зависят от режима: для нагнетания – воздушный фильтр FBL и манометр, для вакуума – воздушный фильтр MF или FC и вакуумметр.

Для чего нужны воздуходувки

Воздуходувка – универсальный инструмент, который используют предприятия любой мощности. Схожие по действию, но разные по габаритам, конструкции и питанию, они незаменимы во многих сферах промышленности и хозяйства. Это наглядно показывает таблица, в которой отражены области применения различных видов – ниже мы подробно разберем каждый из них.

Какие проблемы решают воздуходувки?

Рассмотрим на примерах.

Когда на очистных сооружениях снижается уровень растворенного кислорода, падает активность аэробных бактерий, появляются запахи. Установка турбовоздуходувки с частотным регулированием и датчиками кислорода (например, ERIN M 500) стабилизирует аэрацию уже в первые часы работы, нормализует процесс биологического окисления и снижает энергопотребление.

В пневмотранспортных системах муки или ПВХ-гранул часто возникают пробки в коленах трубопроводов из-за недостаточного давления. Замена вентилятора на воздуходувку Рутс (ERB-250) обеспечивает стабильный напор и равномерный поток воздуха – материал движется без зависаний и остановок.

В бассейн для выращивания рыбы необходимо регулярно подавать кислород, поэтому его оснащают УЗВ с роторной воздуходувкой (типа Рутс, например, ERB-125). Она насыщает воду кислородом, поддерживая дыхание рыб и чистоту среды их обитания.

После туннельных моек металлические детали выходят с каплями воды, что ухудшает адгезию краски. Регенеративная воздуходувка с аэроножами (такая, как EVL 381/32) обеспечивает интенсивный обдув и полное удаление влаги с поверхности изделий, повышая качество сушки и снижая энергозатраты линии.

Виды воздуходувных машин

Газодувки классифицируются не только по принципу действия, но и по другим параметрам.

По типу привода электродвигателя

• Ременный – блок сжатия и двигатель имеют отдельные валы, на каждом из которых находится свой шкив (часто разного диаметра). Валы соединены между собой одним или несколькими клиновыми/зубчатыми ремнями. С его (их) помощью двигатель приводит в движение вал ведущего ротора. 

Пример: ERB-300 – роторная типа Рутс.

• Прямой – двигатель и рабочий орган либо находятся на одном валу, либо соединены через упругую/втулочную муфту. В обоих случаях вращение передается точно, без проскальзывания и люфта. 

Пример: EVL 88/29 – вихревая одноступенчатая.

• Интегрированный – двигатель и рабочий орган находятся на одном валу → движение передается напрямую. Двигатель оснащен преобразователем частоты (ПЧ) – устройством, которое позволяет регулировать скорость вращения электродвигателя. Он преобразует сетевой ток (50 Гц) в ток с требуемой частотой, меняя скорость вращения вала. 

Пример: ERIN M 30 – турбовоздуходувка со встроенным ПЧ.

По чистоте среды и смазке

• Масляные – устаревший вид: при работе масло может попасть в газовый тракт. 
• Безмасляные – масло не контактирует с воздухом в процессе перекачки/сжатия. Смазка может быть только в редукторах и подшипниках, которые отделены уплотнениями. 

Все современные воздуходувки – безмасляные. Они не загрязняют продукт/среду и требуют меньших затрат на подготовку потока – обычно достаточно входного фильтра и глушителей. Это особенно важно в пищевой и медицинской промышленностях, а также в аэрации биореакторов.

По числу ступеней сжатия

• Одноступенчатые – повышение давления от атмосферного до конечного происходит за один шаг в одной рабочей камере (паре роторов/импеллере). Такие модели проще, легче, дешевле и подходят для типовых задач с небольшим перепадом давления. 

Пример: EVL 58/20 – вихревая воздуходувка. 

• Многоступенчатые – давление повышается постепенно в двух или более рабочих камерах. В первой воздух частично сжимается и поступает в следующую. Процесс повторяется, пока поток не пройдет через все рабочие камеры и не достигнет конечного давления. Многоступенчатые устройства создают большое избыточное давление при том же расходе и тоньше подстраиваются под сопротивление линии. Это важно для пневмотранспорта, на длинной и сложной трассе.

Пример: HIDERA 45 – центробежная с тремя ступенями сжатия.

По создаваемому давлению/вакууму

• Низконапорные: нагнетание – до 200 мбар. Предназначены для аэрации, вентиляции, легкого пневмотранспорта, создания низкого вакуума.

Пример: EVL 40/ 16 – одноступенчатая вихревая с избыточным давлением 160 мбар.

• Средненапорные: нагнетание – 200-600 мбар. Подходят для пневмотранспорта, горелочных систем, технологических линий.

Пример: ERIN L 15 – турбовоздуходувка с избыточным давлением 400 мбар.

• Высоконапорные: нагнетание – 600-1200 мбар. Используют в системах, требующих высокого давления, для аэрации глубоких водоемов, создания высокого вакуума.

Пример: ERB-250 – роторная с избыточным давлением 800 мбар.

Чтобы не ошибиться с выбором, важно знать свою рабочую точку – соотношение «расход–перепад» и реальное сопротивление трассы: фильтры, рукава, циклоны, форсунки уменьшают силу сжатия. Если нужно мягкое действие (аэрация) – достаточно низкого/среднего давления; если трасса длинная и с узкими местами – необходим высокий напор.

В любом случае перед покупкой рекомендуем проконсультироваться со специалистами. Инженеры ЭРСТВАК оценят ваши задачи и особенности производства, а затем подберут подходящую модель.

По типу конструкции

• Вихревые – рабочее колесо с множеством радиальных лопаток в корпусе с боковым каналом (узкие зазоры, кольцевая щель).
• Роторные (Рутс) – два синхронизированных многолопастных ротора в общем корпусе.
• Винтовые – пара винтовых роторов (ведущий/ведомый) в профилированном статоре.
• Центробежные – одно или несколько рабочих колес в спиральном корпусе с диффузором/направляющими аппаратами.
• Турбо – одно или несколько высокооборотных колес на валу интегрированного двигателя, часто на магнитных/воздушных подшипниках.

Существуют и другие классификации. Например, воздуходувки различаются по области применения: для аэрации, пневмотранспорта, для сушки изделий на конвейере и т.п.

Все характеристики важны, но основной является конструкция блока сжатия – именно она определяет ключевые показатели: уровень создаваемого давления, объем перекачиваемого воздуха и возможные сферы применения.

Подробнее о типах конструкции читайте в нашей статье «Устройство, конструктивные особенности и области применения промышленных воздуходувок».

Как выбрать подходящую модель

Неправильный выбор воздуходувки может привести к падению производительности, росту энергопотребления и внеплановым остановкам. В результате система не достигает параметров, требуемых в расчетной точке, ускоряется износ узлов и повышается уровень шума. 

Мы подготовили инструкцию, которая поможет избежать ошибок при подборе воздуходувки. Для примера взяли наш реальный проект для золотодобывающей фабрики.  

По указанным в примере параметрам мы подобрали вихревую воздуходувку EVL 292/46 – она соответствует всем требованиям процесса и условиям эксплуатации.

Частые ошибки при выборе

Ошибки при выборе воздуходувки часто возникают из-за нехватки исходных данных, неверно заданных параметров и особенностей эксплуатации. Ниже разберем распространенные случаи и то, как они могут повлиять на рабочий процесс. 

1. Некорректно задана рабочая точка. Не учтены потери давления в трубопроводе и арматуре, не заложен запас по расходу (10-15 %) и перепаду (10-20 %).

Последствия: недостижение требуемого расхода/вакуума, неустойчивость процесса, срабатывание защит, рост брака продукции.

2. Неподходящий типа машины. Динамическая воздуходувка применяется вместо объемной (или наоборот).

Последствия: несоответствие параметров, пониженный КПД, повышенная потребляемая мощность, перегрев узлов, ускоренный износ.

3. Игнорирование температурных условий. Не заданы диапазоны температур газа и окружающей среды.

Последствия: отклонение фактического расхода из-за изменения плотности, перегрев двигателя и подшипников, ограничения по режимам, внеплановые остановки.

4. Не определены состав и чистота газа. Не учтены пылевое и влажностное загрязнение, химические примеси, требования к материалам и уплотнениям, необходимость ATEX/Ex-исполнения.
Последствия: абразивный и коррозионный износ, разбалансировка рабочего колеса, отказ подшипников, риск воспламенения во взрывоопасных зонах.

5. Отсутствие акустических и вибрационных требований. Не определен допустимый уровень звука и меры виброизоляции. 

Последствия: превышение нормы дБ(А) на рабочих местах, передача вибраций на трубопроводы и фундамент, несоблюдение норм охраны труда. 

6. Неверно описанный режим эксплуатации. Оборудование, рассчитанное на периодический режим, выбирается для работы 24/7; не указаны минимально допустимый расход и запретные режимы.

Последствия: перегрев, частые срабатывания защит, ускоренный износ, сокращение межсервисного интервала.

7. Несогласованные параметры электроснабжения и управления. Не подтверждены напряжение/частота, пусковые токи, защиты, необходимость частотного привода.

Последствия: проблемы с запуском, ложные аварии, нестабильный расход, повышенная вероятность отказов электрооборудования.

Подбор промышленной воздуходувки – действительно сложная задача, поэтому ее стоит доверить профильным специалистам. Инженеры ЭРСТВАК помогут разобраться в деталях и подберут устройство под ваши задачи.

Преимущества оборудования ERSTVAK

Если вы ищете воздуходувку для своего предприятия, предлагаем ознакомиться с моделями ERSTVAK. Компания производит машины типа Рутс, вихревые, винтовые, многоступенчатые центробежные, турбовоздуходувки и центробежные вентиляторы.

Наше оборудование разработано с учетом климатических особенностей России и производится на собственном заводе с применением современных станков с ЧПУ и проверенных материалов. Каждая единица проходит контроль качества перед отгрузкой заказчику.

Помимо качественного производства, мы обеспечиваем надежную сервисную поддержку. Мы уверены в своем оборудовании, поэтому предоставляем гарантию на каждую модель. Кроме того, вы всегда можете обратиться к нам за срочным ремонтом – у нас 45 специалистов в Москве и Московской области, а также партнеры в других регионах, которые реагируют на обращения в течение 24 часов.

Посмотреть все промышленные воздуходувки ERSTVAK и их технические характеристики можно в каталоге на сайте.

Сложно определиться? Оставьте заявку на сайте – мы свяжемся с вами и подробно проконсультируем. Подберем оптимальную модель, рассчитаем экономическую выгоду и предложим решение «под ключ».

Другие статьи по теме

Аэрация (барботаж)

Пневмотранспорт

Как подобрать воздуходувку для аэрации водоема

Воздуходувки для пневмотранспорта – принцип работы, расчет производительности, преимущества

Ремонт промышленных вихревых и роторных воздуходувок: основные проблемы

Устройство, конструктивные особенности и области применения промышленных воздуходувок