Устройство, конструктивные особенности и области применения промышленных воздуходувок

Промышленные воздуходувки – незаменимое оборудование для десятков отраслей. Но универсального агрегата, который одинаково хорошо справлялся бы с любой задачей, не существует. Воздуходувки различаются по типу передачи, виду двигателя и, главное, по конструкции блока сжатия. Именно конструктивное исполнение определяет ключевые параметры: создаваемое давление, производительность и область применения.

В этой статье мы рассмотрим воздуходувки разных типов: вихревые, роторные, винтовые, многоступенчатые центробежные, турбовоздуходувки и центробежные вентиляторы. Разберем устройство, принцип действия, общие характеристики и отличительные особенности каждого вида.

Содержание

• Общие характеристики
• Вихревые воздуходувки
• Роторные типа Рутс
• Винтовые воздуходувки
• Центробежные многоступенчатые
• Турбовоздуходувки
• Центробежные вентиляторы
• Итоговое сравнение типов

Общие характеристики

Все промышленные воздуходувки решают одну задачу: подают в систему требуемое количество воздуха или газа. В отличие от компрессоров, они создают более низкое избыточное давление – до 1-1,5 бар.

При этом воздуходувки перекачивают большие объёмы газа при меньших энергозатратах, чем компрессоры. Поэтому их часто выбирают для пневмотранспорта, аэрации и барботажа.

Кроме того, многие машины способны работать в двух режимах – компрессорном и вакуумном. В одних случаях для этого нужна специальная обвязка, в других достаточно изменить настройки. Однако не все модели универсальны – некоторые рассчитаны прежде всего на эффективную работу в одном режиме – на нагнетание.

Еще одна общая черта – безмасляный способ сжатия. У большинства современных агрегатов рабочая камера изолирована от системы смазки, поэтому их применяют в пищевой и химической промышленностях, фармацевтике, производстве электроники, медицинском оборудовании и других областях, где критически важна чистота воздуха.

Но конструктивные особенности обуславливают множество различий – разберем их отдельно для каждого типа.

Вихревые воздуходувки

Вихревые модели считаются самыми компактными и относятся к низконапорным компрессорам динамического сжатия. Они предназначены для создания умеренного давления или вакуума.

Устройство и принцип работы

Лопатки рабочего колеса расположены близко друг к другу. Вращаясь, они многократно соприкасаются с воздухом, сообщая ему кинетическую энергию. Поток движется к зоне нагнетания по закрученной траектории, получая дополнительную энергию от каждого взаимодействия с лопатками импеллера.

Всасывание

При вращении рабочего колеса у входа формируется зона пониженного давления. Разность давлений между атмосферой и полостью воздуходувки втягивает газ через патрубок всасывания в камеру сжатия.

Захват

Поступивший воздух захватывается плотным рядом лопаток рабочего колеса и изолируется от входного окна. Поток вовлекается в устойчивое вихревое движение внутри камеры.

Сжатие

Двигаясь по закрученной траектории к выходу, газ многократно получает энергию от лопаток. С каждым проходом возрастают скорость и давление, что и формирует процесс сжатия до требуемого уровня.

Нагнетание

Когда давление в закрученной полости достигает расчетного значения, поток выходит через патрубок нагнетания и подается в систему.

Вихревые машины бывают не только одноступенчатыми, но и многоступенчатыми – когда в корпусе несколько рабочих камер. Например, модель EVL 144/67 имеет два блока сжатия, а EVH 47/104 – три. Они действуют по тому же принципу, что и одноступенчатые, но сжимают воздух в несколько этапов, пропуская его через каждую рабочую камеру. Только пройдя все ступени поток достигает требуемого давления.

Обвязка

Для корректной работы и продления срока службы воздуходувки наши инженеры рекомендуют дополнить её вспомогательными элементами. Состав обвязки зависит от рабочего режима.

Вакуумный

• Вакуумметр – измеряет давление в системе.
• Предохранительный клапан – запускает атмосферный воздух в систему, если давление в ней падает ниже допустимого значения.
• Пусковой разгрузочный кран – защищает электродвигатель от перегрузки в моменты запуска и остановки.
• Вакуумный воздушный фильтр (FBL) – фильтр закрытого типа защищает воздуходувку от попадания твердых частиц.
• Обратный клапан – предотвращает обратное движение потока через воздуходувку после ее остановки, защищая от повреждений.

Компрессорный

• Манометр – измеряет давление в системе.
• Предохранительный клапан – выпускает воздух, если давление в системе поднимается выше допустимого.
• Пусковой разгрузочный кран – не дает электродвигателю сгореть в момент запуска и остановки.

• Воздушный фильтр – предотвращает попадание твердых частиц в систему. Для помещения подойдет модель открытого типа (MF), для улицы – закрытого (FC).
• Обратный клапан – предотвращает обратное движение потока через воздуходувку после ее остановки, защищая от повреждений.

Дополнительные компоненты подключают к воздуходувке с помощью переходников: для установки фильтров подойдут ниппель и поворотный уголок, для предохранительного клапана – ниппель и тройник.

При подключении электродвигателя рекомендуется установить автомат тепловой защиты. Если потребление тока превысит номинальные значения, он автоматически отключит оборудование.

Конструктивные особенности и применение

Вихревые воздуходувки способны создавать как избыточное давление до 1040 мбар, так и разряжение до -730 мбар. В компрессорном режиме их применяют для аэрации воды на очистных станциях, пневмотранспорта сыпучих материалов, воздушных ножей при сушке кабельной продукции. В вакуумном те же воздуходувки обеспечивают прижим заготовок на деревообрабатывающих столах или работают в стоматологических аспираторах.

Аппараты в многоступенчатом исполнении позволяют точно регулировать воздушный поток. Такие модели востребованы в полиграфии для прижима и раздува листов на печатных станках.

Важное преимущество вихревых воздуходувок — отсутствие помпажа, то есть срыва работы с резкими колебаниями напора и обратным движением газа. Оно обеспечивает надежную работу в процессах с непредсказуемыми изменениями сопротивления: барботаже различных сред, аэрации пивного сусла, промышленных пылесосах и пневмопочте.

Роторные воздуходувки

Роторные агрегаты (типа Рутс) относятся к устройствам объемного сжатия. Их рабочий орган представлен двумя трехлопастными роторами.

Устройство и принцип работы

Роторы располагаются параллельно и вращаются навстречу друг другу, не контактируя между собой и со стенками корпуса. Вращаясь, они образуют рабочую полость, которая переносит поток от зоны всасывания к выходу. Сжатие газа происходит уже снаружи, когда полость соединяется с зоной нагнетания.

Всасывание

При начале вращения в области входного патрубка формируется пониженное давление. Возникает перепад давлений, и газ втягивается в полость между роторами и корпусом.

Захват

Далее роторы отсекают поступивший объем от входа. Образуется изолированная область, в которой газ перемещается по корпусу без изменения давления.

Сжатие

Когда изолированная полость подходит к выходу и сообщается с зоной нагнетания, поток сталкивается с более высоким давлением и сжимается.

Нагнетание

Выходной патрубок подает воздух в систему.

Профиль роторов с тремя лопастями помогает уменьшить шум и пульсации на выходе, а шестеренчатая передача синхронизирует движение роторов, предотвращая их износ.

Конструктивные особенности и применение

Воздуходувки типа Рутс отличаются высокой производительностью – они подают в систему большой объем воздуха при относительно низком избыточном давлении.

Например, производительность некоторых моделей серии ESRB достигает 11900 м³/час. Поэтому они отлично подходят для крупных задача, в которых объем потока важнее напора: аэрация водоемов в рыбоводческих хозяйствах, аэрация аэротенков на очистных сооружениях и барботаж (продувки воздухом) технологических резервуаров.

Не менее важная особенность – бесконтактное вращение роторов, которое снижает риск механического износа и упрощает обслуживание техники. Машины Рутса рассчитаны на длительную непрерывную работу, что особенно важно на объектах с непрерывным циклом: на очистных сооружениях, целлюлозно-бумажных комбинатах и электростанциях.

Роторные модели не только надежны, но и универсальны, поскольку поддерживают два режима работы. В компрессорном они создают избыточное давление до 1000 мбар, применяются для подачи воздуха в газовые горелки, системы кондиционирования и вентиляции, установок утилизации шахтного или свалочного газов. В вакуумном режиме создают разрежение до -800 мбар и обеспечивают работу вакуумных испарителей, промышленных пылесосов и систем вакуумного прижима.

Винтовые воздуходувки

Винтовые модели – это устройства объемного действия с винтовым блоком сжатия.

Устройство и принцип работы

Ведущий и ведомый роторы вращаются, формируя рабочие полости между собой и внутренними стенками корпуса. В процессе движения их объем уменьшается, сжимая находящийся внутри воздух.

Всасывание

При вращении роторов одна из полостей расширяется, формируя зону пониженного давления. Между ней и атмосферой возникает перепад давлений, из-за чего газ втягивается в полость блока.

Захват

Роторы удерживают поступивший воздух, изолируя/отсекая его от входа.

Сжатие

В результате дальнейшего вращения роторов объем изолированной камеры уменьшается, повышая давление среды.

Нагнетание

Когда полость достигает своего минимального критического значения, она соединяется с выходным патрубком, выпуская сжатый поток.

Согласованное вращение валов обеспечивает зубчатая передача. В нее подается масло для уменьшения трения и износа зубьев. В циркуляционной системе смазки предусмотрено устройство теплообмена, которое охлаждает масло до нужной температуры. Поэтому агрегат способен поддерживать длительную работу.

Конструктивные особенности и применение

У вихревых воздуходувок газ сжимается внутри рабочей камеры и подается в систему равномерно, с низким уровнем шума, без пульсаций и вибраций. Это очень важно в пищевой и фармацевтической промышленностях, где стабильность процесса влияет на качество продукта.

Вихревые машины способны работать в двух режимах, но некоторые модели рассчитаны только на компрессорный. К ним относится серия Serra – она специально оптимизирована для максимальной эффективности в нагнетании.

Агрегаты Serra создают более высокое избыточное давление (до 1500 мбар) и потребляют на 30% меньше электроэнергии по сравнению с роторными аналогами. А встроенный преобразователь частоты (ПЧ) повышает экономию до 40%.

Поэтому их предпочитают в непрерывных процессах – в системах аэрации на очистных сооружениях – и там, где требования к производительности меняются в течение рабочего цикла – для ферментирования, пневмотранспорта, осушки и пылеудаления.

Центробежные многоступенчатые

Центробежные воздуходувки – класс машин динамического действия, которые передают кинетическую энергию от рабочего колеса потоку воздуха, а затем превращают ее в статическое давление.

Устройство и принцип действия

На валу, соединенном с электродвигателем через муфту, расположено несколько рабочих колес закрытого типа. Они состоят из переднего и заднего дисков с лопатками, концы которых загнуты в сторону, противоположную вращению.

Всасывание

При вращении в центре первого импеллера образуется небольшое разрежение. За счет этого газ втягивается через всасывающий патрубок в зону входа первой ступени.

Захват

Попадая между дисками импеллера, поток захватывается лопатками и начинает вращаться вместе с колесом.

Сжатие

Под действием центробежной силы газ перемещается от центра к периферии, набирая скорость. Далее он входит в диффузор – канал, площадь сечения которого возрастает по мере удаления от оси вращения. В диффузоре скорость снижается, а статическое давление возрастает. Далее поток подается на следующую ступень, где цикл повторяется.

Нагнетание

В последнем импеллере газ достигает требуемого давления, поступает в нагнетательную полость, а затем подается в систему через выходной патрубок.

Внутри корпуса имеются межступенчатые каналы, разделенные перегородками. Уплотнения между ступенями и на выходах вала из корпуса предотвращают утечки газа (от одного импеллера к другому или наружу).

Нужное давление достигается количеством ступеней при умеренной скорости вращения.

Конструктивные особенности и применение

Благодаря многоступенчатой конструкции воздуходувки достигают избыточного давления 1470 мбар – это высокий показатель для низконапорных компрессоров. Поэтому их используют в тяжелой промышленности: металлургии, нефтехимии, на доменных печах и в энергетике.

Этот показатель в сочетании с высокой производительностью (до 90 000 м³/час) делает центробежные многоступенчатые модели незаменимыми для аэрации водоемов, флотации, сушки и в системах пневмотранспорта на крупных предприятиях.

Часто центробежные воздуходувки выпускают во взрывозащищенном исполнении – например, серии HIDERA. Они предназначены для потенциально опасных сред — на объектах нефтехимии, в процессах утилизации шахтного газа и на предприятиях с повышенными требованиями к безопасности.

Дополнительное преимущество моделей HIDERA – подшипники SKF, которые поддерживают бесперебойную работу в течение нескольких лет. Это критично для крупных предприятий, где остановка оборудования приводит к значительным потерям: в производстве бумаги, на утилизации свалочных газов и в процессах гальванизации.

Турбовоздуходувки

Турбовоздуходувка – это машина динамического действия. По конструкции она относится к центробежному типу: рабочее колесо с профилированными лопатками разгоняет поток, а проточная часть на выходе переводит его кинетическую энергию в статическое давление.

Устройство и принцип работы

В корпусе находится один импеллер, который создает требуемое давление за счет очень высокой скорости вращения.

Всасывание

Газ поступает в камеру через входной патрубок. При наличии фильтра он очищается от механических примесей, а затем направляется в центр колеса.

Захват

Лопатки подхватывают воздух, разгоняют до высокой скорости и направляют к периферии.

Сжатие

Далее поток поступает в кольцевой канал, где его кинетическая энергия преобразуется в статическое давление.

Нагнетание

Сжатый воздух направляется к нагнетательному патрубку и подается в систему.

Конструктивные особенности и применение

Турбовоздуходувки отличаются высокой скоростью вращения рабочего колеса – до 20000 об/мин. В сочетании с прямым приводом она обеспечивает КПД до 95–98% и снижает затраты на электроэнергию при непрерывной работе оборудования. Это оптимально для энергоемких процессов, например, для аэрации на очистных сооружениях.

В премиальных моделях (таких, как в серии ERIN) добавляется еще одно преимущество – бесконтактные подшипники. Они могут быть:

• газодинамическими: под давлением в зазор между вращающимся валом и подшипником попадает воздух. Эта прослойка заменяет смазку и опору одновременно.
• магнитными: вал удерживается в подвешенном состоянии силами магнитного поля. Система управления регулирует ток в электромагнитах, чтобы вал не смещался и не касался стенок корпуса.

Бесконтактные подшипники исключают трение в узлах вращения, снижают механический износ оборудования и требования к его обслуживанию. Поэтому турбовоздуходувки подходят для систем пневмотранспорта, воздушных ножей, флотации, водоснабжения, для пищевой и фармацевтической промышленностей.

Также машины серий ERIN оснащены ПЧ, который позволяет регулировать производительность оборудования, адаптируя его работу к текущим нагрузкам. Эта функция востребована в процессах ферментации, оксигенации и на сушильных установках.

Центробежные вентиляторы

Центробежные вентиляторы также относятся к агрегатам динамического действия. Они отличаются от воздуходувок тем, что создают более низкое избыточное давление.

Устройство и принцип действия

Рабочее колесо с лопатками увеличивает скорость воздуха и направляет его в диффузор, где кинетическая энергия потока преобразуется в статическое давление.

Всасывание

Газ поступает во входное отверстие, как правило, по оси вращения.

Захват

Он захватывается лопатками, разгоняется и направляется к периферии рабочего колеса.

Сжатие

Далее воздух попадает в диффузор, площадь сечения которого возрастает по мере удаления от оси вращения ротора. Здесь скорость потока уменьшается, а давление увеличивается.

Нагнетание

Сжатый воздух выходит через нагнетательный патрубок.

Конструктивные особенности и применение

Центробежные вентиляторы работают в самом низком диапазоне давления — от 7 до 55 мбар. Их используют там, где нужна подача больших объемов воздуха при минимальном сопротивлении: в системах кондиционирования и вентиляции, для бутилирования напитков в пищевой промышленности и упаковки картонной тары.

Благодаря простой конструкции и небольшим габаритам аппараты можно интегрировать в производственные линии с ограниченной площадью. Это удобное решение для текстильной промышленности, полиграфических станков и систем осушки.

Центробежные вентиляторы производят в различных модификациях. В зависимости от дополнительных элементов они способны выполнять разные функции. Так модели серий ECF и TCF могут иметь взрывозащищенный двигатель для работы во взрыво- и пожароопасных условиях.

Сравнение разных типов

Конструкция промышленной воздуходувки различается не только у разных типов, но даже у моделей в одной серии. Иногда небольшая деталь может изменить функционал и область применения агрегата. Это заметно на примере ERB – серии воздуходувок типа Рутс.

В стандартном варианте их роторы и корпус блока сжатия выполнены из чугуна, а в исполнении для работы в агрессивных средах на те же детали наносят антикоррозионные покрытия или полностью изготавливают их из нержавеющей стали.

Выбор материала определяет устойчивость агрегата к химическому воздействию и позволяет использовать воздуходувки ERB как в стандартных, так и в специфических условиях.

Однако в первую очередь нужно ориентироваться именно в типах конструкции – они определяют основные сферы применения всей группы оборудования.

Главные характеристики каждого типа мы объединили в таблице – она поможет сравнить воздуходувки и выбрать оптимальный для конкретной задачи.

Выбрать подходящую воздуходувку непросто, как и любое технологическое оборудование. Если вам нужна помощь специалистов – оставьте заявку на нашем сайте. Мы разберем вашу задачу, учтем особенности предприятия и требования к технике, предложим конкретную модель и интегрируем ее в вашу производственную линию.

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