Центробежные (радиальные) вентиляторы: устройство, характеристики и подбор под объект

Один каскад центробежного вентилятора выдает до 3000 Па статического давления и больше. Осевой вентилятор того же класса упирается в потолок около 300 Па, в десять раз меньше. Дело в конструкции колеса и корпуса: именно она определяет, где ставить радиальный вентилятор, а где хватит осевого, и как вообще подобрать модель под конкретную сеть воздуховодов.

Дальше по порядку: как устроен центробежный вентилятор, что означают его характеристики, как читать маркировку ВЦ и ВР и как не ошибиться с номером при подборе.

Центробежный вентилятор — это то же самое, что радиальный

Центробежный вентилятор и радиальный вентилятор обозначают одно и то же оборудование, разница только в названии. «Центробежный» описывает физику: воздух разгоняется центробежной силой вращающегося колеса. «Радиальный» описывает геометрию: поток выходит из колеса вдоль радиуса, а не вдоль оси, как у пропеллера. В нормативке закрепилось второе название: действующий сегодня ГОСТ 5976-2020 называется «Вентиляторы радиальные общего назначения», термины и классификация заданы отдельным ГОСТ 34002-2016.

В каталогах производителей и в разговоре инженеры чаще используют слово «центробежный». Дальше в статье использую оба термина как синонимы, в тексте они взаимозаменяемы.

Ключевое отличие от осевого вентилятора в направлении потока. У осевого воздух идет вдоль оси колеса от начала до конца, как у пропеллера. В центробежном вентиляторе поток меняет направление примерно на 90 градусов: заходит вдоль оси, а выходит вбок, вдоль радиуса колеса. Именно этот поворот потока вместе с центробежным ускорением позволяет радиальным вентиляторам развивать в разы более высокое давление, чем осевым того же класса. Подробнее разберу этот механизм в разделе про принцип работы.

Радиальные вентиляторы работают в приточно-вытяжных установках, кондиционировании, промышленных системах с агрессивными и взрывоопасными средами, а также в противодымной вентиляции. Везде, где нужно давление, чтобы преодолеть сопротивление длинной сети воздуховодов, фильтров и решеток. Если сеть короткая и без ощутимого сопротивления, часто хватает более дешевого и тихого осевого вентилятора: платить за центробежный смысла нет. Разницу между типами вентиляторов подробнее разбирали в статье про виды вентиляторов, здесь остаюсь только на центробежных.

Устройство центробежного вентилятора

Центробежный вентилятор состоит из четырех узлов: спирального корпуса («улитки»), рабочего колеса с лопатками, вала и электродвигателя. Рабочее колесо закреплено на приводном валу и снабжено опорным диском, к которому крепятся лопасти. Конструктивно это отличает его от пропеллерной крыльчатки осевого вентилятора. Комплектуют такие вентиляторы, как правило, стандартными общепромышленными асинхронными электродвигателями, а не специальным приводом.

Двигатель соединяется с рабочим колесом двумя способами. При прямом приводе двигатель и колесо сидят на одном валу, это самая простая и компактная схема. При ременном приводе на валу мотора и на валу колеса стоят два шкива разного диаметра, а ремень между ними позволяет менять частоту вращения колеса относительно оборотов мотора и одновременно гасит вибрацию при заклинивании. Ременная передача остается вполне рабочим способом подогнать обороты колеса под нужное давление, не меняя сам двигатель на другой типоразмер.

Корпус вентилятора называют улиткой не для красоты: по форме он действительно напоминает раковину моллюска, спираль расширяется от точки входа воздуха к выходному патрубку. Внутри этой спирали и вращается рабочее колесо. На следующей схеме видно, как эти узлы собираются вместе.

Принцип работы: как рабочее колесо создает давление

Воздух заходит в корпус вентилятора через входное отверстие вдоль оси вращения колеса, попадает в каналы между лопатками и разгоняется центробежной силой. Дальше поток собирается спиральным корпусом и выбрасывается наружу через выходной патрубок уже радиально, под углом к оси входа. На выходе из колеса скоростной напор потока частично превращается в статическое давление за счет расширяющегося канала улитки. Это стандартный диффузорный эффект, знакомый по любому расширяющемуся каналу в аэродинамике.

Почему это дает больше давления, чем у осевого вентилятора? В осевой схеме лопасть работает как пропеллер и просто толкает воздух вдоль оси, весь напор берется только от подъемной силы профиля лопасти. В центробежном колесе воздух дополнительно движется от центра к периферии, а раз радиус растет, растет и окружная скорость на выходе лопатки. Это добавляет потоку энергию сверх простого проталкивания, а улитка на выходе еще и тормозит закрученный поток, превращая часть скорости в давление.

Оба эффекта складываются, поэтому при том же расходе воздуха центробежная схема выигрывает у осевой по давлению в разы. Один каскад дает от 200 до 3000 с лишним паскалей, тогда как типичный осевой вентилятор упирается примерно в 300 Па.

Виды по направлению лопаток и по давлению

Лопатки рабочего колеса бывают загнуты вперед или назад по ходу вращения, и это не косметическая деталь. Колесо с лопатками, загнутыми вперед, получается компактнее и вращается на меньшей скорости, за счет этого оно тише при том же диаметре. Колесо с лопатками, загнутыми назад, работает эффективнее при высоком статическом давлении и обладает так называемой неперегружаемой мощностной характеристикой. При колебаниях сопротивления сети мощность на валу растет предсказуемо и ограниченно, поэтому двигатель защищен от перегрузки. У колес с лопатками вперед характеристика противоположная: мощность может расти вместе с нагрузкой вплоть до перегрузки мотора.

На практике это определяет область применения. Вентиляторы с лопатками вперед чаще ставят в общую вентиляцию, приточно-вытяжные установки и рядовой HVAC, там, где сопротивление сети умеренное и предсказуемое. Вентиляторы с лопатками назад идут в промышленные процессы, дата-центры, чистые помещения и любые системы с непрерывным режимом работы, где на первом месте энергоэффективность. По независимым замерам КПД у схемы с лопатками назад доходит до 85 процентов против 55–65 у схемы с лопатками вперед.

Вентиляторы также делят по развиваемому давлению: низкого давления (примерно до 1000 Па), среднего (1000–3000 Па) и высокого (от 3000 до 12000 Па). Эта классификация устоялась в отраслевой практике и в каталогах производителей. Ориентировочно низкое давление хватает на короткие сети воздуховодов, среднее подходит для протяженных сетей с фильтрами и запорной арматурой, а высокое нужно для промышленных технологических процессов и сетей с большим аэродинамическим сопротивлением. Прежде чем спорить о цифрах в паспорте конкретной модели, стоит понимать, к какой из трех групп она вообще относится: это сразу отсекает половину неподходящих вариантов.

Технические характеристики центробежного вентилятора

У любого центробежного вентилятора пять ключевых параметров: производительность в кубометрах в час, полное давление в паскалях, мощность и КПД электродвигателя, уровень шума в децибелах и допустимая температура перемещаемой среды. Для вентиляторов общего назначения температура ограничена 80 градусами, а для моделей двухстороннего всасывания с ременным приводом в потоке воздуха планка ниже: до 60 градусов, потому что сам ремень и шкивы работают в перемещаемой среде.

Все эти параметры связаны между собой через аэродинамическую характеристику вентилятора: графическую зависимость давления, мощности на валу и КПД от расхода при постоянной частоте вращения колеса. С ростом расхода воздуха давление, которое способен создать вентилятор, снижается, и наоборот. Это общее свойство центробежной схемы, которое обязательно нужно учитывать при подборе, а не только смотреть на паспортные «максимальные» цифры.

Уровень шума в паспорте указывают для конкретной модели и режима работы, и он растет вместе с частотой вращения колеса. Единого числа «для всех центробежных вентиляторов» не существует, поэтому сравнивать модели по шуму нужно строго при одинаковом расходе и давлении, иначе сравнение бессмысленно.

Ниже приведены ориентировочные диапазоны по группам давления, чтобы примерно понимать порядок цифр перед тем, как открывать паспорт конкретной модели.

Типоразмерный ряд ВЦ и ВР: что означает номер по ГОСТ

Номер вентилятора в маркировке — это не порядковый индекс модели, а номинальный диаметр рабочего колеса, выраженный в дециметрах. Вентилятор с колесом 250 мм получает номер 2,5, с колесом 630 мм получает номер 6,3, и так далее. Этот принцип задает ГОСТ 10616-90 «Размеры и параметры», а не сам ГОСТ 5976, вопреки распространенному заблуждению.

ГОСТ 5976-90 регулирует другое: общие технические условия и коэффициенты, которые попадают в саму марку вентилятора. Например, в марке «ВР 80-75» цифра 80 — это стократная величина коэффициента полного давления в режиме максимального КПД, а 75 обозначает коэффициент быстроходности в том же режиме. Тот же стандарт распространяется на колеса диаметром от 200 до 3150 мм с давлением до 12000 Па и допускает отклонение фактического диаметра колеса от значений ГОСТ 10616 до 10 процентов. Этим объясняется, почему у разных заводов колесо под одним и тем же номером может отличаться на десяток-другой миллиметров.

Типовой ряд номеров серии ВЦ 4-75 выглядит так: 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20. Ниже приведена ориентировочная таблица по этой серии, просто чтобы почувствовать порядок величин.

Эти цифры паспортные, они относятся к одной конкретной серии одного производителя. У другой аэродинамической схемы на том же номере расход и давление будут другими. Не стоит переносить таблицу одной серии на вентилятор другого завода: сверяйтесь с паспортом конкретной модели, номер только задает порядок величин. Каталог радиальных вентиляторов с актуальными моделями смотрите здесь, для примера в каталоге есть модели ВР-280-46 и ВР-80-75.

Как подобрать центробежный вентилятор под объект

Подбор строится в три шага, и все три обязательны: пропустить хотя бы один значит гадать, а не считать.

1. Определить требуемый расход воздуха. Для жилых помещений ориентир такой: 3 м³/ч на квадратный метр площади или 30 м³/ч на человека, берется большее значение. Для нежилых и промышленных объектов расход считают по нормативной кратности воздухообмена конкретного помещения.
2. Посчитать потери давления в сети. Требуемое давление вентилятора складывается из статической и динамической составляющих сети, а потери на поворотах, решетках и фильтрах считают через коэффициент местного сопротивления. Расчет ведут по самой длинной и нагруженной ветке сети, от вентилятора до самой удаленной точки. Именно она определяет требуемое давление, а не средняя ветка. Подробную методику расчета сопротивления воздуховодов разбирали в статье про расчет воздуховодов.
3. Найти рабочую точку на графике характеристик. Рабочая точка — это пересечение кривой вентилятора и кривой сопротивления сети, именно она определяет фактические расход, давление и КПД в конкретной системе, а не паспортные максимумы. Правило инженеров: рабочая точка должна попадать в зону 85–90 процентов от максимального КПД вентилятора, иначе модель работает на грани возможностей и быстрее изнашивается.

Пример на трех шагах. Квартира 60 м² на семью из трех человек: расход считают по обеим формулам и берут большее из двух чисел, 3 м³/ч × 60 м² дает 180 м³/ч, а 30 м³/ч × 3 человека дает 90 м³/ч, значит расчетным будет 180 м³/ч. Дальше по фактической трассе воздуховодов с решетками и фильтром считают потери давления, в этом примере пусть получится 200 Па. С этими двумя цифрами, 180 м³/ч и 200 Па, на графике конкретной модели ищут точку пересечения кривых: если она попадает в зону 85–90 процентов от максимального КПД, модель подходит, если нет, берут вентилятор с другой характеристикой, а не тот же номер «с запасом».

Без расчета тут не угадаете: два объекта с одинаковой площадью, но разной длиной сети воздуховодов, потребуют разных номеров вентилятора, хотя расход воздуха у них может совпадать. По нашему опыту с такими объектами чаще всего ошибаются именно на втором шаге: считают расход честно, а потери давления в сети берут «на глаз» или вовсе не учитывают фильтры и решетки на пути потока. В итоге вентилятор с виду мощный, а нужного давления в дальнем конце сети не создает.

Монтаж центробежного вентилятора

Вентилятор должен стоять так, чтобы вибрация не передавалась через сеть воздуховодов или конструкции здания. Для этого используют виброопоры, которые при установке на раме размещают симметрично относительно центра тяжести всей установки, и гибкие вставки на присоединениях к воздуховодам.

При монтаже нельзя игнорировать и зазоры внутри самого вентилятора. Зазор между задней стенкой кожуха и рабочим колесом должен составлять около 4 процентов диаметра колеса, а зазор между колесом и выходным диффузором должен быть около 1 процента. У входного патрубка зазор относительно кромки переднего диска колеса вентиляторщики на практике тоже держат в районе 1 процента диаметра. Эти проценты не формальность: чрезмерный зазор роняет КПД и давление вентилятора, даже если сам вентилятор технически исправен.

Монтаж тяжелых и легких вентиляторов отличается. Центробежные вентиляторы малых номеров, примерно до №12, поставляются в собранном виде и монтируются на легких кронштейнах или подвесах. Вентиляторы больших номеров могут поступать в разобранном виде и требуют установки на фундамент или раму с подъемом краном или талью. При подъеме агрегата с центром тяжести выше монтажных отверстий строповку делают четырьмя стропами, а не двумя: иначе агрегат опрокидывается при подъеме.

Перед первым пуском проверяют две вещи. Первое: балансировку рабочего колеса. Отбалансированное колесо при легком прокручивании останавливается в произвольном положении, а если оно стабильно замирает в одной и той же точке, значит есть небаланс, который устраняют пригрузкой. Второе: направление вращения у трехфазных моделей. Фактическое вращение колеса при первом включении обязательно сверяют со стрелкой-указателем на корпусе, это стандартный пункт предпускового чек-листа у всех производителей.

Частые вопросы

Чем центробежный вентилятор отличается от радиального? Ничем. Это два названия одного и того же типа оборудования. «Центробежный» описывает принцип действия, а «радиальный» описывает геометрию потока на выходе, в нормативке закреплено второе название.

Чем центробежный вентилятор отличается от осевого? Направлением потока и способностью держать давление. У осевого воздух идет прямо вдоль оси, как у пропеллера, у центробежного поток поворачивает на 90 градусов и за счет этого создает в разы более высокое давление при том же расходе. Устройство и подбор осевых вентиляторов разбирали отдельно.

Какой вентилятор выбрать для дымоудаления: центробежный или крышный? Крышные вентиляторы для дымоудаления — это тоже, как правило, центробежная схема, только со специальной компоновкой под установку на кровле и жаростойким исполнением. Выбор между обычным канальным исполнением и крышным зависит от расположения по проекту: если по трассе есть возможность вывести вентилятор на кровлю, крышное исполнение экономит место внутри здания.

Что в итоге

Центробежный и радиальный вентилятор обозначают одно и то же оборудование, которое за счет поворота потока на 90 градусов держит в разы более высокое давление, чем осевой вентилятор того же класса. Номер в маркировке — это диаметр рабочего колеса в дециметрах, а не порядковый индекс модели, и по ГОСТ 10616-90 у него довольно точный практический смысл. Подбор всегда строится в три шага: расход, потери давления в сети, рабочая точка на пересечении характеристик. Пропускать второй шаг и брать вентилятор «с запасом на глаз» не стоит: запас без расчета часто оборачивается либо перерасходом энергии, либо нехваткой давления в дальнем конце сети.

Если на вашем объекте стоит похожая задача, напишите нам в любом удобном мессенджере. Инженер подберет вентилятор под ваш расход и сеть и пришлет спецификацию с ценами.

Наши мессенджеры: Max, Telegram, WhatsApp