Воздуходувки и газодувки. Какие лучше? Как работают?

Чем воздуходувки и газодувки отличаются от вентиляторов и компрессоров?

Воздуходувки и газодувки определяются как машины для подачи сжатого воздуха (газа), занимая промежуточное положение между вентиляторами и компрессорами.

Вентиляторы приводят газ в движение (перемещают) и могут при этом создавать небольшой перепад давления, от менее чем 0,5 кПа до 10 кПа (от 0,005 до 0,1 атм. или бар). Это осевые (поток газа вдоль оси вращения) или радиальные (газ отбрасывается от оси вращения) динамические машины.

Компрессоры сжимают газ, т.е. увеличивают его давление, уменьшая объем, и служат преимущественно для создания высокого давления газа в замкнутых объемах. В зависимости от назначения и типа компрессора избыточное давление, создаваемое им, может составлять от 100 кПа до 40..50 МПа (от 1 до 400..500 атм. или бар). По принципу действия компрессоры бывают объемными (поршневые, винтовые, спиральные), в которых ограничивается и уменьшается объем газа, и динамическими. По устройству компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,1..1 атм.), в некоторых специальных исполнениях - до 200 кПа (2 атм.). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение как правило 10..50 кПа, в отдельных случаях до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума.

По принципу действия воздуходувки могут быть как объемного действия (двухроторные типа Рутс, пластинчато-роторные и др.), так и динамического действия - турбовоздуходувки, канальные (вихревые) воздуходувки.

Как работают двухроторные воздуходувки и чем они хороши?

Этот тип воздуходувок был изобретен братьями Рутс в 1854 г. Воздух или газ перемещаются в замкнутом объеме от входа (на иллюстрации слева) к выходу двумя синхронно вращающимися роторами-поршнями. Называются также роторными компрессорами или шестеренчатыми компрессорами, так как синхронизация вращения роторов обеспечивается шестеренчатой передачей.

На анимации показаны двухлопастные роторы. Такие роторы используются в поставляемых нами воздуходувках типа 2AF и ВФ (ранее 2АФ), 3АФ, газодувках 1Г. В современных воздуходувках используются также трехлопастные роторы, позволяющие уменьшить пульсации давления, шум и габариты.Из поставляемых нами машин такие роторы применяются в воздуходувках типа Omega и ВР, газодувках типа ГР. Двухроторные воздуходувки обеспечивают широкий диапазон регулировки производительности (при применении частотных преобразователей) и устойчиво работают при любых давлениях, не превышающих максимально допустимого.

Воздуходувки этого типа наиболее оптимальны в диапазоне производительностей от 1 до 50 м³/мин. ( хотя есть машины и с гораздо большей производительностью - до 1700 м³/мин., например, фирмы Aerzener) и диапазоне перепадов давлений от 10 до 100 кПа в режиме нагнетания и от 10 до 50 кПа в режиме всасывания.

Когда лучше турбовоздуходувки и вихревые воздуходувки ?

Это воздуходувки или газодувки динамического типа. Лопатками рабочего колеса газу придается высокая скорость и, соответственно, кинетическая энергия, которая затем с потерей скорости переводится в энергию сжатия. Соответственно, чем сильнее должен быть сжат газ, тем большую скорость вращения должны иметь лопатки рабочего колеса.

Высокую скорость лопаток можно обеспечить либо большим радиусом рабочего колеса, либо высокой частотой его вращения.

Первый способ реализован, например, в турбокомпрессорах воздушных ТВ (турбовоздуходувках) и газовых ТГ (турбогазодувках), роторы которых вращаются с частотой 3000 об./мин. Минимальная производительность таких машин - 60 м³/мин. Максимальный перепад давления для одноступенчатых машин ТВ и ТГ (с одним рабочим колесом ) - 15 кПа. Более высокий перепад давления (для ТВ и ТГ до 80 кПа) обеспечивается установкой на вале каскада из нескольких рабочих колес. Такие воздуходувки и газодувки называются многоступенчатыми. Число ступеней в воздуходувках обычно не превышает 4. Машины с большим количеством ступеней (от 5 и выше) обычно причисляют к турбокомпрессорам.

Другой способ повышения давления в турбовоздуходувках, позволяющий снизить габаритные размеры, - повышение частоты вращения ротора. Это достигается примененим повышающей передачи или редуктора. К этому типу относятся воздуходувки типа ЦНВ и другие, а также турбокомпрессоры, выпускаемые Хабаровским ОАО "Дальэнергомаш". В современных турбокомпрессорах, например, Micro Turbomaster (Samsung Techwin), используются высокооборотные электродвигатели с постоянными магнитами и воздушными подшипниками, позволяющие достигать частоты вращения до 70000 об./мин. Турбовоздуходувки предпочтительны для поддержания высокой (более 100 м³/мин.) и постоянной производительности при постоянном напоре.

К компактным воздуходувкам динамического типа с относительно небольшой производительностью ( 1..15 м³/мин.) относятся воздуходувки с боковыми каналами (вихревые), называемые также газокольцевыми компрессорами. Из отечественных это серия ЭФ100, из зарубежных широко известны вихревые воздуходувки ELMO серий G_100, G_200, G_400 (в настоящее время бренд принадлежит Gardner Denver Inc.) и SCL итальянской фирмы FPZ или Effepizeta. Если в центробежных воздуходувках газ однократно отбрасывается лопатками вращающегося рабочего колеса в радиальном направлении от центра, то в вихревых воздуходувках воздух по внутренней стенке бокового канала возвращается к оси и повторно попадает в зону дейтвия этого же рабочего колеса. Вследствие многократного воздействия рабочего колеса увеличивается передаваемая газу кинетическая энергия и происходит повышение давления. Вихревые воздуходувки создают мало шума, компактны, надежны, просты эксплуатации, однако существенно уступают двухроторным и центробежным воздуходувкам по коэффициенту полезного действия, поэтому их лучше использовать там, где цена электроэнергии несущественна.