Types de ventilateurs : classification, fonction et principe de leur fonctionnement

Le ventilateur est la base de tout système de ventilation artificielle. L'appareil est largement utilisé dans la vie quotidienne et est indispensable dans de nombreux domaines de l'activité humaine.Lors de la planification de l'achat d'équipement de ventilation, vous devez comprendre les spécificités de sa conception et de son fonctionnement.

L'article présenté pour examen décrit en détail les types de ventilateurs, leurs caractéristiques de conception, les principes de fonctionnement et le but de chaque unité. Nous vous indiquerons les domaines prioritaires pour choisir le modèle approprié. Ici, vous apprendrez comment sélectionner un appareil en fonction des conditions de fonctionnement.

Classification des ventilateurs selon les paramètres de base

Les ventilateurs sont des dispositifs mécaniques conçus pour déplacer, fournir ou évacuer des masses d'air et de gaz. La circulation de l'air se produit en raison de la différence de pression entre les canaux d'entrée et de sortie de l'unité de ventilation.

Les ventilateurs sont utilisés partout. Appareils indispensables lors de l'aménagement complexe de ventilation d'alimentation et d'extraction bâtiments, soufflage d'éléments de travail dans les climatiseurs et les appareils de chauffage.

Les ventilateurs sont conçus pour fonctionner avec des gaz dont le taux de compression ne dépasse pas 1,15. Dans le même temps, la différence des indicateurs de pression à l'entrée/sortie est limitée à 15 kPa - pour une valeur plus élevée, un compresseur est utilisé

La classification générale des unités de ventilation repose sur différents paramètres.

Parmi les principaux critères de gradation figurent :

• conception et principe de fonctionnement de l'appareil ;
• but et conditions de fonctionnement du ventilateur ;
• méthode d'installation;
• méthodes de connexion de l'appareil au moteur électrique ;
• caractéristiques techniques : degré de protection IP, pression générée, consommation électrique, vitesse de rotation, efficacité et niveau de pression acoustique.

En fonction du type de conception, il existe cinq modifications de ventilateurs : axiaux, centrifuges, diagonaux, diamétraux et sans pales.

Les unités diagonales et diamétrales sont considérées comme une variante de deux groupes principaux d'unités de ventilation : axiale et centrifuge. Les nouveaux produits sans lame sont fondamentalement différents de leurs homologues

En fonction des conditions de fonctionnement, les types de machines de soufflage de gaz suivants sont divisés :

• appareils électroménagers à usage général;
• ventilateurs à des fins spéciales.

Le premier groupe comprend les unités conçues pour fonctionner avec des flux d'air et de gaz inactifs dont la température ne dépasse pas +50°C. Le deuxième groupe comprend des équipements spéciaux : résistants à la chaleur, antidéflagrants, anti-poussière, anticorrosion et anti-fumée.

Selon le mode d'installation, on les distingue :

• standard – l'installation s'effectue sur un support ;
• toit - installation sur le toit d'un bâtiment ;
• conduit – placé à l’intérieur du conduit de ventilation ;
• multizone - modèles conçus pour être connectés à plusieurs canaux d'air.

Des moteurs électriques sont utilisés pour entraîner l’unité de ventilation.

Il existe plusieurs manières possibles de coupler le moteur à la roue :

• connexion directe;
• Transmission par courroie trapézoïdale ;
• attelage continu.

Après avoir déterminé le type de ventilateur approprié, un modèle présentant des caractéristiques techniques optimales est sélectionné.

La zone de service, le lieu d'installation, le niveau sonore admissible, l'humidité de la pièce et la nécessité de protéger l'appareil des corps étrangers sont pris en compte.

Le principe de fonctionnement des différents types d'appareils

Le principal critère de choix d’un ventilateur est sa conception et son principe de fonctionnement. Les caractéristiques de conception et les nuances techniques déterminent l'efficacité de l'appareil, le niveau de bruit, l'efficacité de fonctionnement et la possibilité de son utilisation dans certaines conditions.

Unité axiale – ventilateur classique

Le ventilateur axial (axial) est largement utilisé dans les ménages systèmes de ventilation des maisons privées, dans les hottes de salle de bain, dans les hottes d'échappement complexes, comme élément de refroidissement pour divers équipements et électroniques, ainsi que dans les souffleries et les moteurs de turboventilation dans le domaine aéronautique.

La conception des modèles se caractérise par la simplicité d'exécution et les petites dimensions. Éléments principaux : corps cylindrique, roue à pales et entraînement.Le diamètre interne du cylindre doit garantir une rotation sans entrave de la roue. L'espacement entre les pales et le boîtier est limité à 1,5% de la longueur de la pale rotative.

Afin de réduire les pertes hydrauliques et d'améliorer les caractéristiques aérodynamiques, la conception est complétée par un collecteur, un diffuseur et un carénage des deux côtés de la roue.

Principe de fonctionnement : des pales rotatives capturent l'air et le poussent le long de l'axe de la turbine. Il n'y a presque aucun mouvement des flux d'air dans la direction radiale. Les performances de l'équipement sont régulées en tournant les lames.

Particularités des modèles axiaux :

• ne nécessitent pas une grande surface pour l'installation ;
• consommation d'énergie économique;
• faible niveau sonore;
• facilité d'utilisation et de réparation;
• faible coût.

Les avantages du fonctionnement et de l’utilisation des ventilateurs axiaux ont conduit à leur grande popularité dans la vie quotidienne. Les modèles de boîtiers pour le refroidissement des appareils électriques et les unités axiales portables avec grilles sont largement utilisés.

Pour améliorer l'échange d'air, des ventilateurs axiaux avec panneau mural sont installés dans les ouvertures murales et autres structures de support. Les appareils peuvent fonctionner selon deux modes : aspiration d'air et injection d'air

Modèle centrifuge - résistance et puissance élevée

Les ventilateurs centrifuges (radiaux) sont très efficaces : les unités sont capables de générer des pressions élevées et de fonctionner dans des conditions difficiles. La conception de l'équipement comprend les éléments suivants.

Cadre. Le boîtier du diffuseur est en tôle rivetée ou soudée. Le corps creux a la forme d'un escargot en spirale ; la conception comprend des tuyaux d'aspiration et de refoulement. Pour ajouter de la rigidité, le boîtier est renforcé par des nervures ou des rayures transversales.

Le dessus de « l'escargot » est fermé par un caisson supplémentaire ou doublé de panneaux insonorisants. Ceci est nécessaire pour réduire le bruit pendant le fonctionnement de l'unité de ventilation.

Roue de travail. Le rotor à palettes se compose de deux disques, de pales et d'un moyeu.

La conception de la roue détermine les conditions d'utilisation du ventilateur :

• discless – transport de flux avec des composants solides ;
• disque unique – mouvement de milieux aériens à faible teneur en fractions solides ;
• double disque – circulation de masses d’air propre dans différentes plages de pression ;
• trois disques – offrant une aspiration bidirectionnelle.

La roue est fixée à l'arbre à l'aide de moyeux. Les pales sont fixées aux disques et aux moyeux.

Omoplates. Les caractéristiques de performance et l'efficacité de l'ensemble dans son ensemble dépendent largement de la forme des pales :

• aile aérodynamique – assure le silence, de bonnes performances et la résistance de l'appareil aux températures élevées ;
• courbé vers l'arrière – empêche l'accumulation de poussière à l'intérieur du ventilateur, adapté à une utilisation dans des environnements à forte oppression ;
• courbés vers l'avant – les ventilateurs avec ailettes « avant » sont conçus pour fonctionner avec de grands volumes d'air et des pressions élevées, et résistent à l'érosion ;
• radial - installations de taille compacte avec une efficacité moyenne, les guides du rotor sont traités avec un composé protecteur contre l'érosion.

Dans les roues à pales « arrière », la différence entre la pression statique et totale n'est pas grande, leur niveau d'efficacité est donc élevé. L'efficacité opérationnelle atteint 80%.

Les pales incurvées vers l'avant créent un débit d'air élevé à la sortie. L'unité maintient une efficacité de 60 %. L'avantage des pales « avant » est que les paramètres requis sont obtenus avec des dimensions de ventilateur plus petites

Dans les installations centrifuges, l’air entre dans le sens axial et est expulsé dans le sens radial. Les masses d'air se déplacent sous l'influence des forces centrifuges dans un corps cylindrique.

L'ensemble du processus peut être divisé en plusieurs étapes :

1. Lorsque la roue tourne, l'air entre l'espace des pales se précipite vers le bord du rotor.
2. En conséquence, une zone de basse pression se forme au centre de la roue. Cela conduit à l’absorption des masses d’air de l’extérieur.
3. Au centre de la chambre, les flux d'air changent de direction d'axial à radial, pénétrant dans les compartiments situés entre les pales.
4. En raison d'une rotation rapide, les masses d'air se précipitent vers la paroi intérieure du boîtier.
5. L'énergie cinétique est partiellement convertie en énergie de compression et la vitesse de l'air diminue - un flux d'air volumétrique s'accumule à l'intérieur de « l'escargot » et une surpression se forme.
6. La masse gazeuse se précipite vers le tuyau de sortie, pénètre dans le pipeline, puis dans la zone de travail.

Les unités centrifuges sont utilisées dans les systèmes d'alimentation et d'évacuation des grands locaux, des garages, des centres commerciaux et des bâtiments où une ventilation puissante et continue est requise.

Les unités radiales sont utilisées dans les industries dangereuses pour éliminer rapidement l'air contaminé. Par exemple, dans les ateliers de menuiserie ou de métallurgie, dans les ateliers d'évacuation des fumées et vapeurs nocives.

Diagonal – une combinaison de ventilateurs axiaux et radiaux

Le modèle diagonal est une synthèse de deux types de ventilateurs : axiaux et centrifuges. La roue de l'appareil a une forme spéciale - la structure de la roue ressemble à la structure d'un tambour dans un ventilateur radial. Les pales de la turbine sont situées parallèlement à l'axe de rotation.

Les ventilateurs combinés ont un corps cylindrique et ressemblent davantage aux modèles axiaux.Cependant, leur principe de fonctionnement est différent en raison des caractéristiques de conception de la roue. L'air se déplace d'abord le long de l'axe puis change de direction de 45°.

Grâce à l'injection centrifuge, la vitesse du flux d'air augmente, ce qui signifie que l'efficacité de l'unité de ventilation augmente. Le niveau d'efficacité des modèles diagonaux atteint 80%

Le principal avantage d'un ventilateur de type mixte est d'obtenir un compromis entre les caractéristiques sonores, les performances et les dimensions de l'appareil.

Le plus souvent, les unités centrifuges-axiales sont utilisées comme ventilateurs de conduit dans les systèmes de ventilation de petite et moyenne taille avec de longs conduits d'air. Ils sont utilisés comme unités d'échappement et d'entrée dans les systèmes sous pression de type alimentation.

Installation tangentielle - flux d'air uniforme

Un ventilateur tangentiel (diamétral) se compose d'un boîtier allongé équipé d'un diffuseur et d'une buse, ainsi que d'une roue à tambour à pales inclinées. L'air se déplace deux fois perpendiculairement à l'axe de rotation du cylindre.

Le boîtier du modèle diamétral ressemble au boîtier d'un ventilateur radial. La différence est que dans une unité tangentielle, le conduit d'air est situé le long du panneau latéral.

Particularités des dispositifs diamétraux :

• performances aérodynamiques élevées;
• capacité à fournir un débit uniforme ;
• la possibilité de faire tourner le ventilateur en choisissant la direction du flux d'air ;
• fonctionnement silencieux ;
• taux d'efficacité élevé - jusqu'à 60-70%.

Champ d'application : création de rideaux d'air, de ventilo-convecteurs et utilisation dans des systèmes split.

Ventilateur sans pales - technologie innovante

Des ventilateurs domestiques sans pales sont récemment apparus sur le marché intérieur des systèmes de ventilation.Leur principe de fonctionnement est radicalement différent des modifications évoquées ci-dessus.

L'action de l'appareil innovant est basée sur la volonté de l'environnement d'égaliser l'équilibre entre les pressions extérieures et intérieures de l'appareil, ainsi que sur la technologie « multiplicateur d'air ».

Composants de l'appareil :

• un cadre rond ou ovale conçu pour aspirer et éjecter des masses d'air ;
• base pour fixer le cadre;
• mini-turbine montée dans la base du ventilateur ;
• moteur.

Le ventilateur innovant fonctionne sur le principe suivant :

1. Après avoir démarré le moteur, la turbine est activée.
2. Lorsque la turbine tourne, elle aspire l'air à travers les perforations du boîtier de base.
3. Sous l'influence des turbulences, l'air est accéléré 15 fois et sort par les fentes de sortie situées le long du périmètre du cadre.

Les courants d'air se courbent autour de la surface de l'anneau et se précipitent dans la direction souhaitée.

En raison des propriétés aérodynamiques du dispositif de ventilation, l'air provenant du côté et derrière le cadre annulaire est aspiré dans le flux d'air résultant.

Par rapport aux modèles traditionnels ventilateurs sans pales présentent de nombreux avantages :

• réglage en douceur de l'intensité du flux d'air;
• commodité et sécurité d'utilisation absolue;
• changer la direction de l'air en ajustant la position de l'anneau ;
• efficacité opérationnelle - la consommation d'énergie est inférieure de 20 % par rapport aux modèles axiaux.

Les principaux inconvénients de l'appareil : coût élevé et niveau sonore élevé.

Dépendance aux conditions de fonctionnement

Lors du choix d’un ventilateur, il est important de considérer les conditions de son utilisation. Des installations hautement spécialisées ont été développées pour une utilisation dans des environnements agressifs.

Unités pour usage normal

Les ventilateurs à usage général sont en acier au carbone.

L'installation des appareils est autorisée sous réserve des conditions de fonctionnement obligatoires :

• teneur en poussière dans l'air pour les unités radiales – pas plus de 0,01 g/m3, pour les appareils axiaux – jusqu'à 0,01 g/m3 ;
• température de l'environnement de travail – jusqu'à +50°С ;
• absence de composants chimiquement agressifs et explosifs, de fibres et de particules collantes dans l'air.

L'environnement gaz-vapeur-air ne doit pas provoquer de processus de corrosion accélérés, le taux de destruction des métaux admissible est de 0,1 mm par an. Si la température de fonctionnement dépasse la valeur limite, le fonctionnement du moteur, qui se situe généralement dans le flux de masses d'air en mouvement, se détériore.

Il existe des ventilateurs en acier résistant à la chaleur à usage général. La température maximale du train transporté peut atteindre +200°C. Les produits nationaux sont marqués des lettres « Zh » et « Zh2 »

Les modèles à usage général sont utilisés dans les systèmes chauffage de l'air et la ventilation des bâtiments publics, résidentiels et industriels, ainsi qu'à d'autres fins sanitaires et techniques.

Unités de ventilation à usage spécial

Les ventilateurs spéciaux sont généralement divisés en cinq groupes :

• poussiéreux;
• résistant à la chaleur;
• antidéflagrant;
• résistant à la corrosion;
• extracteurs de fumée.

Les dépoussiéreurs sont utilisés pour nettoyer les masses d'air des particules de poussière et de saleté : sciures de bois et de métal, scories de soudage, déchets de céréales. Le flux d'air, passant à travers les buses, change de direction d'axial à radial. En raison de la force centrifuge, la vitesse du flux d’air change également.

Les appareils anti-poussière sont fabriqués en laiton, en acier au carbone ou en acier inoxydable. La température maximale de l'environnement de travail est de +80°C. Il existe des modèles de types mixtes : anti-poussière, antidéflagrants et résistants à la chaleur

Des ventilateurs radiaux de faible puissance sont installés sur les véhicules transportant des compositions céréalières. Les appareils à haute pression sont utilisés dans les grands ateliers de production.

Les unités résistantes à la chaleur sont conçues pour déplacer de l'air dont la température dépasse +80°C.

En raison des conditions de fonctionnement difficiles, les ventilateurs doivent avoir des caractéristiques particulières :

• isolation thermique du moteur électrique et son retrait hors du flux d'air ;
• haut niveau de protection du moteur – IP44 et supérieur ;
• production d'éléments structurels à partir de matériaux résistants à la chaleur (polyamide résistant à la chaleur, alliage d'aluminium, acier inoxydable ou au carbone) ;
• large plage de températures de fonctionnement.

Les ventilateurs résistants à la chaleur sont utilisés dans l'ameublement systèmes de ventilation de bain et des saunas, évacuation de l'air évacué à haute température d'une cheminée ou d'un poêle, évacuation des produits de combustion des zones de production.

Les unités résistantes à la chaleur peuvent avoir une conception axiale ou radiale. Le plus souvent, des ventilateurs à haute température sont utilisés dans les conduits de ventilation, mais il existe des modifications montées sans conduits d'air.

Les équipements de ventilation antidéflagrants sont conçus pour éliminer les mélanges de gaz explosifs. Cette catégorie comprend les compositions dans lesquelles, lorsque la moindre particule s'enflamme, tout le volume de gaz restant s'enflamme.

Les exigences en matière de sécurité contre les explosions pour les équipements électriques sont réglementées par les directives ATEX CE. En fonction du degré de risque d'explosion de la zone, les unités de ventilation peuvent être protégées par :

• remplissage de quartz ou d'huile des coques des pièces conductrices ;
• scellement avec un composé – matériau polymère ;
• revêtements antidéflagrants.

Les matériaux utilisés pour fabriquer les collecteurs d'admission, les roues et les boîtiers sont l'acier inoxydable, les alliages d'aluminium et des groupes de matériaux différents : acier inoxydable-laiton, bronze, plastique électriquement conducteur.

Des matériaux différents sont combinés de telle manière qu'une étincelle ne puisse pas se produire lorsqu'ils se heurtent ou se frottent les uns contre les autres.

Les ventilateurs résistants à la corrosion sont conçus pour transporter des mélanges air-gaz agressifs et non explosifs avec une faible teneur en poussière et l'absence de composants fibreux et collants.

Matériaux pour la fabrication des pièces de l'appareil : alliages de titane, polypropylène, plastique vinyle. En option, les éléments de travail sont recouverts d'un revêtement anticorrosion - acier résistant à la corrosion de qualité 08Х13 ou alliage de titane.

Champ d'application des ventilateurs « antirouille » :

• métallurgie ferreuse;
• lignes technologiques pour la production d'engrais minéraux;
• production de carbone ;
• alimentation en air des chaudières à composition bouillante;
• organisation de la circulation de la vapeur d'eau avec des impuretés de phénol, d'alcali et de sulfure d'hydrogène ;
• lignes de cokeries.

Les ventilateurs de désenfumage sont de puissantes unités ignifuges intégrées au système de ventilation d'un bâtiment et qui ont pour fonction d'évacuer la fumée de la pièce. Les unités sont soumises à des exigences techniques élevées.

En cas d'incendie, le ventilateur doit fonctionner en continu pendant 2 heures à une température de l'air soufflé jusqu'à +400°C. Lorsque la température monte à +600°C – jusqu’à 1 heure

Champ d'application : systèmes de désenfumage pour bâtiments à des fins diverses. Les « désenfumages » sont installés sur le toit du local à l'aide d'une bride de montage et raccordés aux conduits de désenfumage.

Selon la conception du ventilateur, l'émission de fumée à deux ou quatre voies peut être réalisée dans une direction horizontale ou verticale. Il est possible de faire fonctionner les unités en mode ventilation générale de la maison.

Types de ventilateurs par méthode d'installation

Comme indiqué ci-dessus, selon le mode d'installation, les appareils de ventilation sont répartis en 4 groupes : standard, toiture, gainable et multizone.

Les ventilateurs conventionnels sont généralement livrés avec un cadre de support ou un support. Leur installation ne pose aucune difficulté.

Les unités de toiture sont installées sur le toit d’un bâtiment et constituent le dernier maillon du système de ventilation du bâtiment. Ces ventilateurs sont exposés à des facteurs externes négatifs (pluie, neige, rafales de vent), ils sont donc fabriqués dans des matériaux particulièrement durables. Presque tous les modèles sont équipés d'un cône de protection pour éviter le colmatage du boîtier.

Les appareils de ventilation de toiture fonctionnent selon un principe axial ou centrifuge. La première option est plus souvent utilisée pour les environnements normaux et la seconde pour les environnements poussiéreux et agressifs.

Lors du choix d'un ventilateur de toit, tenez compte des spécificités de la pièce à équiper. Par exemple, un modèle à faible niveau sonore est sélectionné pour un jardin d'enfants, un hôpital ou une école. Pour un atelier de production, la priorité sera la puissance des équipements.

Les unités de ventilation par conduits sont placées dans des conduits de ventilation et assurent l'évacuation et l'alimentation en air à travers le système de conduits d'air. La conception des ventilateurs de conduit est généralement de type diagonal ou radial, moins souvent axiale.

Le choix du dispositif s'effectue en fonction de la forme du conduit d'air. Les unités sont produites pour les arbres ronds, carrés et rectangulaires.

Les ventilateurs à conduit rectangulaire ou carré sont en métal, les ventilateurs ronds sont en plastique.Le boîtier en métal est résistant à l'usure et durable, et le boîtier en plastique est moins bruyant

Les unités de ventilation multizones sont équipées d'un boîtier qui permet le raccordement de plusieurs conduits d'air d'aspiration provenant de différentes zones. De tels ventilateurs sont indispensables dans les pièces où il est nécessaire d'installer une hotte dans différentes pièces, mais il n'y a qu'un seul conduit d'évacuation d'air.

Les unités multicanaux vous permettent d'optimiser le complexe de conduits d'air, de réduire les coûts d'investissement et l'intensité du travail d'aménagement du système de ventilation d'une maison

Un avantage supplémentaire est la facilité d’utilisation. Il est nécessaire d’entretenir un seul ventilateur et non plusieurs.

Variétés de modèles de ventilation domestique

Les ventilateurs domestiques sont en outre classés en fonction de leur emplacement d'installation.

Fenêtre. L'appareil est monté dans une fenêtre ou un mur près d'une fenêtre ; il n'y a pas de conduit d'air. Un tel équipement est principalement utilisé dans les établissements publics : cafés, coiffeurs, etc. L'installation indépendante dans les fenêtres en PVC installées est problématique.

Les ventilateurs de fenêtre sont produits avec des profils ronds et carrés. Certains modèles sont équipés d'un clapet anti-retour qui empêche la poussière de pénétrer dans la maison

Cuisine. Élimine les fumées et odeurs diverses qui surviennent lors de la cuisson. Le ventilateur est monté directement dans la hotte aspirante. Sur la base de la conception, il existe des hottes plates, en forme de dôme et intégrées. Les ventilateurs de cuisine doivent être résistants à la chaleur et disposer d’un grillage de protection externe.

Équipement de salle de bain. Pour augmenter l'efficacité de l'échappement ventilation des toilettes et de la salle de bain des ventilateurs muraux et de plafond sont utilisés. Les unités compactes sont économiques et faciles à installer.

La partie intérieure du boîtier est placée dans le conduit de ventilation et la partie extérieure dépasse et est recouverte d'une grille de ventilation. Dans la salle de bain, il est conseillé d'utiliser un ventilateur avec capteur hydraulique

Quel que soit le type de ventilateur choisi, une attention particulière doit être portée au marquage de l'appareil, à savoir le degré de protection IP. La norme IP caractérise la sécurité des équipements dans un environnement non agressif.

Le premier chiffre a une valeur comprise entre 0 et 6 et indique le niveau de protection contre la pénétration de corps étrangers, la poussière et le contact avec les mains.

Le niveau de protection contre l'humidité pénétrant à l'intérieur du boîtier est indiqué par le deuxième chiffre du marquage.

Il existe une forte probabilité de pénétration d'eau dans les appareils avec une valeur de « 0 ». Leur installation est autorisée uniquement dans des pièces « sèches ». Le plus haut degré de protection « 8 » garantit la sécurité du ventilateur lorsqu'il est complètement immergé dans l'eau

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n°1. Principe de fonctionnement et avantages compétitifs d'un ventilateur sans pales :

Vidéo n°2. Conception du ventilateur centrifuge VTsUN :

Vidéo n°3. Conception du ventilateur à conduit rond :

La conception du modèle et les caractéristiques techniques et opérationnelles des ventilateurs nous permettent de sélectionner l'équipement optimal pour un usage domestique et industriel. Les conceptions des unités de ventilation sont constamment améliorées, s'adaptant aux besoins des clients.

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