Aumento, stallo e instabilità dei ventilatori: i misteri degli appaltatori

Mar 13, 2024

La Figura 1 (pagina 7) mostra il flusso per un sistema ideale. Le figure da 2 a 5 (pagine 8 e 10) mostrano una varietà di condizioni per la variazione temporale del flusso.

Coloro che sono coinvolti nella misurazione delle portate sanno che le condizioni di flusso ideali non sono comuni. Per ottenere una lettura accurata, in genere viene calcolata la media temporale di ciascun punto di misurazione del flusso per 10 secondi o più. Variazioni nelle letture di flusso e pressione del 10% in brevi periodi di tempo sono relativamente comuni.

Tuttavia, le ventole selezionate o applicate in modo improprio possono produrre variazioni molto maggiori. Le condizioni possono diventare così severe che il flusso attraverso la ventola può oscillare tra avanti e indietro (flusso in uscita dall'ingresso) molte volte al minuto (vedere Figura 4).

Le variazioni di flusso e pressione non solo rendono più difficile la misurazione del flusso, ma possono creare una serie di problemi:

Comprendere le cause del flusso instabile può essere utile per evitare questi problemi. Poiché alcune delle cause sono complesse, i ricercatori hanno mostrato un certo interesse.

Non c’è stato un accordo uniforme nelle conclusioni su quali siano le cause esatte. Tuttavia, dalla loro ricerca possiamo apprendere le condizioni che tendono a funzionare normalmente ed evitare le condizioni che non lo fanno.

Questo cambio di direzione (e velocità relative) consente alla ventola di generare pressione. Se l'angolo di attacco diventa troppo stretto, l'aria non seguirà più la superficie della pala in modo uniforme.

La quantità di deflessione e la pressione generata smettono di aumentare e normalmente diminuiscono. Questo è chiamato punto di stallo.

In un ventilatore, le pale normalmente ruotano a velocità costante. Pertanto, per modificare l'angolo di attacco, è necessario modificare il sistema a cui è collegata la ventola. Portate più elevate attraverso l'ingresso aumentano l'angolo di attacco; portate più basse lo diminuiscono.

Pertanto, se un ventilatore funziona in stallo, è perché il cfm è troppo basso. In un dato sistema, ciò è causato dalla scelta di una ventola troppo grande (rendendo le velocità dell'aria troppo basse nella ventola).

In alcuni ventilatori, l'angolo di attacco non è uniforme su tutta la larghezza della pala. Questi normalmente non sono i ventilatori più efficienti, anche se la gravità dello stallo è spesso minore poiché solo una parte della pala va in stallo a qualsiasi portata.

Alcuni dicono che i ventilatori centrifughi a pale radiali sono sempre in stallo, perché c'è una scarsa corrispondenza tra la velocità direzionale della pala e quella dell'aria in avvicinamento. Questo è essenzialmente vero. Tuttavia, questi tipi di ventilatori possono avere flussi che variano notevolmente nel tempo a portate molto basse, poiché le perdite interne sono dominate dallo stallo e la pressione cade a questo punto.

Un ventilatore che funziona in corrispondenza o in prossimità del punto di stallo solitamente presenta forti aumenti di rumore. Su alcuni ventilatori si sentirà quasi come se la girante venisse colpita da un oggetto solido (martellamento). Lo stallo puro tende ad avere una frequenza casuale, ma ci sono casi speciali in cui viene generata una frequenza pura. Questo sarà discusso più tardi.

Il flusso di un ventilatore in stallo varia nel tempo. Tuttavia, questo normalmente non è la principale causa di preoccupazione. L'aumento del rumore generato può essere un problema, ma anche questo può essere risolto.

La principale preoccupazione per un ventilatore che funziona in stallo è il rischio di danni meccanici. Coloro che hanno avuto un viaggio in aereo accidentato hanno la sensazione di quanto possano essere gravi gli impatti degli shock aerodinamici.

Un ventilatore che funziona continuamente in stallo può sostenere la fatica strutturale del metallo. Ciò è particolarmente vero per i ventilatori a flusso assiale aventi pale lunghe e sottili o pale fabbricate in lamiera.

I ventilatori centrifughi sono meno soggetti a danni. È noto che i ventilatori centrifughi progettati per pressioni relativamente elevate ma funzionanti a pressioni molto basse (meno di 1 pollice sp) funzionano continuamente in stallo per molti anni senza danni.

C'è un altro svantaggio nel far funzionare un ventilatore in stallo. Ciò significa che l'efficienza della ventola non è ottimale. Un ventilatore di dimensioni più piccole costa meno e ha un costo operativo inferiore. Probabilmente durerà anche più di una ventola più grande.