جنس فن برج خنک کننده و تاثیر آن در عملکرد برج

فن برج خنک‌ کننده برای ایجاد جریان هوا با دبی و فشار استاتیکی مشخص در کولینگ تاور به کار گرفته می‌شود. فن یکی از مهمترین و اصلی‌ترین اجزاء برج خنک کن می باشد که در عملکرد دستگاه بسیار تاثرگذار است. فن باید سبک باشد تا به نیروی گشتاور محرکه کمتری برای به دوران درآوردن آن نیاز داشته باشد. در ضمن، این قطعه باید مقاومت مناسبی را در برابر تنش و خستگی داشته باشد. به همین خاطر به طور معمول فن کولینگ تاور از جنس استیل، آلومینیوم، فایبرگلاس و یا انواع پلاستک ساخته می‌شود. در این مقاله از بادران تهویه صنعت قصد داریم تا درباره جنس فن برج خنک کننده و تاثیر آن در عملکرد برجمطالبی را بیان کنیم.

انواع فن برج خنک کننده

به طور کلی فن ها به سه دسته

1. آکسیال (Axial)
2. سانتریفیوژ یا رادیال (Centrifugal or Radial)
3. جریان متقاطع (Cross Flow or tangential)

تقسیم می شوند.

که از این میان دو نوع جریان هوا در فن آکسیال (Axial) وجود دارد که یک نوع مکشی و نوع دیگر دهشی می باشد که در صنعت تاسیسات بیشتر از نوع مکشی استفاده می شود. فن های شعاعی در مقایسه با سایر طرح ها دارای بازده کمتری هستند. برای محیط هایی که به کارایی بالایی نیاز دارند، فن های شعاعی ممکن است مناسب نباشند.

انواع فن اکسیال برج خنک کننده از نظر نوع طراحی

فن آکسیال بسته به نوع طراحی که دارد در انواع مختلفی تولید می شود که عبارت است از:

• فن آکسیال پروانه ای یا فن ملخی (Axial Propeller Fan)
• فن آکسیال پره ای (Vane Axial Fan)
• فن آکسیال لوله ای یا اگزاز فن کانالی (Tube Axial Fan)

فن آکسیال پروانه ای یا ملخی

فن آکسیال پروانه ای از تیغه های بلند ساخته می شوند. تیغه ها به یک توپی ثابت متصل می شوند و کل مجموعه در یک محفظه می چرخد، فن آکسیال یکی از متداول ترین فن های استفاده شده در جهان می باشد و معمولا پروانه های استفاده شده در این فن ها از آلیاژ ها و مواد مختلف پلاستیکی یا فلزی ساخته می شوند. پروانه های فن در سایز های که پره های آن کوچک باشد به صورت مستقیم به الکتروموتور متصل می شوند و معمولا دور های 900RPM را دارند و در سایز های بزرگ تر به صورت فولی تسمه به الکتروموتور متصل می شوند. از کاربردهای معمول برای فن های پروانه ای، فن های دیواری، سقفی، می توان به مبدل های حرارتی برج خنک کننده و هوا خنک کننده ها اشاره کرد.

فن آکسیال پره ای

فن آکسیال پره ای که به نام فن های تیوب آکسیال یا وین شناخته می شوند. این فن ها معمولا در اندازه های بزرگتری نسبت به فن های محوری دیگر ساخته می شوند. عملکرد فن آکسیال پره ای به طور کلی مانند فن های محوری دیگر است، اما فن های محوری Vane نمونه ای از فن های تیوب آکسیال پره ای است و نمونه پیشرفته فن های لوله ای می باشد. برای افزایش راندمان بیشتر در هواکش های محوری پره ای یا آکسیال پره ای، تیغه هایی در بدنه فن جهت هدایت هوا تعبیه شده است تا با این کار بتوان فشار استاتیک را بهبود بخشید.

بازده آیرودینامیکی با انتشار کنترل شده جریان، مهم ترین ویژگی فن های پره ای آکسیال به شمار می رود. عملکرد و قدرت هوادهی فن های پره ای آکسیال باعث تولید صدای زیادی توسط آنها می شود که همین مسئله استفاده از آن ها را در محیط های حساس به صدا غیر ممکن می کند. از این فن ها در تونل ها و یا کانال ها جهت تخلیه دود استفاده می شود. اتصال الکتروموتور به پروانه در هواکش های آکسیال پره ای با توجه به نوع و کاربرد آنها، به هر دو صورت مستقیم و پولی تسمه انجام می گیرد.

فن آکسیال کانالی

فن های تیوب آکسیال یا فن های کانالی کارایی همانند فن های ملخی و فن های پره ای دارند شکل ظاهری این فن ها به صورت استوانه ای طراحی شده و فشار بالاتری نسبت به فن های پره ملخی دارد. به منظور بهبود عملکرد این نوع فن ها، در طراحی این فن فاصله بین نوک بلید های پروانه با دیفیوزر مقدار کمی می باشد. بازدهی هواکش محوری کانالی نسبت به فن پروانه ای بیشتر است و در عین حال جریان صدای بلندتری نیز تولید می کند.

فن های محوری کانالی نسبت به فن های ملخی از عملکرد و کاربری مناسب تری برخوردار هستند، اما هنگام کار کردن صدای زیای از خود تولید می کنند. فن آکسیال لوله ای یا کانالی جریان هوا را در جهت معکوس ایجاد می کند که همین مسئله باعث بالا رفتن بهره وری آنها در شرایط تهویه مطبوع می شود. فن آکسیال کانالی در سیستم های تهویه و سرمایشی – گرمایشی یا HVAC هم استفاده می شود. به طور معمول پروانه فن آکسیال کانالی به صورت اتصال مستقیم به الکتروموتور متصل می شود، اما در صورتی که شرایطی مثل تخلیه اسپری رنگ یا تخلیه هوای آلوده و یا داشتن رطوبت بالا که باعث آسیب رسیدن به الکتروموتور می شود، وجود داشته باشد، این اتصال به صورت پولی تسمه انجام می شود.

انواع فن سانتریفیوژ (رادیال)

در فن های سانتریفیوژ یا رادیال ما سه نوع فن مختلف داریم.

1. فن سانتریفیوژ فوروارد
2. فن سانتریفیوژ بکوارد
3. پلاگ فن

• فن سانتریفیوژ فوروارد

از فن های سانتریفیوژ فوروارد برای دبی هوای بالا و فشار استاتیک کم و متوسط استفاده می شود.

• فن سانتریفیوژ بکوارد

از فن های سانتریفیوژ بکوارد در دبی هوای متوسط رو به بالا و فشار استاتیک بالا استفاده می شود.

• پلاگ فن

از نوع پلاگ فن هم بیشتر در پروژه های Clean Room از آن استفاده می شود برای دبی هوای متوسط رو به بالا و فشار استاتیک بالا استفاده می شود.

ویژگی های فن سانتریفیوژ

فن های سانتریفیوژ معمولاً نسبت به انواع دیگر فن ها برق و انرژی بیشتری مصرف می کنند. قیمت بالاتری دارند. این نوع فن دارای دبی هوای کمتری نسبت به فن های آکسیال صنعتی دارند. در میان طرح‌های فن سانتریفیوژ، طرح‌های آئروفویل بالاترین راندمان را دارند (تا ۱۰ درصد بیشتر از تیغه‌های منحنی فن بکوارد)، اما استفاده از آنها به هوای تمیز و بدون گرد و غبار محدود می‌شود.

ویژگی فن جریان محوری

فن های جریان محوری فشار کمتری نسبت به فن های سانتریفیوژ تولید می کنند.

ویژگی فن جریان متقاطع (Tangential Fan)

از فن های جریان متقاطع (Tangential Fan)، بیشتر در یونیت داخلی اسپلیت های خانگی استفاده می شود.

وظیفه برج خنک کننده یک دستگاه، حذف گرما است که از آب برای انتقال گرمای تولید شده در فرآیند های صنعتی و سرمایشی به جو هوا استفاده می شود. به همین ترتیب، یک برج خنک کننده صنعتی بر اساس اصل حذف گرما از آب با تبخیر بخش کوچکی از آب در گردش عمل می کند.

بازده برج خنک کننده به دمای ورودی و خروجی آب و دمای مرطوب محیط بستگی دارد که از فرمول ذیل به دست می آید:

که معمولا بازده برج خنک کننده بین 70% الی 75% می باشد.

در برج ها از فن های آکسیال (نوع پروانه‌ای) و سانتریفیوژ استفاده می شود. به طور کلی فن های آکسیال در برج های کشش القایی استفاده می شوند و فن های گریز از مرکز و سانتریفیوژ در برج های کشش اجباری یافت می شوند. بسته به اندازه آنها، نوع فن های پروانه ای مورد استفاده به صورت ثابت یا متغیر است.

جنس فن برج خنک کننده مدل جریان آکسیال

جنس فن های برج خنک کننده مدل جریان آکسیال از نوع فایبرگلاس، پلی آمید و آلومینیومی می باشد و جنس فن های کولینگ تاورهای جریان اجباری از نوع سانتریفیوژ و فلزی می باشد. فن های آکسیال کشش القایی در برج خنک کننده بیشتر استفاده می شود و به دو صورت کوپل مستقیم با فن هایی از جنس پلی آمید بالانس شده بین 7 تا 9 پره و دور 900RPM و به صورت پولی تمسه از جنس ایرفویل فایبرگلاس یا آلومینیومی بالانس شده 4 الی 5 پره با دور 350RPM تا 450RPM مورد استفاده قرار می گیرد. فن ها باید حتماً به صورت بالانس شده باشند تا از ارتعاش برج خنک کننده جلوگیری شود.

اخیراً در کشورهای توسعه یافته از فن هایی از جنس فن های FRP (Fiberglass reinforced plastic)، فن های پلاستیکی تقویت شده با فایبرگلاس (FRP) که به طور خاص برای جذب، حرکت، تمیز کردن و تخلیه هوای مرطوب یا خورنده طراحی شده اند. ترکیب بهترین ویژگی های پلیمرهای فایبرگلاس و کامپوزیت، که ترکیب آنها برای کاربردهای صنعتی ایده آل است و فن های (Glass reinforced plastic) GRP که از جنس یک ماده کامپوزیت ساخته شده از الیاف شیشه است.

معایب و مزایای فن FRP

با این حال، فن های از جنس کامپوزیت های FRP دارای معایب و مزایایی هستند. از جمله معایب فن FRP می توان به هزینه نسبتاً بالا، مدول الاستیک پایین، رفتار شکننده و مقاومت ضعیف در برابر آتش اشاره کرد. اما در مورد مزایای فن از جنس کامپوزیت FRP می توان به مواردی چون وزن سبک آن، کاهش هزینه‌های کار و کمک در نصب آن اشاره کرد. کامپوزیت FRP سرعت ساخت و ساز را افزایش می دهد که بیشتر اثرات زیست محیطی را کاهش می دهد. مواد کامپوزیت فایبرگلاس فقط بادوام نیستند. همچنین در مقایسه با مواد سنتی از استحکام بالایی برخوردار هستند. FRP اصطلاحی است که معمولاً در ایالات متحده آمریکای شمالی استفاده می شود. GRP اصطلاحی است که به همان معنی است. اما به طور کلی در اروپا و آسیا استفاده می شود و مخفف پلاستیک تقویت شده با شیشه است.

بهترین زوایای تیغه های پره ها یا بلید های برج خنک کننده شما برای حداکثر خنک شدن باید روی حداقل 12 درجه تنظیم شود. شما می توانید آنها را در یک درجه بزرگتر نیز تنظیم کنید، اما هر زاویه ای بالاتر از 16 درجه خطرناک است و نباید زوایای پره بزرگتر از 16 درجه باشد.

دو نوع برق ورودی برای فن ها وجود دارد. برق AC (جریان متناوب) و برق DC (جریان مستقیم). موتورهای الکتریکی AC که روی فن ها استفاده می شوند، معمولاً از سیم پیچ ها، بلبرینگ ها و سایر قطعات مکانیکی داخلی تشکیل شده اند و بیشتر از نوع الکتروموتور های AC در فن های برج خنک کن استفاده می شود. در موتورهای DC منبع تغذیه مستقیم (AC) به یک ترانسفورماتور متصل می شود که برق را به DC تبدیل می کند. این مقدار توان مصرفی را تنها با استفاده از جریان مستقیم به جای جریان متناوب کاهش می‌دهد و سبب بازده بیشتر می شوند.

محاسبه توان الکتروموتور مورد نیاز با توجه به افت فشار هوا

به طور مثال فرض می کنیم دبی هوای فنی برابر 5000CFM می باشد و افت فشار کل برابر 125Pa یا 0.5inch.WG می باشد. فن محوری یا آکسیال است آنگاه توان موتور چقدر می باشد؟

بازده موتور معمولا بر روی 65 درصد می باشد و بازده فن نیز 75 درصد است. با این فرض توان فن برابر 0.8Hp می شود که الکتروموتور 0.75 کیلو وات توان الکتروموتور می باشد.

سوالات تکمیلی