فناوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده

برج خنک کننده، دستگاهی است که وظیفه ی آن کاهش دمای آب از دمایی بالاتر به دمای پایین‌تر تا حداقل سه درجه سانتی گراد بالای دمای مرطوب است. در برج‌های خنک کن مدار باز، آب گرم از طریق لوله نازل‌ها بر روی پکینگ‌ها پاشش شده و آب پس از عبور از پکینگ‌ها و با هوای محیط بیرون که توسط فن برج خنک کننده از بین پکینگ‌ها عبور کرده و خنک می‌شود. در نهایت در حوضچه برج خنک کننده جمع آوری شده و توسط پمپ آب، خنک شده به سمت چیلر یا دستگاه‌های مورد نیاز حرکت می‌کند. در این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی، قصد داریم تا در مورد فناوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده صحبت کنیم.

در برج های خنک کننده، هوا به وسیله فن و الکتروموتور فن برج خنک کننده از بین پکینگ‌ها در برج‌های خنک کننده مدار باز و از بین لوله‌های کویل در برج‌های خنک کننده مدار بسته حرکت می‌کند. انتقال نیرو بین فن و الکتروموتور برج خنک کننده به 4 روش امکان دارد.

روش های انتقال نیرو در برج خنک کننده

فناوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده شامل درایو دنده (گیربکس)، درایو تسمه (تسمه و پولی)، درایو مستقیم (کوپل مستقیم) و درایو با جابجایی الکترونیکی EC (اینورتری) هستند. هر کدام از این فن آوری‌ها دارای مزایا و معایبی هستند. فناوری‌های مناسب انتفال نیرو در برج خنک کننده، تعادل مناسبی را بین هزینه اولیه در مقابل هزینه‌های عملیاتی ایجاد خواهد کرد.

• درایو دنده (گیربکسی) (Gearbox Drive)‌

انتقال نیرو در این نوع درایوها به صورت چرخدنده است. این نوع چرخدنده‌ها درون روغن قرار دارند. یک درایو دنده قدرت سرعت بالا را از موتور به سرعت کمتر مورد نیاز برای تغذیه فن کولینگ تاور کاهش می‌دهد. موتور القایی نسبتاً کوچک است، زیرا گیربکس، گشتاور را چند برابر می‌کند.

گیربکس‌ها برای غلبه بر اصطکاک اجزای داخلی و ویسکوزیته روغن نیاز به نیروی اضافی «بدون بار» دارند. راندمان خالص گیربکس در هر کاربرد متفاوت است، اما به طور کلی نزدیک به 96٪ است و در برابر گرما و رطوبت بالا در داخل برج خنک کننده مقاوم است.

• درایوهای تسمه و پولی (Belt Drive)

در بیشتر برج‌های خنک کننده نوع انتقال نیرو از الکتروموتور به فن توسط درایوهای تسمه و پولی است. در این نوع درایو دو مدل پولی وجود دارد:

1. یکی از آنها کوچکتر بوده و به الکتروموتور متصل است
2. نوع دیگر پولی دارای قطر بزرگتر بوده که به فن متصل است و سرعت دور الکتروموتور را کمتر کند

به عنوان مثال در برج‌های خنک کننده، معمولاً الکتروموتور دارای 1400 دور بر دقیقه است که فن برج خنک کننده 500 تن تبرید، دارای 350 الی 450 دور بر دقیقه سرعت دارد و به این صورت تسمه‌ایی که دور پولی‌ها در گردش است، وظیفه انتقال نیرو را دارد.

برای اینکه فشار از روی یک تسمه کاهش یابد، نیاز است که از تعداد 1 یا 2 تسمه به 4 تسمه استفاده شود. تسمه‌های دارای مشخصات خاص خود هستند و در مدل‌های مختلف تولید می‌شوند. در درایوهای تسمه و پولی چون تسمه در معرض کشش قرار دارد بازده انتقال نیرو در حدود 96 درصد است، اما پس از مدتی کارایی خود را از دست داده و بازده انتقال نیرو به زیر 90 درصد نیز خواهد رفت.

محاسبات قطر پولی موتور و پروانه به این صورت است که سرعت در هر دو پولی الکتروموتور و پروانه یکسان بوده و مطابق فرمول ذیل می‌باشد.

به عنوان مثال فرض می‌کنیم که الکتروموتور با قطر پولی 10 سانتی متر است که شعاع آن نیز 5 سانتی متر می‌باشد و دور الکتروموتور 1450 دور بر دقیقه خواهد بود. در این صورت اگر ما بخواهیم قطر پولی فن را با دور 350 دور بر دقیقه را به دست بیاوریم، باید از رابطه ذیل استفاده کنیم.

• درایو مستقیم یا کوپل مستقیم (Direct Drive)

در درایو مستقیم شفت الکتروموتور و فن یکی بوده و سرعت چرخش فن و الکتروموتور یکسان است.

چندین گزینه درایو مستقیم وجود دارد که در آنها موتور به طور مستقیم فن برج خنک کننده را به حرکت در می‌آورد. موتور درایو مستقیم قابلیت اطمینان را با حداقل نیازهای تعمیر و نگهداری ارائه می‌دهد. استفاده از این فناوری در دهه گذشته رشد کرده است و در حال حاضر به طور گسترده در وسایل نقلیه، هواپیماهای بدون سرنشین، کامپیوترها و کاربردهای متعدد دیگری که به موتورهای قدرتمند اما نسبتاً فشرده نیاز دارند، استفاده می‌شود.

برای گشتاور مورد نیاز در کاربردهای برج خنک کننده، موتورهای آهنربای دائم به دلیل حذف درایو دنده، سنگین‌تر و بلندتر از موتورهای القایی استاندارد می‌شوند.

اطمینان از عملکرد ایمن یک نگرانی بالقوه است. در سایر گزینه ‌های انتقال نیرو، وقتی موتور قطع می‌شود، برقی به آن نمی‌رسد و در نتیجه، سرویس آن را ایمن می‌سازد. موتور آهنربای دائمی قادر است برق تولید کند؛ حتی زمانی که برق قطع می‌شود و به طور بالقوه موقعیت خطرناکی را ایجاد می‌کند. برای مثال، اگر باد، فن و شفت فن را بچرخاند، برق می‌تواند به جایی که تکنسین در حال کار بر روی تجهیزات است، منتقل شود.

• الکتروموتورهای EC

الکتروموتورهای EC، یک فناوری جدیدتر است که یک موتور DC کوچک و یک کنترل کننده اینورتر / تنظیم سرعت را در یک بسته ترکیب می‌کند. بخش روتور موتور معمولاً از آهنرباهای دائمی استفاده کرده و کنترل سرعت یکپارچه نیاز به VFD خارجی را از بین می‌برد.

برای کاربردهای برج خنک کننده، فن، پوشش فن، و محافظ فن اغلب برای ارائه یک پکیج کامل درایو مکانیکی تعبیه شده‌اند. این یک چیدمان ساده و جمع و جور را فراهم می‌کند که به راحتی در کارخانه نصب شده و در صورت نیاز در محل جایگزین می‌شود.

برج‌های خنک کننده‌ای که در آنها از موتورهای EC استفاده شده است، معمولاً دارای ظرفیت و ردپای کمتری با حداکثر اندازه کاربرد 10 اسب بخار (اسب بخار) یا قطر فن یک متر هستند. در مقایسه با درایوهای تسمه و سایر موتورهای کم اسب بخار (کمتر از 5 اسب بخار)، موتورهای EC به طور مداوم کارآمدتر هستند.

در کاربردهای با اسب بخار کوچک، موتور EC هیچ تلفات انتقال قدرتی را نشان نمی‌دهد، در حالی که سایر موتورها و محرک ‌های تسمه‌ ای با اسب بخار پایین می‌توانند از 5 تا 20 درصد تلفات انتقال نیرو را تجربه کنند.

از آنجایی که موتورهای EC از یاتاقان های مهر و موم شده استفاده می‌کنند، عملاً هیچ تعمیر و نگهداری وجود ندارد. استفاده از این فناوری برای برج‌های خنک کن جدید است و در حال حاضر تنها به فن‌هایی با قدرت کم و قطرهای کوچک کمک می‌کند.

مزایا و معایب فن آوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده

افزایش آمپر زمانی اتفاق می‌افتد که آمپری که توسط موتور کشیده می‌شود، از آمپر مشخص شده در پلاک بیشتر است. به عبارت دیگر، قدرت بیشتری از حداکثر توصیه شده مورد نیاز است. افزایش بیش از حد آمپر الکتروموتور می‌تواند موضوعات دیگری داشته باشد.

از جمله آن تغییر فصل نیز ممکن است در این افزایش آمپر خود را نشان دهد. مثلاً افزایش چگالی هوا که منجر به افزایش آمپر الکتروموتور برج خنک کننده در فصل زمستان می‌شود یا کاهش چگالی هوا در تابستان که باعث کاهش آمپر مصرفی الکتروموتور می‌شود نیز حدود 10 درصد بر کارکرد الکتروموتور تاثیرگذار است. زاویه پره‌های فن برج خنک کننده نیز می‌تواند بر افزایش مصرف آمپر تاثیر بگذارد.

برای جلوگیری از این افزایش بار در زمستان اغلب ضریب اطمینان 15% روی قدرت الکتروموتور در نظر می‌گیرند تا از افزایش چگالی هوا در زمستان و تاثیر بر روی آمپر دستگاه کم شود.

رابطه بین مصرف برق و آمپر برای برق 3 فاز با معادلات زیر نشان داده شده است:

• فن برج خنک کننده

برای پروژه‌هایی که از درایو مستقیم استفاده می‌شود، معمولاً پروانه پلی آمید با تعداد پره بالا استفاده می‌شود که ظرفیت برج خنک کننده پایین است. برای برج‌های خنک کننده دما بالا از پروانه ایر فویل فایبرگلاس یا آلومینیومی استفاده می‌شود که به صورت گیربکس یا پولی تسمه قابل استفاده است.

از جهت اینکه پره‌های برج خنک کننده دچار خستگی و تنش نشود، تعداد پره را مطابق فرمول‌هایی انتخاب می‌شوند و همچنین سرعت نوک پره نباید از یک مقدار به خصوص بیشتر شود و نیاز است تا در پره‌هایی که طول بلندتری دارند، RPM فن برج خنک کننده پایین باشد.

این نکته باعث می‌شود که پره‌های برج‌های خنک کننده با ظرفیت پایین و طول کمتر بتوانیم از دورهای بالا و به صورت درایو مستقیم حدود 900 دور بر دقیقه استفاده می‌شود. زاویه پره‌های برج خنک کننده نیز بسیار مهم بوده و باعث می‌شود دبی هوای خروجی از برج بیشتر یا کمتر شود. البته هر چقدر دبی هوا بیشتر شود، جریانی که توسط الکتروموتور کشیده می‌شود، افزایش یافته و ممکن است به برج خنک کننده آسیب برساند.

سوالات تکمیلی

1. روش های انتقال نیرو در برج خنک کننده چیست؟

فناوری های انتقال قدرت در برج خنک کننده از جمله درایو دنده (گیربکس)، درایو تسمه (تسمه و پولی)، درایو مستقیم (کوپل مستقیم) و درایو با جابجایی الکترونیکی EC (اینورتری) است. هر کدام از این فن آوری‌ها دارای مزایا و معایبی هستند. انتخاب فناوری مناسب انتفال نیرو، تعادل مناسبی را بین هزینه اولیه در مقابل هزینه‌های عملیاتی ایجاد خواهد کرد.

2. الکتروموتور های EC چیست؟

الکتروموتورهای EC یک فناوری جدیدتر است که یک موتور DC کوچک و یک کنترل کننده اینورتر / تنظیم سرعت را در یک بسته ترکیب می‌کند. بخش روتور موتور معمولاً از آهنرباهای دائمی استفاده کرده و کنترل سرعت یکپارچه نیاز به VFD خارجی را از بین می‌برد.

برای کاربردهای برج خنک کننده، فن، پوشش فن، و محافظ فن اغلب برای ارائه یک پکیج کامل درایو مکانیکی تعبیه شده‌اند. این یک چیدمان ساده و جمع و جور را فراهم می‌کند که به راحتی در کارخانه نصب و در صورت نیاز در محل جایگزین می‌شود.

3. محاسبه قطر پولی برج‌های خنک کننده به چه صورتی است؟

محاسبات قطر پولی موتور و پروانه به این صورت است که سرعت در هر دو پولی الکتروموتور و پروانه یکسان بوده و مطابق فرمول ذیل است.

به عنوان مثال فرض می کنیم که الکتروموتور با قطر پولی 10 سانتی متر است که شعاع آن 5 سانتی متر و دور الکتروموتور 1450 دور بر دقیقه باشد. در این صورت اگر ما بخواهیم قطر پولی فن را با دور 350 دور بر دقیقه را به دست بیاوریم، باید از رابطه ذیل استفاده کنیم.

4. آیا زمستان یا تابستان بودن فصل تاثیری بر روی برج خنک کننده و توان الکتروموتور دارد؟

از جمله آن تغییر فصل نیز ممکن است در این افزایش آمپر خود را نشان دهد. مثلاً افزایش چگالی هوا که منجر به افزایش آمپر الکتروموتور در فصل زمستان و یا کاهش چگالی هوا در تابستان که باعث کاهش آمپر مصرفی الکتروموتور می شود، نیز حدود 10 درصد بر کارکرد الکتروموتور تاثیر می‌گذارد.

 

شرکت کارا فناور اطلس پارسی (بادران تهویه صنعت)

تلفن تماس: ۰۲۱۲۶۷۰۹۹۱۸ / ۰۲۱۲۶۷۰۹۳۶۸ / ۰۲۱۲۲۶۴۵۸۹۰ / ۰۲۱۲۶۶۰۲۷۷۶ 
تماس فوری / واتس اپ: ۰۹۲۱۳۶۰۲۶۹۰

وب سایت رسمی: Badrantahvieh.net
ایمیل: badran.tahvieh@gmail.com
گروه تلگرام: Cooling tower