پروانه برج خنک کننده | فن برج خنک کننده

تعداد بازدید:۸۵۴

فن برج خنک کننده(axial fan) در برج خنک کننده با نام پروانه نیز شناخته می شود که وظیفه اصلی فن یا پروانه برج خنک کننده ایجاد جریان در هوا می باشد.  جریان هوا که در اصطلاح air flow نامیده می شود وابسته به قطر پروانه ، عرض تیغه و سرعت چرخش فن در انواع فن کولینگ تاور متفاوت می باشد. فن با چرخش با سرعت معین سبب جارو کردن هوا و ایجاد یک جریان مکشی یا دمشی در سیال هوا می شود. پروانه های برج خنک کننده در دو تیپ کلی محوری و حلزونی(سانتریفوژ) تولید و طراحی می شود.

فن محوری یا آکسیال فن در انواع برج خنک کن صنعتی بتنی و فایبرگلاس مورد کاربرد قرار می گیرد. فن محوری یکی از رایج ترین و پرکاربردترین انواع پروانه در برج خنک کننده های مکعبی و مخروطی محسوب می گردد. فن های محوری انواع مختلفی دارند که رایج ترین آن ها وین آکسیال-امپلار و ایرفویل می باشد. فن های محوری ایرفویل امروزه در انواع کولینگ تاور ها  جریان مکش القایی به کار برده میشود. در این نوع کاربری همانند تصویر فن یا پروانه برج خنک کننده در قسمت بالایی دستگاه قرار می گیرد و هوا را از قسمت لوور به داخل مکش می کند. به بیانی ساده تر عملکرد مطلوب کولینگ تاور بسیار وابسته به کارکرد درست پروانه می باشد.

اجزای اصلی پروانه یا فن  برج خنک کننده

اجزای اصلی پروانه برج خنک کننده  

1-هاب یا کوپلینگ فن: هاب فن یا پروانه (fan hub) بخشی است که از یک جهت توسط شافت های فلزی به تیغه ها متصل می شود. هاب پروانه دارای یک بخش با سوراخ شافت معین جهت ورود شافت موتور یا کاهش دور می باشد. هاب ها از متریال چدن و آلومینیوم مطابق با قطر شافت و سایز خار تراشکاری می گردند.

2-تیغه یا پره: پره های پروانه برج خنک کن مهمترین بخش از فن محوری محسوب می شوند. پره ها با چرخش با سرعت معین میزان معینی از هوا را از نقطه ای به نقطه دیگر جابجا می کند. به هر میزان زاویه پره ها نسبت به خط افق بیشتر باشد میزان هوای بیشتری جابجا می شود. البته افزایش بیش از حد زاویه پره ها در فن کولینگ تاور سبب ایجاد لرزش در پره ها و خرابی زودرس فن می گردد.

3-شافت اتصال: شافت های اتصال پره ها را از طریق بدنه خود به قسمت کوپلینگ پروانه متصل می کنند. شافت ها قالباً باید از چقرمگی بالایی برخوردار باشند و همچنان مقاومت فیزیکال بالایی در برابر تنش های برشی داشته باشند. فولاد های سخت کاری شده رایج ترین متریال به کار رفته در شافت های اتصال پروانه برج خنک کننده می باشند. سوراخکاری شفت های اتصال باید در مرکزیت انجام پذیرد. عدم تقارن در سوراخ کاری جهت اتصال تیغه به شفت سبب افزایش تمرکز تنش در شفت و شکست این قطعه می شود.

4-صفحه پشتی هاب: این بخش در پشت هاب پروانه برج خنک کننده نصب می شود. این بخش اجازه نمی دهد که هوا از بخش خالی شافت و هاب به صورت بایپش گذر ننماید. صفحه پشت هاب فن عمدتاً از متریال ضد رطوبت همانند فایبرگلاس در انواع کولینگ تاور  بکار برده می شود. صفحه پشت فن عموماً دارای قطری معادل با یک پنجم قطر فن می باشد و ضخامت معادل با 2 الی 5 میلی متر دارند. استفاده از متریال سنگین در این قطعه سبب سنگین تر شدن وزن فن و مصرف بالای برق آن خواهد شد.

5-پیچ، مهره و اتصالات: این بخش در تمامی قسمت ها و بخش های مختلف پروانه برج خنک کننده  بکار برده می شود. اتصال دو بخش اصلی هاب به یکدیگر ، اتصال صفحه به هاب، اتصال شافت به تیغه ها توسط پیچ و مهره و اتصالات جانبی صورت می پذیرد. پیچ و مهره های فن یا پروانه برج خنک کننده بیشتر اوقات از متریال استیل یا فولاد سخت می باشند. این پیچ ها باید از مقاومت بالایی در برابر تنش های برشی در لرزش های برج خنک کننده برخوردار باشند.

مزایای فن محوری ایرفویل در برج خنک کننده

  • ایجاد سر و صدای بسیار کمتر در مقایسه با فن های سانتریفوژ و فلزی تیغه پهن و باریک
  • بسیار سبک و مصرف برق بسیار پایین تر نسبت به سایر پروانه های هوادهی
  • کاهش استهلاک پره و شافت به دلیل بکارگیری تیغه های ایرفویل
  • افزایش طول عمر کاری فن یا پروانه
  • کاهش هزینه های ناشی از بالانس های کوبشی
  • راندمان بالا نسبت به سایر فن های سانتریفوژ حلزونی و تیغه باریک
  • ایجاد هوادهی با حجم بسیار بالا بدون عملیات بایپس

انواع فن محوری کولینگ تاور

انواع فن محوری کولینگ تاور 

پروانه با تیغه ایرفویل:

 بهترین نوع تماس با جریان هوا را نوع ایرفویل در بین پره های فن کولینگ تاور ایجاد می کند. تماس بسیار ملایم با اختلاف فشار بسیار زیاد و نیروی دراگ در این فن سبب کارکرد آرام این مدل فن می گردد. به این مدل فن با پره ایرفویل(airfoil) اصطلاحاً super low noise نیز گفته می شود. دسیبل صدای تولیدی این مدل فن ماکزیمم 65 دسیبل می باشد. راندمان این مدل از انواع پروانه برج خنک کننده معادل با 85 الی 90 درصد بوده و از جمله فن هایی است که بسیار سبک بوده و نیازمند موتور با توان پایینی جهت گردش خود می باشد.

پروانه ایرفویل تیغه هایی از جنس آلومنیوم اکسترود، فایبرگلس و پلی آمید سبک می باشند. تیغه های ایروفویل به صورت شاخه ای تولید می شود و وابسته به قطر فن یا پروانه برش کاری شده و توسط شافت های فلزات سخت کاری شده به قسمت کوپلینگ یا هاب مرکزی متصل می شوند. پروانه برج خنک کننده ایرفویل امروزه در انواع برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته بکار برده می شود. سازندگان برج خنک کننده بهترین پیشنهاد در فن های ایرفویل را بکارگیری تیغه فایبرگلاس در ساختار پروانه می دانند. تیغه های فایبرگلاس مقاومت بسیاری در برابر رطوبت و خوردگی هوای اشباع و قطرات پرتاب شده دارند.

فن محوری تیغه پهن:

اینگونه فن ها دارای تیغه های پهن با ضخامت کم بوده که قالباً از متریال آلومینیوم، استیل و گالوانیزه تولید می شوند. فن آکسیال تیغه پهن هوادهی زیادی ایجاد می کند و در عین حال به دلیل داشتن تیغه های پهن قالباً از 4 تا 6 پره طراحی می گردند. پروانه های تیغه پهن به مراتب راندمان پایین تری نسب به نوع ایرفویل دارند و همچنین مصرف برق بالاتری نیز دارند.

فن محوری تیغه باریک:

فنهای محوری تیغه با عرض کم یا اصطلاحاً تیغه باریک نوع دیگری از پروانه های آکسیال در کولینگ تاور می باشند. از جمله رایج ترین این پروانه ها، پروانه پلی آمید فوق سبک مولتی وینگ می باشد. نوع مولتی وینگ فن کولینگ تاور عموماً دارای قابلیت تغییر زاویه پره می باشد. این قابلیت سبب می شود که تنظیم انواع پروانه برج خنک کننده در هنگام راه اندازی بسیار مطلوب و بدون لرزش صورت پذیرد.

فنهای تیغه باریک عموماً هوادهی پایین دارند و در دورهای گردشی بالا کاربرد دارند. به دلیل تولید حجم پایین هوادهی این مدل فن در انواع برج خنک کننده با ظرفیت کمتر از 100 تن تبرید بکار برده میشود. گروه کارخانجات دمامهر بالغ بر 168 محصول در تیپ پروانه های محوری در انواع کولینگ تاور دارد. کلیه پروانه های تولیدی این شرکت پس از مونتاژ تحت تست بالانس استاتیکی و دینامیکی قرار می گیرند.

 

مزایای پروانه برج خنک کننده 

استفاده از پروانه ها کولینگ تاور دارای مزایاس زیادی است و وعملکرد صحیح پروانه ها موجب می‌شود کارایی برج خنک کننده افزایش پیدا می‌کند.مزای استفاده از آن به این صورت است :

  • باعث کاهش لرزش برج خنک کننده 
  • باعث افزایش طول عمر قطعات دیگر کولینگ تاورمانند:تسمه ها، موتور، بلیرینگ و دیگر اجزای برج خنک کننده
  • افزایش میزان هوادهی و هوارسانی داخل برج خنک کننده
  • کاهش صدای تولیدی توسط کولینگ تاور 
  • کاهش آمپر مصرفی موتور و مصرف انرژی 

نحوه عملکرد پروانه برج خنک کننده

وظیفه اصلی پروانه برج خنک کننده صنعتی هوارسانی و جابه جا کردن هوا در کولینگ تاور است این قطعه با استفاده از هاب و تیغه ها هوا را جا به جا میکند وآن را از بیرون وارد برج خنک کننده می‌کند.با فعال کردن الکتروموتور فعالیت فن محوری شروع می‌شود.پره ها و تیغه ها به وسیله یک تسمه گیربکسی با پولی مستقیما درون صفحه هاب قرار گرفته اند.

 با روشن شدن موتور،صفحه هاب شروع به چرخیدن می‌کند و تیغه ها نیز به چرخش در می‌آیند.با این عمل هوا از بیرون برج خنک کننده مکیده می‌شود و به درون آن وارد می‌شودو به درون آن وارد می‌گردد.جابه جایی هوا و ایجاد گردش هوا در داخل سیستم باعث می‌شود دمای داخلی بین 4الی6 درجه کاهش می‌یابد.میزان زاویه پره هابا میزان خنک سازی کولینگ تاور ارتباط مستقیم دارد یعنی هرچقدر زاویه بین پره ها بیشتر باشد خنک سازی درونی افزایش می‌یابد.

تست بالانس دینامیکی و استاتیک در پروانه برج خنک کننده

بالانس کردن فن یا پروانه برج خنک کننده یکی از مهمترین عملیات های بعد از ساخت در کولینگ تاور محسوب می شود. بالانس پروانه محوری دارای دو نوع استاتیک و دینامیک بالانس می باشد. بالانس استاتیکی همان تنظیم زوایای پره ها به صورت یکسان و یکنواخت تحت زاویه معین می باشد. بالانس استاتیکی توسط اپراتور تولید و به صورت دستی بر روی پره های فن برج خنک کننده انجام می پذیرد. بالانس دینامیک نیز به نوعی شبیه سازی کارکرد فن در دستگاه های مخصوص می باشد. به منظور بالانس دینامیکی فن در یک شبیه ساز و دستگاه بالانس قرار می گیرد. دور نامی فن با درصد بالاتر از دور کاری تنظیم شده و دستگاه بارها در زمان های متفاوت در حال کار قرار می گیرد. تنظیم لنگش فن در حال کار در واقع در دستگاه بالانس کن فن کولینگ تاور صورت می پذیرد.

نکته بسیار مهم در بالانس دینامیکی فن محوری کولینگ تاور

بسیاری از تولید کنندگان به دلیل نداشتن دستگاه بالانس مخصوص فن را تحت یک شافت متصل و به صورت دستی آن را گردش می دهند. این فرآیند دستی بالانس نتایج خوبی از کارکرد مطلوب پروانه در اختیار ما قرار نمی دهد. تست بالانس دینامیکی فن حتماً باید در دور نامی پروانه حتی مقداری بالاتر انجام گیرد. در این شرایط است که حرکت مطلوب فن در هنگام نصب در برج خنک کننده تضمین خواهد شد.

 

 

آیا بالانس فن برج خنک‌کننده اهمیت بالایی در کارکرد این دستگاه دارد؟

پاسخ به این سوال مثبت می باشد . بالانس کردن پروانه برج خنک‌کننده (متوازن کردن چرخش پروانه) سبب کاهش نیروی اصطکاک بین پره‌ها با  جریان هوای بیرون می‌شود. با کاهش نیروهای مقاوم در برابر چرخش تیغه ها عملکرد این تجهیز بسیار روان‌تر و آرام‌تر خواهد شد. قالباً تمامی لرزش و صدای تولید شده توسط پروانه به دلیل نیروهای توربولانت مقاومتی در برابر چرخش فن است.

نیروهای توربولانت دسته ای از نیروهای اصطکاکی بین پره و سیال هوا در طی کارکرد این تجهیز می‌باشد. شدت نیروهای توربولانسی و تلاطمی از مهمترین نکاتی است که در طراحی باید دائماً چک شود. لرزش‌های بوجود آمده در سیستم هوادهی سبب ایجاد لرزش در بدنه و سایر قسمت‌های پروانه می‌شود. منشأ قالب لرزش‌ها و ارتعاشات در برج خنک کننده، عدم تنظیم سیستم هوادهی است.

صدای بوجود آمده از فن یا پره کولینگ تاور گاهی می‌تواند به شدت سبب آزار ساکنان آن محیط اطراف گردد. افزایش نیروهای توربولانسی ناشی از عدم بالانس بودن پروانه سبب افزایش گشتاور مورد نیاز در مولد انرژی مکانیکی (دینام) می‌شود. این به معنی است که مصرف انرژی در کولینگ تاور بیشتر خواهد شد. در بین قطعات کولینگ تاور فن محوری اهمیت فراوانی دارد چرا که این بخش مهمترین قسمت در سیستم هوادهی است.

با توجه به موضوع مذکور طبیعتاً موتور با لود و بار گشتاوری بیشتری باید انجام وظیفه کند. افزایش فشار بر روی الکتروموتور نیز طبعات بدتری در پیش خواهد داشت. بنابراین بالانس نکردن تیغه‌ها و فن در کولینگ تاور معایب فراوانی دارد.

معایب عدم بالانس بودن فن یا پروانه در کولینگ تاور 

  • تخریب و  از بین رفتن سریع تیغه و شافت‌های بکار رفته در پروانه کولینگ تاور
  • افزایش توان موتور لازم جهت چرخش و در نتیحه آمپر کشیدن مازاد موتور
  • ایجاد صدای زیاد  یا اصطلاحاً شدت صوت بالاتر از هشتاد دسیبل
  • به وجود آمدن لرزش و ارتعاش زیاد در تمامی بخش‌های داخلی

شاخصه های مهم طراحی و نصب فن کولینگ تاور 

میزان حجم هوادهی پروانه برج خنک کننده

هوادهی یا ظرفیت جابجایی هوا (Air Flow) در واقع میزان نرخ حجم هوای جابجا شده در واحد زمان معین در کولینگ‌تاور می‌باشد و یکی از مهمترین بخش‌های طراحی و محاسبه محسوب می‌شود. به بیانی ساده‌تر مهمترین شاخصه و فاکتور طراحی در سیستم های جابجایی هوا ظرفیت و نرخ هوادهی در آن می‌باشد. ظرفیت هوادهی فن محوری خود تابع عوامل متعددی است.

***عوامل اصلی تأثیرگذار در میزان حجم هوادهی پروانه برج خنک کننده به شرح ذیل می‌باشد.

  • الف) تعداد پره ها یا تیغه های پروانه پروانه برج خنک کننده
  • ب) عرض تیغه یا پهنای پره
  • ج) زاویه تظیم پره ها نسبت به سطح افق
  • د) نوع سیستم هوادهی

وظیفه پروانه برج خنک کننده

وظیفه اصلی این قطعه این است که به برج خنک کننده هوارسانی کند و هوا را از بیرون به داخل آن منتقل کند. هردو فن جریان هوا را از طریق برج باافزایش فشار استاتیک (SP) و انرژی جنبشی هوا تولید می‌کنند.با در اختیار داشتن فن سانترفیوژ،هوا از طریق بخش مرکزی چرخ پروانه ای وارد و از طریق یکحلزونی و خروجی 90 درجه نسبت به مسیر ورودی خارج می‌شود.برعکس،فن های جریان محوری،دارای مسیر جریان هوای مستقیم هستند. فن های محوری از لحاظ جنس و نحوه عملکرد به سه دسته فن های ضربی که در برج های سایز کوچک کاربرد دارند فن های با پروفیل ثابت که از آلومینیوم و فایبرگلاس ساخته شده و راندمان متوسطی دارند. و فن های پروفیل متغییر فن های فایبرگلاس ایرفویل که عموما از کامپوزیت تولید می‌شوند و راندمام بالایی دارند تقسیم می‌شود.