فن محوری(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 فن، عرض تیغه و سرعت چرخش فن در انواع پروانه 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. فن های برج خنک کننده در دو تیپ کلی محوری و حلزونی(سانتریفوژ) تولید و طراحی می شود که در این مقاله به نوع آکسیال یا محوری در کولینگ تاور می پردازیم. فن محوری برج خنک کننده انواع مختلفی دارد که در این مقاله به توضیح کلی در خصوص انواع پروانه محوری برج خنک کن خواهیم پرداخت.

توضیح بیشتر در خصوص فن های محوری برج خنک کننده

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 فن در کولینگ تاور 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 برج های خنک کننده جریان مکش القایی به کار برده میشود. در این نوع کاربری همانند تصویر فن یا پروانه در قسمت بالایی دستگاه قرار می گیرد و هوا را از قسمت لوور به داخل مکش می کند. به بیانی ساده تر عملکرد مطلوب برج خنک کننده بسیار وابسته به کارکرد درست فن یا پروانه می باشد.

 

تصاویری از فن های تولیدی دماگستر در انواع و سایز های مختلف

h2

اجزای اصلی فن محوری برج خنک کن

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 فن 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 پروانه 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 برج خنک کننده سبب ایجاد لرزش در پره ها و خرابی زودرس پروانه می گردد.

3-شافت اتصال: شافت های اتصال پره ها را از طریق بدنه خود به قسمت کوپلینگ فن 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 فن 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 فن 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 برج خنک کننده 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 پروانه و مصرف بالای برق آن خواهد شد.

5-پیچ، مهره و اتصالات: این بخش در تمامی قسمت ها و بخش های مختلف فن 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 کولینگ تاور برخوردار باشند.

h3

انواع فن محوری برج خنک کن

فن محوری با تیغه ایرفویل:

 بهترین نوع تماس با جریان هوا را نوع ایرفویل در بین پره های پروانه برج خنک کننده 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 پروانه ماکزیمم 65 دسیبل می باشد. راندمان این مدل از انواع فن محوری 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.

فن های محوری 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. فن های محوری 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.

h4

 

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

فن محوری تیغه پهن:

اینگونه پروانه 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. فن های تیغه پهن به مراتب راندمان پایین تری نسب به نوع ایرفویل دارند و همچنین مصرف برق بالاتری نیز دارند.

فن محوری تیغه باریک:

پروانه های محوری تیغه با عرض کم یا اصطلاحاً تیغه باریک نوع دیگری از فن های آکسیال در برج خنک کننده می باشند. از جمله رایج ترین این فن ها، فن پلی آمید فوق سبک مولتی وینگ می باشد. نوع مولتی وینگ فن برج خنک کننده عموماً دارای قابلیت تغییر زاویه پره می باشد. این قابلیت سبب می شود که تنظیم انواع فن برج خنک کننده در هنگام راه اندازی بسیار مطلوب و بدون لرزش صورت پذیرد. فن های تیغه باریک عموماً هوادهی پایین دارند و در دورهای گردشی بالا کاربرد دارند. به دلیل تولید حجم پایین هوادهی این مدل پروانه در انواع کولینگ تاور با ظرفیت کمتر از 100 تن تبرید بکار برده می شود. گروه کارخانجات دماگستر بالغ بر 168 محصول در تیپ فن های محوری در انواع برج خنک کننده دارد. کلیه فن های تولیدی این شرکت پس از مونتاژ تحت تست بالانس استاتیکی و دینامیکی قرار می گیرند.

تست بالانس دینامیکی و استاتیک در فن برج خنک کننده

بالانس کردن فن یا پروانه یکی از مهمترین عملیات های بعد از ساخت در کولینگ تاور محسوب می شود. بالانس فن 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 پروانه کولینگ تاور 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 پروانه برج خنک کن صورت می پذیرد.

h5

 

نکته بسیار مهم در بالانس دینامیکی پروانه برج خنک کن

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 فن در اختیار ما قرار نمی دهد. تست بالانس دینامیکی فن حتماً باید در دور نامی فن حتی مقداری بالاتر انجام گیرد. در این شرایط است که حرکت مطلوب فن در هنگام نصب در کولینگ تاور تضمین خواهد شد.

 

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

پاسخ به این سوال مثبت است. بالانس کردن فن برج خنک‌کننده (متوازن کردن چرخش فن) 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 فن به دلیل نیروهای توربولانت مقاومتی در برابر چرخش پروانه می‌باشد.

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 کولینگ تاور می‌شود. منشأ قالب لرزش‌ها و ارتعاشات در کولینگ تاور، عدم تنظیم سیستم هوادهی است.

صدای بوجود آمده از فن یا پره برج خنک‌کننده گاهی می‌تواند به شدت سبب آزار ساکنان آن محیط اطراف گردد. افزایش نیروهای توربولانسی ناشی از عدم بالانس بودن فن سبب افزایش گشتاور مورد نیاز در مولد انرژی مکانیکی (دینام) می‌شود. این به معنی است که مصرف انرژی در برج خنک‌کن بیشتر خواهد شد. در بین قطعات برج خنک کننده پروانه 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 پروانه در برج خنک کننده معایب فراوانی دارد.

معایب عدم بالانس بودن فن یا پروانه در برج خنک‌کننده

  • 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 برج خنک کننده

میزان حجم هوادهی فن 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 پروانه خود تابع عوامل متعددی است.

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

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

 

برج شبیه سازی طول عمر فلزات قطر