فن برج خنک کننده (cooling tower fan) مرکز هوارسانی و دستگاه جابجا کننده هوا در کولینگ‌تاور می‌باشد که به آن پروانه برج خنک کن هم می‌گویند. فن یا پروانه در برج خنک‌کاری دارای تعداد معینی پره یا تیغه می‌باشد که با چرخش آنها هوا از نقطه ای به نقطه دیگر جابجا می‌شود. فن برج خنک کننده در واقع قطعه‌ای است که وظیفه آن منتقل کردن هوا از بیرون به داخل کولینگ تاور است.
فن با ایجاد یک جریان مکش مکانیکی در هوای بیرون سبب گردش و جابجایی هوا درون برج خنک کننده می‌شود. در اصل پره یا تیغه ایرفویل(airfoil) بکار رفته در پروانه سبب گردش هوا داخل دستگاه می‌شود. تیغه پروانه با چرخش خود موجب ایجاد یک اختلاف فشار نسبی در دهانه مکش هوا و در نتیجه جابجایی این سیال میگردد. پروانه ها علاوه بر کولینگ تاور در دستگاه های دیگر همانند چیلر، کندانسور هوایی و اگزاست فن نیز بکار برده می‌شود.
انواع فن برج خنک کننده
-
فن محوری(axial fan)
دلیل اصلی و مهم نامگذاری پروانه آکسیال یا محوری کولینگ تاور چرخش پره‌های فن برج خنک کننده حول یک محور ثابت می‌باشد. راندمان سیستم های هوادهی اکسیال قالباً بالاتر از 80 درصد می‌باشد. سیستم هوارسانی محوری برج خنک کننده به فن‌هایی گفته می‌شود که جریان خروجی هوا در راستای محور گردش می‌باشد. فن محوری عموماً برای کاربری‌های تک جهته همانند ورود و خروج هوا از یک محیط و هوادهی‌های بالا در نقاط مختلف کاربرد دارند. چرخش پره‌های اکسیال سبب ایجاد فشار نسبی در اطراف تیغه پروانه شده و در نتیجه سبب جابجایی هوا می‌شود. فن محوری عموماً به دلیل فشار استاتیک پایین در محیط هایی با آلوگی بالا کاربرد ندارد و همچنین این مدل در سیستم‌های هوادهی با مسیر یا کانال‌های طولانی به هیچ وجه توصیه نمی‌شود.
-
فن سانتریفوژ(centrifuge fan)
سیستم های سانتریفوژ یا حلزونی در گذشته و در کولینگ تاورهای گالوانیزه کاربرد داشت. کاربرد نوع پره بکوارد یا فوروارد در این مدل پروانه متناسب با نوع دمنده یا مکنده بودن سیستم می‌باشد. مصرف انرژی زیاد، لرزش زیاد، راندمان پایین و خرابی زیاد از مهمترین دلایل منسوخ شدن سیستم هوادهی گریز از مرکز می‌باشد.
توضیحات بیشتر در مورد انواع کولینگ تاور
نکته مهم و اساسی در بکارگیری پروانه محوری در کولینگ تاور:
قطر پروانه با سرعت چرخشی رابطه معکوس دارد یعنی به هر میزان قطر فن برج خنک کننده بزرگتر انتخاب گردد سرعت چرخشی نیز باید کاسته شود. کاهش میزان سرعت زاویه ای چرخش در پروانه سبب کاهش آسیب به بلبرینگ میگردد.
مزایای فن محوری
- سر و صدای بسیار کم به دلیل مقطع ایرودینامیکی تیغه
- راندمان بالا و ایجاد هوادهی با ظرفیت بسیار بالا
- مصرف انرژی پایین به دلیل عدم ایجاد فشار استاتیکی بالا
- گردش هوای مطلوب در سیستم‌های دمنده و مکنده القایی
- عدم نیاز به تعویض و سرویس دوره‌ای (روغنکاری)
- لرزش پایین به دلیل کاهش شدید نیروی دراگ و مقاومت پسا
- ظرفیت هوادهی بسیار بالا و فشار استاتیک متعادل
- مناسب جهت کاربری در انواع تجهیزات برودتی مثل کولینگ تاور، ایرکولر و چیلرهای تراکمی هواخنک
انواع فن محوری برج خنک کننده
- الف) فن با تیغه آلومینیوم AL
- ب) پروانه با پره فایبرگلاس FRP
- ج) فن محوری با تیغه پلی آمید PE
- الف) فن برج خنک کننده آلومینیوم
رایج ترین نوع سیستم هوادهی و هوارسانی در کولینگ تاور استفاده از تیغه آلومینیوم می‌باشد. جنس پره در این مدل تماماً آلیاژ آلومینیوم (aluminum alloy) می‌باشد. آلومینیوم به دلیل نرم بودن می‌تواند به راحتی تحت شکلهای ایرودینامیکی مناسب شکل پذیری داشته باشد. بهترین مقطع ایرودینامیکی در سیستم‌های جابجا کننده هوا نوع مقطع ایرفویل (airfoil) می‌باشد.
مقطع ایرفویل در تیغه فن برج خنک کن سبب کاهش شدید فشارهای مربوط به نیروی دراگ (تلاطمی) میگردد. تیغه‌های آلومینیوم به صورت شاخه‌ای توسط دستگاه اکسترود تولید میشوند. قالب ایرفویل در پره های آلومینیومی دارای عرض 27 سانتیمتر است که عموماً در تیپ 4 پره الی 6 پره عرضه میشوند. زاویه استاندارد تنظیم تیغه‌های پروانه آلومینیوم در برج خنک کننده بین 14 الی 16 درجه می‌باشد. کاهش زاویه در پره‌ها سبب کاهش میزان ظرفیت هوادهی(air flow) و افزایش زاویه تنظیم سبب افزایش لرزش می‌شود.
کاتالوگ فن محوری آلومینیوم برج خنک کن
- ب) فن برج خنک کننده فایبرگلاس
پروانه فایبرگلاس کولینگ تاور به دلیل داشتن تیغه یا پره کامپوزیتی (فایبرگلاس) به این نام شناخته می‌شود. تیغه فایبرگلاس به دلیل داشتن مقاومت بسیار بالا در مقابل رطوبت کاربرد فراوانی در برج‌های خنک کننده مکش القایی مکنده دارد. سیستم‌های مکنده القایی به دلیل تماس دائمی با رطوبت هوای اشباع تخلیه شده از قسمت بالای فن در خطر خوردگی و پوسیدگی قرار دارند. استفاده از کامپوزیت یا فیبر فشرده پلاستیک در تیغه فن سبب افزایش مقاومت و طول عمر این قطعه می‌شود.
از طرفی دیگر پره های فایبرگلاس بکار رفته در این مدل به دلیل داشتن مقاومت در برابر اسید برای محیط‌های صنعتی به خصوص به شدت توصیه می‌شود. در جداره بیرونی تیغه‌های فایبرگلاس در پروانه‌های محوری کامپوزیتی یا پلاستیکی از یک لایه ژلکت استفاده می‌شود. ژلکت نوعی رزین غلیظ می‌باشد که سبب تشکیل یک لایه پوشش ضخیم و مقاوم بر جداره بیرونی پروانه کولینگ تاور می‌شود.
کاتالوگ فن محوری فایبرگلاس برج خنک کن
- ج) فن برج خنک کننده پلی آمید
فن مولتی وینگ با متریال پلی آمید (poly amid) به دلیل به کار بردن متریال فوق سبک یکی از رایج ترین انواع سیستم‌های هوادهی آکسیال یا محوری به حساب می‌آید. سیستم هوادهی مولتی وینگ به دلیل داشتن پره های کوچک و سبک حجم کمی از ظرفیت هوادهی را ایجاد می نماید. به دلیل ظرفیت پایین هوادهی تولیدی توسط این مدل، از آن در کولینگ تاورهای کوچک (ظرفیت برودتی پایین) استفاده می‌شود.
فن برج خنک کننده تیپ مولتی وینگ در واقعی نوعی از پروانه محوری یا اکسیال محسوب می‌شود که دارای قابلیت تنظیم زاویه است. پروانه مولتی وینگ برج خنک کننده دارای تعداد معین پره با عرض کم (13 الی 18 سانتیمتر) است. جنس تیغه این مدل فن از متریال پلیمری فوق سبک پلی آمید (PE) می‌باشد. اینگونه فن ها در تیپ super low noise یا فوق کم صدا محسوب خواهند شد که دسیبل صدای تولیدی آنها کمتر از 65 اندازه گیری شده است.
کاتالوگ فن محوری پلی آمید برج خنک کن
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 برج خنک کننده می‌شود.
منشع 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. 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 (شدت صوت های بالاتر از 80 db)
- به وجود آمدن لرزش و ارتعاش زیاد در تمامی بخشهای داخلی
انواع بالانس فن یا پروانه برج خنک‌کننده
- الف) بالانس استاتیکی فن برج خنک کننده: این مدل بالانس در فن به صورت ثابت و بدون چرخش صورت می گیرد. بالانس استاتیکی به معنی تنظیم زوایای تیغه‌های پروانه برج خنک کننده تحت یک زاویه یکسان تحت افق می‌باشد.
- ب) بالانس دینامیکی فن برج خنک کننده: بالانس دینامیکی فن در واقع شبیه سازی عملکرد پروانه کولینگ تاور در یک دستگاه لرزه نگار می‌باشد. دستگاه لرزه نگار پس از چرخش فن با سرعت زاویه ای استاندارد(دور نامی) متوجه معایب سیستم می‌شود.
نکته مهم: در واقع بالانس دینامیکی مشخص کننده عدم توازن در بخشهای مختلف پروانه در کولینگ تاور قلمداد میگردد. لازم به ذکر است پس از تعیین نقطه تلاطم، تیغه بکار رفته در فن با روشهای مختلف بارگذاری، بالانس دینامیکی خواهد گردید.
شاخصه های مهم طراحی و نصب فن برج خنک کننده
- میزان حجم ظرفیت هوادهی
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 طراحی برج خنک کن 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. تعداد پره های پروانه، پهنای تیغه و زاویه تنظیم تیغه نسبت به سطح افق از مهمترین عوامل تعیین ظرفیت هوادهی فن حساب می‌شود
- فشار یا تنش استاتیکی
فشار استاتیک (static Pressure) در پروانه در واقع میزان تنش و فشاری است که تیغه در اثر برخورد با هوا تحمل می‌کند. فشار استاتیک فن نیز نوعی تنش است که توسط نیروی مقاومت هوا (پسا) در تماس با تیغه‌های پروانه ایجاد خواهد گردید. فشار استاتیک در پروانه برج خنک کننده تأثیر مستقیمی بر توان مصرفی موتور یا مولد انرژی مکانیکی (دینام) دارد.
به منظور کاهش این تنش استاتیکی از پره‌هایی با مقاطع ایرودینامیکی نرم و سبک (ایرفویل) در کولینگ‌تاور استفاده می‌کنند. این مقطع به لحاظ ایجاد نیروی لیفت و ایجاد فشار نسبی در دو طرف تیغه یا پره، بهترین گزینه مقطع سیالاتی در بین انواع پره‌های بکار رفته در تولید فن برج خنک کننده محسوب میگردد.
- فشار یا تنش دینامیکی
فشار دینامیک (dynamic pressure) در واقع همان تنش در پروانه کولینگ تاور بوده که سبب ایجاد خلاء نسبی و جابجایی یا انتقال سیال هوا میگردد. فشار دینامیک فن برج خنک کننده تابعی از تنش استاتیک و میزان ظرفیت هوادهی بوده است که یک پارامتر مهم در طراحی به شمار می‌آید.
- دور نامی یا میزان سرعت اسمی
همانطور که از قوانین فنها در اصول سیالات می‌دانیم افزایش سرعت زاویه‌ای (چرخشی) سبب افزایش میزان حجم هوادهی میگردد. به منظور عدم تشدید نیروهای توربولانسی، برای هر قطر و سایز از پروانه کولینگ تاور شاخصه یا فاکتوری تحت عنوان دور نامی تعریف می‌شود. دور نامی فن برج خنک کننده در واقع بهترین سرعت جهت گردش حول محور معین بوده است.
به هر میزان اندازه پروانه افزایش یابد دور اسمی مجاز پروانه نیز کاهش خواهد یافت. بنابراین در پروانه برج خنک کننده صنعتی عمدتاً از فن‌های بزرگ با سرعت گردشی بسیار آرام استفاده خواهد شد.
سیر تکاملی طراحی و تولید فن برج خنک کننده
به بیانی ساده‌تر فن یا پروانه عامل اصلی ایجاد هوادهی در برج خنک‌کننده محسوب می‌شود. این قطعه در انواع برج خنک‌کاری جریان همسو و جریان ناهمسو به کار برده می‌شود. پروانه در این کاربری مرکز سیستم جریان دهی هوا در کولینگ تاور محسوب می‌شود. فن وابسته به توان برودتی کولینگ تاور میزان معینی از حجم سیال هوا را در ساعت جابجا می‌نماید.
این تجهیز در سیر تولیدی کولینگ تاور دستخوش تغییرات بسیاری شده است. با پیشرفت صنعت تولید و ساخت برج خنک کننده فن نیز دچار تغییرات بسیاری شده است. امروزه پروانه های محوری با تیغه های فوق سبک جایگزین هواکش های حلزونی و سانتریفوژ در کولینگ تاور شده‌اند.
مطالب مشابه و مفید در سایت دماگستر:
