فن برج خنک کننده (cooling tower fan) وظیفه مکش جریان هوای خشک به درون کولینگ تاور را بر عهده دارد و به آن پروانه یا ایمپلر برج خنک کن هم میگویند. حرکت دورانی پروانه داخل فن استک برج خنک کننده (گلویی) باعث ایجاد فشار منفی و مکیدن هوای سرد به داخل کولینگ تاور میگردد. البته این مدل عملکرد چرخشی پره ها صرفاً برای پروانه محوری برج خنک کننده اتفاق می افتد. گونه ای دیگر از انواع فن برج خنک کن نیز به شکل سانتریفیوژ یا حلزونی جریان هوای محیط را به داخل میدمند. به عبارت ساده فن برج خنک کننده به دو دسته کلی محوری(آکسیال) و حلزونی(سانتریفیوژ) تقسیم میشود که در ادامه به بررسی آنان خواهیم پرداخت.
در ادامه مطلب به مباحث و پاسخ به سوالات کلیدی زیر میپردازیم.
- الف)چرا از فن برای کولینگ تاور استفاده می کنیم؟
- ب) انواع پروانه برج خنک کننده کدام اند؟
- ج) فن برج خنک کن چگونه باعث ایجاد جریان هوا می شوند؟
- د) بالانس پروانه کولینگ تاور چه تاثیری دارد و چگونه صورت می پذیرد؟
- هـ) جهت چرخش فن برج خنک کننده به شکل است؟
- و) آیا محاسبه هوادهی پروانه برج خنک کن امکان پذیر می باشد؟
- ز) تعویض فن برج خنک کننده را چگونه انجام بدهیم؟
- در آخر چه روش هایی برای کاهش صدای پروانه کولینگ تاور وجود دارد؟
کار فن برج خنک کننده چیست و چرا از آن استفاده می کنیم؟
نبودن جریان هوادهی درون کولینگ تاور این دستگاه را به برج هلر یا جریان طبیعی تبدیل میکند. برجهای خنک کن جریان اجباری (دارای فن یا پروانه) به مراتب کارایی بهتری نسبت به نوع هلر دارند. بنابراین به منظور ایجاد مقدار مشخصی گردش هوا و جابجایی بین قطعات داخلی کولینگ تاور از پروانه فن استفاده میکنیم.
انواع فن برج خنک کننده
- الف)محوری
- ب) سانتریفیوژ
الف)فن محوری:
پروانه یا فن محوری (axial) به دلیل چرخش حول یک محور معین افقی یا عمودی به این نام شهرت یافته است. امروزه فنهای محوری به دلایل مختلف از کاربرد بیشتری نسبت به سایر مدلها برخوردار هستند. صدای کمتر، هوادهی بیشتر، مصرف برق پایین و طول عمر بالاتر از مهمترین مزیتهای کاربری فراوان فن محوری داخل کولینگ تاور به شمار میرود.
نکته بسیار مهم:
اکنون بسیاری از تولیدکنندگان، از مقاطع هندسی تحت عنوان “ایرفویل (airfoil)” تحت ساختار پره فن برج خنک کننده استفاده مینمایند. این امر موجب افزایش راندمان هوادهی و کاهش نیروهای مقاومتی هوا برابر حرکت پرهها خواهد شد.
مزایای فن محوری کولینگ تاور
- وزن سازه ای بسیار کم و کاهش مصرف انرژی موتور (نیازمندی به دینام با توان نسبتاً کم)
- افت میزان مقاومت هوا در برخورد به پره ها با بکارگیری تیغه هایی با مقطع ایرودینامیکی ایرفویل
- حجم تولیدی هوای زیادتر (airflow) در مقایسه با سانتریفیوژ دمنده
- شدت صوت پایین تر از > 75db (دسیبل) به نسبت حلزونی
- ایجاد جریان هوای مکشی و دمشی بصورت همزمان (با تغییر جهت چرخش)
- مقاومت عالی برابر تابش اشعه نور ماوراء بنفش خورشید
- استحکام کافی مقابل لرزش و ارتعاشات ناشی از نیروهای توربولانسی
- قابلیت تغییر زاویه و افزایش نرخ جریان هواسازی در برج
- فشار استاتیکی پایین و عدم مکش قطرات ریز آب به سمت قطعات بالایی
- کاهش مصرف آب بخاطر کم شدن پرتاب قطرات ریز آب (Drift) به سمت فن (به موجب فشار مکشی پایین پروانه)
اجزای فن محوری برج خنک کننده
الف) پره (blade): معمولاً پروانه محوری خود متشکل از چندین پره یا تیغه بوده و به قسمت مرکزی یعنی هاب یا اصطلاحاً کوپلینگ اتصال مییابند. اکثراً پره های فن از طریق دستک های فلزی به قسمت کوپلینگ وصل میشوند.
ب)شفت دستک(shaft): این بخش شامل چندین شفت توپر یا توخالی (لوله) بوده که درون پره ها کار گذاشته میشوند. دستکها عموماً از طریق پیچ و مهره به تیغه پروانه فن برج خنک کننده اتصال مییابند.
ج) هاب (hub): پره های فن برج خنک کننده از طریق دستک ها درون هاب یا کوپلینگ قرار می گیرند. این تیغه ها پس از تنظیم زاویه توسط بخش بالایی هاب ثابت میشوند.
د)صفحه پشت هاب(hub plate): ورقی از جنس فایبرگلاس FRP یا آلومینیوم با هدف جلوگیری از برخورد رطوبت به هاب و شافت کاهش سرعت میباشد.
انواع فن محوری برج خنک کننده
پروانه های کولینگ تاور غالباً بر اساس متریال بکار رفته در تیغه آنها در سه دسته کلی قرار میگیرند. انواع فن محوری به سه مدل پلی آمید، فایبرگلاس و آلومینیوم تقسیم می گردد که با توجه به نوع کارکرد دمایی و یا میزان هوادهی هر یک بکار میروند.
1-پلی آمید:
پروانه فن پلی آمید از تیغه هایی با جنس پلیمر پلاستیکی PA تشکیل گردیده است و در انواع کولینگ تاور های کوچک و متوسط بکار میرود. فن پلی آمید مولتی وینگ (با قابلیت تغییر زاویه) از تعداد زیادی تیغه با عرضهای حداکثر 17 سانتیمتر تولید میشود.
مزایای فن پلی آمید در برج خنک کننده
- سبک و وزن بسیار کم و در نتیجه مصرف انرژی بسیار پایین
- ضد رطوبت و بسیار مقاوم در برابر هوای اشباع خروجی
- قابلیت آسان افزایش زوایای پره ها و رشد میزان نرخ تولید هوا
- تحمل دمایی خوب در برابر تابش نور خورشید و شرایط تابستانی
- قابل شستشو با اسیدهای رسوب زدا
- امکان تعویض راحت پره ها پس از خرابی
- کارکرد نرم و آرام در شکافت توده هوا (Super low noise)
مشخصات فنی پروانه پلی آمید کولینگ تاور
- قطر: حداقل 50 و حداکثر 180 سانتیمتر (6 فوت)
- تعداد پره: 5 الی 16 بلید
- متریال هاب: آلومینیوم یا استنلس استیل
- قطر نافی: 16 الی 42 میلیمتر
- تعداد حالات زوایا: تند، کند و متوسط در سه حالت
- عرض تیغه: 11 الی 17 سانتیمتر
- طراحی توسط: شرکت Multi-wing
2-فایبرگلاس:
فن فایبرگلاس برج خنک کننده (fiberglass cooling tower fan) با مقطع ایرودینامیکی ایرفویل در انواع کولینگ تاورهای مکعبی و مخروطی کاربرد فراوانی دارد. پروانه فایبرگلاس توسط دو شرکت کافیمکو ایتالیا و هادسون آمریکا طراحی شده اند. امروزه بسیاری از سازندگان برج خنک کن این قطعه را با مهندسی معکوس از طرح COFIMCO ایتالیا آماده میکنند.
مزایا پروانه فن فایبرگلاس
- ضد اسید و بخارات اسیدی در شرایط صنعتی
- عایق بندی کامل در نفوذ رطوبت به داخل بافت تیغه
- بکارگیری تیغه های توخالی و سبک در ساختار پره ها
- مقطع ایرودینامیکی airfoil با کمترین ضریب لرزش و توربولانس
- بی صدا و مناسب برای محیط های مسکونی و آپارتمانی
- قابلیت تعویض و نصب راحت (مونتاژ در محل نصب)
- امکان تغییر زاویه و افزایش درصد هوادهی
- طول عمر بسیار بالا (حداقل 5 سال)
- دارای پوشش ژلکت ونیل استر محافظ آنتی یووی
- ضد تشکیل رسوب و املاح در جداره بلیدها
- مناسب برای محیطهای آلوده و چرب در کارخانجات صنعتی
3-آلومینیوم:
پروانه آلومینیوم (aluminum fan) به عنوان فن مکنده القایی در بسیاری از انواع برج های خنک کننده مکعبی و مخروطی بکار میرود. فن آلومینیوم بخاطر دارا بودن تیغه فلزی استحکام بالایی در برابر شکستن پره ها دارد. از این مدل پروانه فن اغلب در برجهای خنک کن مدارباز و مداربسته هیبریدی استفاده میشود.
مشخصات فنی پروانه آلومینیوم در برج خنک کننده
- قطر: بازه 120 (4 فوت) الی 305 (10 فوت)
- زاویه استاندارد تیغه: 14 درجه
- حداکثر زاویه قابل تنظیم پره: 26 درجه
- میزان حجم هوادهی: 15 الی 350 هزار فوت مکعب در دقیقه (cfm)
- سرعت نامی: متغیر بر اساس قطر پروانه در بازه 915 الی 250 rpm
- وزن: 20 الی 200 کیلوگرم
- تعداد پره: 4 الی 8 بلید
- توان ترمزی: 1.5 الی 22 کیلووات
- فشار نهایی استاتیک: 120 الی 250 پاسکال
- طراحی: شرکت هودن، کوفیمکو و هادسون
- سازنده در ایران: شرکت تهویه دماگستر
ب) فن سانتریفیوژ
پروانه سانتریفیوژ حلزونی (centrifuge fan) یکی دیگر از انواع قدیمی فن کولینگ تاور بحساب می آید. عمدتاً از فنهای سانتریفیوژ به عنوان دمنده در برج های خنک کن فلزی در گذشته بیشتر استفاده میشد. فن حلزونی عموماً برعکس نوع محوری، جریان هوای خشک محیط بیرون را به داخل دستگاه فوت میکند.
اجزای فن سانتریفیوژ برج خنک کن
الف) هوزینگ: محفظه نگهدارنده و محل قرارگیری پروانه که از ورق گالوانیزه سفید ساخته می شود. عموماً این بخش را بخاطر شباهت به شکل حلزون به عنوان حلزونی فن سانتریفیوژ نیز میشناسند.
ب)ایمپلر یا پروانه: این قسمت شامل تیغه های بسیار زیاد بوده و با چرخش موجب جابجایی هوا میگردد.
ج)شافت رابط: وظیفه ثبات محل قرارگیری ایمپلر داخل هوزینگ بر عهده شافت رابط است.
د)یاتاقان: این قطعه مکانیکی در واقع نگهدارنده شافت بر روی محور معین میباشد. یاتاقان ناچی ژاپن، SKF آلمان و KG چین از رایج ترین برندهای سازنده این تجهیز هستند.
چگونگی انجام بالانس پروانه کولینگ تاور
بالانس فن برج خنک کننده (fan balance) عملیات نهایی با هدف ایجاد توازن جرمی و حرکتی پس از تولید صورت می پذیرد. انواع بالانس استاتیکی (بصورت ثابت) و دینامیکی (درحال حرکت) با هدف کاهش لرزش و تنظیم میزان توربولانس در فن انجام می شود.
دستگاه بالانس پروانه عملکرد دورانی و حرکتی هر تیغه را به صورت مجزا بررسی میکند. بنابراین محل نامتوازن با جرم مشخصی به صورت سرب یا پیچ به تیغه فن اضافه میگردد. این عمل باعث ایجاد تعادل وزنی در هنگام حرکت چرخشی پروانه برج خنک کن خواهد شد.
جهت چرخش فن برج خنک کننده
همانطور که می دانید اجسام چرخشی حول محور عمود در دو جهت چرخش ساعت (ساعتگرد) و خلاف جهت عقربه ساعت (پاد ساعتگرد) حرکت مینمایند. اکثراً پروانه های برج خنک کننده از نوع مکنده القایی بوده و در قسمت بالایی فن استک نصب میشوند. این تیپ فنها مخالف جهت حرکت عقربه ساعت (counter clock wise) دوران میکنند.
البته در بسیاری از انواع قدیمی کولینگ تاور فلزی از فن دمنده با جهت حرکتی ساعتگرد نیز در گذشته استفاده میشود. این پروانه فنها عموماً به دیواره های جانبی برج خنک کننده اتصال مییافتند.
هوادهی فن برج خنک کن چیست و چگونه محاسبه می شود؟
میزان هوادهی یا airflow عامل اصلی انتقال حرارت و ایجاد سرمایش در کولینگ تاور است. واحد شمارش حجم هوادهی cfm به معنای cubic foot per minute یا فوت مکعب در دقیقه می باشد. افزایش نرخ هواسازی در برج موجب بهبود سطح تماس بین آب گرم با هوای محیط خواهد شد. بنابراین سازنده ها و طراحان کولینگ تاور در صدد بالا بردن این پارامتر هستند.
عوامل موثر بر نرخ هوادهی
- تعداد پره
- افزایش زاویه تیغه ها
- افزایش دور یا سرعت چرخشی ( fan rpm)
- بزرگتر بودن سطح تماس پره با هوا
- نوع شکل هندسی پره در جاروب کردن هوا
برای محاسبه حجم هوادهی در فن برج خنک کاری نیازمند دستگاه cfm سنج میباشید. این ابزار که بادسنج نیز نام دارد توسط چرخش پره ای کوچک پرتابل به محل های ورودی هوا یا لوور قرار گرفته و سرعت مکش باد بر حسب fpm (فوت بر دقیقه) را نمایش میدهد. شما با دسترسی به مساحت ورودی های هوا و ضرب آن در سرعت مکشی به عدد هوادهی دست می یابید.
CFM = A*N*fpm
- A= مساحت ورودی هوای یک عدد لوور
- N= تعداد لوورهای کرکره ورود هوا
- fpm= میانگین سرعت جریان هوای نمایشی توسط بادسنج
روش های مرسوم در کاهش صدای فن برج خنک کننده
- بالانس استاتیکی و دینامیکی
- بکارگیری فن با تعداد تیغه زیاد و زاویه حمله کم
- استفاده از فن های سوپر بلید فوق کم صدا همانند پلی آمید فوق سبک
- طراحی تیغه های فن بر اساس مقاطع فشار شکن همچون ایرفویل
- نصب نگ با ارتفاع معین فوق قسمت بالایی گلویی جهت صدا خفه کن و کاهنده صوت
- قرارگیری سایلنت باکس در خروجی گلویی برج خنک کن
- افزایش ارتفاع مکش فن دک
- رعایت اصول استاندارد ساخت و ریخته گری همسان قطعات پروانه
- تراشکاری اصولی قطعات فلزی با دستگاه CNC
نحوه نصب فن کولینگ تاور
قرارگیری اصولی پروانه درون جایگاه فن استک نیازمند بهره مندی از دانش علم سیالات است. شما باید ابتدا فن استکی با ارتفاع، قطر و شکل هندسی معین و متناسب با نوع پروانه بسازید. سپس فن را به کاهش سرعت اتصال داده و آنها را مطابق تصویر زیر بر روی شاسی فن قرار دهید.
نهایتاً این شاسی بهمراه فن و کاهش دور بر روی گلویی سوار میشود. توری های فن گارد نیز پس از قرارگیری این مجموعه در قسمت خالی نصب شده و از ورود اشیا خارجی به بخش داخلی برج خنک کن جلوگیری به عمل می آورد. به منظور تعویض فن کولینگ تاور نیز کافی است از قسمت هاب آن را از کاهنده دور تسمه ای جدا کنیم.
مطالب مشابه سایت دماگستر:
