انواع فن برج خنک کننده

شرایط و استانداردهای تیغه های فن برج خنک کننده

همانطور که مطلع هستید در برج های خنک کننده جریان مکانیکی پروانه فن ها و تجهیزات تولید و انتقال نیرو (موتور، گیربکس و فن محوری) از مهم ترین قطعات و اجزای برج خنک کننده برای ایجاد حجم زیادی از جریان هوا درون برج خنک کن می باشند. وظیفه اصلی فن محوری یا سانتریفیوژ و تجهیزات تولید و انتقال هوا ، ایجاد جریان مکانیکی و اجباری هوا درون محفظه کولینگ واتر است که میزان تبخیر سطحی آب در برج خنک کننده را به شدت افزایش می دهد. در واقع اگر در برج خنک کننده از فن استفاده نشود (مانند برخی از برج های خنک کننده اتمسفر و برخی برج های نیروگاهی)، سرعت کم جریان هوا باعث کاهش شدید راندمان برج، خنک سازی و همچنین کاهش تبخیر سطحی می شود. در برج های قدیمی و جریان طبیعی برای حل این مشکل مجبور بودیم ارتفاه دستگاه را بالا ببریم تا هوا و اب در طی زمان بیشتری با هم تبادل حرارت نمایند.

باید به این نکته توجه داشته باشید که در عین حال، سرعت بیش از حد فن و جریان هوای تولید شده توسط پره ها و پره های برج خنک کننده باعث تبخیر بیش از حد و مصرف آب زیاد می شود.

لازم به ذکر است که با توجه به سرعت چرخش بالای فن اکسیال و قطر نسبتاً زیاد پره ها و پره های برج خنک کننده صنعتی، هر گونه مشکل در فن و سیستم ماشین آلات ممکن است باعث شکستن پره ها و آسیب جدی و حتی مصدومیت شود.

به همین دلیل در این قسمت به مواردی که بر عملکرد و کارایی فن برج خنک کننده تاثیر می گذارد اشاره شده و در هر قسمت توضیحات کلی ارائه شده است.

شرکت آذین تهویه با سابقه طولانی در زمینه طراحی و تولید برج خنک کننده و قطعات کولینگ تاور، آمادگی تولید و ساخت قالب ایرفویل فایبرگلاس و فن از نمونه های مختلف را دارد.

1 - سرعت خطی لبه تیغه در برج خنک کننده

یکی از مهم ترین موارد در برج خنک کننده محدودیت سرعت خطی لبه پره فن است. در مراجع مختلف، حداکثر سرعت خطی لبه تیغه برج خنک کننده بین 50 تا 60 متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. توجه داشته باشید که سرعت خطی لبه پره از حاصل ضرب سرعت چرخش فن (بر حسب دور در دقیقه) و قطر فن (بر حسب متر) به عدد پی (14/3) به دست می آید.

در صورتی که سرعت خطی نوک پره از 60 متر بر ثانیه بیشتر شود، علاوه بر ارتعاشات فراوان و عدم بالانس، جریان گردابی ایجاد شده در فاصله نوک پره تا لبه فن استک کولینگ تاور، موجب کاهش راندمان هوا دهی می گردد. به همین خاطر سرعت خطی بالای 60 متر بر ثانیه در لبه بلید فن برج خنک کن، در استاندارد CTI نیز پذیرفته شده نیست.

2 - بالانس پروانه کولینگ تاور

بالانس استاتیک و دینامیکی پره ها و مجموعه فن و هاب کولینگ تاور، علاوه بر کاهش ارتعاشات و لرزش، موجب کم شدن سر و صدا و افزایش راندمان هوادهی می شود. در بسیاری از موارد به دلیل عدم استفاده از فن مناسب، و شکستگی یکی از پره ها، برج خنک کن دچار صدمات فیزیکی شده و بدنه آن از بین رفته است.

3 - جنس فن برج خنک کننده

در مواردی که آب خنک شده در کولینگ تاور دارای خاصیت اسیدی یا قلیایی بوده و یا محیط اطراف دارای گرد و خاک باشد، در صورت استفاده از فن مرغوب با نوع پوشش مناسب، فن می تواند در مقابل این شرایط مقاومت کند. البته نوع رزین مورد استفاده در فن فایبرگلاس هم تاثیر قابل توجهی در مقاومت مقابل دمای بالا و خوردگی دارد. آسیب پذیرترین قسمت فن، لبه حمله نام دارد. لبه حمله سطحی است که با در نظر گرفتن جهت چرخش فن، پره ها توسط آن سطح هوا را می شکافند.

به همین دلیل در برخی از پره های فایبر گلاس، با استفاده از پوشش ضد سایش در روی لبه بلید، از صدمه دیدن و از بین رفتن لبه فن فایبر گلاس برج خنک کننده جلوگیری می کنند. فن های فایبر گلاس یا اف ار پی در قطرهای 150 تا 690 سانتی متر قابل تولید هستند.

4- مقدار هوادهی فن کولینگ تاور

دبی هوا و مقدار جریان هوایی که فن می تواند تولید کند به تعداد پره ها، زاویه حمله تنظیم شده، سرعت چرخش فن و قطر آن بستگی دارد. به عنوان یک قاعده کلی می پذیریم که به زیاد شدن قطر فن، در دور ثابت، زاویه حمله مشخص و تعداد پره های یکسان، هوادهی فن برج بیشتر می شود.

5 - سایر موارد مهم در خصوص پره برج خنک کن

علاوه بر نکات ذکر شده، مواردی مانند فاصله لبه فن تا فن استک، ارتفاع و فرم هندسی فن استک، زاویه حمله بلید، نوع تجهیزات ماشینری شامل موتور، گیربکس و درایو شفت برج خنک کن و سیستم های هوشمند کنترل دور نیز می توانند در عملکرد فن و در نتیجه عملکرد برج خنک کننده تاثیر قابل توجهی داشته باشند.

بهره گیری از سیستم کنترل هوشمند برج خنک کننده نیز از روشهایی است که علاوه بر کاهش مصرف آب کولینگ تاور و همچنین کاهش مصرف برق برج خنک کن می تواند موجب افزایش عمر تجهیزاتی از قبیل فن و موتور شود.

انواع فن برج خنک کننده کدامند؟

1-فن محوری(axial fan)

پروانه آکسیال یا فن 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.

2-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.

امتیازات طرفدار محور

• صدای بسیار کم به لطف بخش آیرودینامیکی تیغه

• راندمان بالا و ایجاد هوادهی با ظرفیت بسیار زیاد

• مصرف کم انرژی به دلیل عدم وجود فشار استاتیکی بالا

• گردش هوا بهینه در سیستم های دمش القایی و خلاء

• عدم نیاز به تعویض و نگهداری دوره ای (روغنکاری)

• لرزش کم به دلیل کاهش شدید نیروی پسا و درگ

• ظرفیت جریان هوا بسیار بالا و فشار استاتیک متعادل • مناسب برای استفاده در انواع تجهیزات تبرید مانند برج های خنک کننده، کولرهای هوا و چیلرهای تراکمی هوا خنک.

در برج های خنک کننده با ظرفیت کمتر از 100 تن که قطر پروانه آن بین 60 تا 120 سانتی متر بوده و اتصال موتور مستقیم درایو می باشد. از پروانه های پلی آمیدی استفاده می شود. فن برج خنک کننده پلی آمید که به پروانه چند بال نیز معروف است وزن سبک و استحکام نسبتا بالایی دارد. پره های این نوع فن های برج خنک کننده با 5-9 پره طراحی و تولید می شود. توپی که تیغه ها را نگه می دارد پلاستیکی یا آلومینیومی است و هاب مرکزی که محور موتور در آن قرار دارد چدن یا آلومینیوم است.

قیمت پنکه های پلی آمیدی نسبت به نمونه های مشابه کمتر است اما اگر از مواد درجه یک ساخته شده باشند به راحتی چندین سال بدون هیچ مشکلی در سیستم تهویه برج خنک کننده شما کار خواهند کرد. فن برج خنک کننده Multiwing در زاویه 15-18 تنظیم شده است و پره های آن از مواد پلیمری پلی آمید (PE) بسیار سبک وزن ساخته شده است. . لازم به ذکر است که فن های چند بال کولینک تاور بسیار کم صدا یا بسیار کم صدا در نظر گرفته خواهند شد و شدت صدای آنها 70 دسی بل است.

فن چند بال با مواد پلی آمیدی یکی از رایج ترین انواع سیستم های تهویه محوری یا محوری به دلیل استفاده از مواد فوق سبک می باشد. سیستم هوادهی چند بال از طریق تیغه های کوچک و سبک خود مقدار کمی ظرفیت هوادهی ایجاد می کند. با توجه به ظرفیت کم فن تولید شده توسط این مدل، در برج های خنک کننده کوچک (ظرفیت خنک کننده کم) استفاده می شود.

فن برج خنک کننده چند بال در واقع از نوع پروانه محوری یا محوری است که قابلیت تنظیم زاویه را دارد. پروانه چند بال برج خنک کننده دارای تعدادی تیغه باریک (13 تا 18 سانتی متر) می باشد. جنس تیغه این مدل پنکه از جنس پلیمر بسیار سبک پلی آمیدی (PE) می باشد. چنین فن هایی از نوع بسیار کم نویز یا بسیار کم نویز در نظر گرفته می شوند که دسی بل تولید صدای آنها کمتر از 65 اندازه گیری می شود.شاخصه های مهم طراحی و نصب فن برج خنک کننده

• حجم ظرفیت تهویه

هوادهی یا ظرفیت حرکت هوا (جریان هوا) در واقع میزان حجم هوای جابجا شده در واحد زمان در برج خنک کننده است و یکی از مهم ترین قسمت های طراحی برج خنک کننده محسوب می شود. به عبارت ساده تر، مهم ترین عامل طراحی در سیستم های جابجایی هوا، ظرفیت و سرعت هوادهی است. ظرفیت تهویه خود پروانه به عوامل مختلفی بستگی دارد. تعداد پره های پروانه، عرض پره ها و زاویه تنظیم پره ها نسبت به افق از مهمترین عوامل در تعیین ظرفیت تهویه فن محسوب می شوند.

• فشار یا کشش ساکن

فشار ساکن در پروانه در واقع میزان کشش و فشاری است که تیغه در اثر تماس با هوا تجربه می کند. فشار استاتیکی فن نیز نوعی ولتاژ است که در اثر نیروی مقاومت هوا (درگ) هنگام تماس با پره های پروانه ایجاد می شود. فشار استاتیکی در چرخ برج خنک کننده تأثیر مستقیمی بر مصرف الکتریکی موتور یا مولد انرژی مکانیکی (دینام) دارد.

به منظور کاهش این کشش استاتیکی، از تیغه هایی با مقاطع آیرودینامیکی انعطاف پذیر و سبک (ایرفویل) در برج خنک کننده استفاده می شود. این بخش از نظر ایجاد نیروی بالابر و ایجاد فشار نسبی در دو طرف تیغه یا رنگ پریدگی بهترین انتخاب مقطع سیال در بین انواع تیغه ای مورد استفاده در تولید فن برج خنک کننده می باشد.

• فشار یا استرس پویا

فشار رام در واقع همان ولتاژ فن برج خنک کننده است که باعث جابجایی یا انتقال سیال خلاء نسبی و هوا می شود. فشار دینامیکی فن برج خنک کننده تابعی از تنش استاتیکی و ظرفیت هوادهی است که یک پارامتر مهم در طراحی است.

• سرعت اسمی یا سرعت اسمی

همانطور که از قوانین فن ها در اصول سیالات می دانیم، افزایش سرعت زاویه ای (چرخشی) باعث افزایش حجم هوادهی می شود. برای تشدید نشدن نیروهای اغتشاش برای هر قطر و اندازه پروانه برج خنک کننده یک شاخص یا ضریب تحت عنوان سرعت اسمی تعریف می شود. سرعت نامی فن برج خنک کننده در واقع بهترین سرعت چرخشی حول یک محور خاص است.

با افزایش اندازه پروانه، سرعت مجاز نامی پروانه نیز کاهش می یابد. بنابراین در پروانه برج خنک کننده صنعتی عمدتاً از فن های بزرگ با سرعت چرخش بسیار پایین 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.