مقدمه ای در مورد فنهای صنعتی

توزیع موثر هوای مطبوع مورد نیاز برای گرما، سرمایش و تهویه ساختمان نیاز به خدمات فن دارد که به درستی انتخاب شده و کاربردی باشد.

در مقایسه با کمپرسورها، فشارهای تولید شده در اثر هوای عبوری در داخل کانالهای سیستم تهویه مطبوع نسبتا کوچک هستند. با این وجود اندازه گیری این فشارها برای تعیین مقدار عملکرد فن ضروری می باشد.

یکی از ابزارهایی که برای اندازه گیری این فشارهای کوچک در دسترس است، U-tube است که حاوی یک مقدار آب است. یک انتهای لوله به هوای محیط بیرون باز است (لوله باز)، در حالی که انتهای دیگر به کانال (لوله بسته شده) متصل است.

هنگامی که فشار داخل لوله کانالی مثبت است، یعنی بیشتر از اتمسفر، ستون آب به سمت پایین قسمت لوله بسته حرکت می کند و ستون آب قسمت باز را به سمت بالا می راند. برعکس، یک فشار منفی در داخل لوله بسته باعث می شود که ستون آب در پایه باز به سمت پایین حرکت کند و موجب بالا رفتن آب در قسمت لوله بسته شود.

در این تصویر، یک فشار مثبت باعث ایجاد نیرو در قسمت لوله بسته می شود و اختلاف ارتفاع 3 اینچ بین قسمت بالایی سطح آب در قسمت باز لوله و سطح آب در در ستون آب لوله بسته ایجاد می کند [76.2 میلی متر]. فشار 1 psi اختلاف ارتفاع حدود 27.7 اینچ ایجاد می کند. فشار 1 kpa اختلاف ارتفاع 102 میلی متر ایجاد میکند. در نتیجه ، برای جلوگیری از نیاز به تبدیل واحدها در هر بار خواندن، اینچ (in) و یا میلی متر آب (H2O) اغلب برای اندازه گیری فشار تولید شده در فن مورد استفاده قرار میگیرد.که بصورت گیج آب (wg) و ستون آب (wc) معرفی می شود جهت نشان دادن میزان فشار فن.

از آنجا که برخی از فشارهای موجود در سیستم های تهویه مطبوع بسیار کوچک است، سیستم لوله U شکل بهبود یافته تا توانایی خواندن چنین فشارهای کوچکی را داشته باشد. همانطور که در شکل ملاحظه می فرمایید لوله کانالی به یک مخزن آب تغییر یافته است و لوله باز به صورت متمایل قرار دارد. این امر باعث می شود که اختلاف سطح و یا همان میزان فشار با دقت بیشتری خوانده شود. به عنوان مثال، یک فشار 0.5 اینچ [12.7 میلیمتر] فشار اعمال شده به انتهای مخزن باعث می شود که آب در لوله شیب دار 5 اینچ [127 میلیمتر] حرکت کند. سایر ابزارهای معمول برای اندازه گیری فشار مربوط به فنها شامل مانومتر الکترونیکی و گیج مکانیکی می شود.

مقدار کل فشار تولید شده توسط یک فن دارای دو جزء است

1- سرعت فشار

2- فشار استاتیک.

فشار سرعت ناشی از حرکت هوا است که بصورت محوری از طریق مجرای لوله وارد می شود، در حالی که فشار استاتیک به فشار عمودی هوا بروی دیوارهای مجرای کانال بستگی دارد .

فشار کلی مجموع فشار سرعت و فشار استاتیک است.

با استفاده از فن و دمپر به طور کامل باز، هوا از طریق کانال حرکت می کند بدون محدودیت . فشار ایجاد شده بروی دیواره فن به علت سرعت جریان هوای عبوری از کانال می باشد نه بخاطر فشاراستاتیک اعمال شده در دیواره کانال.در این نقطه، فشار بیرونی یا استاتیکی بر روی دیوارهای مجرا ناچیزاست تقریبا تمام انرژی فن به سرعت فشاری تبدیل می شود.

تقریبا بسته شدن دمپر، مقاومت در برابر جریان هوا را افزایش می دهد. فن به اندازه کافی فشار ایجاد می کند برای غلبه بر این مقاومت (کاهش استاتیک فشار)، اما این امر باعث از بین رفتن سرعت فشاری می شود.بخشی از انرژی فن تخصیص می یابد به تولید فشار استاتیک در غلبه بر مقاوت دمپر.

این افزایش فشار استاتیک باعث کاهش سرعت هوا (فشار سرعت) و در نتیجه کاهش جریان هوای تولید شده توسط فن می شود. در نهایت وقتی که دمپر به طور کامل بسته می شود، جریان هوا متوقف می شود و هیچ فشار سرعتی در کانال وجود ندارد درواقع تمام انرژی فن مورد استفاده در حال حاضر تبدیل به فشار استاتیک مثبت می شود.

هر دو ، سرعت و فشار استاتیک می تواند از طریق مانومتر شیب دار بدست آورده می شود. مانومتر میزان فشار استاتیک را به طور مستقیم با قرار دادن پروب در داخل کانال جریان هوا اندازه گیری می کند که بصورت سرباز و عمود در جهت جریان هوا قرار میگیرد.در این موقعیت فقط فشار بیرونی یا استاتیک درون کانال حس می شود.

پروب دیگری می تواند در کانال با انتهای باز آن به سمت جریان هوا قرار گیرد.این پروپ فشار کلی را حساب می کند.

ترکیبی از فشار سرعت به علاوه فشار استاتیک. بنابراین، فشار استاتیک را می توان به طور مستقیم خوانده، در حالی که فشار سرعت بدست می آید با کم کردن فشار استاتیک از فشار کلی.

یک روش جایگزین این است که پایان باز این مانومتر بصورت شکل زیر وصل کنید برای اندازه گیری فشار استاتیک. بدین صورت یک قسمت فشار استاتیک را حساب میکند و قسمت دیگر فشار کل را و کم کردن مقدار این دو فشار ، میزان فشار سرعت را بما میدهد.

ویژگی های عملکرد فن تحت فشارهای مختلف کانال تست می شود بوسیله دستگاهی شبیه شکل زیر:

فن به یک قطعه مسدود کننده جریان از یک مجرای طولانی که در انتهای مجرا قرار دارد ، وصل شده است. قطعه مسدود کننده برای تغییر مقاومت هوا در کانال ، استفاده می شود. فن تک سرعته عمل می کند و قدرت اعمال شده به شفت فن توسط یک دستگاه به نام دینامومتر اندازه گیری می شود. همانطور که در مورد قبلی بحث شده است. یک مانومتر برای اندازه گیری فشار سرعت و تفاوت بین فشار کلی و استاتیک استفاده می شود.

این آزمایش ابتدا بدون دستگاه مسدود کننده ، انجام می شود که تحت عنوان جریان هوای عبوری بازگسترده نامیده می شود. بدون مقاومت در برابر جریان هوا، فشار تولید شده توسط فن تنها فشار سرعت است و فشار استاتیک ناچیز است.

سپس قطعه مسدود کننده در محل مورد نظر قرار میگیرد و حرکت داده می شود به آهستگی تا محل مورد نظر بسته شود.فشار در هر موقعیت دستگاه گیرنده ثبت می شود. هنگامی که دستگاه کاملا بسته است، تنها فشار استاتیک تولید شده توسط فن وجود دارد و جریان هوا وجود ندارد. این نقطه نامیده می شود فشار استاتیک مسدود شده.

فشار سرعت اندازه گیری شده ، برای محاسبه جریان هوا ایجاد شده توسط فن مورد استفاده قرار میگیرد. این مانومتر فشار دینامیکی (Pv) را با تفریق فشار استاتیک (Ps) از فشار کلی (Pt)اندازه گیری میکند. سرعت هوا (V) می تواند با تقسیم فشار دینامیکی (Pv) برچگالی هوا تراکم هوا ()و گرفتن ریشه مربع حاصل تقسیم این دو پارامتر بر یکدیگر و ضرب در مقدار ثابت ، محاسبه شود. درنهایت، میزان جریان هوا توسط ضرب کردن سرعت هوا (V) در مقطع خروجی فن (A) تعیین می شود.

به عنوان مثال، به مثال زیر توجه کنید :

بدین ترتیب فن با 1,100 rpm جریان هوای عبوری 3,438 cfm [1.69 m3/s] در فشار استاتیک 2 in ایجاد میکند.فشار استاتیک H2O [491 Pa] ;

نمودار عملکردی فن

این نقطه کشیده بدست میاید در روی چارت با داشتن فشار استاتیک در محور عمودی و جریان هوا در محور افقی

نتایج تست فن نشان داده شده در شکل زیر بقیه موارد میزان فشار استاتیک و جریان هوای عبوری مرتبت را برای سرعت چرخش داده شده بروی چارت نشان میدهد.

هنگامی که یک مجموعه از نقاط در نظر گرفته شده است،یک منحنی می تواند کشیده شود. این نتایج نمایش داده شده در روی گراف عملکرد فن را نشان می دهد وقتی فن طبق یک سرعت ثابت کار کند. توجه داده باشید که این نمودار ار نتایج آزمایش بالا بوجود آمده است.

مقادیر نشان دادن شده در چارت با توجه به فرمولهای زیر قابل بدست آوردن است برای مقادیر چارت برای همان فن در شرایط دیگر مثل تغییر سرعت.

هواکش صنعتی سانتریفیوژ

در یک فن گریز از مرکز، جریان هوا وارد مرکز فن ازیک طرف می شود دنبال مسیر شعاعی از طریق چرخ فن میگردد. سه نوع اصلی فن سانتریفیوژ وجود دارد:

فن فوروارد (FC)، (BI)فن بکوارد(BI) و فن ایرفویل(AF).

فن سانتریفیوژ فروارد (FC)

حالت منحنی فن های فوروارد بدین گونه است که با حرکت هوا برخورد می کند و باعث جلو راندن هوا از نوک پره ها می شود.این کار توسط سرعت چرخش فن صورت میگیرد و باعث می شود هوا با سرعت بالاتری پره را ترک کند.

فشار استاتیک تولید شده توسط یک فن توسط عملکرد حرکت رو به جلو هوا در نوک تیغه است .فن FC می تواند طبق جریان هوا و فشار استاتیک در سرعتهای چرخش کمتری نسبت به بقیه فنها عمل کند.

محدوده کاربردی این نوع فن در میزان هوادهی از 30 تا 80 درصد است. انتخاب محدود عملکردی که باعث بشود فن در بازه عملکردی زیر 30 درصد کار کند باعث میشود فن در حالت بی ثباتی قرار بگیرد و همچنین انتخاب بازه عملکردی بالای 80 درصد باعث ایجاد صدا و راندمان پایین می شود.حداکثر بازده فشار استاتیک فن FC از حدود 50 تا 65 درصد است و فقط در سمت راست منحنی عملکرد فن حداکثر فشار استاتیک اتفاق می افتد.