پیچش پره و جریان هوا

برای راندمان بهتر ، سرعت جریان هوای آکسیال بایستی به اندازه میزان سرعت هاب شده باشد. در واقع میزان بزرگی سرعت جریان از لبه تا نوک پره نبایستی زیاد تغییر کند. از طرف دیگر جریان چرخشی هوا به طور یکنواخت پخش نمی شود و نزدیک به مرکز کمتر است و به سمت نوک پره افزایش می یابد.

این گرادیان سرعت چرخش پره بایستی با ایجاد پیچش در پره جبران شود. برای همین زاویه پره در نزدیکی مرکز هاب بیشتر و در نوک پره کمتر می باشد. البته در بعضی مواقع از زاویه یکسان استفاده می شود که این امر باعث کاهش راندمان فن می شود زیرا بیشتر هوای تولید شده در قسمت بیرونی پره هدر می رود، حتی در فشارهای استاتیک پایین . شایان ذکر است در فشارهای بالاتر پیچش پره نقش مهمی دارد ، چون در اینصورت قسمت داخلی پره سبب ایجاد جریان برعکس می شود که در نتیجه باعث کاهش راندمان می شود.

همانطور که گفته شد فن های آکسیال بروی دیوار نصب می شوند جهت تخلیه هوا. هوای ورودی از فضای باز بایستی کافی باشد، میزان فشار مکش لازم نیست زیاد باشد. بنابراین فن های آکسیال به گونه ای طراحی می شود که حجم زیادی از هوا را در فشار استاتیکی پایین جابجا میکند.

موتور در قسمت داخلی و یا بر اساس نوع کاربرد در بیرون نصب می شود که در این صورت صدای کمتری تولید میکند. زمانی که موتور در داخل قرار میگیرد دارای محافظی است که از موتور در برابر باران و برف محافظت می کند. وقتی که فن در حالت کار باشد ، پره باز باقی می ماند با فشار وارد شده از طرف جریان هوا و زمانی که فن کار نمیکند ، پره بسته می شود و از برگشت هوا به داخل ساختمان جلوگیری میکند.

فن های سایز بالا معمولا در سرعت های پایین کار میکند و معمولا به صورت غیرمستقیم (تسمه ای ) می باشد. اگر میزان hp موتور بالا باشد راندمان خوبی می دهد و معمولا hub-tip-ratio بین 20 تا 40 درصد می باشد. زاویه پره بین 30 تا 50 درجه می باشد. در قسمت هاب بین 10 تا 25 درجه می باشد و در قسمت نوک پره همانطور که قبلا گفتیم زاویه بالاتر در هاب برای جبران کمبود سرعت جریان هوا استفاده می شود و این مسله باعث توزیع مناسب تر جریان هوا در پره می شود که این امر برای یک راندمان خوب فن لازم است.

فن های آکسیال کوچک می تواند به صورت کوپل مستقیم و غیر مستقیم ساخته شود که در این صورت میزان توان مصرفی آنها کمتر خواهد شد و راندمان خوب فن مسله کم اهمیتی می شود نسبت به هزینه تمام شده کمتر فن. در این صورت این فن های آکسیال کوچک نیاز نیست که هاب بزرگ و پره ایرفویل داشته باشند و معمولا از پره های شیت متال استفاده میکنند و زاویه پره تقریبا یکسان باقی می ماند که این باعث می شود بیشتر جریان هوا توسط قسمت بیرونی پره جابجا شود و قسمت داخلی فن جریان هوای آشفته ایجاد میکند که باعث مصرف قدرت اسب بیشتری شود برای جریان کارکرد بهتر. بعضی مواقع یک جریان هوای برعکس ایجاد شده در نزدیکی هاب ایجاد می شود وقتی میزان فشار استاتیکی افزایش یابد. در واقع سرعت هوای نوک پره سریعتر حرکت میکند و فشار استاتیکی بیشتری تولید میکند اما هوای اطراف هاب آروم تر حرکت می کند و ممکن است فشار استاتیک ایجاد کند.

اثرات فاصله خلاصی پره تا دیواره

به عنوان مثال یک /فن کانالی مخروطی 29 اینچ با سرعت 1750rpm را در نظر بگیرید. میزان فاصله خلاصی نوک پره از دیواره از 16/1 تا 1 اینچ تغییر می دهیم و نتایج زیر بدست می آید :

1-میزان حجم جریان هوای عبوری کاهش می یابد ولی نه زیاد

2-میزان فشار استاتیک بطور قابل توجه ای به اندازه ای که میزان فاصله خلاصی افزایش می بابد ، فشار استاتیک کاهش می باد.

3- میزان مصرف توان قدرتی نیز کاهش می یابد ولی نه به اندازه فشار استاتیکی

4-میزان راندمان مکانیکی دستگاه نیز کاهش می یابد به طرز قابل توجهی از عدد 80 درصد در خلاصی 16/1 اینچ به میزان 50 درصد در خلاصی 1 اینچ

5- میزان صدای ایجاد شده توسط پره افزایش می یابد.

از نتایج بدست آمده مشخص می شود که عملکرد خوب فن در خلاصی های کوچکتر بهتر است.

سطح صدا

سطح صدا در /فنهای آکسیال کمتر می باشد نسبت به فن های سانتریفیوژ مواردی که باعث تولید صدا می شوند :

1- سرعت بالا

2- عدم وجود کانال ورودی

3- وجود زانو در کانال و نزدیک به ورودی فن

4- ایجاد مانع در جریان هوا و نزدیکی پره

فن سانتریفیوژ

1- فن سانتریفیوژ معمولا فشار استاتیکی بیشتری تولید می کند نسبت به فن آکسیال با یک اندازه قطر پروانه و دور موتور یکسان. این امر بدین علت اتفاق می افتد که در فن سانتریفیوژ یک نیروی تحت عنوان نیروی سانتریفوژ وجود دارد.

2-عملکرد پره های ایرفویلی در فن سانتریفیوژ عملکرد و راندمانی پایین نسبت به فن های آکسیال با پره ایرفول دارد.چون سهم کوچکی از این فشار توسط این پره ها تامین می شود.

3-سانتریفیوژها در سایز کوچک و مستقیم دارای راندمان بهتری است به خاطر اینکه تسمه 10 تا 5 درصد اضافه طول پیدا می کند و هزینه های جانبی مثل یاتاقان و پولی کمتر می شود و 10 تا 15 درصد مصرف موتور کمتر می شود.

راندمان پره های مختلف سانتریفیوژ

1 – سانتریفیوژ بکوارد ایرفول 92 %

2 – سانتریفیوژ BC 82 %

3 – سانتریفیوژ BI 78 %

4 – سانتریفیوژ RT 70 %

5 – سانتریفیوژ FC 65 %

فن سانتریفیوژ بک وارد با پره ایرفویل AF

- بالاترین راندمان را دارد.

- سطح صدای کمتری ایجاد می کند.

- سازه خیلی قوی دارد بنابراین در سرعت بالایی کار می کند و تا 30 IN WC فشار تولید می کند.

- بطور کلی برای تمیز کردن هوا و گازها و کلا تخلیه هوا استفاده می شود.

- معمولا پره ها توخالی و از جنس استیل می باشد.

- جریان مخشوش کمتری در این نوع فن ایجاد می شود.

- لبه های داخلی کند است و زاویه بین خط مماس دایره داخلی و لبه های داخلی پره به عنوان زاویه B1 شناخته می شود و زاویه بین خط مماس به تیغه های بالایی پره و خط مماسی لبه ها پره زاویه B2 تشکیل می دهد.

- پهنای پره هر چقدر به سمت نوک پره نزدیکتر می شود ، باریکتر می شود. در واقع پهنای لبه های پایینی از B1 به سمت B2 لبه بالایی نوک پره کاهش می یابد.در واقع افزایش B1 و B2 باعث افزایش فشار استاتیک و حجم هوا می شود اما باعث کاهش راندمان فن می شود. هر چقدر B1 و B2 خیلی بزرگ بشود فضای بین پره ها خیلی بزرگ می شود و جریان مخشوش هوا بوجود می آید. که در این شرایط افزایش تعداد پره ها باعث بهتر شدن شرایط می شود.

- محاسبه کردن سرعت جریان محیطی V2c و V2 نوک پره براحتی امکان پذیر نیست. یک اتلاف فشار هیدرولیک داریم که به خاطر هوای عبوری از سطح های مختلف ایجاد می شود. هوای اشغال شده در بین پره ها دقیقا با سرعت چرخش پره یکی نیست و آنها با سرعت آهسته به طور مخالف چرخش پره ، حرکت می کنند که خود این اتفاق باعث کاهش شدید فشار ایجاد شده توسط فن می شود.

- طراحی فن های سانتریفیوژ به دقت و راحتی فن های کانالی نیست. در طراحی فن کانالی زیاد نیاز به تجربه نیست و با داشتن فشار و حجم هوا و سرعت چرخش پره میتوان براحتی طراحی شود ولی برای طراحی فن های سانتریفیوژ نیاز به داشتن تجربه و داشتن اعداد تجربی هست.

- قطر پره داخلی بستگی دارد به سرعت و حجم هوا نه فشار استاتیک. جریان هوا بیشتر و سرعت چرخش کوچکتر نتیجه میدهد به پره داخلی بزرگتر. توجه داشته باشید که قطر بیرونی پره بستگی دارد به سرعت و فشار استاتیک نه حجم هوا. افزایش دادن B2 باعث افزایش چشمگیری در فشار اسستاتیک و حجم جریان هوا می شود ولی باعث کاهش راندمان می شود.بنابراین ترجیح بر این است که B2 بطور ثابت کوچک نگه داشته شود و در عوض برای افزایش میزان حجم هوا ، قطر فن را بزرگتر کرد.

- فضای بین تیغه ها بایستی به گونه ای باشد که زیاد کوچک نباشد که باعث ایجاد مقاومت بشود و از طرفی زیاد بزرگ نباشد تا بتواند هدایت کننده خوبی برای جریان باشد. معمولا بین 8 تا 12 پره مناسب می باشد.

فن سانتریفیوژ با پره BC و BI

طراحی پره این نوع سانتریفیوژها تقریبا مانند نوع ایرفویل می باشد. فقط در راندمان و قدرت بدنه متفاوت است . سانتریفیوژهای بک وارد خیلی پرکاربرد هستند. مزیتهای خوب پره BC و BI در هزینه ساخت کمتر و قدرت تحمل دمای بالاتر است.

فن سانتریفوژ فوروارد

این فنها حجم هوای زیاد و فشار استاتیک بیشتری نسبت به نوع AF و BC وBI جابجا و ایجاد میکنند البته در سایز و سرعت چرخش یکسان. این نوع فنها بیشتر جهت خنک سازی محیطهای الکتریکی و کوره ها استفاده میشود. زاویه این پره ها برای بدست آوردن حجم زیاد هوا بایستی بزرگ باشد. زاویه B1 معمولا بین 80-120 درجه است و زاویه B2 حدود 120-160 درجه است.

علت کم بودن راندمان فن های سانتریفوژ فوروارد بدین علت است که هوا بایستی به میزان 180 درجه چرخش پیدا کند و میزان جریان هوا در این نوع فن ها مخشوش تر می باشد.

دردور 1140 RPM ، فن سانتریفوژ RT یک مقدار حجم هوای بیشتری را عبور می دهد و میزان کمی بیشتر فشار استاتیک نسبت به نوع BI ایجاد میکند. ولی فن سانتریفوژ FC با همین دور تقریبا فشار استاتیک بالاتر و حجم هوای بالاتری ایجاد می کند. منحنی فن FC یک عمق دارد که باعث بی ثبات کردن عملیات کاری فن می شود. میزان HP در قسمت فشار کم باعث ایجاد OVERLOAD میشود. بار بیش از حد کشیدن یکی از مضررات فن های FC است.

مزیت فن های FC نسبت به BC و BI

- فشار استاتیک متعادل و بدون عمق

- راندمان بالا و هزینه عملیاتی کمتر

-سرعت عملیاتی بالاتر ، که در نوع مستقیم ارزون تر تولید می شود.

نتیجه گیری

در سایزهای کوچک مزیت فن FC خیلی بیشتر از مضررات آن است. در سایزهای بالاتر بهتر است از نوع BI استفاده کنیم. فن نوع RT تقریبا بین BI و FC قرار دارد. فن های RT نسبت به FC و BI سرعت چرخش بالاتری دارد و دمای بالاتری را تحمل میکند و همین طور در شرایط سختری کاربرد دارد.

فن صنعتی سانتریفیوژ

1-هوای ورودی بطور مستقیم وارد هاب می شود و بصورت رادیالی به سمت بیرون پرتاب می شود.

2-هوای ورودی به هاب پروانه دارای انرژی جنبشی می باشد که بعد از ورود به فشار استاتیک تبدیل میشود.

3-فن های سانتریفوژ دارای قدرت بالای در ایجاد فشار دارند و در شرایطی که نمناک باشند و هوایی که دارای ذرات معلق باشد و دمای بالاتری داشته باشد کاربرد بالایی دارد.