24 اردیبهشت 1399
543 views
بدون نظر

پروانه و فن محوری برج خنک کننده

پروانه برج خنک کننده یا پروانه کولینگ تاور Fan Cooling Tower مناسب ایجاد جریان هوا به داخل برج خنک کننده بوده که از مواد آلومینیوم،فایبرگلاس یا پلی آمید تولید می‌شود. این فرایند در تکمیل اهداف برج خنک کن یعنی ایجاد تبرید بسیار موثر عمل می‌نماید. به همین منظور می‌توان گفت پروانه کولینگ تاور نقش قطعه‌ای اصلی و مهم را در انواع برج خنک کاری مکش اجباری دارد. زیرا جریان باد در برج‌های مکانیکی توسط فن برج خنک کننده صورت می‌پذیرد. در این راستا برای بهترین عملکرد و کیفیت بالاتر این اصل پروانه‌ها با مصالح مختلفی تولید می‌شود. در این بین موادی از دیگر متریال مورد استفاده دارای برتری خواصی هستند و پروانه برج خنک کننده بهتری ساخته می‌شود. این جنس شامل: پلی آمید،آلومینیوم و فایبرگلاس می‌باشد که تا کنون بیشترین مصرف فن کولینگ تاور مدار باز را به خود اختصاص داده‌اند.

اجزای تشکیل دهنده پروانه کولینگ تاور شامل موارد زیر می‌باشد:

  1. پره یا تیغه پروانه (بلید)
  2. هاب یا کوپلینگ
  3. شفت اتصال تیغه به هاب
  4. پیچ و اتصالات به همراه درپوش پروانه

پره یا تیغه پروانه فن برج خنک کننده

پره در واقع بخش تکمیلی یک فن برج خنک کن است که با ایجاد مکش هوا به سمت دهانه، باد را به بالا هدایت می‌کند. این گردش سیال عمل کاهش دمای آب را به کمک سطوح داخلی انجام می‌دهد.ولیکن عمده گردش باد تنها توسط تیغه‌ها انجام نمی‌شود بلکه زوایه در این فرایند موثر خواهد بود. در انواع پروانه‌ها که توصیه شرکت برج خنک کننده پروانه آلومینیوم با سطح مقطع ایرفویل می‌باشد.زیرا این نوع فن تیغه‌ای بهتر و اصولی تری دارد و میتواند بسیار آرام در باد حرکت کرده و مقاومت سیال هوا را کاملا در هم بشکند. این توضیحات تنها یک نتیجه خواهد داشت پره‌های ایرفویل آلومینیوم باعث میشود جلوی صدا و لرزش کولینگ تاور گرفته شود. زیرا این نوع بلیدها از دو بالانس استاتیک و دینامیکی بهره میگیرند.


پروانه برج خنک کننده چیست؟

پروانه برج خنک کننده شامل یک ردیف پره می‌باشد که به وسیله الکترو موتور کولینگ تاور گردانده می‌شوند.دوران پره‌ها جریانی از هوا را به داخل برج ایجاد می‌کنند که  در این عملیات فعل تبرید شکل می‌گیرد.ساده‌ترین طراحی و پرکاربردترین تیغه دارای ضخامت ثابت است و به آن ( صفحه خمیده) میگویند.ولی در طراحی‌های پیچیده‌تر از برش ایرفویل یعنی مشابه باله هواپیما استفاده می‌شود.هنگامی که پروانه برج خنک کننده در حال چرخش است هوا به سوی بلیدها با شتاب محوری Va جریان می‌یابد. به علت حرکت فن کولینگ تاور با سرعت U، شدت هوا نسبت به پره متحرک در لبه ورودی برابر می‌باشد.


محاسبه شتاب فن کولینگ تاور

سرعت نسبی، امتداد محوری زاویه‌ها را می‌سازد که مشابه زاویه تیغه در لبه‌ی ورودی است. جریان در طول دو سطح پره به صورت یکنواخت عبور می‌نماید.علت وجود انحنا در برش پروانه برج خنک کننده تاثیر پره‌های کناری می‌باشد.جریان باد در عبور از گذرگاه بین بلیدها نسبت به تیغه در سمت امتداد محوری متمایل می‌گردد.نمودار برداری سرعت در لبه خروجی، به سبب چرخش هوا که در گذرگاه مابین پره‌ها ایجاد می‌گردد. جریان خروجی دارای مولفه‌ای در جهت محیطی , VA بوده که در همان جهت حرکت فن کولینگ تاور است،فرض می‌شود که شتاب محوری در عبور از پره تغییری نمی‌کند.

مقاله تخصصی محاسبات و طراحی کولینگ تاور را کلیک کنید.


پروانه کولینگ تاور با سرعت کم

پروانه برج خنک کننده با سرعت کم،بیشتر در فن‌های کولینگ تاور صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.سرعت‌های موجود به قدر کافی در مقایسه با شدت صوت، کم می‌باشند. به نحوی که از تغییرات در چگالی جریان می‌توان صرف نظر نمود،نسبت حرکت هوا به سرعت صوت را ماخ می‌نامند. ولیکن باید این عدد در کل جریان از ۰٫۳ کمتر باشد. بنابراین نوسانات چگالی کمتر از %۵ خواهد بود. بنابراین در دمای عادی برای اکثر اهداف مهندسی جربان با سرعت‌هایی تا ۱۰۰ m/s را میتوان تراکم ناپذیر یعنی با جرم ثابت در نظر گرفت. اگر عدد ماخ از ۰٫۳ خیلی بیشتر باشد جریان تراکم پذیر می‌شود. لازم است از روش‌هایی استفاده گردد که در ادامه مقاله توصیف خواهند شد.


محاسبات فن برج خنک کننده

پروانه برج خنک کننده در موتورهای نوین از نوع توربو فن هواپیماها کاربرد دارند.با اعداد ماخ محوری تا ۰٫۷ کار می‌کنند و عدد اصلی نسبت به نوک بلید روتور در ورود هوا به هسته مرکزی معمولا در حدود ۱٫۵ است.ملاحظات مربوط به این دسته از پروانه کولینگ تاور تا فصل‌های بعدی به تعویق خواهد افتاد.ضمنا بایستی تاکید شود که برای محاسبات دقیق لازم است جریان‌های با سرعت بیشتر از ۱۰۰ m/s را تراکم پذیر درنظرگرفت.

ولی حتی برای اعداد ماخ تا حدود ۰٫۶  فرض چگالی ثابت ، به منظور توضیح مطلب مناسب است. همچنین بایستی توجه کرد که بخش عمده‌ای از تحقیقات در پروانه برج خنک کننده بر روی کولینگ تاورهای فایبرگلاس با سرعت کم و در اعداد ماخ در حدود ۰٫۲ انجام می گردد. این دستگاه معمولا بسیار بزرگ بوده وطول آن میتوان تا ۳۰متر برسد.

پروانه صنعتی و فن کولینگ تاور

این ( بزرگی ابعاد ) امکان کار در اعداد رینولدز ۱۰۵×۲ یا بیشتر را فراهم نموده و اکثر آثار نامطلوب عملکرد با مقیاس کوچک و با سرعت کم را جبران می نماید. معمولا فشارهای ورودی و خروجی فقط در وسط طول پره پروانه برج خنک کننده اندازه گیری می‌شوند. بنابراین اتلاف‌های اندازه گیری شده فقط ناشی از زاویه پروانه و طول بالک‌ها می‌باشند. اتلاف‌های مربوط به دیواره انتهایی (نافی یا پوسته) یا اتلاف‌های ناشی از جریان‌های ثانویه که مرتبط با انحنای جریان و لایه مرزی دیواره برج خنک کننده هستند. را شامل نمی‌شوند در این صورت اتلاف در وسط پره پروانه کولینگ تاور نامیده می‌شود.


زاویه فن و پروانه برج خنک کننده 

نمونه‌ای از منحنی تغییرات w.p با زاویه برخورد نشان داده شده است. این گراف برای عدد ماخ کمتر از ۰٫۳ ترسیم شده است. با افزایش عدد ماخ بیشتر از این مقدار اتلاف‌های رو به افزایش خواهند گذاشت مشاهده می‌شود. اتلاف پروانه برج خنک کننده فقط وقتی که زاویه برخورد در حدود +/-۱۰ درجه از زاویه متناظر با اتلاف کمینه دور شود. به طور ناگهانی افزایش می‌یابد.

برای زاویه برخورد مثبت این به علت جدا شدگی آشکار جریان از سطح کوش یا مکشی پروانه برج خنک کننده است. در مورد زاویه‌های برخورد منفی این می‌تواند به علت جدا شدگی از سطح کابل یا فشاری پرده باشد. ولی جریان با این زاویه‌های ورودی ممکن است . در گلویی گذرگاه بین پرههای فن محوری به سرعت‌های صوتی رسیده و به اصطلاح (خفه شود).

اگر به دنبال فن هایی با عملکرد بالا و وزنی سبک هستید بر روی لینک فن پلی آمید برج خنک کننده کلیک نمایید.


مشخصه عملکرد پروانه برج خنک کننده

موارد تاثیر گذار بر فرایند عملکرد پروانه های محوری:

  1. طول بلیدها
  2. عرض هر تیغه
  3. تعداد پرهای متصل به هاب
  4. درجه زاویه پروانه

عملکرد یک پروانه برج خنک کننده معمولاً به صورت مشخص افزایش فشار در مقابل نرخ جریان جرمی بیان می‌گردد. این مقادیر اغلب به نحوه مناسبی به صورت ضریب افزایش فشار AP) p.U.2) به عنوان تابع از ضریب جریان، Va/U بیان می‌گردد. ضریب کار و بهره نیز عموماً در مقابل Va/U ترسیم می شوند. با این فرض که زاویه جریان هوای خروجی نسبت به روتر با تغییر زاویه پروانه برج خنک کن برخورد ثابت باقی بماند. بعضی از پروانه کولینگ تاور که برای ضریب‌های پایین کار و جریان مثلاً به ترتیب برای کمتر از ۰٫۲ و ۰٫۳ طراحی می‌شوند. دارای شیب مثبت در منحنی افزایش فشار نبوده بلکه صرفاً قبل از ادامه با شیب منفی تا جریان صفر، برآمدگی کوچکی در منحنی آن وجود خواهد داشت.


تاریخچه پروانه کولینگ تاورایرفویل

سال‌های اخیر در بریتانیا، طراحی پره‌های پروانه برج خنک کننده در غالب موارد بر اساس ایرفویل‌های مشخص و فاقد خمیدگی بود. ضخامت آنها در یک سری از نقاط مختلف طول و قطر مشخص می‌گردید. ضخامت‌ها به نحوی مقیاس بندی شده بودند که هر مقدار مورد نظر نسبت ضخامت حداکثر به طول وتر را تامین نمایند. این نسبت معمولاً بین ۵ درصد تا ۱۵درصد واقع می‌شد.سپس این نسبت‌ها روی منحنی هندسی انتخابی که قوس دایره و یا قوس پروانه برج خنک کننده سهمی بود پیاده می‌شدند. معمولاً حداکثر ارتفاع قوس همین نسبت به امتداد وتر، در ۴۰درصد طول وتر از لبه ورودی واقع می‌گردید. اگر چه بسیاری از طراحان پروانه کولینگ تاور منحنی خمیدگی سهمی را ترجیح می‌دادند.

برای مطالعه تخصصی مقاله فوق تخصصی پروانه و انواع فن های فایبرگلاس کلیک کنید.


فناوری ایرفویل درکدام کشور اختراع گردید؟

پروانه ایرفویل برج خنک کننده سری N.A.C.A 65 در آمریکا کاربرد زیادی دارد.پروانه ایرفویل‌ تقریباً دارای منحنی‌های خمیدگی دایره‌ای می‌باشند. ولی توزیع ضخامت آن‌ها در طول وتر با همه انواع سری بریتانیایی C متفاوت است.حداکثر ضخامت سری N.A.C.A-65 در ۴۰درصد و تر قرار گرفته و ضخامت لبه خروجی از نظر تئوری صفر است. به دلیل عملی روشنی این اندازه معمولاً به شعاعی برابر ۰٫۸ درصد وتر تصحیح شده است.بنابراین هنگامی که نسبت ضخامت بیشینه به وطن ۱۳٫۳ درصد و در پروانه برج خنک کن ایرفویل C.5 با نسبت ۷٫۶ درصد باشد. ضخامت لبه خروجی مشابه به پروانه کولینگ تاور ایرفویل‌ C.4 یا C.5 می‌گردد.


تعریف سرعت پروانه کولینگ تاور

معمولاً تعریف توزیع سرعت مورد نظر و محاسبه پروانه برج خنک کننده مورد نیاز پره به صورت مستقیم عملی نمی باشد. ابتدا تقریب اولیه از شکل  پروانه کولینگ تاور ایرفویل بایستی تعریف شود. سپس توزیع سرعت آن محاسبه گردد و  پروانه ایرفویل برای تقریب نزدیکتر به منحنی توزیع مطلوب سرعت اصلاح گردد. روشن است که این فرآیند زمان‌بر بوده و جهت دستیابی به شکل نهایی پروانه ایرفویل با روش سریع تکراری نیاز به تجربه است.

در اغلب روش‌های محاسباتی فرض می‌شود که جریان بدون لزجت می‌باشد. شکل اولیه تعریف شده پروانه کولینگ تاور ایرفویل طرح شامل ضخامت‌های جابجایی لایه مرزی در سطح پره است. سپس این‌ها بر اساس روش‌های مانند به روش های استاو ۱۹۸۴ محاسبه شده و از ضخامت‌های پره در حالت بدون لزجت تفاضل می گردد. تا شکل واقعی پروانه برج خنک کننده ساخته و تولید گردد و درنهایت بر روی دستگاه نصب شود.


اشکال پروانه ایرفویل برج خنک کننده

مشخصه‌های اصلی این پروانه محوری کولینگ تاور ایروفویل جدید عبارت است:

از بزرگتر بودن نسبی شعاع لبه ورودی و افزایش روبه تزاید انحنای منحنی خمش پرده از لبه ورودی تا ۳۰ درصد یا ۴۰ درصد وتر و سپس کاهش انحنا به نحوی که در ۲۰ درصد تا ۳۰ درصد بخش انتهایی وتر خمشی وجود ندارد. راست بودن این بخش انتهایی پره پروانه کولینگ تاور و به علاوه فقدان پدیده جداشدگی لایه مرزی از سطح مکش پره دلیل کم شدن زاویه انحراف هوا در خروج از لبه خروجی پروانه است.

برای مطالعه بیشتر مطالب نصب و راه اندازی قطعات کولینگ تاور کلیک نمایید.

این زاویه انحراف به طور نمونه فقط ۲ تا ۳ درجه است. که در مقایسه با ۵ تا ۱۰ درجه انحراف در پروانه ایرفویل‌های پره‌های معمولی ناچیز می‌باشد. ثابت شده که پیش‌بینی زاویه انحراف در این روش به همان دقت داده‌های ردیفه‌ها برای پره‌های پروانه برج خنک کننده معمولی است.طراحی موفقیت آمیز پره بدون نیاز به انجام آزمایش‌های تجربی که نتایج آنها برای استفاده عموم نسبتاً کم منتشرشده مقدور می‌باشد.


طراحی ایرفویل

عدد ماخ بیشینه‌ای که ایرفویل‌های با پخش کنترل شده برای آن مناسب می باشند.تفاوت قابل ملاحظه‌ای با عددهای ماخ به بیشینه مناسب ایرفویل C.4 یا N.A.C.A 65 ندارد. زیرا عملکرد پروانه برج خنک کننده در عدد ماخ فروصوتی بالا تا اندازه زیادی وابسته به شکل پره از لبه ورودی تا گلویی پره و عرض گلویی آن است. از آنجایی که پروانه ایرفویل با پخش کنترل شده در این بخش پره در مقایسه با بخش انتهایی و به طرف لبه خروجی پروانه کولینگ تاور شباهت بیشتری با پره‌های معمولی دارند این نکته تعجبی ندارد.


نویسنده مطلب دکتر علی مرادی
  • مقاله بسیار خوبی و پر محتوایی در مورد فن کولینگ تاور بود

  • سلام شما میتونید پروانه آلومینیوم برج خنک کننده با تعداد پره ۶ و قطر شفت ۶۰ میل تولید کنید ؟

    • با سلام وقت بخیر
      بله گروه فنی مهندسی تجهیز صنعت تتا تولید کننده انواع پروانه آلومینیوم برج خنک کننده با نشان استاندارد میباشد که کلیه قطعات دوار این کارخانه طی فرایندی تکمیلی بالانش شده اند. برای سفارش پروانه آلومینیوم با ابعاد و اندازه سفارشی لطفا با واحد فنی تماس بگیرید.