24 اردیبهشت 1399
241 views
نظر %

ساده‌ترین شکل پروانه برج خنک کننده (Axial fan) تک مرحله‌ای است. تفاوت بین پروانه برج خنک کننده اکسیال و اگزاست فن این طور تعریف شده است. پروانه کولینگ تاور یک محرک هوا می‌باشد. در حالی که هدف از کاربرد اگزاست فن افزایش فشار و چگالی هوا است. اگر چه این تعریف از نظر اصولی صحیح است. با این همه معمولا در بیان مشخصات فن‌ها افزایش فشار ذکر می‌شود. حتی اگر فقط در حد یک یا دو سانتی‌متر می‌باشد. پروانه برج خنک کننده یا همان فن برج خنک کننده از انواع بسیاری برخوردار است. یکی از پرمصرف‌ترین انواع فن‌های برج از جنس آلومینیوم تولید می‌شود. این فن تولیدی از مهندسی باله هواپیما بر میگیرد که به آن ایر فویل می‌گویند.

اجزای تشکیل دهنده پروانه برج خنک کننده 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 

اصلی‌ترین عضو یک پروانه برج خنک کننده تیغه پروانه است. وظیفه بلید ایجاد کانال هوا و گردش سیال برج رابه عهده دارد. ولی به تنهایی به آن فن گفته نمی‌شود. نکات مهم در مورد این قطعه  تشکیل دهنده فن برج خنک کننده این است. این نکات می‌تواند در تولید صدا و لرزش تاثیر مستقیم بگذارد. پروانه برج خنک کننده تولید شده گروه فنی مهندسی تجهیز صنعت تتا با متریال آلومینیوم می باشد.در فن‌ها از فناوری ایرفویل و دو بالانس استاتیکی و دینامیکی بهره میگیرند. این دو بالانس در تولید پروانه‌ها باعث کاهش سر و صدا عملکرد نهایی برج خنک کننده می‌شود.

عرضه تیغه در نوع پروانه برج خنک کننده آلومینیوم ۲۵ سانتی متر عرض را به خود اختصاص می‌دهد .تولیدات این واحد صنعتی فن برج خنک کننده آلومینوم را از قطر ۹۵ الی ۵/۵۰ سانتی متر تولید . طول بالها و تیغه‌های فن در تولید C.F.M و میزان هوادهی پروانه تاثیرگذار است. در موتورهای هواپیما از نوع توربو فن، ممکن است فن نسبت فشاری در حدود ۲:۱ ایجاد کند. ولی باز هم محرک هوا محسوب می‌گردد. زیرا بخش عمده جریان هوا مستقيما از شیپوره پیش رانش عبور می‌کند. و در آن انرژی فشاری مستقیما به انرژی جنبشی در جت پیشرانه تبدیل می‌شود

 

فن محوری تجهیز صنعت تتا

پروانه برج خنک کننده چیست؟

شکل آشنای پروانه برج خنک کننده است . این فن شامل یک ردیف پره می‌باشد که به وسیله الکتروموتور برج خنک کننده گردانده می‌شود . دوران پره‌ها جریانی از هوا را از داخل کولینگ تاور به خارج ایجاد می‌کند . در ساده‌ترین طراحی ، پره دارای ضخامت ثابت است ( که صفحه خمیده ) نامیده می‌شود. ولی در طراحی‌های پیچیده‌تر از برش ایرفویل یعنی مشابه برش بال هواپیما استفاده می‌شود. هنگامی که پروانه برج خنک کننده در حال دوران است هوا به سوی پره‌ها با سرعت محوری Va جریان می‌یابد . به علت حرکت پروانه با سرعت ، U ، سرعت هوا نسبت به پره متحرک در لبه ورودی ، فقط برابر می‌باشد.

 این سرعت نسبی نسبت به امتداد محوری زاویه‌ها را می‌سازد که مشابه زاویه پره در لبه ورودی است. تا جریان در امتداد دو سطح پره به صورت یکنواخت عبور نماید. به علت وجود انحنا در برش پروانه پروانه برج خنک کننده  و تاثیر پره‌های کناری. جریان در عبور از گذرگاه بین پره‌ها ، نسبت به پره به سمت امتداد محوری متمایل می‌گردد. نمودار برداری سرعت جریان در لبه خروجی ، به سبب چرخش جریان که در گذرگاه مابین پره‌ها ایجاد می‌گردد. جریان خروجی دارای مولفه‌ای در جهت محیطی , Vw میباشد که در همان جهت حرکت پروانه است. در بخش حاضر فرض می‌شود که سرعت محوری در عبور از پره‌ها تغییری نمی‌کند.

فن اکسیال با سرعت کم

در پروانه محوری برج خنک کننده با سرعت کم ، که اکثر فن‌های صنعتی از این گروه استفاده می‌شود. سرعت‌های موجود به قدر کافی در مقایسه با سرعت صوت کم می‌باشند. به نحوی که از تغییرات در چگالی جریان می‌توان صرف نظر نمود . نسبت سرعت هوا به سرعت صوت عدد ماخ نامیده می‌شود و به شرطی که این عدد در کل جریان از ۰٫۳ کمتر باشد. تغییرات چگالی کمتر از %۵ خواهد بود . بنابراین در دمای عادی  ، برای اکثر اهداف مهندسی ، جربان با سرعت‌های تا ۱۰۰m/sرا میتوان تراکم ناپذیر یعنی با چگالی ثابت در نظر گرفت . اگر عدد ماخ از ۰٫۳ خیلی بیشتر باشد جریان تراکم پذیر است. لازم است از روش‌هایی استفاده شود که در فصل‌های بعدی توصیف خواهند شد.

فن محوری ایرفویل تجهیز صنعت تتا

محاسبات فن برج خنک کننده

پروانه کولینگ تاور که در موتورهای نوین از نوع توربوفن هواپیماها کاربرد دارند. با اعداد ماخ محوری تا ۰٫۷ کار می کنند و عدد ماخ نسبت به نوک پره روتور در ورود هوا به روتور معمولا در حدود ۱٫۵ است. ملاحظات مربوط به این دسته از پروانه برج خنک کننده تا فصل‌های بعدی به تعویق خواهد افتاد . ضمنا بایستی تاکید شود که برای محاسبات دقیق ، لازم است جریان‌های با سرعت بیشتر از ۱۰۰m/sرا 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 .

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 نامیده می‌شود.

زاویه فن و پروانه برج خنک کننده 

نمونه‌ای از منحنی تغییرات wp 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. که اتلاف‌های 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 پره 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).

به همین دلیل هنگامی که زاویه برخورد مثبت است و اتلاف به طور ناگهانی افزایش یابد (استال) و در زاویه برخورد منفی (خفه شدن) نامیده می شود.

 

انتقال قدرت فن محوری برج خنک کاری

مشخصه عملکرد پروانه برج خنک کننده

عملکرد یک پروانه برج خنک کننده معمولاً به صورت مشخص افزایش فشار در مقابل نرخ جریان جرمی بیان می‌گردد و این مقادیر اغلب به نحو مناسبی به صورت ضریب افزایش فشار AP(pU2) 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 فن برج خنک کننده برخورد ثابت باقی بماند. بعضی از پروانهای کولینگ تاور که برای ضریب‌های پایین کار و جریان مثلاً به ترتیب برای کمتر از ۰٫۲ و ۰٫۳ طراحی می شوند. 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

تا سال‌های اخیر در بریتانیا، طراحی پره‌های فن برج خنک کننده در غالب موارد بر اساس ایرفویل‌های مشخص و فاقد خمیدگی بود که ضخامت آنها در یک سری از نقاط مختلف طول و قطر مشخص می‌گردید. ضخامت ها 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 ۱۵ درصد واقع می‌شد.سپس این نسبت‌ها روی منحنی هندسی انتخابی که قوس دایره و یا قوس پروانه برج خنک کننده سهمیی بود، پیاده می‌شدند. معمولاً حداکثر ارتفاع قصص همین نسبت به امتداد وتر، در ۴۰ درصد طول وتر از لبه ورودی واقع می گردید.

اگر چه بسیاری از طراحان فن‌های برج خنک کننده منحنی خمیدگی سهمی را ترجیح می‌دادند و تجربه نشان داده که این منحنی برتری خاصی نسبت به دیگر منحنی ها ندارد. منحنی خمیدگی دایره به لحاظ شکل هندسی ساده تر آن مورد اقبال بیشتری قرار گرفته است.

 

فناوری ایرفویل درکدام کشور اختراع گردید؟

ایرفویل‌های سری NACA65 در آمریکا کاربرد زیادی دارد. این ایرفویل‌ها تقریباً داره منحنی‌های خمیدگی دایره‌ای می‌باشند ولی توزیع ضخامت آن‌ها در طول وتر با همه انواع سری بریتانیایی C متفاوت است حداکثر ضخامت سری NACA-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 ایرفویل C5 با نسبت ۷٫۶ درصد باشد ضخامت لبه خروجی مشابه به ایرفویل‌های C4یا C5 میگردد.

انواع فن محوری برج خنک کننده

معمولاً تعریف توزیع سرعت مورد نظر و محاسبه فن برج خنک کننده مورد نیاز پره به صورت مستقیم عملی نمی باشد ابتدا تقریب اولیه از شکل  فن محوری ایرفویل بایستی تعریف شود. سپس توزیع سرعت آن محاسبه گردد و  پروانه ایرفویل برای تقریب نزدیک تر به منحنی توزیع مطلوب سرعت اصلاح گردد. روشن است که این فرآیند زمان‌بر بوده و جهت دستیابی به شکل نهایی ایرفویل با روش سریع تکراری نیاز به تجربه است. در اغلب روشهای محاسباتی فرض می‌شود که جریان بدون لزجت می‌باشد و شکل اولیه تعریف شده فن برج خنک کننده 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 حاصل شود.

اشکال پروانه ایرفویل برج خنک کننده

مشخصه‌های اصلی این فن محوری 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 فن برج خنک کننده 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 این زاویه انحراف به طور نمونه فقط ۲ تا ۳ درجه است که در مقایسه با ۵ تا ۱۰ درجه انحراف در ایرفویل‌های پره‌های معمولی ناچیز می باشد.

ثابت شده که پیش‌بینی زاویه انحراف در این روش به همان دقت داده‌های ردیفه ها برای پره‌های پروانه برج خنک کننده معمولی است و طراحی موفقیت آمیز پره بدون نیاز به انجام آزمایش های تجربی که نتایج آنها برای استفاده عموم نسبتاً کم منتشرشده مقدور می باشد.

فن محوری برج خنک کننده

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 C4یا NACA65 ندارد. زیرا عملکرد پره پره 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 و از آنجایی که ایرفویل با پخش کنترل شده در این بخش پره در مقایسه با بخش انتهایی و به طرف لبه خروجی آن مشابهت بیشتری با پره های معمولی دارند این نکته تعجبی ندارد.


نویسنده مطلب تجهیز صنعت تتا تولید کننده