فن برج خنک کننده

فن برج خنک کننده چیست و چه کاری انجام می‌ دهد؟

فن برج خنک کننده با ایجاد یک جریان هوای مداوم و کنترل‌ شده، باعث تبخیر بخشی از آب در گردش برج خنک کننده شده و گرمای آن را کاهش می‌ دهد. هر چه قدر حجم هوای عبوری ایجاد شده توسط فن بیشتر باشد، میزان تبخیر افزایش یافته و دمای آب خروجی از برج خنک کننده کاهش بیشتری خواهد داشت. این موضوع به‌ طور مستقیم به طراحی، زاویه تیغه‌ ها و سرعت چرخش فن برج خنک کننده بستگی دارد.

ویژگی های پروانه برج خنک کننده

ویژگی های پروانه برج خنک کننده شامل پارامترهایی مانند قطر فن، تعداد تیغه‌ ها، جنس پره‌ ها، زاویه تیغه (Blade Pitch)، نوع هاب، سرعت چرخش (RPM) و نوع سیستم انتقال قدرت است. هر یک از این پارامتر ها تأثیر مستقیمی بر میزان هوا دهی، مصرف انرژی و طول عمر فن دارند. به‌ عنوان مثال، افزایش قطر فن باعث افزایش حجم هوای جا به‌ جا شده می‌ شود، اما در عین حال نیازمند توان بیشتری از سوی الکتروموتور است. همچنین انتخاب جنس مناسب پره‌ های برج خنک کننده صنعتی، به شرایط محیط مانند رطوبت و خورندگی بستگی زیادی دارد.

انواع فن برج خنک کننده

فن برج خنک کننده را نیز مانند دیگر قطعات برج خنک کننده می توان از منظر های گوناگون طبقه بندی کرد که مهم ترین آنها دسته بندی فن از نظر جنس و ساختار است.

از نظر جنس

مهم ترین نکته در انتخاب تجهیزات دوار برج خنک کننده و به خصوص فن، جنس آن است. کار کردن در محیط مرطوب و یا خورنده، دایم کار بودن فن در محیط های صنعتی، استحکام مکانیکی برای قطر های بالا و تحمل نیرو های وزن و گریز از مرکز عوامل تاثیر گذار در انتخاب جنس فن هستند. فایبرگلاس، آلومینیوم و پلاستیک مهم ترین مواد تشکیل دهنده فن هستند.

فن پلاستیکی یا مولتی وینگ

فن مولتی وینگ با جنس پلاستیک معمولا در برج خنک کننده سایز کوچک مورد استفاده قرار میگیرد. این مدل فن پلاستیکی را به دلیل وزن کم میتوان به صورت کوپل مستقیم به موتور 1000 دور کولینگ تاور وصل کرد. هاب فلزی آن در دو جنس چدن و آلومینیوم عرضه می شود که نوع چدنی گرانتر بوده و عمر بیشتری دارد. این مدل فن برج خنک کننده پلاستیکی در قطر 90 به صورت 7 پره و در قطر 120 به صورت 5 پره تولید میگردد.

فن فایبرگلاس

فن‌ های فایبرگلاس به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، وزن کم و طول عمر بالا، انتخابی مناسب برای برج خنک کننده فایبرگلاس هستند. این فن‌ ها در دو طراحی اصلی عرضه می‌ شوند:

• فن طرح کوفیمکو (Cofimco) که در آن سطح مقطع پره ها ثابت است.
• فن طرح هودن (Howden) که سطح مقطع پره ها در طول تیغه تغییر شکل می دهند.

مزیت مهم فن طرح کوفیمکو (Cofimco) این است برای تولید آن نیاز به قالب های متعدد و جداگانه برای هر سایز وجود نداشته و می توان با هر طول و تعداد پره دلخواه، حتی برای برج های خنک کننده سایز بزرگ آن را تولید کرد. رزین مورد استفاده در تولید فن کوفیمکو پلی استر ایزو و یا وینیل استر می باشد.

سطح مقطع متغیر فن طرح هودن (Howden) به کم صدا کار کردن فن کمک میکند. به همین دلیل این مدل فن کولینگ تاور بیشتر در مناطق مسکونی و اداری مورد استفاده قرار میگیرد. مشکل این مدل فن برج خنک کننده، مدل سازی و قالب گیری جداگانه برای تولید هر سایز می باشد و این هزینه قالب گیری جداگانه قیمت را افزایش می دهد.

فن آلومینیومی

فن آلومینیومی در کولینگ تاور های قدیمی بسیار استفاده شده است. تیغه های آلومینیومی فن برج خنک کننده در دو عرض 28 و 38 سانتیمتری تولید می شدند که در حال حاضر فقط با عرض 28 سانتیمتری موجود هستند. فن آلومینیومی برج خنک کننده از لحاظ مکانیکی استحکام بالایی داشته ولی قیمت آن نیز به همان نسبت گرانتر است.

از نظر ساختاری

فن در برج خنک کننده در دو حالت محوری و سانتریفیوژ وجود داشته که فن نوع سانتریفیوژ فقط در برج خنک کننده فلزی و با تعداد بسیار کمتر نسبت به فن محوری که کاملا پر مصرف است، مورد استفاده قرار می گیرد.

فن محوری

فن‌ های محوری رایج‌ ترین نوع فن در برج خنک کننده صنعتی هستند که هوا را در راستای محور چرخش جا به‌ جا می‌ کنند. به این معنا که هوا از ورودی فن وارد شده و بدون تغییر مسیر با همان جهت از خروجی فن خارج می شود. این فن‌ ها به دلیل مصرف انرژی پایین و توانایی جا به‌ جایی حجم بالای هوا، گزینه‌ ای ایده‌ آل برای اکثر کاربری ها محسوب می‌ شوند.

فن سانتریفیوژ

فن سانتریفیوژ معمولا در کولینگ تاور های گالوانیزه مورد استفاده قرار گرفته و جنس و ضخامت ورق در کیفیت آن بسیار موثر است. معمولا سایز آنها 22 اینچ بوده و در کولینگ تاور های مختلف تعداد آنها تفاوت می کند. نکته مهم در فن سانتریفیوژ کولینگ تاور مصرف بالای برق و راندمان پایین آن است. در فن سانتریفیوژ برخلاف فن برج خنک کننده محوری جریان ورودی و خروجی هوا زاویه 90 درجه دارند.

قیمت فن برج خنک کننده و عوامل موثر بر آن

قیمت فن مانند قیمت برج خنک کننده تابع یک سری عوامل تعیین کننده مانند قیمت و نوع رزین مصرفی، روش تولید فن و نوع پوشش قطعات فلزی آن مانند هاب و شفت ها می باشد. دقت در تولید و عملیات کنترل کیفی و بالانس دقیق نیز جزو دیگر عوامل موثر بر قیمت فن برج خنک کننده است. ما در اینجا به تاثیر تک تک این عوامل در قیمت فن خواهیم پرداخت:

جنس پره

جنس تیغه های فن برج خنک کننده معمولا از FRP یا آلومینیوم است. پره آلومینیومی با روش اکستروژن ساخته شده و تفاوت محسوسی در قیمت آن بین تامین کننده های مختلف وجود ندارد. اما در تولید تیغه های فن برج خنک کننده FRP می توان از رزین های مختلفی استفاده کرد و این موضوع تفاوت قیمتی زیادی را ایجاد می کند.

در حال حاضر برای تولید تیغه فن محوری برج خنک کننده از سه رزین پلی استر ارتوفتالیک، ایزوفتالیک و وینیل استر استفاده می شود که معمولا نوع ارتوفتالیک از مقاومت مکانیکی لازم برای کار در دور بالا و زمان طولانی به خصوص در کاربرد های صنعتی برخوردار نیست. رزین وینیل استر نیز تنها گزینه موجود برای تولید فن برج خنک کننده طرح هودن است.

پوشش قطعات فلزی

با توجه به محل نصب فن برج خنک کننده که در دهانه خروجی برج قرار میگیرد به صورت مداوم در معرض رطوبت 100 درصدی و هوای اشباع شده با آب گرم قرار دارد. در نتیجه خوردگی شیمیایی و پوسیدگی اولین پدیده در قطعات فلزی مانند هاب و دستک های  آن است. لذا باید با پوشش دهی قطعات فلزی از زنگ زدگی آنها جلوگیری کرد.

این پوشش دهی به دو روش صورت میگیرد. روش اول رنگ آمیزی صنعتی قطعات بوده که به مرور زمان از بین رفته و باعث خوردگی شدید میگردد. روش دوم پوشش گالوانیزه گرم است که با توجه به چسبندگی مناسب آن به قطعات طول عمر بالایی را برای قطعات فلزی فن برج خنک کننده ایجاد می کند.

نکات مهم در خرید فن

نکات مهم در خرید فن برج خنک کننده عبارتند از:

• رزین مصرفی در تولید فن کولینگ تاور FRP باید پلی استر ایزوفتالیک یا وینیل استر باشد
• قطعات فلزی فن برج خنک کننده باید دارای پوشش گالوانیزه گرم باشند. رنگ آمیزی جلوی خوردگی را نخواهد گرفت.
• فن برج خنک کننده باید به دقت بالانس شده باشد تا در حین کار دچار لرزش نگردد.
• برای تولید فن کولینگ تاور فایبر (TWIST) رزین مصرفی باید وینیل استر باشد.
• اگر موتور در زیر فن برج خنک کننده قرار میگیرد بالانس آن متفاوت خواهد بود
• در فن ایرکولر به دلیل دور بالای پروانه باید از رزین وینیل استر استفاده شود.
• فاصله لبه فن برج خنک کننده از دیواره داخلی فن استک باید بین 2 تا 4 درصد قطر فن باشد.
• فن برج خنک کننده باید از نظر ارتفاع در میانه فن استک قرار گیرد تا بهترین عملکرد را داشته باشد.

فن ایرکولر (Air Cooler Fan) چیست و چه کاربردی دارد؟

فن ایرکولر در واقع همان فن برج خنک کننده است که در سیستم‌ های خنک‌ کاری خشک (Air Cooled Heat Exchanger) یا اصطلاحاً ایرکولر مورد استفاده قرار می‌ گیرد. در این سیستم‌ ها برخلاف برج خنک کننده صنعتی که بر پایه تبخیر آب کار می‌ کند، فرآیند خنک‌ کاری از طریق عبور جریان هوا از روی کویل‌ ها انجام می‌ شود. در ایرکولر، سیال داخل کویل‌ جریان داشته و فن با ایجاد جریان هوای قوی، گرمای سیال را به محیط منتقل می‌ کند. به همین دلیل، کیفیت طراحی و انتخاب فن در این سیستم‌ ها اهمیت دو چندانی دارد، زیرا مستقیماً بر راندمان تبادل حرارت تأثیر می‌ گذارد.

انواع فن مناسب ایرکولر

فن‌ های مورد استفاده در ایرکولر معمولاً از نوع محوری هستند و بسته به شرایط کاری، از جنس‌ های مختلف انتخاب می‌ شوند:

• فن فایبرگلاس: راندمان بالا و مقاومت در برابر خوردگی
• فن آلومینیومی: مناسب شرایط صنعتی سنگین

نکات مهم در انتخاب فن ایرکولر

• قطر فن و دبی هوای مورد نیاز
• سرعت چرخش و توان الکتروموتور
• زاویه تیغه‌ ها و طراحی آیرودینامیکی
• شرایط محیطی (دما، گرد و غبار، خوردگی)

تنظیمات اولیه و راه اندازی

بعد از مرحله تولید قطعات تشکیل دهنده فن برج خنک کننده، نوبت به تنظیمات اولیه آن مانند بالانس و تنظیم زاویه پره ها می رسد:

بالانس استاتیکی و دینامیکی

بالانس بودن فن به معنای توزیع یکنواخت جرم در پره‌ ها بوده و عدم بالانس باعث ایجاد لرزش، صدا و آسیب به درایو شفت و سایر تجهیزات می‌ شود. معمولا با بالانس استاتیک پروانه دیگر نیازی به بالانس دینامیک آن نیست. بالانس استاتیک به این صورت انجام میشود که کل مجموعه مونتاژ شده پروانه کولینگ تاور را به صورت عمودی نصب کرده و شروع به اضافه کردن وزنه یا رزین به نوک پره ها می کنند تا پره های روبروی همدیگر به صورت متوازن قرار گیرند.

جهت چرخش فن

جهت چرخش پروانه برج خنک کننده را از نحوه قرار گیری لبه حمله آن می توان فهمید. به این معنا که تیغه پروانه برج خنک کننده همیشه باید طوری حرکت کند که لبه حمله آن هوا را شکافته و زاویه تیغه طوری باشد که پس از شکافتن هوا، جریان هوا را به سمت بالا هل بدهد. معمولا جهت چرخش پروانه کولینگ تاور با نگاه از بالا به آن، ساعت گرد است. اگر جهت چرخش پروانه برج خنک کننده اشتباه باشد، از قسمت لوور مکشی صورت نمی گیرد.

تنظیم زاویه پره (Blade Pitch)

زاویه تیغه‌ ها تعیین‌ کننده میزان هوای عبوری و فشار ایجاد شده توسط فن برج خنک کننده است. افزایش زاویه باعث افزایش دبی هوا و در عین حال افزایش بار روی الکتروموتور و گیربکس می گردد. فن محوری قابلیت تغییر زاویه پره را داشته و میتوان آن را برای حالات مختلف تنظیم کرد. ولی فن سانتریفیوژ در یک دور ثابت دبی هوای یکسانی را عبور داده و قابل تنظیم نیست.

تنظیم زاویه پره ها موقعی انجام می شود که هاب بر روی شفت مرکزی کاهش دور برج خنک کننده نصب شده و دو کفه هاب با پیچ های شل به هم بسته شده اند. در این حالت پیچ ها را تا حدی سفت کرده و پس از تنظیم زاویه فن با زاویه سنج (یا اندازه گیری ارتفاع لبه تیغه تا یک قسمت مشخص شاسی) پیچ ها را آچار کشی می کنیم.

اشتباهات رایج در نصب فن

افت فشار فن برج خنک کننده

در انتخاب و طراحی پروانه برج خنک کننده باید به افت فشار ناشی از موانع ایجاد شده در مسیر جریان هوا نیز توجه کرد. در این مسیر موانع زیادی وجود داشته که پکینگ و قطره گیر از مهم ترین آنها هستند:

افت فشار پکینگ

بیشترین سهم در افت فشار، متعلق به پکینگ برج خنک کننده است. میزان تخلخل پکینگ نقش موثری در ایجاد مانع در مسیر عبور هوا دارد. به طور مثال پکینگ لانه زنبوری به خصوص در گام های پایین (گام 12) سریعا دچار رسوب گرفتگی شده و جریان هوا از داخل پکینگ به سختی صورت گرفته و برای ایجاد این جریان، فن باید بر افت فشار زیادی غلبه کند.

برای کاستن از موانع موجود در مسیر جریان هوا، پکینگ نت اسپلش گزینه به مراتب بهتری است. از سوی دیگر به اشتباه در برخی موارد از پکینگ رندوم اسپلش استفاده میگردد که به دلیل خاصیت رسوب گیری شدید آن که برای کاربری در اسکرابر (گاز زدا) طراحی شده است، کاملا مسیر هوا را بسته و به فن فشار زیادی وارد می کند.

افت فشار در قطره گیر

افت فشار قطره گیر برج خنک کننده به مراتب کمتر از پکینگ است. ساختار باز قطره گیر تیغه ای آن را تبدیل به گزینه مناسب در مواقعی میکند که افت فشار برای طراح اهمیت دارد. این موضوع در سیستم های هواساز و یا اسکرابر اهمیتی دو چندان دارد.

فن استک برج خنک کننده

فن استک برج خنک کننده قطعه ای مدور از جنس FRP یا بتن در بالای برج خنک کننده است که به مانند استک یا دودکش عمل می کند و وظیفه هدایت جریان هوا و کاهش تلفات انرژی را بر عهده دارد. ارتفاع، قطر بالا و پایین فن استک بسته به قطر فن برج خنک کننده و نوع طراحی می تواند متفاوت باشد. تعداد قطعات فن استک بسته به سایز برج خنک کننده بین 4 تا 12 قطعه می باشد.

ابعاد فن استک

ابعاد فن استک برج خنک کننده و شکل هندسی آن کاملا به سایز فن برج خنک کننده و سایز کولینگ تاور بستگی دارد. به قسمت بالایی فن استک VR (velocity recovery) گفته می شود. فن استک برج خنک کننده در دو مدل با VR و بدون VR تولید می شود. در قسمت های بعدی هر دو مدل به همراه شکل و ابعاد قابل تولید شرح داده شده اند:

فن استک بدون VR

فن استک برج خنک کننده بدون VR دارای ابعاد زیر است:

• FSK 4500 – 2000 : D = 4500 mm  |  d1 = 5910 mm  |  H = 2000 mm  |  h1 = 840 mm
• FSK 6000 – 2000 : D = 6000 mm  |  d1 = 7410 mm  |  H = 2000 mm  |  h1 = 900 mm
• FSK 8000 – 2600 : D = 8000 mm  |  d1 = 9480 mm  |  H = 2600 mm  |  h1 = 1240 mm
• FSK 10467 – 2000 : D = 10467 mm  |  d1 = 11770 mm  |  H = 2000 mm  |  h1 = 1310 mm

فن استک با VR

فن استک برج خنک کننده با VR دارای ابعاد زیر است:

• FSV 1600 – 1000 : D = 1600 mm  |  d1 = 2000 mm  |  H = 1000 mm  |  h1 = 300 mm  |  h2 = 200
• FSV 2000 – 1200 : D = 2000 mm  |  d1 = 2400 mm  |  H = 1200 mm  |  h1 = 300 mm  |  h2 = 100
• FSV 2500 – 1500 : D = 2500 mm  |  d1 = 3000 mm  |  H = 1500 mm  |  h1 = 375 mm  |  h2 = 435
• FSV 4000 – 1800 : D = 4000 mm  |  d1 = 4800 mm  |  H = 1800 mm  |  h1 = 600 mm  |  h2 = 500
• FSV 4500 – 2000 : D = 4500 mm  |  d1 = 5000 mm  |  H = 2000 mm  |  h1 = 550 mm  |  h2 = 600
• FSV 5000 – 2000 : D = 5000 mm  |  d1 = 6590 mm  |  H = 2000 mm  |  h1 = 980 mm  |  h2 = 800
• FSV 6000 – 4000 : D = 6000 mm  |  d1 = 7410 mm  |  H = 4000 mm  |  h1 = 800 mm  |  h2 = 1100
• FSV 7100 – 2200 : D = 7100 mm  |  d1 = 7410 mm  |  H = 2200 mm  |  h1 = 665 mm  |  h2 = 1245
• FSV 10000 – 5500 : D = 10000 mm  |  d1 = 11185 mm  |  H = 5500 mm  |  h1 = 1235 mm  |  h2 = 1365

نکات مهم در تولید فن استک

برای تولید فن استک برج خنک کننده به خصوص در سایز های بزرگ باید موارد زیر رعایت شود:

• ایجاد ضخامت کافی برای هر قطعه به خصوص در ناحیه فلنج های اتصال
• استفاده از رزین با کیفیت و ژلکوت برای مقاومت در برابر تابش افتاب
• افزایش تعداد قطعات با افزایش قطر فن استک به دلیل ایجاد استحکام کافی
• قرار دادن ستون های عمودی برای جلوگیری از کمانش قطعات (Buckling)
• طراحی درست فلنج ها برای اتصال عمودی به همدیگر به منظور ایجاد مقاومت مکانیکی در ارتفاع بالا

جمع بندی