فن سانتریفیوژ چیست؟
فن سانتریفیوژ، یک دستگاه مکانیکی است که برای جابجایی و انتقال هوا از یک محیط به محیط دیگر استفاده میشود. این فنها از نوع پروانههای سانتریفیوژ هستند که هوا را با ایجاد فشار مکش یا دمش بالا، از یک محیط به محیط دیگر منتقل میکنند. انواع مختلفی از فن سانتریفیوژ وجود دارند که شامل حلزونی، سقفی، دیواری، قارچی، کانالی، پشت بامی و محوری هستند.
در واقع، فن سانتریفیوژ نوعی پروانه اگزاست که با توانایی پرتاب زیاد هوا، از طریق گردش آن، فشار بالا در جریان هوا ایجاد میکند. این فنها به طور گسترده در سیستمهای کانالکشی استفاده میشوند و برای جابجایی هوا در فواصل بزرگ بسیار مؤثر هستند.
مکانیزم فن های سانتریفیوژ
مکانیزم کاری فن سانتریفیوژ به این صورت است که ابتدا هوای ورودی از طریق ورودی دستگاه وارد میشود. این هوا سپس به صورت موازی با محور گردش پروانه وارد هواکش گریز از مرکز میشود. هنگامی که هوا به دور پروانه حرکت میکند، به دلیل نیروی گریز از مرکز، انرژی جنبشی به آن اضافه میشود و همچنین فشار استاتیکی آن افزایش مییابد.
سپس، هوایی که به دور پروانه حرکت میکند، به سمت اطراف پروانه و نوکها و بالکها میرود. در اینجا، هوا با سرعت بالا وارد شده از دور پروانه با هوایی که جریان از اطراف پروانه به سمت مرکز دارد مخلوط میشود. این اندکی ترکیب، باعث افزایش شدت جریان هوا میشود.
در نهایت، هوا از فن خارج شده و به محیط مورد نظر منتقل میشود. این فرایند، که به واسطه چرخش پروانه و انتقال انرژی جنبشی انجام میشود، باعث میشود که هوا توانایی حرکت در برابر مقاومتهای مختلفی که از جمله کانالها، دمپرها و سایر اجزا ایجاد میشوند، را داشته باشد.
به طور کلی، فن سانتریفیوژ با استفاده از انرژی حاصل از حرکت پروانه، هوا را از یک مکان به مکان دیگر منتقل میکند و در عین حال، توانایی مقابله با مقاومتهای مختلف را داراست.
اجزا اصلی فن سانتریفیوژ
- پروانه یا پره هوادهی (Impeller): این بخش از فن سانتریفیوژ با گردش، هوا را انتقال میدهد. پروانهها یا پرهها معمولاً به شکلی طراحی شدهاند که با گردش، هوا را به خارج از فن هدایت میکنند.
- حلزونی یا داکت مارپیچ (Spiral Casing or Scroll): این بخش از فن سانتریفیوژ برای قرارگیری پروانه یا پرهها طراحی شده است. حلزونی با ایجاد یک مسیر مارپیچی، هوا را به پروانه هدایت میکند.
- مقطع ورودی هوا (Inlet Duct): این بخش وظیفه مکش هوای ورودی به داخل حلزونی یا داکت مارپیچ را بر عهده دارد. هوا از این طریق وارد فن میشود.
- اوریفیس یا مقطع خروجی (Outlet Orifice): این بخش جهت اتصال به کانال خروجی هوا تعبیه شده است و به خروجی هوا از فن متصل میشود.
- الکتروموتور یا دینام (Electric Motor): وظیفه تامین گشتاور و انرژی مکانیکی لازم برای چرخش پروانه را بر عهده دارد.
- سیستم انتقال قدرت (Power Transmission System): این بخش نیروی گشتاور خروجی الکتروموتور را به پروانه انتقال میدهد.
- شاسی و فریم نگهدارنده (Chassis and Frame): این بخش از فن سانتریفیوژ شامل ناودانیها، نبشیها و ورقههای گالوانیزه است و بدنه دستگاه را تشکیل میدهد.
- لرزه گیر مکانیکی و لاستیکی (Mechanical and Rubber Dampers): وظیفه کاهش و دفع لرزش ناشی از چرخش فن و ضربات موتور را بر عهده دارد.
- یاتاقانها و کوپلینگها (Bearings and Couplings): این قطعات بر روی شافت پروانه نصب و جابجایی این شافت را تحت دو محور معین ثابت میکنند.
- تسمه (Belt): در سیستمهای انتقال قدرت فنهای سانترفیوژ، تسمه بکار میرود و نقل قدرت را انجام میدهد.
طریقه محاسبه ظرفیت فن مناسب
یکی از اصلیترین متغیرهایی که در طراحی پروانههای فنهای تهویه مطبوع در سیستمهای هوادهی یا هوارسانی باید مد نظر قرار گیرد، میزان هوادهی است. هوادهی یا “air flow” به معنای حجم هوایی است که در یک زمان مشخص توسط فن سانتریفیوژ جابجا میشود. ظرفیت یک فن سانتریفیوژ با واحدهایی مانند فوت مکعب بر دقیقه (CFM) یا متر مکعب بر ساعت (m3/h) اندازهگیری میشود. فنهای سانتریفیوژ بسته به نوع کاربری میتوانند ظرفیتهای مختلفی داشته باشند، که معمولاً در محدودهای از 1500 تا 100000 فوت مکعب بر دقیقه قرار دارند.
برای محاسبه هوادهی انواع پروانههای سانتریفیوژ، معمولاً از معادلات مختلف استفاده میشود، اما بهترین روش برای ارزیابی هوادهی، مشاهده کاتالوگ شرکتهای سازنده است. در این کاتالوگها، مشخصاتی از فنهای سانتریفیوژ ارائه میشود که شامل ظرفیت هوادهی، ابعاد، توان موتور، دور موتور و اندازه پروانه میشود.
برای محاسبه ظرفیت فن از روش دیگری هم می توان استفاده کرد:
این روش بر مبنای سرعت هوای خروجی از فن و مساحت مقطع معابر هوایی است. فرمول زیر برای محاسبه میزان هوادهی استفاده میشود:
𝑄=𝐴×𝑉Q=A×V
که در اینجا:
- 𝑄Q نشاندهنده هوادهی (به واحد فوت مکعب بر دقیقه یا متر مکعب بر ساعت)
- 𝐴A مساحت مقطع معابر هوایی (به واحد فوت مربع یا متر مربع)
- 𝑉V سرعت هوا (به واحد فوت بر ثانیه یا متر بر ثانیه)
یا می توانیم از جداول ASHARE استفاده کنیم(ASHRAE یک انجمن حرفهای است که در زمینه استانداردهای مربوط به تهویه، تهویه مطبوع، و سیستمهای تبرید و گرمایش فعالیت میکند. این انجمن معمولاً جداول و دستورالعملهایی را ارائه میدهد که مهندسان و طراحان سیستمهای HVAC (تهویه، تهویه مطبوع و تبرید) برای طراحی و انتخاب تجهیزات مورد استفاده خود، مثل سیستمهای تهویه مطبوع، نیاز دارند.
به عنوان مثال، جدولهای ASHRAE ممکن است شامل اطلاعاتی مانند مصرف انرژی تجهیزات مختلف، توان مورد نیاز، ظرفیت هوادهی، و غیره باشد. این اطلاعات برای مهندسان HVAC در فرآیند طراحی و انتخاب تجهیزات بسیار ارزشمند است.)
انواع مختلف سانتریفیوژ:
- فن سانتریفیوژ بکوارد (Backward Curved Centrifugal Fan): برای استقرار هوا در سیستمهای تهویه مطبوع و انتقال هوا در مکانهایی که نیاز به فشار و جریان هوای قوی دارند مورد استفاده قرار میگیرد، مانند کارخانهها، ساختمانهای بزرگ و …
- فن سانتریفیوژ فوروارد (Forward Curved Centrifugal Fan): برای استقرار هوا در سیستمهای دمنده و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار میگیرد، به عنوان مثال در سیستمهای خنککننده، سیستمهای تهویه و …
- فن سانتریفیوژ رادیال (Radial Centrifugal Fan): معمولاً برای کاربردهایی که نیاز به جابجایی هوای قوی در محیطهای کثیف و خطرناک دارند استفاده میشود، مانند صنایع شیمیایی، فولادی، معادن و …
- فن سانتریفیوژ ایرفویل (Airfoil Centrifugal Fan): برای استقرار هوا در سیستمها و صنایعی که نیاز به راندمان بالا و کاهش نویز دارند استفاده میشود، مانند سیستمهای تهویه مطبوع در ادارات، ساختمانهای بزرگ، سالنهای همایش و …
کاربرد سانتریفیوژ ها:
فنهای سانتریفیوژ در صنایع مختلف و کاربردهای متعددی استفاده میشوند. این فنها برای جابجایی هوا، تهویه، خنک کردن، دفع گازهای آلوده، ایجاد فشار، و دیگر فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. به طور کلی، کاربردهای اصلی آنها عبارتند از:
- تهویهی مکانیکی: فنهای سانتریفیوژ برای تهویه فضاهای داخلی ساختمانها، اتاقها، سالنهای بزرگ، و فضاهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.
- سیستمهای خنککننده: در صنایع مختلف از جمله صنایع خودروسازی، صنایع فولاد، و صنایع شیمیایی برای خنککردن محیط یا دستگاههای مختلف استفاده میشوند.
- جابجایی گازهای آلوده: در کارخانجات، کارگاهها، و صنایع شیمیایی برای دفع گازهای آلوده از محیط استفاده میشوند.
- سیستمهای مکشی و مکنده: در صنایع مختلفی که نیاز به جابجایی مواد، گازها، و سایر مواد است، از فنهای سانتریفیوژ برای مکش و مکنش استفاده میشود.
- تولید فشار: در سیستمهایی که نیاز به ایجاد فشار دارند، مانند سیستمهای گرمایشی، تهویهی مرکزی، و سیستمهای تهویهی صنعتی.
- کارگاه های رنگ کاری : در این کارگاهها، هوا معمولاً با ذرات رنگ و مواد شیمیایی دیگر آلوده است. فنهای سانتریفیوژ وظیفه جابجایی و دفع این هوای آلوده را بر عهده دارند، باعث تهویه و پاکسازی هوا در کارگاه میشوند تا محیط کاری بهینه و سالمی فراهم شود