انواع فن
فن ها در تهويه و تبرید
انواع فن مهمترين وسيله در مدار تهويه و تبرید است و به كمك آن هوا درقسمت هاي مختلف شبكه به جريان مي افتد. براي تهويه و هوا رساني در چاه ها و تونل هاي شبكه معدن و تونل هاي عمراني در مراحل حفاري از فن استفاده مي شود. در حالت كلي فن از يك چرخ پره دار تشكيل شده است كه به وسيله موتور الكتريكي يا ديزلي، يا در مواردي با استفاده از سيستم هواي فشرده دوران مي کند و هوا را به جريان مي اندازد.
فن ممكن است به حالت مكشي يا دهشي كاركند. در حالت مكشي، فن در دهانه چاه يا تونل خروج هوا، نصب مي شود و هوا را از داخل معدن به بيرون مي مكد. در طريقه دهشي، فن در دهانه چاه يا تونل ورود هوا نصب مي شود و هوا را با فشار به داخل معدن يا تونل مي راند. و از يك وسيله حركت دهنده هوا (يك پره دوار كه به وسيله موتور حركت مي كند)استفاده مي كند. اين ابزار معمولا فن هاي كوچك و دمنده ها هستند كه براي اهداف تهويه استفاده مي شود.
به طور كلي اين فن ها و دمنده ها كمتر از 8 اینچ ( 20 cm ) قطر دارند. فن ها وسایلي هستند كه به وسيله عمل آیروديناميك خود به طور مداوم هوا را به جلو و يا عقب مي رانند. به طور كلي فن ها دو كار عمده و اساسي انجام مي دهند. اولين كار آنها تامين فشار استاتيك مورد نياز و دومين وظيفه شان حركت دادن هوا از نظر فيزيكي است.انواع فن ها Fans فن ها وسايل اصلي و عمده به حركت درآورنده هوا بوده و در كاربردهاي صنعتي به كار مي روند.
1-محوري Axial Fans
2-گريز از مركز Centrifugal Fan
3-انواع مخصوص Special Type Fans
4- فن محوري Axial Fans
فن محوري داراي تيغه هاي جلوبرنده مي باشد و انواع آن شامل:
فن هاي ملخي propeller Fans
این نوع از فن ها برای به حرکت درآوردن مقادیر زیاد هوا در موقعی که فشار استات کی خیلی کم باشد به کار می روند و در تهویه عمومی و رقتی از آن ها استفاده می شود. تیغه های آن ها ممکن است به دو صورت دیسکی ی ا بارکی باشد. هنگامی که کانال وجود ندارد از تیغه دیسکی استفاده می شود. برای حرکت هوا در فشار استات کی کم (کمتر از یک اینچ)، نوع تیغه باریکی به کار می رود. در عمل این نوع فن نسبت به فشار حساس است و افزایش کمی در مقاومت، باعث کاهش عمده در گذر حجمی هوا می شود.
4-2 فن هاي لوله محوري (درون كانالي) Tubeaial Fans
فن های لوله محوری دارای تیغه های بار کی ملخی و محفظه استوانه ای کوتاه بوده و معمولا فاقد پره های هدایت هوا می باشند. این فن ها هوا را در فشار کم (کمتراز دو اینچ آب ) به حرکت در می آورند.
4-3 فن هاي پره محوري( با لوله هدايت كننده هوا) Vaneaxial Fans
این فن ها دارای پره های ملخی با لوله های هدایت هوا در قبل و بعد از آن می باشند. فن در محفظه استوانه ای قرار دارد که ممکن است جریان هوا را به سمت خروجی ملخ هدایت و مستقیم نماید. در مقایسه با سایر فن های محوری، فن های پره محوری موثرتر بوده و تولید فشار زیادتر (تا 8 اینچ آب ) می نماید فن های پره محوری را باید فقط در هوای تمیز استفاده کرد. در مرحله حفاري، در جبهه كار پيشروي تونل آلودگي هاي مختلفي از جمله گازهاي حاصل از آتشباري و گرد و غبار وجود دارد. بنابراين براي اين كه بتوان پيشروي تونل را ادامه داد، بايد جبهه كار را تهويه كرد.
در حالت كلي تهويه تونل ها در مرحله حفاري تحت عنوان تهويه فرعي انجام مي گيرد. بدين منظور در دهانه تونل، فني نصب مي شود و به كمك لوله اي كه از دهانه تونل تا جبهه كار ادامه دارد، هوا را به داخل تونل مي فرستند و يا هواي آلوده را از طريق آن بيرون مي كشند. فن هايي را كه براي تهويه جبهه كار تونل ها به كار مي برند، از نقطه نظر نيروي محركه به دو دسته فن هاي با موتور هواي فشرده و فن هاي با موتور برقي تقسيم مي كنند. هر يك از اين دو دسته خود ممكن است از نوع محوري يا شعاعي باشند.
فن جريان شعاعي( يا گريز از مركز )Radial Flow Fan
فن جریان شعاعی از يك چرخ دنده كه پره هاي متعددي به آن متصل است، تشكيل مي شود. اين چرخ توسط محوري كه از موتور انرژي مي گيرد، دَوَران مي كند. در اين فن ها هوا از طريق مجراي مركزي وارد چرخ مي شود و سپس 90 درجه تغيير مسير مي دهد و توسط چرخ به گردش در مي آيد. هوا پس از گردش وارد محفظه ضربه گير شده و آن گاه وارد مجراي حلزوني اطراف چرخ مي شود و سپس وارد مجراي واگرا كه مقطع آن به تدريج اضافه مي گردد؛ شده و در نهايت از طريق انتهاي اين مجرا وارد اتمسفر می شود. از آن جا كه امتداد ورود و خروج هوا در اين فن ها بر هم عمود است. لذا اين امر خود موجب افت قابل توجهي مي شود.
بنابراين راندمان اين فن ها در مقايسه با انواع محوري كمتر و بين 45 تا 85 درصد متغير است. فن هاي شعاعي را مي توان به سهولت توسط پره هاي آن تشخيص داد. پره ها ممكن است به حالت شعاعي مستقيم، خميده به عقب و يا خميده به جلو تعبيه شده باشند.
فن هاي شعاعي مستقيم، قديمي ترين و ساده ترين انواع فن ها هستند و در آن ها به طور ساده، تعدادي پره مستقيم بر روي چرخ نصب شده است. راندمان اين فن ها كم است و لذا براي استفاده در تونل ها مناسب نيستند. در فن هاي با پره هاي خميده به سمت جلو، سرعت هوا به هنگام ترك پره ها از انواع ديگر فن بيشتر است و بنابراين هواي بيشتري را به جريان مي اندازد اما افت انرژي به هنگام تبديل سرعت به فشار، زياد و راندمان آن كم است.
مناسب ترین فن برای تونل ها
راندمان فن با پره هاي خميده به سمت عقب نسبت به انواع ديگر بيشتر است، زيرا به علت خميده بودن پره ها، هوا به آرامي پره ها را ترك مي كند و در مجراي حلزوني به جريان مي افتد و بنابراين افت تبديل انرژي، مينيمم است. به علت امتيازات فن با پره هاي خميده به سمت عقب نسبت به سایر موارد، استفاده از این نوع فن براي تهويه تونل ها، متداول تر از انواع ديگر فن است. اين فن ها به دليل راندمان بالا، به فضاي كمتري نياز دارند و در عين حال نيروي محركه مورد نياز آنها كمتر است. واضح است كه اين دو مشخصه، در تهويه تونل ها امتياز بزرگي محسوب مي شوند.
فن جريان محوري Axial Flow Fan
در باد بزن هاي جريان محوري هوا از طريق مجرايي كه در امتداد دستگاه قرار دارد، وارد شده و به چرخ دواري مي رسد. در اين قسمت هوا دَوَران مي كند و آن گاه از پره هاي هادي عبور كرده و وارد مجرايي مي شود (كه در آن زمان سطح مقطع آن زياد مي شود). حركت هوا در اين قسمت به موازات محور فن است و به همين طريق نيز خارج مي گردد. قسمت جلوي دستگاه به طريقي ساخته شده است كه حداقل مقاومت را در برابر عبور هوا داشته باشد.
فن هاي محوري را به دو نوع زیر تقسیم می کنند:
◄ لوله اي
◄ پره اي
تفاوت فن های نوع لوله اي با پره اي در آن است كه در آن علاوه بر پره هاي گردان، تعدادي پره يا صفحه راهنما در يك طرف يا دو طرف روتور نصب شده است. وجود اين پره هاي اضافي سبب تصحيح مسير حركت هوا و در نتيجه افزايش فشار و راندمان فن مي شو د. فن هاي محوري با توجه به شكل آن و تعداد پره ها، به سهولت از انواع ديگر تميز داده مي شوند. فن هاي محوري را در يك يا دو طبقه مي سازند. در فن دو طبقه دو چرخ گردنده وجود دارد و بدين ترتيب، هواي خروجي از چرخ اول وارد چرخ دوم شده و فشار آن افزايش مي يابد.
در شكل هاي زیر دو نمونه از فن هاي جريان محوري نشان داده شده است.
قسمت ها و مشخصات اصلي
پره ها
در پاره اي موارد، پره ها از ورق فلزي و با ضخامت ثابت ساخته مي شوند. ولي غالبا آن ها را به طريقي مي سازند كه ضخامت آن در محل اتصال به بدنه زياد تر است و به تدريج كم مي شود. در انواع قديمي، اتصال پره ها به بدنه به صورت ثابت صورت مي گرفت، ولي امروزه، براي اين كه بتوان مشخصات فن را تغيير داد، پره ها را به صورت متحرك نصب مي كنند، به طوري كه مي توان در مواقع لزوم زاويه آن ها را تغيير داد.
ميزان هواي توليد شده و نيز تا حدودي فشار آن، تابع زاويه پره هاي چرخ است. طول پره تابع قطر چرخ و بدنه فن است. تعداد پره ها نيز در انواع مختلف از 2 تا 24 عدد در تغيير است و معمولا تعداد آنها 6 تا 18 عدد مي باشد. فشار حاصله با تعداد پره ها متناسب است. اما اگر تعداد آنها از حد معيني كه در انواع مختلف فن متفاوت است، بيشتر شود.
تعداد طبقات
در پاره اي موارد براي توليد هواي با فشار بيشتر، فن محوري داراي چند چرخ مختلف است كه به حالت سري نسبت به هم قرار گرفته اند. غالبا فن هاي معدني دو طبقه اند.
طراحی سیستم تهویه تونل ها در مرحله حفاری به طور کلی مراحل طراحی سیستم تهویه تونل ها در مرحله حفاری را می توان به شرح ذیل رده بندی کرد:
- انتخاب روش تهویه
- محاسبه مقدار هوای لازم
- محاسبه نشت هوا
- محاسبه افت فشار در طول لوله
- انتخاب فن یا فن ها
1-1 انتخاب روش تهویه
با توجه به سیستمی که برای حفر تونل ها در نظر گرفته شده و با توجه به مزایا و معایب روش های مختلف و همچنین امکانات موجود می توان روش مناسب را انتخاب کرد.
1-2 مقدار هوای لازم
شدت جریان هوای لازم برای تهویه جبهه کار تونل بر اساس موارد ذیل به صورت جداگانه محاسبه می شود:
– حداکثر تعداد نفرات
– هوای لازم برای برطرف کردن آلودگی های حاصل از ماشین آلاتی که در تونل کار می کنند.
– هوای لازم برای رقیق کردن گازهای حاصل از آتشباری
– هوای لازم برای برطرف کردن گرد و غبار
– هوای لازم بر اساس حداقل سرعت هوا
– هوای لازم برای رقیق کردن گاز زغال و گرد زغال در تونل های معدنی
1-3 نشت هوا
لوله تهویه معمولا از ورق های فلزی و یا قطعات پارچه ساخته می شود و هرچقدر هم که در ساخت این α لوله ها دقت شود، مقداری از هوا از میان درزهای لوله به خارج نشت خواهد کرد. محل اتصال قطعات مختلف لوله تهویه نیز از جمله نقاط ضعف آن است و مقدار قابل توجهی هوا را به هدر می زدهد. نشت هوا در لوله های تهویه، بسته به نوع اتصالات، از حالت کاملا مخدوش ) توان 2( تا کاملا آرام ) توان 1( متغ ییر است. در حالت کلی می توان گفت که میزان نشت هوا به عواملی نظیر نوع اتصالات، قطر و یا به عبارت دیگر محیط لوله، طول هر کی از قطعات لوله و اختلاف فشار بین داخل و خارج لوله بستگی دارد.
1-4 افت در لوله های تهویه
پس از انتخاب نوع لوله تهویه و تعیین شدت جریان هوایی که باید از آن عبور کند، افت فشار بین دو سر آن می بایستی محاسبه شود تا با کمک آن فن مناسب انتخاب شود. افت کلی از مجموع افت اصطکاک و افت در نقاط اتصال تشکیل می شود که در هر مورد بایستی آن ها را جداگانه محاسبه کرد. افت فشار در لوله های تهویه را می توان به کمک ضریب اصطکاک α، مقاومت لوله و نمودارهای مربوطه به دست آورد.
1-5 انتخاب فن
پس از تعیین شدت جریان و فشاری که باید به وسیله فن تامین شود، با توجه به ضرایب اطمینان لازم، آن ها را تعدیل می کنند. اگر Q و P مقادیر نهایی شدت جریان هوا و فشار باشد، با مراجعه به منحنی مشخصه فن های مختلف، فنی انتخاب می شود که نقطه با مختصات P و Q در منحنی مشخصه آن واقع باشد.امروزه کارخانه های سازنده فن، نمودارهایی را تهیه کرده اند که به کمک آن ها، به آسانی می توان فن مناسب را انتخاب کرد. در این نمودارها، با نقل مختصات P و Q مورد نظر، مدل و نوع مناسب انتخاب می شود.نسبت قطر بدنه به چرخ اين نسبت از جمله مشخصات مهم فن هاي محوري است و نقش اساسي را در فشار حاصله به عهده دارد. نسبت مزبور معمولا 8 است.
لقي
فاصله بين انتهاي پره و ديواره فن را لقي مي گويند. در فن هايي كه فشار بالايي توليد مي كنند، لقي حتي المقدور كم و براي جلوگيري از نشت هوا، معمولا حدود 1% چرخ است.
ديواره
ديواره فن به گونه اي ساخته مي شود كه فضاي داخلي آن در جلو و پشت پره ها حالت واگرا داشته باشد و طراحي مناسب آن سبب كاهش افت مي گردد.
تاسيسات فن
تاسيسات فن خود شامل باد بزن، راهروي مخصوص تهويه، مجراي واگرا و قسمت محركه آن است. مهمترين مسئله در مورد تاسيسات فن آن است كه اين تاسيسات به گونه اي طراحي شوند كه حداقل مقاومت را در برابر عبور هوا داشته باشند. به طور كلي دستيابي به اين مقصود چندان ساده نيست، زيرا راهروي مخصوص فن، معمولا باريك وداراي پيچ و خم است و نيز چاه يا تونل اصلي را با زاويه نسبتا تندي قطع مي كند. در بعضي موارد، راهروي مخصوص تهويه بلافاصله پس از چرخ فن، انحناي تندي دارد كه اين امر نيز منجر به ازدياد افت فشار هوا مي شود.
مجراي واگرا
سرعت هوا هنگام خروج از فن غالبا زياد است و در بعضي موارد به حدود 30 متر در ثانيه مي رسد. لذا ميزان انرژي تلف شده از اين بابت زياد است و تمامي آن به صورت انرژي جنبشي به اتمسفر وارد مي شود. هر قدر سرعت هواي خروجي زيادتر باشد، افت انرژي از اين بابت زيادتر است و در بعضي موارد به حدود 35 تا 40 درصد توان كلي فن مي رسد. براي افزايش توان مفيد فن و به جريان افتادن حجم زيادتري از هوا، بايستي سرعت هواي خروجي فن را به طريقي كاهش داد و اين امر توسط مجرايي به نام مجرای واگرا كه مقطع آن به تدريج گشاد شده ، انجام مي گيرد. مجراهاي واگرا معمولا به شكل هرم ناقص و گاهي به شكل مخروط ناقص اند.
موتور
امروزه از موتور الكتريكي به عنوان نيروي محركه فن استفاده مي كنند و به ندرت در مواردي كه انرژي الكتريكي در دسترس نباشد، موتور ديزل را به كار مي برند.
