طراحی و تولید فن محوری با پروانه ترویدی آلومینیومی سه فاز ۱۰۰۰ دور و مقایسه عملکرد آن با فن های محوری متداول ده پره ۱۴۰۰ و ۱۶۰۰ میلی متری

طراحی و تولید فن محوری با پروانه ترویدی آلومینیومی سه فاز ۱۰۰۰ دور و مقایسه عملکرد آن با فن های محوری متداول ده پره ۱۴۰۰ و ۱۶۰۰ میلی متری

نویسندگان:
رضا اشکریان، اشکان گرامی

متن یادداشت علمی

فن های محوری صنعتی با قطر بالا، از پرکاربردترین تجهیزات انتقال هوا در صنایع مختلف از جمله صنایع نساجی، تهویه سالن های تولید، صنایع شیمیایی و فرآیندی به شمار می روند. در این کاربردها، معمولا نیاز به دبی هوای زیاد، فشار استاتیکی متوسط، نویز قابل کنترل و عملکرد پایدار در شرایط کاری پیوسته وجود دارد. فن های محوری متداول ده پره با قطرهای ۱۴۰۰ و ۱۶۰۰ میلی متر، علی رغم رواج گسترده، در عمل با محدودیت هایی مواجه هستند که عمدتا ناشی از هندسه ساده پره ها و وجود گردابه های شدید در ناحیه نوک پره است. این گردابه ها باعث افزایش تلفات آیرودینامیکی، افت راندمان، افزایش مصرف انرژی و تولید نویز صوتی می شوند.

در سال های اخیر، بهبود هندسه پره به عنوان یکی از موثرترین راهکارها برای ارتقای عملکرد فن های محوری مطرح شده است. یکی از این راهکارها، استفاده از پروانه با هندسه ترویدی است که در آن نوک پره به صورت پیوسته و خمیده طراحی می شود و مسیر جریان هوا را به صورت کنترل شده هدایت می کند. این ساختار، به طور مستقیم موجب کاهش گردابه های نوک پره (Tip Vortex) و بهبود یکنواختی جریان خروجی می گردد.

در این یادداشت علمی، فرآیند طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد یک فن محوری سه فاز با سرعت ۱۰۰۰ دور در دقیقه و پروانه ترویدی آلومینیومی ارائه شده و نتایج عملکردی آن با فن های محوری معمولی ده پره ۱۴۰۰ و ۱۶۰۰ میلی متری مورد مقایسه قرار گرفته است. طراحی این فن با استفاده از تجربیات عملی و راهنمایی های مشاور صنعتی، آقای اشکان گرامی انجام شده و مراحل ساخت، مونتاژ و تست عملکردی آن با بهره گیری از امکانات فنی و زیرساخت های تولید شرکت صنعتی سانتیگراد به انجام رسیده است. این همکاری صنعتی، نقش مهمی در دستیابی به کیفیت ساخت بالا و نتایج عملکردی قابل اعتماد داشته است.

در طراحی پروانه ترویدی، علاوه بر شکل دهی خاص نوک پره، توزیع زاویه حمله در راستای شعاع به گونه ای انتخاب شده است که جریان هوا در تمامی نواحی پره، نزدیک به شرایط بهینه آیرودینامیکی باقی بماند. همچنین استفاده از آلومینیوم آلیاژی در ساخت پروانه، باعث کاهش وزن کلی مجموعه، کاهش اینرسی دورانی و بهبود بالانس دینامیکی شده است. این موضوع به ویژه در فن های با قطر بالا و کارکرد مداوم، از نظر کاهش ارتعاش و افزایش عمر مفید بسیار حائز اهمیت است.

نتایج آزمون های عملکردی نشان می دهد که فن ترویدی طراحی شده، در دبی های برابر، فشار استاتیکی بالاتری نسبت به فن های محوری متداول تولید می کند. به طور متوسط، افزایش فشار استاتیکی در محدوده ۲۰ تا ۲۵ درصد مشاهده شده است که این موضوع امکان غلبه بهتر بر افت فشار شبکه کانال ها، فیلترها و تجهیزات جانبی را فراهم می سازد. همچنین بررسی منحنی های عملکرد نشان می دهد که فن ترویدی در شرایط خارج از نقطه طراحی (Off-design)، پایداری بیشتری داشته و افت عملکرد آن نسبت به فن های معمولی کمتر است.

از نظر راندمان کل، فن ترویدی آلومینیومی به راندمانی در حدود ۷۰ تا ۷۶ درصد دست یافته است، در حالی که بیشینه راندمان فن های ده پره معمولی مورد بررسی در محدوده ۶۰ تا ۶۳ درصد قرار داشته است. این افزایش راندمان به طور مستقیم به کاهش توان مصرفی موتور در دبی های کاری منجر شده و در بهره برداری صنعتی پیوسته، کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی الکتریکی ایجاد می کند. چنین صرفه جویی انرژی، به ویژه در سیستم هایی که فن به صورت ۲۴ ساعته کار می کند، از نظر اقتصادی بسیار حائز اهمیت است.

یکی دیگر از مزایای مهم فن ترویدی، کاهش محسوس نویز آیرودینامیکی است. اندازه گیری های انجام شده نشان می دهد که سطح نویز صوتی فن ترویدی در مقایسه با فن های محوری معمولی، به طور متوسط ۳ تا ۶ دسی بل کمتر است. این کاهش نویز ناشی از کاهش آشفتگی جریان و حذف گردابه های شدید در ناحیه نوک پره بوده و منجر به بهبود شرایط صوتی محیط های صنعتی و افزایش آسایش شغلی کارکنان می شود.

ترکیب تمامی این عوامل، شامل هندسه ترویدی پروانه، آلومینیومی بودن ساختار، بالانس بهتر و استفاده از موتور سه فاز ۱۰۰۰ دور، باعث شده است که فن طراحی شده عملکردی پایدار، قابل اطمینان و بهینه در شرایط کاری صنعتی داشته باشد. نتایج این یادداشت علمی نشان می دهد که استفاده از پروانه ترویدی می تواند به عنوان راهکاری عملی و موثر برای ارتقای عملکرد فن های محوری صنعتی و جایگزینی فن های متداول در بسیاری از کاربردها مورد توجه قرار گیرد.

در مجموع، می توان بیان کرد که فن محوری با پروانه ترویدی آلومینیومی معرفی شده در این یادداشت، ضمن افزایش دبی و فشار استاتیکی، کاهش مصرف انرژی و کاهش نویز صوتی، گامی موثر در جهت توسعه فن های صنعتی با راندمان بالاتر و سازگارتر با نیازهای روز صنایع کشور محسوب می شود.

مراجع

1. Bleier, F.P., Fan Handbook: Selection, Application, and Design, McGraw-Hill, 1998.
2. Blevins, R.D., Applied Fluid Dynamics Handbook, Krieger Publishing, 2003.
3. حبیبی، م. و همکاران، «بررسی تجربی عملکرد فن های محوری صنعتی و روش های کاهش نویز»، نشریه مهندسی مکانیک ایران، ۱۳۹۶.