هواکش سانتریفیوژ ، هواکش سانتریفیوژ فوروارد  و فن سانتریفیوژ بکوارد

هواکش سانتریفیوژی را باید ابزاری مکانیکی نامید که به منظور به گردش در آوردن هوا و یا گاز ها به جهتی با زاویه ای خاص تا بتوان از طریق این جهت هوای راکد را به حرکت در آورده و از محیط خارج ساخته تا به این ترتیب هوای جدید جایگزین آن گردد.

هواکش سانتریفیوژ اغلب دارای کانال های مخصوصی می باشند تا هوای خروجی را از طریق این کانال ها تخلیه نموده و بوسیله فنی که در آن ها تعبیه شده است، هوای جدید را جایگزین آن نمایند. این روند می تواند از طریق به کار گیری یک ملخ متحرک تسریع گردیده و فرایند تخلیه و جایگزینی هوای مرده تسریع گردد.

کاربرد هواکش سانتریفیوژ

هواکش گریز از مرکز و یا هواکش سانتریفیوژ یکی از رایج ترین نوع هواکش صنعتی می باشد که در مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. وظیفه هواکش ها جابجایی هوا یا دیگر گاز ها می باشد. در حالت کلی این عمل با افزایش سرعت و حجم جریان هوا از طریق پروانه های چرخشی صورت می گیرد. البته باید توجه داشت که پروانه ها وسیله هایی حجم ثابت می باشند یعنی هوا را که معمولا از لوله یا کانالی وارد آن می شود، با سرعتی ثابت جابجا می کنند و نمی توان گفت که دبی جرمی جریان هوا ثابت می باشد.

هواکش های سانتریفیوژ از پرکاربردترین انواع هواکش ها در صنعت تهویه مطبوع می باشند که از دیگر نوع هواکش ها (یعنی هواکش های محوری) ارزان تر بوده و ساختاری به مراتب ساده تر دارند. از این هواکش ها برای جابجایی گازها در ساختمان ها و خودروها استفاده می شود و در صنایع نیز دارای کاربردهای بسیاری از جمله کنترل آلودگی هوا می باشند.

 شکل 1: هواکش سانتریفیوژ

اجزای هواکش سانتریفیوژ

اجزای اصلی هواکش سانتریفیوژ

•هوزینگ (حلزونی) هواکش

•موتور تولید قدرت (نیرو محرکه)

•پروانه (ایمپلر)

که با توجه به اندازه هوزینگ، شکل پروانه ها و جنس ساخت هر کدام از این عضوهای اصلی و جهت چرخش جریان گاز انواع مختلفی هواکش سانتریفیوژ موجود می باشد. نیرو محرکه در هواکش ها معمولا از الکتروموتور تامین می شود که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل می کند. اما از انواع دیگر موتورها نیز می توان جهت ایجاد جریان چرخشی در پروانه هواکش استفاده نمود. پروانه یا ایمپلر این هواکش ها به صورت یک حلزونی می باشد که تیغه هایی روی این حلزونی سوار شده است.

اجزای فرعی هواکش سانتریفیوژ :

•کانال ورودی و خروجی گاز به هواکش

•محور انتقال قدرت از موتور به پروانه

•یاتاقان ها (بیرینگ)

•کوپلینگ ها

نحوه کارکرد هواکش های سانتریفیوژ

کارکرد هواکش های سانتریفیوژ بدین شکل می باشد که پروانه های فن با چرخش خود انرژی جنبشی هوای موجود در لبه تیغه های پروانه را افزایش داده و باعث پرتاب ذرات هوا به سمت بیرون هواکش می شوند. فشار هوای پرتاب شده پس از ورود به کانال خروجی هواکش به دلیل مقاومت ایجاد شده توسط بدنه هواکش و کانال خروجی افزایش می یابد.

اما این عمل افزایش انرژی جنبشی و پرتاب ذرات هوا در لبه پروانه باعث کاهش فشار در آن منطقه (یعنی لبه پروانه) و ایجاد نوعی خلأ یا وکیوم در آن قسمت هواکش می شود که اختلاف فشار آن منطقه با قسمت محوری پروانه، هوا را از قسمت محور پروانه به سمت لبه های آن می کشاند و باز انرژی جنبشی و سرعت ذرات هوا افزایش می یابد و پرتاب این ذرات به بیرون هواکش صورت می گیرد. 

این عمل بدین شکل دائما تکرار می شود و باعث ایجاد جریان هوا در کانال ورودی و هواکش می شود. ضمنا قابل ذکر است که در هواکش های سانتریفیوژ ورود جریان هوا به کانال ورودی هواکش هم محور با پروانه هواکش می باشد. یعنی جریان هوا یک چرخش نود درجه ای در داخل هواکش سانتریفیوژ خواهد داشت.

سیستم انتقال قدرت در هواکش سانتریفیوژ :

1.انتقال مستقیم:

در این نوع سیستم، موتور به صورت مستقیم از طریق میله انتقال قدرت به پروانه متصل می باشد. در این سیستم موتور و پروانه هواکش هم محور می باشند. بدین طریق سرعت چرخشی پروانه با سرعت چرخشی موتور هواکش یکی می باشد.

2.انتقال از طریق تسمه:

در این نوع از هواکش ها به جای میله انتقال قدرت، یک تسمه وظیفه انتقال حرکت چرخشی از موتور هواکش به پروانه ها را دارد. در این نوع بر خلاف نوع انتقال مستقیم که تغییر سرعت چرخش پروانه ها با تغییر سرعت موتور هواکش امکان پذیر می باشد. سرعت چرخش پروانه ها به نسبت قطر شانه ای موتور به قطر شانه ای پروانه که تسمه روی آن سوار می شود بستگی دارد.

بدین شکل سرعت چرخش پروانه ها با سرعت چرخش موتور هواکش و قطر شانه ای موتور نسبت مستقیم و با قطر شانه ای پروانه نسبت معکوس دارد. یعنی علاوه بر تغییر سرعت چرخش موتور هواکش، با کاهش قطر شانه پروانه و افزایش قطر شانه موتور هواکش می توان سرعت چرخش پروانه را افزایش داد. اما یکی از معایب این روش انتقال قدرت امکان سر خوردن تسمه روی شانه ای می باشد که باعث تلفات می شود.

انواع هواکش سانتریفیوژ

همانطور که قبلا ذکر کردیم یکی از راه های تقسیم بندی هواکش های سانتریفیوژ نوع شکل پروانه های آن ها می باشد. در این روش تقسیم بندی در حالت کلی سه نوع هواکش داریم که عبارتند از:

•هواکش سانتریفیوژ با پروانه خم به جلو (فوروارد)

•هواکش سانتریفیوژ با پروانه خم به عقب (بکوارد)

•هواکش سانتریفیوژ شعاعی (رادیکال)

هرکدام از این انواع هواکش را در زیر به صورت مختصر توضیح خواهیم داد.

هواکش سانتریفیوژ فوروارد ( هواکش سانتریفیوژ با پروانه خم به جلو )

شکل 2: هواکش سانتریفیوژ با پروانه خم به جلو

این نوع از هواکش ها دارای یک کانال خروجی متصل به هوزینگ می باشد. این کانال خروجی به این دلیل نصب می گردد که جلوی شتاب بالای ذرات هوا در خروجی را بگیرد. در این نوع از هواکش ها تیغه های پروانه دارای انحنای رو به جلو در جهت چرخش پروانه می باشند. پروانه های هواکش سانتریفیوژ فوروارد نسبت به پروانه های هواکش بکوارد و هواکش سانتریفیوژ شعاعی دارای تیغه های بیشتری می باشد. تیغه های خم به جلو صدای بسیار کمتری نسبت به بقیه تیغه ها ایجاد می کنند. این نوع هواکش در شکل بالا نشان داده شده است.  

مزایا و معایب استفاده از فن سانتریفیوژ فوروارد

• هواکش سانتریفیوژ فوروارد به دلیل حساسیت بالایی که نسبت به ذرات معلق دارند، برای جابجایی هوای تمیز مورد استفاده قرار می گیرند.
• به همین دلیل از فن های سانتریفیوژ فوروارد در صنعت تهویه مطبوع استفاده می گردد.
• هواکش فوروارد در میان تمام هواکش ها دارای کمترین بازدهی می باشد یعنی چیزی حدود 55 تا 65 درصد می باشد.
• فن فوروارد برای سرعت دورانی پایین طراحی گردیده است و به همین دلیل تولید صدای کمی دارد.
• هواکش فوروارد قابلیت اعمال بار اضافی بر موتور را دارا هستند.
• از هواکش های با پروانه خم به جلو در سیستم های تهویه مطبوع و گرمایشی استفاده می گردد.
• از هواکش های سانتریفیوژ فوروارد برای فشارهای پایین و دبی های پایین تا متوسط استفاده می شود. کارکرد این هواکش ها دقیقا مشابه روش توصیف شده در بالا می باشد.

هواکش سانتریفیوژ بکوارد ( هواکش سانتریفیوژ با پروانه خم به عقب)

شکل 3: هواکش سانتریفیوژ با پروانه خم به عقب

هواکش های بکوارد به صورت یک استوانه می باشند . تیغه های پروانه در آن به صورت محدب می باشد . که انحنای آن ها خلاف جهت گردش پروانه می باشند. دمنده های کوچکتر به جای تیغه محدبی شکل دارای تیغه شیبدار می باشند که دارای انحنا نمی باشند.

هر دوی این تیغه ها دارای عملکرد خوبی می باشند که می توان آن ها را با روش های ساخت اقتصادی تری تولید کرد.

عملکرد هواکش سانتریفیوژ بکوارد

این دسته از هواکش ها برای بازه های سرعتی وسیعی استفاده می شوند . اما معمولا برای جریان های هوا با سرعت متوسط و فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرند. کارکرد هواکش سانتریفیوژ بکوارد به همان شکل که قبلا توضیح داده شد می باشد . هوا از طریق یک کانال مخروطی شکل وارد هواکش بکوارد شده و پس از افزایش انرژی جنبشی و سرعت ذرات هوا، به صورت مستقیم در جهت شعاعی پروانه و بدون نیاز به کانال خروجی از هواکش خارج می گردد.

مزایا و معایب هواکش سانتریفیوژ بکوارد

• هواکش های سانتریفیوژ با پروانه خم به عقب در دبی های بالا دارای افت عملکرد می باشند.
• هواکش های بکوارد نسبت به هواکش های خم به جلو و شعاعی بازدهی بالاتری دارند.
• هواکش های بکوارد با پروانه خم به عقب نسبت به نوع شعاعی از لحاظ انرژی به صرفه تر می باشند.
• برای کارکردهای انرژی بالا به دلیل هزینه های کمتر نسبت به هواکش های سانتریفیوژ شعاعی به صرفه تر می باشند.
• عمده کاربرد این دسته از هواکش های سانتریفیوژ بکوارد در سیستم های گرمایش، تهویه و هواسازها می باشد.

هواکش ایرفویلی

نوع خاصی از هواکش های بکوارد می باشد،که تیغه های آن دارای سطح مقطعی شبیه به ایر فویل می باشد .

مزایا و معایب هواکش بکوارد ایرفویلی

• زاویه برخورد تیغه با جریان هوا در این هواکش ها بسیار کم می باشد.
• این نوع هواکش ها دارای بیشترین راندمان در میان تمام هواکش ها هستند.
• همچنین این نوع از هواکش ها کمترین صدای تولیدی را بین هواکش ها داراست.
• هواکش ایرفویلی برای دبی های بالا مورد استفاده قرار می گیرد . زیرا این نوع از هواکش ها می توانند بار اضافی را بر مورد وارد کنند.
• هنگامی که امکان خوردگی و سایش تیغه های پروانه وجود دارد به جای استفاده از پروانه های دارای تیغه ایرفویلی از هواکش بکوارد معمولی استفاده می گردد.

هواکش سانتریفیوژ شعاعی

شکل 4: هواکش سانتریفیوژ شعاعی

در این نوع از هواکش ها تیغه به صورت صاف و مستقیم بر روی حلزونی خود سوار شده اند. در میان تمامی هواکش ها، تیغه های فن سانتریفیوژ شعاعی دارای کمترین حساسیت به ذرات جامد و گرد و غبار هستند . هواکش های شعاعی به علت فشار بالا استاتیکی دارای کمترین بازده بوده اما کاربرد آنها بیشتر برای هوای کثیف و انتقال مواد می باشد.  

مزایا و معایب هواکش سانتریفیوژ شعاعی

• کاربرد آنها برای مواردی که گاز یا سیال دارای آلودگی و گرد و غبار و ذرات جامد دیگر می باشد .
• فن های سانتریفیوژ شعاعی تولید صدای بالایی دارند.
• در حالت کلی از هواکش های سانتریفیوژ شعاعی برای فشارهای بالا و دبی کم تا متوسط استفاده می گردد.
• کاربرد هواکش های سانتریفیوژ شعاعی در جاروبرقی ها و موارد مشابه می باشد.

منبع:تهویه آماج