انتقال قدرت در برج خنک کننده

دستگاهی است که وظیفه ی آن کاهش دمای آب از دمایی بالاتر به دمای پایین تر تا حداقل سه درجه سانتی گراد بالای دمای مرطوب می باشد. در برج های خنک کن مدار باز، آب گرم از طریق لوله نازل ها بر روی پکینگ ها پاشش می شود و آب پس از عبور از پکینگ ها و با هوای محیط بیرون که توسط فن برج خنک کننده از بین پکینگ ها عبور کرده و خنک می شود و در نهایت در جمع آوری شده و توسط پمپ آب، خنک شده به سمت چیلر یا دستگاه های مورد نیاز حرکت می کند. در این مقاله از قصد داریم تا در مورد فناوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده صحبت کنیم.

در برج خنک کننده ، هوا به وسیله فن و الکتروموتور فن برج خنک کننده از بین پکینگ ها در برج های خنک کننده مدار باز و از بین لوله های کویل در برج های خنک کننده مدار بسته حرکت می کند. انتقال نیرو بین فن و الکتروموتور برج خنک کننده به 4 روش امکان دارد.

روش های انتقال نیرو در برج خنک کننده

فناوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده شامل درایو دنده (گیربکس)، درایو تسمه (تسمه و پولی)، درایو مستقیم (کوپل مستقیم) و درایو با جابجایی الکترونیکی EC (اینورتری) می باشند. هر کدام از این فن آوری ها دارای مزایا و معایبی هستند. فناوری های مناسب انتفال نیرو در برج خنک کننده، تعادل مناسبی را بین هزینه اولیه در مقابل هزینه های عملیاتی ایجاد خواهد کرد.

• درایو دنده (گیربکسی) (Gearbox drive)

درایو دنده (گیربکسی) – فن آوری انتقال نیرو در برج خنک کننده

انتقال نیرو در این نوع درایوها به صورت چرخدنده می باشد. این نوع چرخدنده ها درون روغن قرار دارند. یک درایو دنده قدرت سرعت بالا را از موتور به سرعت کمتر مورد نیاز برای تغذیه فن کولینگ تاور کاهش می دهد. موتور القایی نسبتاً کوچک است، زیرا گیربکس، گشتاور را چند برابر می کند.

گیربکس ها برای غلبه بر اصطکاک اجزای داخلی و ویسکوزیته روغن نیاز به نیروی اضافی «بدون بار» دارند. راندمان خالص گیربکس در هر کاربرد متفاوت است، اما به طور کلی نزدیک به 96٪ است و در برابر گرما و رطوبت بالا در داخل برج خنک کننده مقاوم می باشد.

• درایوهای تسمه و پولی (Belt drive)

درایوهای تسمه و پولی – فن آوری انتقال نیرو در برج خنک کننده

در بیشتر پکینگ برج خنک کننده نوع انتقال نیرو از الکتروموتور به فن توسط درایوهای تسمه و پولی می باشد. در این نوع درایو دو مدل پولی وجود دارد:

1. یکی از آنها کوچکتر می باشد و به الکتروموتور متصل می شود
2. نوع دیگر پولی دارای قطر بزرگتر می باشد که به فن متصل می شود و سرعت دور الکتروموتور را کمتر کند

به عنوان مثال در برج های خنک کننده، معمولاً الکتروموتور دارای 1400 دور بر دقیقه می باشد که فن برج خنک کننده 500 تن تبرید، دارای 350 الی 450 دور بر دقیقه سرعت دارد و به این صورت تسمه ایی که دور پولی ها در گردش می باشد، وظیفه انتقال نیرو را دارد.

درایو تسمه و پولی – فن آوری انتقال نیرو در برج خنک کننده

برای اینکه فشار از روی یک کاهش یابد، نیاز است که از تعداد 1 یا 2 تسمه به 4 تسمه استفاده شود. تسمه های دارای مشخصات خاص خود می باشند و در مدل های مختلف تولید می شود. در درایوهای تسمه و پولی چون تسمه در معرض کشش قرار دارد بازده انتقال نیرو در حدود 96 درصد می باشد، اما پس از مدتی کارایی خود را از دست داده و بازده انتقال نیرو به زیر 90 درصد نیز خواهد رفت.

محاسبات قطر پولی موتور و پروانه به این صورت می باشد که سرعت در هر دو پولی الکتروموتور و پروانه یکسان می باشد و مطابق فرمول ذیل می باشد.

محاسبات قطر پولی موتور و پروانه

به عنوان مثال فرض می کنیم که الکتروموتور با قطر پولی 10 سانتی متر می باشد که شعاع آن 5 سانتی متر می باشد و دور الکتروموتور 1450 دور بر دقیقه می باشد. در این صورت اگر ما بخواهیم قطر پولی فن را با دور 350 دور بر دقیقه را به دست بیاوریم باید از رابطه ذیل استفاده کنیم.

قطر پولی فن با دور 350 دو بر دقیقه

• درایو مستقیم یا کوپل مستقیم (Direct drive)

درایو مستقیم یا کوپل مستقیم – – فناوری انتقال نیرو در برج خنک کننده

در درایو مستقیم شفت الکتروموتور و فن یکی می باشد و سرعت چرخش فن و الکتروموتور یکسان می باشد.

چندین گزینه درایو مستقیم وجود دارد که در آنها موتور به طور مستقیم را به حرکت در می آورد. موتور درایو مستقیم قابلیت اطمینان را با حداقل نیازهای تعمیر و نگهداری ارایه می دهد. استفاده از این فناوری در دهه گذشته رشد کرده است و در حال حاضر به طور گسترده در وسایل نقلیه، هواپیماهای بدون سرنشین، کامپیوترها و کاربردهای متعدد دیگری که به موتورهای قدرتمند اما نسبتاً فشرده نیاز دارند، استفاده می شود.

برای گشتاور مورد نیاز در تولید برج خنک کننده ، موتورهای آهنربای دایم به دلیل حذف درایو دنده، سنگین تر و بلندتر از موتورهای القایی استاندارد می شوند.

اطمینان از عملکرد ایمن یک نگرانی بالقوه است. در سایر گزینه های انتقال نیرو، وقتی موتور قطع می شود، برقی به آن نمی رسد و در نتیجه، سرویس آن را ایمن می سازد. موتور آهنربای دایمی می تواند برق تولید کند حتی زمانی که برق قطع می شود و به طور بالقوه موقعیت خطرناکی را ایجاد می کند. برای مثال، اگر باد، فن و فن را بچرخاند، برق می تواند به جایی که تکنسین در حال کار بر روی تجهیزات است، منتقل شود.

الکتروموتور های EC – فناوری انتقال نیرو در برج خنک کننده

الکتروموتورهای EC، یک فناوری جدیدتر است که یک موتور DC کوچک و یک کنترل کننده اینورتر / تنظیم سرعت را در یک بسته ترکیب می کند. بخش روتور موتور معمولاً از آهنرباهای دایمی استفاده می کند و کنترل سرعت یکپارچه نیاز به VFD خارجی را از بین می برد.

برای کاربردهای برج خنک کننده، فن، پوشش فن، و محافظ فن اغلب برای ارایه یک پکیج کامل درایو مکانیکی تعبیه شده اند. این یک چیدمان ساده و جمع و جور را فراهم می کند که به راحتی در کارخانه نصب می شود و در صورت نیاز در محل جایگزین می شود.

موتورهای EC – فناوری انتقال نیرو در برج خنک کننده

برج های خنک کننده ای که از موتورهای EC استفاده می کنند، معمولاً دارای ظرفیت و ردپای کمتری با حداکثر اندازه کاربرد 10 اسب بخار (اسب بخار) یا قطر فن یک متر هستند. در مقایسه با درایوهای تسمه و سایر موتورهای کم اسب بخار (کمتر از 5 اسب بخار)، موتورهای EC به طور مداوم کارآمدتر هستند.

در کاربردهای با اسب بخار کوچک، موتور EC هیچ تلفات انتقال قدرتی را نشان نمی دهد، در حالی که سایر موتورها و محرک های تسمه ای با اسب بخار پایین می توانند از 5 تا 20 درصد تلفات انتقال نیرو را تجربه کنند.

از آنجایی که موتورهای EC از یاتاقان های مهر و موم شده استفاده می کنند، عملاً هیچ تعمیر و نگهداری وجود ندارد. استفاده از این فناوری برای برج های خنک کن جدید است و در حال حاضر تنها به فن هایی با قدرت کم و قطرهای کوچک کمک می کند.

مزایا و معایب فن آوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده

مقایسه الکتروموتورهای برج خنک کننده

افزایش آمپر زمانی اتفاق می افتد که آمپری که توسط موتور کشیده می شود از آمپر مشخص شده در پلاک بیشتر است. به عبارت دیگر، قدرت بیشتری از حداکثر توصیه شده مورد نیاز است. افزایش بیش از حد آمپر الکتروموتور می تواند موضوعات دیگری داشته باشد.

از جمله آن تغییر فصل نیز ممکن است در این افزایش آمپر خود را نشان دهد. مثلاً افزایش چگالی هوا که منجر به افزایش آمپر در فصل زمستان می شود یا کاهش چگالی هوا در تابستان که باعث کاهش آمپر مصرفی الکتروموتور می شود نیز حدود 10 درصد بر کارکرد الکتروموتور تاثیر می گذارد. زاویه پره های فن برج خنک کننده نیز می تواند بر افزایش مصرف آمپر تاثیر بگذارد.

برای جلوگیری از این افزایش بار در زمستان اغلب ضریب اطمینان 15% روی قدرت الکتروموتور در نظر می گیرند تا از افزایش چگالی هوا در زمستان و تاثیر بر روی آمپر دستگاه کم شود.

رابطه بین مصرف برق و آمپر برای برق 3 فاز با معادلات زیر نشان داده شده است:

رابطه بین مصرف برق و آمپر برای برق 3 فاز

برای پروژه هایی که از درایو مستقیم استفاده می شود، معمولاً پروانه پلی آمید با تعداد پره بالا استفاده می شود که ظرفیت برج خنک کننده پایین می باشد. برای برج های خنک کننده دما بالا از پروانه ایر فویل فایبرگلاس یا آلومینیومی استفاده می شود که به صورت گیربکس یا پولی تسمه استفاده می شود.

از جهت اینکه پره های برج خنک کننده دچار خستگی و تنش نشوکاهش دور برج خنک کننده (speed reducer) وظیفه انتقال قدرت و کاهش دادن دور موتور به پروانه را برعهده دارد. کاهش دور یا اصطلاحاً کاهنده سرعت در کولینگ تاور عموماً در ظرفیت های بالا به کار برده می شود. سیستم انتقال قدرت گشتاور خروجی موتور را به فن انتقال می دهد. به دلیل چرخش سریع موتور این سیستم کاهنده، سرعت خروجی دینام را در ورودی فن کاهش می دهد.