اگزاست فنِ آکسیال یکی از پرکاربردترین تجهیزات تهویه هوا در محیط‌های صنعتی، تجاری و کشاورزی است که بدلیل عملکرد مؤثر، مصرف انرژی پایین و نصب آسان، جایگاه ویژه‌ای در میان سیستم‌های تهویه پیدا کرده است. این نوع فن با استفاده از پره‌هایی که هوا را در راستای محور خود به جریان درمی‌آورند، برای تخلیه هوای آلوده، دود، بخار، رطوبت و گرما از فضاهای بسته به بیرون طراحی شده است.
اگزاست فنِ آکسیال چیست؟
اگزاست فنِ آکسیال، یکی از انواع فن‌های صنعتی با آرایش جریان محوری است که در آن انتقال انرژی از پروانه به جریان هوا عمدتاً از طریق افزایش مؤلفه فشاری در امتداد محور دوران صورت می‌گیرد. در این نوع فن، پروانه با تیغه‌هایی دارای زاویه حمل مثبت، جریان هوا را هم‌راستا با محور چرخش به حرکت درمی‌آورد. طراحی هیدرودینامیکی پره‌ها، هندسه هاب، نسبت طول به قطر و سرعت دورانی از جمله عوامل تعیین‌کننده در عملکرد هیدرولیکی، توان مصرفی و منحنی عملکردی فن آکسیال هستند. اگزاست فنِ آکسیال می‌تواند در پیکربندی‌های مختلفی نظیر فریم دیواری، کانالی یا کابینتی ساخته شود و بصورت فشار ثابت یا حجم ثابت طراحی گردد. تنظیمات هندسی تیغه‌ها (مثل گام ثابت یا متغیر) و نوع محرک (مستقیم، تسمه‌ای یا گیربکسی) نیز از مؤلفه‌های کلیدی در مهندسی این تجهیزات به‌شمار می‌آیند.
اگزاست فنِ آکسیال (Axial Exhaust Fan) نوعی خاصی از اگزاست فن می باشد که برای تخلیه هوا، دود، رطوبت یا گازهای آلاینده از محیط به بیرون مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فن با استفاده از پره‌هایی که جریان هوا را در امتداد محور فن هدایت می‌کنند، عملکردی کارآمد، کم‌مصرف و کم‌صداتر نسبت به سایر سیستم‌های تهویه دارد.
مشخصات فنی
اگزاست فنِ آکسیال معمولاً در قطرهای 30 تا 100 سانتی‌متر تولید می‌شود و برای تخلیه حجم زیاد هوا در محیط‌های صنعتی، تجاری و نیمه‌صنعتی به‌کار می‌رود. پروانه آن از جنس‌هایی مانند آلومینیوم، پلی‌آمید تقویت‌شده یا استیل ضدزنگ ساخته می‌شود تا در برابر رطوبت، خوردگی و حرارت مقاوم باشد. بدنه فن نیز اغلب از فولاد گالوانیزه با رنگ الکترواستاتیک ساخته می‌شود که دوام خوبی در شرایط سخت صنعتی دارد.
موتور فن می‌تواند تک‌فاز (220 ولت) یا سه‌فاز (380 ولت) باشد و توان آن از 0.25 تا 7.5 کیلووات متغیر است. این موتورها معمولاً دارای کلاس حرارتی F یا H و درجه حفاظت IP54 یا IP55 هستند که امکان عملکرد در شرایط گرم و مرطوب را فراهم می‌کنند.
فن‌های آکسیال توان جابجایی هوا از 2000 تا بیش از 40,000 متر مکعب بر ساعت را دارند و سرعت چرخش پروانه بین 900 تا 2900 دور در دقیقه تنظیم می‌شود. فشار استاتیک آن‌ها معمولاً بین 30 تا 150 پاسکال است. صدای تولیدی این فن‌ها بسته به مدل، بین 60 تا 85 دسی‌بل است و نصب آن‌ها به‌صورت دیواری، سقفی یا کانالی انجام می‌شود. در مدل‌های معمولی، تحمل دمای محیط تا 60 درجه و در مدل‌های صنعتی تقویت‌شده تا 100 درجه سانتی‌گراد وجود دارد.
اجزای تشکیل دهنده
اجزای تشکیل دهنده اگزاست فنِ آکسیال به گونه‌ای طراحی شده‌اند که عملکرد مؤثر، دوام بالا و تطابق با شرایط کاری مختلف را تضمین کنند. هر یک از این اجزا نقشی کلیدی در هدایت جریان هوا و تضمین ایمنی و پایداری عملکرد دستگاه دارند. در ادامه، مهم‌ترین اجزای یک اگزاست فنِ آکسیال بطور اختصاصی معرفی می‌شوند:
1. پروانه
قلب اصلی فن آکسیال، پروانه آن است که وظیفه انتقال انرژی مکانیکی به جریان هوا را بر عهده دارد. تیغه‌های پروانه معمولاً از آلومینیوم، پلی‌آمید تقویت‌شده با الیاف یا استنلس استیل ساخته می‌شوند تا در برابر خوردگی، ضربه و دمای بالا مقاوم باشند. طراحی آیرودینامیکی این پره‌ها، نقش مهمی در افزایش راندمان و کاهش نویز دارد.
2. هاب یا توپی
هاب، مرکز اتصال پره‌ها و محل قرارگیری آن‌ها روی محور است. این قطعه باید تعادل دینامیکی مناسبی داشته باشد تا از لرزش فن در سرعت‌های بالا جلوگیری کند. هاب معمولاً از آلیاژهای مستحکم فلزی ساخته می‌شود.
3. بدنه
بدنه یا قاب بیرونی فن، ساختاری استوانه‌ای دارد که جریان هوا را هدایت کرده و از اجزای داخلی محافظت می‌کند. این بخش معمولاً از فولاد گالوانیزه یا فولاد کربنی با پوشش ضدزنگ ساخته می‌شود و در برابر ضربه، خوردگی و شرایط سخت محیطی مقاوم است.
4. الکتروموتور
محرک اصلی فن که انرژی الکتریکی را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند. موتور می‌تواند تک‌فاز یا سه‌فاز باشد و متناسب با نیاز پروژه در توان‌های مختلف از 0.25 تا چند کیلووات انتخاب می‌شود. کلاس حرارتی (F یا H) و درجه حفاظت (IP54 یا IP55) از ویژگی‌های مهم آن است.
5. صفحه یا فلنچ نصب
فلنچ محل اتصال بدنه فن به سازه یا کانال است و نقش مهمی در نصب پایدار و ایمن فن دارد. این بخش معمولاً با سوراخ‌های استاندارد برای پیچ یا بست طراحی می‌شود.
6. توری محافظ
برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی یا تماس تصادفی با پروانه در حال چرخش، در قسمت ورودی یا خروجی فن از یک توری فلزی محافظ استفاده می‌شود. این توری طبق استانداردهای ایمنی طراحی می‌گردد.
7. یاتاقان و شفت (در مدل‌های تسمه‌ای یا خاص)
در مدل‌هایی که انتقال نیرو به‌صورت غیرمستقیم (تسمه‌ای یا گیربکسی) است، از یاتاقان و شفت برای انتقال نیرو از موتور به پروانه استفاده می‌شود. این قطعات باید روانکاری مناسب و تراز دقیق داشته باشند تا از استهلاک و صدای اضافی جلوگیری شود.
8. پایه یا براکت نگهدارنده
در برخی مدل‌ها، برای نصب دیواری یا سقفی، پایه‌هایی از جنس فلز مستحکم استفاده می‌شود که وزن دستگاه را تحمل کرده و لرزش را کاهش می‌دهد.
در مجموع، طراحی هماهنگ و مهندسی‌شده اجزای اگزاست فنِ آکسیال، نقش تعیین‌کننده‌ای در راندمان نهایی، طول عمر، ایمنی و عملکرد بی‌صدای آن دارد. هرگونه نقص در انتخاب یا نصب این اجزا می‌تواند کارایی کل سیستم تهویه را تحت تأثیر قرار دهد.
انواع اگزاست فنِ آکسیال
اگزاست فنِ آکسیال بسته به نوع کاربرد، شرایط محیطی و نیاز به حجم یا فشار هوای خاص، در مدل‌های متنوعی تولید می‌شود. در ادامه، انواع اصلی این فن‌ها بصورت حرفه‌ای و فشرده معرفی می‌گردند:
1. فنِ آکسیال دیواری
مستقیماً روی دیوار نصب می‌شود و برای تخلیه هوا به بیرون به‌کار می‌رود. دارای قاب نصب و شبکه محافظ است و در ابعاد مختلف عرضه می‌شود. مناسب فضاهایی مانند سوله‌ها، پارکینگ‌ها و گلخانه‌ها.
2. فنِ آکسیال کانالی
برای نصب در مسیر کانال‌های تهویه طراحی شده است. دارای بدنه استوانه‌ای و فلنچ در دو سر جهت اتصال به سیستم کانال‌کشی. ایده‌آل برای انتقال هوا در تونل‌ها، برج‌ها و محیط‌های با کانال‌کشی گسترده.
3. فنِ آکسیال پرتاب بلند
دارای پره‌هایی با زاویه خاص و موتور پرقدرت برای انتقال هوا در فواصل طولانی یا عبور از موانع. مناسب سالن‌های صنعتی بزرگ، تونل‌ها و محیط‌های با افت فشار بالا.
4. فنِ آکسیال ضد انفجار
طراحی شده مطابق با استانداردهای ATEX و IECEx برای استفاده در محیط‌های پر خطر مانند پالایشگاه‌ها، صنایع نفت و گاز، یا محیط‌های دارای بخارات اشتعال‌زا. اجزای الکتریکی و مکانیکی آن مقاوم در برابر جرقه و حرارت هستند.
5. فنِ آکسیال سقفی
نصب‌شونده بر روی سقف یا بام، جهت تخلیه هوای گرم، آلوده یا مرطوب به‌صورت عمودی. دارای کلاهک محافظ برای جلوگیری از نفوذ آب و گرد و غبار. مناسب آشپزخانه‌های صنعتی، سرویس‌های عمومی و انبارها.
6. فنِ آکسیال با پره قابل تنظیم
پره‌ها با قابلیت تنظیم زاویه، امکان تغییر دبی و فشار هوا را متناسب با شرایط کاری فراهم می‌کنند. مناسب برای فضاهایی با نیاز متغیر به تهویه مانند کوره‌ها یا اتاق‌های تست.
7. فنِ آکسیال صنعتی سنگین
ساخته‌شده برای شرایط کاری سخت و عملکرد مداوم، با بدنه تقویت شده، یاتاقان‌های مقاوم و موتورهای قدرتمند سه‌فاز. مورد استفاده در صنایع سنگین نظیر سیمان، فولاد، معدن و نیروگاه‌ها.
مزایای اگزاست فن آکسیال نسبت به سایر مدل‌ها
اگزاست فنِ آکسیال به‌دلیل طراحی ساده، عملکرد مستقیم و راندمان مناسب در بسیاری از پروژه‌های تهویه و تخلیه هوا نسبت به سایر مدل‌های فن (مانند فن سانتریفیوژ یا فن سقفی) مزایای قابل توجهی دارد. در ادامه، مزایای تخصصی و کاربردی این نوع فن نسبت به دیگر مدل‌ها را شرح می‌دهیم:
- می‌تواند حجم زیادی از هوا را با انرژی کم جابه‌جا کند. این ویژگی در فضاهایی که نیاز به تخلیه سریع هوا با موانع کم (مثل کولینگ تاورها، پارکینگ‌ها، سوله‌ها و گلخانه‌ها) دارند، بسیار کارآمد است. در مقایسه با فن سانتریفیوژ که بیشتر برای فشار بالا کاربرد دارد، آکسیال برای دبی زیاد مناسب‌تر است.
- برخلاف فن‌های پیچیده‌تر مانند سانتریفیوژ، ساختار اگزاست فنِ آکسیال ساده و مستقیم است. این طراحی ساده باعث می‌شود تعمیر و نگهداری آن آسان‌تر، زمان توقف کمتر و هزینه‌های عملیاتی پایین‌تر باشد.
- بصورت دیواری یا کانالی قابل نصب است و فضای کمی را اشغال می‌کند. در مقایسه، فن سانتریفیوژ به فضای بیشتری برای نصب و نگهداری نیاز دارد. این مزیت باعث شده فن‌های آکسیال انتخاب مناسبی برای پروژه‌های با فضای محدود باشند.
- به دلیل راندمان حجمی بالا، اگزاست فنِ آکسیال در مقایسه با سایر فن‌ها هوای بیشتری را با مصرف انرژی کمتر جابه‌جا می‌کند. این موضوع بویژه در پروژه‌هایی با تعداد زیاد فن (مثل تونل‌ها یا کارخانه‌ها) منجر به صرفه‌جویی چشمگیر در هزینه‌های انرژی می‌شود.
- به دلیل طراحی ساده، هزینه تولید پایین‌تری دارد. بنابراین در مقایسه با اگزاست فنِ سانتریفیوژ یا فن‌های سفارشی، قیمت تمام شده کمتری دارد و گزینه‌ای اقتصادی برای پروژه‌های بزرگ محسوب می‌شود.
- زاویه پره‌ها قابل تنظیم است، بطوریکه می‌توان دبی هوا را با نیاز محیط هماهنگ کرد. این ویژگی در فن‌های سانتریفیوژ معمولاً وجود ندارد و تنظیم دبی نیازمند تغییر سرعت موتور یا تعویض فن است.
- با استفاده از طراحی پره‌های ایرودینامیک و نصب صحیح، صدای تولیدی می‌تواند بسیار کمتر از مدل‌های دیگر باشد. در پروژه‌هایی که سطح نویز اهمیت دارد (مثل ساختمان‌های اداری یا سالن‌های عمومی)، این موضوع مزیت مهمی است.
کاربردهای تخصصی
- در خطوط تولید صنایع سنگین با حرارت، دود یا آلودگی بالا (مانند ریخته‌گری، ذوب فلزات، سیمان و شیمیایی)، اگزاست فنِ آکسیال بعنوان یک سیستم تخلیه پرقدرت، به خارج‌کردن گازها، بخارات شیمیایی، گرد و غبار و گرمای اضافی کمک می‌کند.
- در فضاهایی با جریان بالای خودرو، این فن‌ها نقش کلیدی در تخلیه گازهای سمی مانند منوکسیدکربن و دی‌اکسید نیتروژن دارند. به‌دلیل توان هوادهی بالا، از نوع آکسیال برای حفظ کیفیت هوای داخل تونل و پارکینگ استفاده می‌شود.
- در گلخانه‌ها، کنترل دما، رطوبت و دی‌اکسیدکربن اهمیت زیادی دارد. فن‌های آکسیال با مصرف انرژی پایین، هوا را جابه‌جا کرده و به یکنواخت‌سازی شرایط محیطی کمک می‌کنند. در سالن‌های پرورش قارچ یا دام نیز نقش مشابهی دارند.
- برای جلوگیری از رکود هوا، تجمع گازهای مضر یا افزایش بیش از حد دما، از اگزاست فنِ آکسیال در سقف یا دیواره سوله‌ها، انبارها و سالن‌های بزرگ استفاده می‌شود. این فن‌ها باعث بهبود تهویه طبیعی و کاهش خطرات ناشی از تجمع بخارات قابل اشتعال می‌شوند.
- در موتورخانه‌ها و اتاق‌های تجهیزات صنعتی که گرمای زیادی تولید می‌شود (مانند اتاق ژنراتور یا موتورخانه)، این فن دمای محیط را کنترل کرده و از آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌کند. همچنین در اتاق‌های UPS یا تابلو برق نیز کاربرد دارد.
- برای تخلیه بخار، بوی نامطبوع و حرارت در آشپزخانه‌های بزرگ و صنایع غذایی، اگزاست فنِ آکسیال نقش مهمی در تهویه موثر و مداوم دارد. استفاده از مدل‌های استیل ضدزنگ برای رعایت الزامات بهداشتی رایج است.
- تخلیه گازهای فرار مواد شیمیایی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی که دارای مخازن اسید هستند.
- در مواقع بحران (مانند آتش‌سوزی)، این فن‌ها با سرعت بالا هوا یا دود را خارج می‌کنند تا مسیر خروج ایمن برای افراد فراهم شود. در سیستم‌های F300 یا F400 (تحمل دمای 300 یا 400 درجه سانتی‌گراد به مدت 2 ساعت) از مدل‌های خاص فن آکسیال استفاده می‌شود.
نحوه عملکرد
زمانی که موتور الکتریکی فن روشن می‌شود، پروانه یا همان پره‌های فن شروع به چرخش می‌کنند. این پره‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که هنگام چرخش، هوا را از سمت جلو (ورودی) به سمت عقب (خروجی) هدایت کنند. چون جریان هوا در راستای محور فن حرکت می‌کند (محور پروانه موازی با مسیر جریان هوا است)، به این نوع فن “آکسیال” گفته می‌شود.
با شروع به چرخش پروانه، اختلاف فشار بین دو سمت فن ایجاد می‌شود. این اختلاف فشار باعث مکش هوا از فضای داخلی (مانند سوله، اتاق، گلخانه، یا پارکینگ) به داخل فن می‌شود. سپس هوا با سرعت زیاد از خروجی فن به بیرون هدایت می‌گردد. در این فرایند، حجم زیادی از هوا با فشار نسبتاً کم جابه‌جا می‌شود، که این ویژگی اصلی فن‌های آکسیال است.
اگزاست فنِ آکسیال معمولاً در مکان‌هایی استفاده می‌شود که مقاومت مسیر جریان هوا کم است، مثل نصب در دیوار یا ابتدای کانال تهویه، چون این فن‌ها توان تولید فشار استاتیک بالا ندارند. در عوض، قادرند هوا را با دبی (حجم) بالا تخلیه کنند، که آن را برای تهویه سریع فضاهای بزرگ بسیار مناسب می‌سازد.
موتور فن ممکن است بصورت مستقیم به پروانه متصل باشد یا از طریق تسمه و پولی نیرو را منتقل کند که انتخاب آن بسته به توان مورد نیاز، نوع فضا و شرایط نگهداری انجام می‌شود.
در نهایت، با خاموش شدن موتور، پروانه از حرکت بازمی‌ایستد و جریان هوا نیز متوقف می‌شود. در برخی مدل‌ها، دمپر یا دریچه‌های خودکار برای جلوگیری از بازگشت هوا به داخل نیز در نظر گرفته شده است.
