کاهش 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 کولینگ‌تاور عموماً در ظرفیت‌های بالا به کار برده می‌شود. 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 می‌دهد. فن یا پروانه برج خنک کننده نمی‌تواند با سرعت‌های بالا چرخش کند. به دلیل افزایش لرزش و نیروهای مقاومتی در پروانه از کاهنده دور موتور استفاده می‌کنیم. کاهنده دور سرعت چرخشی موتور را از 1400rpm به بازه 700 تا 200 دور بر دقیقه(rpm) تغییر می‌دهد. طراحی کاهش دور برج خنک کننده وابسته به پارامتر سرعت نامی فن میباشد.
کاهش دور وابسته به نوع برج خنک کننده و شرایط طراحی در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شود. برج خنک کننده یا کولینگ تاور دارای انواع مختلفی میباشد. وابسته به ظرفیت، نوع کولینگ‌تاور(فلزی یا فایبرگلس) و قطر فن‌های بکار رفته در برج‌خنک‌کننده سیستم انتقال قدرت تغییر می‌کند. سیستم کاهنده سرعت دارای انواع مختلفی میباشد که رایج ترین آنها سیستم تسمه پولی و گیربکس میباشد. این بخش یکی از مهمترین تجهیزات سیستم هوادهی و انتقال قدرت در برج خنک کننده به شمار می‌آید. وظیفه سیستم کاهش دور انتقال گشتاور مکانیکی از مولد دینام به پروانه برج خنک کننده (تحت سرعت زاویه‌ای استاندارد) میباشد.
نگاهی به تعاریف متداول در طراحی سیستم کاهش دور برج خنک کننده
دور:
یکی از یکاهای فیزیکی در محاسبه سرعت زاویه‌ای در یک جسم (سرعت چرخش یک جسم) دور نامیده می‌شود. این پارامتر فیزیکی با یکاهایی همچون دور بر دقیقه یا rpm نشان داده می‌شود. rpm مخفف round per minute میباشد که معادل فارسی آن دور بر دقیقه است. این پارامتر نماینگر این است که این جسم در هر دقیقه چند بار حول یک نقطه معین 360 درجه چرخش می‌نماید.
سرعت نامی پروانه:
یکی از پارامترهای طراحی در سیستم هوادهی برج خنک کننده دور نامی پروانه میباشد که با توجه به قطر پروانه معین می‌گردد. سرعت نامی پروانه‌های آکسیال کولینگ تاور عموماً بین 900rpm و 200rpm در برج خنک‌کننده طراحی می‌شود.
نسبت انتقال:
نسبت سرعت زاویه‌ای ورودی پروانه یا فن به سرعت زاویه‌ای خروجی الکتروموتور را نسبت دور یا نسبت انتقال در برج خنک کننده می‌نامند. این پارامتر مهم تاثیر بسزایی در طراحی قطر تسمه و پولی و یا انتخاب نوع گیبرکس دارد. تعیین نسبت کاهش سرعت مطابق فرمول زیر صورت می‌پذیرد.
اهمیت و لزوم کاربرد کاهش دور در برج خنک کننده
سیستم کاهش دور و کاهنده سرعت چرخشی در کولینگ تاور یکی از مهمترین اجزا و قطعات برج خنک کننده می باشد که در بخش هوادهی و هوارسانی مشغول انجام وظیفه می باشد. اهمیت این بخش زمانی مشخص خواهد شد که با نصب اصولی و استاندارد سبب افزایش طول عمر پروانه و سهولت در چرخش فن خواهد گردید. کاهش دور همچنین سبب کاهش فشار و تنش به موتور به دلیل لرزش یا شدت نیروهای توربولانسی فن می گردد که این موضوع همچنین سبب افزایش طول عمر الکتروموتور نیز می گردد. در گاهی موارد نیز جهت اتصال غیر مستقیم پروانه به موتور از الکتروگیربکس های مخصوص با نسبت دور معین استفاده می شود.
کاهش دور در واقع تجهیزی جهت کاهش سرعت زاویه ای چرخش پروانه تا میزان استاندارد دور مناسب فن یا پروانه می باشد. سیستم کاهش دور در برج خنک کننده عموماً با استفاده از افزایش قطر پولی یا چرخ دنده متصل به پروانه سبب کاهش دور فن در کولینگ تاور می گردد. به هر میزان فن یا پروانه برج خنک کننده سایز و اندازه بزرگتری داشته باشد مطابق با قوانین فن ها باید دارای دور چرخشی یا سرعت چرخشی کمتری بوده و از این جهت نسبت قطر پولی پروانه به فولی فن نیز افزایش می یابد.
همانطور که می دانید سرعت زاویه ای یک جسم صلب در تمامی نقاط آن یکسان است. سیستم کاهش دور در اصل با افزایش شعاع چرخش یک جسم صلب سبب کاهش میزان سرعت خطی نوک دایره خواهد شد و این موضوع سبب کاهش گشتاور و در نتیجه کاهش میزان اومگا (در فیزیک واحد دور) یا دور چرخشی می گردد.
محاسبه نسبت دور در سیستم کاهش سرعت برج خنک کننده
کاهش سرعت گیربکسی به صورت اتصال چرخ دنده های کوچک به چرخ دنده های بزرگ با نسبت قطر معین سبب کاهش دادن دور موتور به اندازه نسبی معین در ورودی به هاب پروانه سبب تنظیم سرعت استاندارد چرخش پروانه یا فن برج خنک کننده می شود. سیستم کاهنده تسمه ای نیز با بزرگتر کردن قطر پولی فن نسبت به فولی سر موتور سبب کاهش دور خروجی موتور در ورودی فن با نسبت دور معین می شود. هر پروانه متناسب با قطر خارجی و میزان هوادهی (Air Flow) نیازمند چرخش با سرعت زاویه ای معینی می باشد که متناسب با دور موتور برای رسیدن به دور مورد نیاز چرخش پروانه باید از سیستم انتقال قدرت یا گیربکس با نسبت انتقال مشخص استفاده نمود.
فرمول محاسبه نسبت انتقال در گیربکس و تسمه پولی: نسبت انتقال قدرت در سیستم کاهش سرعت برج خنک کننده = سرعت چرخشی موتور تقسیم بر دور پروانه یا فن کولینگ‌تاور
به بیانی خلاصه تر با محاسبه نسبت دور در گیبرکس و تسمه پولی در واقع نسبت قطر پولی پروانه به قطر پولی یا فولی سرموتور را محاسبه نموده‌ایم. به عنوان مثال در سیستم فولی تسمه نوع دو تسمه با نسبت دور 1 به 3 در طراحی انتقال قدرت اگر اندازه فولی سرموتور 10 سانتی متر باشد اندازه پولی پروانه یا فن 30 سانتی متر خواهد بود.
اطلاعات بیشتر در محاسبات برج خنک کننده
انواع سیستم کاهنده سرعت یا انتقال قدرت در برج خنک کننده
- سیستم انتقال قدرت کوپل مستقیم یا دایرکت درایو
در بسیاری از موارد در ظرفیت های پایین هوادهی و قطرهای کوچک پروانه، دور نامی پروانه بالاتر از 700 rpm خواهد بود که در این صورت از الکتروموتور با دور پایین (700 یا 900) به صورت کوپل مستقیم یا دایرکت درایو استفاده می شود. این بدین معنی است که از شافت موتور مستقیماً جهت چرخش پروانه استفاده می شود که در این حالت دور یا سرعت چرخشی پروانه با دور موتور برابر خواهد بود. در انواع برج خنک کننده با ظرفیت پایین تر از 60 تن تبرید عموماً سیستم انتقال قدرت به صورت کوپل مستقیم (Direct Drive) می باشد.
سیستم انتقال قدرت تسمه و پولی یا تسمه‌ای
کاهنده دور تسمه ای یا تسمه و پولی شامل سه بخش اصلی می باشد. بخش یا قسمت اول فولی یا پولی سر پروانه می باشد که از یک محور یا شافت ، بلبرینگ و قسمت تسمه خور تشکیل می شود. بخش دوم پولی سر موتور می باشد که دارای یک جا شافتی جهت اتصال به شفت موتور می باشد. بخش سوم تسمه می باشد که از گریدهای مختلف و سایزهای مختلف در انواع سیستم کاهش دور تسمه ای در برج خنک کننده استفاده می شود.
سیستم کاهش دور گیبرکسی
روش انتقال قدرت باگیربکس در برج خنک کننده یکی از رایج ترین انواع سیستم کاهنده دور مورد استفاده در بخش هوادهی کولینگ تاور می باشد. گیربکس یا جعبه دنده مجموعه ای متشکل از دنده های فلزی می باشد که دنده کوچکتر به شافت موتور و دنده بزرگتر همیشه به هاب پروانه اتصال می یابد. گیربکس های به کار رفته در برج خنک کننده به عنوان یک سیستم کاهش دور عموماً دارای دو مشخصه اصلی می باشند. در انتخاب گیربکس برج خنک کننده ابتدا باید دور نامی فن یا پروانه را در قطر آن محاسبه نمود سپس با استفاده از دور ورودی موتور و توان موتور گیربکس را انتخاب نمود.
پنج گام اساسی در انتخاب سیستم کاهش دور برج خنک کننده
محاسبه توان الکتروموتور یا مولد مکانیکی در تأمین گشتاور مورد نیاز جهت چرخش پروانه
تعیین و مشخص نمودن دور نامی (سرعت چرخشی نامی) یا استاندارد فن یا پروانه در کولینگ تاور
محاسبه نسبت دور یا دور خروجی با استفاده از دور نامی مطابق فرمول ذکر شده
نوع سیستم هوادهی (آکسیال یا سانتریفوژ) و محاسبه فشار دینامیکی و استاتیکی مورد نیاز فن
نوع برج خنک کننده یا کولینگ تاور و جهت عبور جریان هوا و انتخاب نوع گیبرکس یا تسمه پولی با توجه به شرایط طراحی
انواع کاهش دور تسمه ای برج خنک کننده
کاهش دور تسمه‌ای طرح V ساده
کاهنده دور نوع تسمه ساده (V belt) پرکاربردترین نوع کاهنده تسمه و پولی می باشد که تسمه های این مدل با دو نوع عرض کوتاه b و عرض زیاد a مورد کاربرد قرار می گیرد. تسمه نوع b بیشترین کاربرد را در انواع برج خنک کننده دارد . سایزهای تسمه b54 و b65 و سایزهای بزرگتر عموماً در سیستم های کاهش دور دو تسمه، سه تسمه و بالاتر مورد کاربرد قرار می گیرد.
کاهش سرعت تسمه‌ای دندانه دار
کاهش دور تسمه ای دنده دار بیشتر در موتورهای بسیار قوی همانند موتور ماشین (تسمه تایم) به کار برده می شود. بیشتر ماشین آلات صنعتی که از موتورهای بسیار قوی با گشتاورهای بالا استفاده می کننده از سیستم کاهنده دور دنده ای جهت انتقال قدرت بین اجزا مختلف خود استفاده می نمایند.
کاربرد هرزگرد در سیستم کاهش دور تسمه پولی در برج خنک کننده
کاهنده‌های تسمه‌ای عموماً به دلیل چرخش محور موتور حول افق فقط تحت تنش‌های کششی ناشی از چرخش محور موتور قرار می‌گیرد. این نیروی کششی و ضربه زننده توسط موتور عمدتاً توسط هرزگرد یا بلبرینگ چرخان دمپ می‌گردد. در واقع هرزگرد در نقطه مقابل فولی موتور قرار می‌گیرد و نیروهای کششی حول محور ساعتگرد موتور را طی یک چرخش معکوس دفع می‌نماید. هرزگرد برج خنک کننده مزیت‌های بیشماری در کارکرد کولینگ تاور خواهد داشت که مهمترین آنها عبارتند از:
مهمترین مزایای استفاده هرزگرد در سیستم انتقال قدرت برج خنک کننده
افزایش طول عمر بلبرینگ در قسمت پولی پروانه یا فن
افزایش طول عمر موتور با کاهش نیروی وارد بر شفت
کاهش میزان سطح ارتعاشات حاصل از انتقال قدرت موتور به پروانه
کاهش میزان سطح دسیبل صدای تولیدی کولینگ تاور
انواع تسمه بکار رفته در سیستم کاهش دور برج خنک کننده
تسمه ها در دو نوع کلی دنده‌دار و ساده تقسیم بندی می‌شود. تسمه‌های ساده در سیستم انتقال قدرت تسمه پولی کاربرد بیشتری دارند. با توجه به سرعت چرخش پایین فن یا پروانه نوع دنده‌دار کاربردی ندارد. تسمه نوع دنده‌دار اکثراً در موتورهای صنعتی مثل موتور خودرو کاربرد دارد. تسمه تایم یکی از رایج‌ترین انواع تسمه دنده‌دار میباشد. تسمه نوع V یا همان تسمه ساده خود به دو دسته معمول A و B تقسیم می‌شود. تفاوت بین تسمه‌های مختلف در عرض آنها میباشد. عرض تسمه‌ها هر چه حروف به A نزدیک می‌شود باریکتر می شود. تسمه های نوع b در برج خنک کننده کاربرد بیشتری دارد.
تسمه های بکار رفته در کولینگ تاور معمولاً از نوع b میباشد. به دلیل استفاده از فولی‌های پروانه بدون دندانه نوع تسمه ها ساده میباشد. قدرت و قوام تسمه وابسته به تعداد لایه‌های بکار رفته در ساخت تسمه متفاوت می باشد. تسمه‌های کره‌ای از کیفیت بیشتری در مقابل سایر برندها برخوردار است. تسمه‌های اندونزی، تایوان و چین نیز در رده‌های بعدی کیفی تسمه‌ها قرار دارد. نوع تسمه تأثیر بسیاری بر کارکرد صحیح سیستم انتقال قدرت تسمه‌ای دارد. تسمه پروانه های بکار رفته در کولینگ تاورهای دما گستر از نوع کره ای با روکش مخصوص میباشد.