فن استک برج خنک کننده، قطعه ای است که مانند دودکش در بالای برج خنک کننده قرار می گیرد و به جریان هوای خروجی نظم بخشیده و از عملکرد فن محافظت می کند. فن استک برج خنک کن با نام های تنوره فن و یا فن رینگ نیز نامیده می شود. طراحی فن استک باید به نحوی باشد که اصطحکاک و اتلاف انرژی را به حداقل برساند و سرعت و فشار هوا را کنترل نماید. معمولاً فن استک یا فن رینگ از جنس فایبرگلاس ساخته می شود که با ابعاد دقیق قابل ساخت است و بسیار سبک می‌باشد.
در سیستم فن و فن استک، برخلاف فن برج خنک کننده که دارای حرکت دورانی است، فن استک برج خنک کن معمولاً فاقد حرکت و تاثیرات مستقیم می باشد. تغییرات در فن استک بدان جهت حائز اهمیت است که نتایج آن بروی بازده سیستم و کارایی فن قابل مشاهده خواهد بود. محاسبات و طراحی و ساخت مناسب تنوره فن مستقیماً بر جریان مناسب هوا در داخل برج خنک کننده تاثیر می گذارد و در صورتی که طراحی تنوره فن مناسب نباشد باعث عملکرد ضعیف فن می گردد. از نظر کارکرد، فن استک ها جهت بیشینه کردن راندمان فن، جلوگیری از چرخش برعکس فن و کمینه کردن چرخش مجدد هوای خروجی مورد استفاده قرار می گیرند.
به طور کلی فن استک از سه ناحیه تشکیل شده است:
ناحیه ورودی
ناحیه صاف
ناحیه بازیابی سرعت
سیال از ناحیه پایین فن استک کولینگ تاور وارد و به سمت فوقانی حرکت می کند. ناحیه ورودی فن استک باید طوری طراحی شود که سیال به آرامی و با کمترین اغتشاش وارد و جریان یابد. ناحیه صاف فن استک برج خنک کن نیز بر کارایی فن موثر می باشد. پره های فن در هنگام عملکرد به دلیل بار محوری، به سمت پایین خم می شوند. به این جهت، حرکت انتهای پره های فن باید در ناحیه صاف فن استک برج محدود شوند. کمینه مقدار ارتفاع ناحیه صاف فن استک برابر مجموع اندازه عمودی پره فن زاویه داده شده، بیشینه خمش انتهای پره‌های فن و مقداری اضافه بر آن می باشد. فن استک(fanstack) یا محفظه فن برج خنک کن یکی از قطعات به ظاهر ساده ولی بسیار مهم است. فن استک ها در برج های خنک کننده جریان مکشی یا Induced draft cooling tower استفاده می شوند.
یکنواخت کردن جریان هوای خروجی از برج خنک کن.
جلوگیری از ایجاد جریان گردابی در لبه پره ها و بلیدها.
ایجاد فشار ریکاوری در قسمت بالای فن استک با توجه به فرم ونتوری.
جلوگیری از جریان گردابی بین خروجی کولینگ تاور و قسمت ورودی.
تقویت استحکام سازه ای بدنه Cooling tower
محافظت از فن، هاب، درایو شفت، موتور و گیربکس برج خنک کننده.
محافظت از پرسنل حین کار و انجام فعالیت ها تعمیراتی در زمان روشن بودن دستگاه.
شکل هندسی فن استک(fanstack)
از لحاظ هندسی فرم کلی فن استک(fanstack) به صورت ونتوری طراحی شده است. که باعث بهبود راندمان فن و هدایت بهتر هوای خروجی از برج خنک کن می شود. بدین ترتیب و با استفاده از فرمول برنولی، در قسمت بالای فن استک، مقداری فشار ریکاوری ایجاد می شود. باید توجه داشت که فن استک علاوه بر خواص و تاثیری که در عملکرد برج خنک کن دارد؛ از لحاظ فیزیکی نیز به عنوان محافظ فن پکینگ برج خنک کننده و موتور و گیربکس عمل می کند. همچنین ارتفاع فن استک موجب می گردد جریان هوای خارج شده از برج خنک کن که از لحاظ رطوبت در شرایط اشباع قرار دارد، به راحتی به سمت ورودی هوای Cooling tower حرکت نکند. که این امر نیز موجب افزایش راندمان برج خنک کننده می شود.
علاوه بر این موارد فن استک(fanstack) یا فن دک در زمان وزش باد نیز می تواند جلوی ایجاد جریان گردابی و ورود مجدد هوا به برج خنک کننده را بگیرد. از لحاظ هندسی فن استک ها دارای فرم های هندسی خاصی هستند. که توسط سازنده طراحی و تست می گردد. در اکثر فن استک ها، نسبت مشخصی بین این ابعاد وجود دارد. در کولینگ تاورهای مونتاژ در محل سازه بتنی و سازه فایبرگلاس – Field erected cooling tower – عموما فن استک(fanstack) ها پس از گذشت مدتی در حدود ۱۵ سال مستهلک شده و دچار ترک خوردگی و پارگی می شوند. در این شرایط کارخانجات و شرکت ها برای اطمینان از صحت عملکرد صحیح برج خنک کننده، اقدام به خرید فن استک های جدید می کنند.
فرآیند تولید فن استک(fanstack) صنعتی فایبرگلاس برای کولینگ تاور، با دریافت نقشه ها و یا نمونه موجود فن استک شروع می شود. در ادامه از روی نقشه ها و یا نمونه موجود قالب تهیه می شود و سپس با استفاده از قالب تهیه شده، فن استک ساخته می شود. فن استک برج خنک کننده یا سیلندر فن یا Fan Stack، بخشی ضروری از برج خنک کننده و همچنین بخشی از پروانه فن است که افت ( کاهش ) فشار ناشی از سرعت بالای ورود هوا را کاهش می دهد. سطح بیرونی مستحکمی دارد و مقاومت بالایی در برابر شرایط آب و هوایی و عملکرد برج های خنک کننده ایجاد می کند.
تفکر، محاسبه، مدلسازی و آزمایش قابل ملاحظه ای در طراحی و ساخت سیلندر فن انجام می شود؛ زیرا این امر مستقیماً بر جریان مطلوب هوا در برج خنک کننده تاثیر می گذارد. تعیین قیمت پکینگ فیلمی به عنوان یک مهمانه مهم در صنعت بسته‌بندی، با توجه به نیازها و خواسته‌های مخاطبان انجام می‌شود . ماهیت یک فن استک خوب طراحی شده شامل : یک ورودی مناسب و آسان برای تسهیل جریان روان هوا به طرف فن، حداقل فاصله نوک تیغه فن، استحکام ساختاری کافی برای محافظت از پرسنل عملیاتی یا محافظ مش قابل جابجایی) همه ی این الزامات فیزیکی دارای محدودیت های عملی هستند، که معمولا توسط مصالح ساختمانی مناسب کنترل می شود. پلاستیک تقویت شده با الیاف، بدلیل شکل پذیری آن، استحکام، وزن نسبتا کم، ثبات و مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی، مواردی است که ترجیحا برای این کاربرد استفاده می شود .
سیلندر های فن برج خنک کننده با ارتفاع گسترده (گاهی اوقات پشته فن نامیده می شود) باعث تخلیه جربان هوای اشباع شده در ارتفاع بالاتر می شود. یک پشته فن در قالب یک دیفیوزر شعله ور است، که افزایش تدریجی سطح مقطع فراتر از فن را فراهم می کند و در نتیجه سرعت خروج هوا کاهش می یابد و به طور موثر فشار سرعت را به فشار استاتیک تبدیل می کند که باعث افزایش قابل توجهی در تحویل هوا نسبت به آنچه می توان با یک سیلندر مستقیم در همان قدرت اسب بخار انجام داد، این سیلندرهای بازیابی سرعت مخصوصا برای برج های خنک کننده بزرگ صنعتی کاربرد دارند.
عرشه فن برج خنک کننده (Fan Deck) چیست؟
عرشه فن استیل برج خنک کننده بخشی از ساختار برج در نظر گرفته می شود که به عنوان یک دیافراگم برای انتقال بارهای مرده و زنده به سازه برج خنک کننده عمل می کند و سطحی افقی است که در بالای برج خنک کننده قرار می گیرد. هم چنین بستری برای پشتیبانی از سیلندرهای فن (فن استک) و دسترسی به تجهیزات مکانیکی و سیستم توزیع آب را فراهم می کند. مصالح و مواد تشکیل دهنده عرشه فن معمولا با چارچوب برج سازگار است. مثلا برای برج های چوبی به طور معمول از تخته سه لایه شیاردار، از الیاف FRP پلیمرهای تقویت شده با فیبر Fiber Reinforced Polymer برای برج هایی با همین ساختار، فولاد گالوانیزه بر روی برج های خنک کننده فولادی و مقاطع پیش تنیده دوتایی بر روی برج های بتنی استفاده می کنند. طراحی بارگیری یکنواخت بر روی فن استیل برج های خنک کننده ی بزرگ معمولا 60 پوند بر فوت مربع است که در کوچکتر به 40 پوند در فوت مربع کاهش می یابد .