वाहिनी वेंटिलेशन प्रणालियों के लिए पंखे
यह मॉड्यूल वाहिनी संवातन प्रणालियों के लिए प्रयुक्त अपकेन्द्री और अक्षीय पंखों पर विचार करता है तथा उनकी विशेषताओं और परिचालन विशेषताओं सहित चयनित पहलुओं पर विचार करता है।
डक्टेड सिस्टम के लिए भवन सेवाओं में उपयोग किए जाने वाले दो सामान्य पंखों को सामान्यतः अपकेन्द्री और अक्षीय पंखे कहा जाता है - यह नाम पंखे के माध्यम से वायु प्रवाह की निर्धारित दिशा से लिया गया है। ये दोनों प्रकार स्वयं कई उपप्रकारों में विभाजित हैं जिन्हें विशिष्ट आयतन प्रवाह/दबाव विशेषताओं के साथ-साथ अन्य परिचालन विशेषताओं (आकार, शोर, कंपन, सफाई, रखरखाव और मजबूती सहित) प्रदान करने के लिए विकसित किया गया है।
तालिका 1: 600 मिमी से अधिक व्यास वाले पंखों के लिए अमेरिका और यूरोप में प्रकाशित अधिकतम पंखा दक्षता डेटा
एचवीएसी में इस्तेमाल होने वाले कुछ सबसे आम प्रकार के पंखों को तालिका 1 में सूचीबद्ध किया गया है, साथ ही उनकी अधिकतम क्षमताएँ भी दी गई हैं, जो विभिन्न अमेरिकी और यूरोपीय निर्माताओं द्वारा प्रकाशित आंकड़ों से एकत्रित की गई हैं। इनके अलावा, हाल के वर्षों में 'प्लग' पंखे (जो वास्तव में सेंट्रीफ्यूगल पंखे का एक प्रकार है) की लोकप्रियता में भी वृद्धि हुई है।
चित्र 1: सामान्य पंखा वक्र। वास्तविक पंखे इन सरलीकृत वक्रों से काफ़ी भिन्न हो सकते हैं
विशिष्ट पंखे वक्र चित्र 1 में दर्शाए गए हैं। ये अतिरंजित, आदर्शित वक्र हैं, और वास्तविक पंखे इनसे भिन्न हो सकते हैं; हालाँकि, इनमें समान विशेषताएँ प्रदर्शित होने की संभावना है। इसमें अस्थिरता के वे क्षेत्र शामिल हैं जो हंटिंग के कारण होते हैं, जहाँ पंखा समान दाब पर दो संभावित प्रवाह दरों के बीच या पंखे के रुकने के परिणामस्वरूप फ़्लिप कर सकता है (देखें वायु प्रवाह बॉक्स का रुकना)। निर्माताओं को अपने साहित्य में पसंदीदा 'सुरक्षित' कार्य सीमाएँ भी निर्धारित करनी चाहिए।
केन्द्रापसारी पंखे
अपकेन्द्री पंखों में, हवा प्ररित करनेवाला में उसकी धुरी के अनुदिश प्रवेश करती है, फिर अपकेन्द्री गति के साथ प्ररित करनेवाला से त्रिज्यीय रूप से बाहर निकलती है। ये पंखे उच्च दाब और उच्च आयतन प्रवाह दर दोनों उत्पन्न करने में सक्षम हैं। अधिकांश पारंपरिक अपकेन्द्री पंखे एक स्क्रॉल प्रकार के आवरण (जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है) में बंद होते हैं जो गतिमान हवा को निर्देशित करता है और गतिज ऊर्जा को स्थैतिक दाब में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करता है। अधिक हवा प्रवाहित करने के लिए, पंखे को 'दोहरी चौड़ाई वाले दोहरे प्रवेश' प्ररित करनेवाला के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे आवरण के दोनों ओर हवा प्रवेश कर सके।
चित्र 2: स्क्रॉल आवरण में अपकेन्द्री पंखा, पीछे की ओर झुके हुए प्ररितक के साथ
इम्पेलर बनाने के लिए ब्लेड के कई आकार होते हैं, जिनमें से मुख्य प्रकार आगे की ओर मुड़े हुए और पीछे की ओर मुड़े हुए होते हैं - ब्लेड का आकार उसके प्रदर्शन, संभावित दक्षता और विशिष्ट पंखे के वक्र के आकार को निर्धारित करेगा। पंखे की दक्षता को प्रभावित करने वाले अन्य कारक हैं इम्पेलर व्हील की चौड़ाई, इनलेट कोन और घूमते हुए इम्पेलर के बीच का खाली स्थान, और पंखे से हवा निकालने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला क्षेत्र (जिसे 'ब्लास्ट एरिया' कहा जाता है)।
इस प्रकार के पंखे पारंपरिक रूप से बेल्ट और पुली व्यवस्था वाली मोटर द्वारा चलाए जाते रहे हैं। हालाँकि, इलेक्ट्रॉनिक गति नियंत्रण में सुधार और इलेक्ट्रॉनिक रूप से परिवर्तित ('ईसी' या ब्रशलेस) मोटरों की बढ़ती उपलब्धता के साथ, प्रत्यक्ष ड्राइव का उपयोग अधिक आम होता जा रहा है। इससे न केवल बेल्ट ड्राइव में निहित अक्षमताएँ दूर होती हैं (जो रखरखाव के आधार पर 2% से लेकर 10% से अधिक तक हो सकती हैं), बल्कि कंपन कम होने, रखरखाव कम होने (कम बियरिंग और सफाई की आवश्यकता) और असेंबली को अधिक सुगठित बनाने की भी संभावना होती है।
पीछे की ओर घुमावदार केन्द्रापसारक पंखे
पीछे की ओर मुड़े (या 'झुके') पंखों की विशेषता उनके ब्लेड होते हैं जो घूर्णन की दिशा से दूर झुके होते हैं। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, एयरोफ़ॉइल ब्लेड का उपयोग करते समय, या तीन आयामों में आकार वाले सादे ब्लेड के साथ, वे लगभग 90% की दक्षता प्राप्त कर सकते हैं, और सादे घुमावदार ब्लेड का उपयोग करते समय थोड़ा कम, और साधारण फ्लैट प्लेट वाले पीछे की ओर झुके ब्लेड का उपयोग करते समय फिर से कम। हवा अपेक्षाकृत कम वेग से प्ररित करनेवाला की नोक से निकलती है, इसलिए आवरण के भीतर घर्षण हानि कम होती है और हवा से उत्पन्न शोर भी कम होता है। वे परिचालन वक्र के चरम पर रुक सकते हैं। अपेक्षाकृत चौड़े प्ररित करनेवाला सबसे अधिक दक्षता प्रदान करेंगे, और अधिक बड़े एयरोफ़ॉइल प्रोफाइल वाले ब्लेड को आसानी से इस्तेमाल कर सकते हैं। पतले प्ररित करनेवाला एयरोफ़ॉइल का उपयोग करने से बहुत कम लाभ दिखाएंगे, इसलिए फ्लैट प्लेट ब्लेड का उपयोग करने की प्रवृत्ति होती है। पश्चगामी वक्रीय पंखे विशेष रूप से उच्च दाब और कम शोर उत्पन्न करने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं, और इनमें गैर-अतिभारित शक्ति विशेषता होती है - इसका अर्थ है कि जैसे-जैसे किसी प्रणाली में प्रतिरोध कम होता जाता है और प्रवाह दर बढ़ती जाती है, विद्युत मोटर द्वारा ली जाने वाली शक्ति कम होती जाती है। पश्चगामी वक्रीय पंखों की संरचना कम कुशल अग्रगामी वक्रीय पंखों की तुलना में अधिक मजबूत और भारी होने की संभावना होती है। ब्लेडों के आर-पार हवा का अपेक्षाकृत धीमा वेग प्रदूषकों (जैसे धूल और ग्रीस) के जमाव को अनुमति दे सकता है।
चित्र 3: अपकेन्द्री पंखा प्ररितकों का चित्रण
आगे की ओर मुड़े हुए केन्द्रापसारक पंखे
अग्र वक्रित पंखों की विशेषता बड़ी संख्या में अग्र वक्रित ब्लेड होते हैं। चूँकि ये सामान्यतः कम दबाव उत्पन्न करते हैं, ये समतुल्य शक्ति वाले पश्च वक्रित पंखों की तुलना में छोटे, हल्के और सस्ते होते हैं। जैसा कि चित्र 3 और चित्र 4 में दिखाया गया है, इस प्रकार के पंखे के प्ररित करनेवाला में 20 से अधिक ब्लेड शामिल होंगे जिन्हें एक ही धातु की शीट से बनाना जितना आसान हो सकता है। बड़े आकार के व्यक्तिगत रूप से निर्मित ब्लेडों से बेहतर दक्षता प्राप्त होती है। हवा ब्लेड के सिरे से उच्च स्पर्शरेखीय वेग से निकलती है, और इस गतिज ऊर्जा को आवरण में स्थिर दाब में परिवर्तित करना आवश्यक है - इससे दक्षता कम हो जाती है। इनका उपयोग सामान्यतः कम दाब (सामान्यतः <1.5kPa) पर कम से मध्यम वायु मात्रा के लिए किया जाता है, और इनकी दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है, जो 70% से कम होती है। सर्वोत्तम दक्षता प्राप्त करने के लिए स्क्रॉल आवरण विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि हवा ब्लेड के सिरे से उच्च वेग से निकलती है और गतिज ऊर्जा को प्रभावी रूप से स्थिर दाब में परिवर्तित करने के लिए उपयोग की जाती है। ये कम घूर्णन गति पर चलते हैं और इसलिए, यांत्रिक रूप से उत्पन्न शोर का स्तर उच्च गति वाले पश्च-कर्वित पंखों की तुलना में कम होता है। कम सिस्टम प्रतिरोधों के विरुद्ध संचालित होने पर, इन पंखों में ओवरलोडिंग पावर विशेषता होती है।
चित्र 4: इंटीग्रल मोटर के साथ आगे की ओर घुमावदार अपकेन्द्री पंखा
ये पंखे वहां उपयुक्त नहीं हैं, उदाहरण के लिए, जहां हवा धूल से अत्यधिक दूषित हो या उसमें ग्रीस की बूंदें फंसी हों।
चित्र 5: पीछे की ओर मुड़े ब्लेड वाले प्रत्यक्ष संचालित प्लग पंखे का उदाहरण
रेडियल ब्लेड वाले केन्द्रापसारक पंखे
रेडियल ब्लेड वाले सेंट्रीफ्यूगल पंखे का फ़ायदा यह है कि यह दूषित वायु कणों को उच्च दाब (लगभग 10kPa) पर भी हटा सकता है, लेकिन तेज़ गति पर चलने पर यह बहुत शोर करता है और अक्षम (<60%) होता है, इसलिए इसे सामान्य प्रयोजन के HVAC के लिए इस्तेमाल नहीं किया जाना चाहिए। इसमें ओवरलोडिंग पावर विशेषता भी होती है - जैसे-जैसे सिस्टम प्रतिरोध कम होता है (शायद वॉल्यूम कंट्रोल डैम्पर खुलने से), मोटर की शक्ति बढ़ जाती है और मोटर के आकार के आधार पर, संभवतः 'ओवरलोड' हो सकता है।
प्लग पंखे
स्क्रॉल आवरण में लगाए जाने के बजाय, इन विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए अपकेन्द्री प्ररितकों का उपयोग सीधे वायु-संचालन इकाई (या, वास्तव में, किसी भी डक्ट या प्लेनम) के आवरण में किया जा सकता है, और इनकी प्रारंभिक लागत आवासित अपकेन्द्री पंखों की तुलना में कम होने की संभावना है। 'प्लेनम', 'प्लग' या केवल 'अनहाउस्ड' अपकेन्द्री पंखों के रूप में जाने जाने वाले, ये कुछ स्थानिक लाभ प्रदान कर सकते हैं, लेकिन परिचालन दक्षता में कमी की कीमत पर (सर्वोत्तम दक्षता आवासित अग्र वक्रित अपकेन्द्री पंखों के समान ही होती है)। ये पंखे इनलेट कोन (हाउस्ड पंखे की तरह) के माध्यम से हवा अंदर खींचेंगे, लेकिन फिर प्ररितक की पूरी 360° बाहरी परिधि के चारों ओर रेडियल रूप से हवा को बाहर निकालेंगे। ये आउटलेट कनेक्शन (प्लेनम से) में अत्यधिक लचीलापन प्रदान कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि डक्टवर्क में आसन्न मोड़ों या तीखे बदलावों की आवश्यकता कम हो सकती है जो स्वयं सिस्टम दबाव में गिरावट (और, परिणामस्वरूप, अतिरिक्त पंखे की शक्ति) में योगदान करते हैं। प्लेनम से निकलने वाली नलिकाओं में बेल माउथ एंट्री का उपयोग करके समग्र प्रणाली दक्षता में सुधार किया जा सकता है। प्लग फैन का एक लाभ इसका बेहतर ध्वनिक प्रदर्शन है, जो मुख्य रूप से प्लेनम के भीतर ध्वनि अवशोषण और इम्पेलर से डक्टवर्क के मुख तक 'प्रत्यक्ष दृष्टि' पथों की कमी के कारण होता है। दक्षता प्लेनम के भीतर पंखे के स्थान और पंखे के उसके आउटलेट से संबंध पर बहुत निर्भर करेगी - प्लेनम का उपयोग हवा में गतिज ऊर्जा को परिवर्तित करने और इस प्रकार स्थैतिक दबाव बढ़ाने के लिए किया जाता है। काफी अलग प्रदर्शन और संचालन की अलग स्थिरता इम्पेलर के प्रकार पर निर्भर करेगी - मिश्रित प्रवाह इम्पेलर (रेडियल और अक्षीय प्रवाह का संयोजन प्रदान करते हुए) का उपयोग सरल अपकेंद्री इम्पेलर3 का उपयोग करके बनाए गए मजबूत रेडियल वायु प्रवाह पैटर्न से उत्पन्न प्रवाह समस्याओं को दूर करने के लिए किया गया है।
छोटी इकाइयों के लिए, उनके कॉम्पैक्ट डिजाइन को अक्सर आसानी से नियंत्रित करने योग्य ईसी मोटरों के उपयोग के माध्यम से पूरित किया जाता है।
अक्षीय पंखे
अक्षीय प्रवाह पंखों में, हवा घूर्णन अक्ष के अनुरूप पंखे से होकर गुजरती है (जैसा कि चित्र 6 के साधारण ट्यूब अक्षीय पंखे में दिखाया गया है) - वायुगतिकीय उत्थापन (विमान के पंख के समान) द्वारा दबाव उत्पन्न होता है। ये अपेक्षाकृत सघन, कम लागत वाले और हल्के होते हैं, विशेष रूप से अपेक्षाकृत कम दबावों के विरुद्ध हवा को गति देने के लिए उपयुक्त, इसलिए इनका उपयोग अक्सर निष्कर्षण प्रणालियों में किया जाता है जहाँ दबाव में गिरावट आपूर्ति प्रणालियों की तुलना में कम होती है - आपूर्ति में आमतौर पर वायु संचालन इकाई के सभी वातानुकूलन घटकों का दबाव गिरावट शामिल होता है। जब हवा एक साधारण अक्षीय पंखे से निकलती है, तो वह प्ररित करनेवाला से गुजरते समय हवा पर दिए गए घूर्णन के कारण घूमती हुई दिखाई देगी - पंखे के प्रदर्शन को इस भंवर को पुनः प्राप्त करने के लिए डाउनस्ट्रीम गाइड वेन द्वारा काफ़ी बेहतर बनाया जा सकता है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाए गए वेन अक्षीय पंखे में है। एक अक्षीय पंखे की दक्षता ब्लेड के आकार, ब्लेड की नोक और आसपास के आवरण के बीच की दूरी, और भंवर पुनर्प्राप्ति से प्रभावित होती है। पंखे के आउटपुट को प्रभावी ढंग से बदलने के लिए ब्लेड की पिच को बदला जा सकता है। अक्षीय पंखों के घूर्णन को उलटकर, वायु प्रवाह को भी उलटा किया जा सकता है - हालाँकि पंखे को मुख्य दिशा में काम करने के लिए डिज़ाइन किया जाएगा।
चित्र 6: एक ट्यूब अक्षीय प्रवाह पंखा
अक्षीय पंखों के लिए अभिलक्षणिक वक्र में एक ठहराव क्षेत्र होता है, जो उन्हें व्यापक रूप से भिन्न परिचालन स्थितियों वाली प्रणालियों के लिए अनुपयुक्त बना सकता है, हालांकि उनमें गैर-अतिभारित शक्ति अभिलक्षणिकता का लाभ होता है।
चित्र 7: एक वेन अक्षीय प्रवाह पंखा
वेन अक्षीय पंखे पश्च वक्रित अपकेन्द्री पंखों के समान ही कुशल हो सकते हैं, तथा उचित दबाव (आमतौर पर लगभग 2kPa) पर उच्च प्रवाह उत्पन्न करने में सक्षम होते हैं, हालांकि इनसे अधिक शोर उत्पन्न होने की संभावना होती है।
मिश्रित प्रवाह पंखा, अक्षीय पंखे का ही एक विकास है और, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है, इसमें एक शंक्वाकार प्ररितक होता है जहाँ हवा को विस्तारित चैनलों के माध्यम से त्रिज्यीय रूप से खींचा जाता है और फिर सीधी गाइड वेन के माध्यम से अक्षीय रूप से प्रवाहित किया जाता है। यह संयुक्त क्रिया अन्य अक्षीय प्रवाह पंखों की तुलना में कहीं अधिक दबाव उत्पन्न कर सकती है। इसकी दक्षता और शोर का स्तर एक पश्च वक्र अपकेन्द्री पंखे के समान हो सकता है।
चित्र 8: मिश्रित प्रवाह इनलाइन पंखा
पंखे की स्थापना
पंखे और हवा के लिए स्थानीय वाहिनी मार्गों के बीच के संबंध के कारण प्रभावी पंखा समाधान उपलब्ध कराने के प्रयासों को गंभीर रूप से कमजोर किया जा सकता है।
पोस्ट करने का समय: 07 जनवरी 2022