원심 팬

Centrifugal fan
일반적인 역곡선 원심 팬으로, 블레이드가 회전하는 방향에서 벗어나 구부러집니다.

원심팬은 유입유체에 대한 각도로 공기 또는 기타 가스를 이동시키는 기계장치이다.원심 팬에는 송풍구를 특정 방향 또는 히트 싱크로 유도하기 위한 덕트 하우징이 포함되어 있는 경우가 많습니다.이러한 팬은 송풍기, 송풍기 팬 또는 다람쥐 케이지 팬이라고도 불립니다(햄스터 휠처럼 보이기 때문에).컴퓨터에 사용되는 작은 것들은 때때로 비스킷 블로어라고 불린다.이러한 팬은 팬의 회전 입구에서 배출구로 공기를 이동합니다.일반적으로 덕트 적용에서 덕트/열 교환기를 통해 공기를 흡입하거나 이와 유사한 방식으로 공기를 밀어 넣기 위해 사용됩니다.임펠러[1]표준 축방향 팬과 비교하여 소형 팬 패키지에서 유사한 공기 이동을 제공하여 공기 흐름에서 높은 저항을 극복할 수 있습니다.

원심형 팬은 임펠러의 운동 에너지를 사용하여 공기 흐름을 움직이고, 공기 흐름은 덕트, 댐퍼 및 기타 구성 요소에 의해 발생하는 저항에 반대하여 움직입니다.원심 팬은 방사상으로 공기를 이동시켜 방향을 바꿉니다(일반적으로 90°).에어플로우입니다.견고하고 조용하며 안정적이며 다양한 [2]조건에서 작동할 수 있습니다.

원심 팬은 축방향 팬과 마찬가지로 정용량 장치입니다. 즉, 일정한 팬 속도로 원심 팬은 일정한 질량이 아닌 비교적 일정한 양의 공기를 이동시킵니다.이것은, 시스템의 풍속이 정해지는라 공기 흐름의 실제 질량이 공기의 밀도에 따라 달라진다는 것을 의미한다.밀도를 중심으로 해발 들어오는 공기 온도 및 고도의 변화에 의해, 이러한 팬들이 공기의 일정한 대량 제공해야 할 응용 프로그램에 적합하지 않고 발생할 수 있다.[3]

원심 팬들이 있지 않positive-displacement 장치와 때 포지티브 디스플레이스먼트 부는 사람들과 대조적 원심 팬들 특정 장점과 단점이 있습니다. 반면 포지티브 디스플레이스먼트 부는 사람들은 낮은 자본 비용을 부담해야 할 수 있원심 팬들은,, 훨씬 높은 압축 비율을 달성할 수 있다 효율적이다.[4][5][6][7][8]원심 팬은 일반적으로 주거용, 산업용 및 상업용 축류 팬과 비교됩니다.축방향 팬은 일반적으로 더 많은 볼륨에서 작동하고, 더 낮은 정압에서 작동하며, 더 높은 효율성을 가집니다.[9] 따라서 축방향 팬은 일반적으로 창고 배기나 실내 순환과 같은 대용량 공기 이동에 사용되며, 원심 팬은 주택이나 일반적인 사무실 환경 등의 덕트 적용에서 공기를 이동시키는 데 사용됩니다.

원심형 팬은 허브 주위에 장착된 다수의 팬 블레이드로 구성된 드럼 모양입니다.애니메이션 그림과 같이 허브는 팬 하우징의 베어링에 장착된 구동축을 켭니다.가스는 팬 휠 측면에서 들어가 90도 회전하며 팬 블레이드 위를 흘러 팬 [10]하우징을 빠져나갈 때 원심력에 의해 가속됩니다.

역사

원심 팬에 대한 최초의 언급은 1556년 게오르크 파우어(라틴어:Georgius Agricola)는 그의 저서 De Re Metalica에서 어떻게 그러한 선풍기가 [11]광산을 환기하는 데 사용되었는지 보여줍니다.그 후, 원심 팬은 점차 사용되지 않게 되었습니다.19세기 초가 되어서야 원심 팬에 대한 관심이 되살아났다.1815년 샤반 후작은 원심 선풍기 사용을 주창했고 같은 [12]해에 영국 특허를 취득했다.1827년 에드윈 A.뉴저지 보든타운의 스티븐스는 북미 [13]증기선의 보일러에 바람을 불어넣기 위한 선풍기를 설치했다.마찬가지로, 1832년 스웨덴계 미국인 엔지니어 존 에릭슨은 증기선 [14]코세어의 송풍기로 원심 팬을 사용했습니다.원심 선풍기는 1832년 러시아 군사기술자 알렉산더 사블루코프(Alexander Sablukov)에 의해 발명되었으며 러시아 경공업(제당업 등)과 [15]해외 모두에서 사용되었다.

광산 산업의 가장 중요한 발전 중 하나는 1862년 프랑스 기술자 테오필 기발에 의해 벨기에에서 특허를 받은 기발 팬이었다.구이발 부채는 부채날개를 둘러싼 나선형 케이스와 탈출속도를 조절할 수 있는 유연한 셔터를 갖추고 있어 기존의 개방형 부채 설계보다 월등히 우수해 깊은 곳에서 채굴할 수 있었다.그러한 선풍기는 [16][17]영국 전역에서 광산 환기를 위해 광범위하게 사용되었습니다.

건설

그림 1: 원심 팬의 컴포넌트
덕트를 통해 건물 외부로 배출되는 인라인 원심 팬.볼루트 형상은 기체의 유입과 평행하도록 유출을 방향 변경한다.

원심 팬의 주요 부품은 다음과 같습니다.

  1. 팬 하우징
  2. 임펠러
  3. 흡기 및 배기 덕트
  4. 구동축
  5. 구동 메커니즘
  6. 팬 댐퍼 및 베인
  7. 흡기 및 배기 덕트
  8. 팬 블레이드
  9. 팬 방전 케이스

사용되는 다른 구성 요소로는 베어링, 커플링, 임펠러 잠금 장치, 팬 배출 케이스, 샤프트 씰 플레이트 [18]등이 있습니다.

드라이브 메커니즘

팬 드라이브는 팬 휠(임펠러)의 속도와 이 속도를 변경할 수 있는 정도를 결정합니다.팬 [10]드라이브에는 기본적으로 두 가지 유형이 있습니다.

직접적인

팬 휠은 전기 모터의 축에 직접 연결될 수 있습니다.이는 팬 휠 속도가 모터의 회전 속도와 동일함을 의미합니다.모터의 회전 속도에서 팬으로 변환되는 손실이 없기 때문에 직접 구동은 팬 구동의 가장 효율적인 형태입니다.

일부 전자 제품 제조업체는 외부 로터 모터(스테이터가 로터 내부에 있음)를 사용하여 원심형 팬을 제작했으며 로터는 팬 휠(임펠러)에 직접 장착됩니다.

벨트

모터축 및 팬휠축에 한 쌍의 시브가 장착되고 벨트가 모터에서 팬으로 기계적 에너지를 전달한다.

팬 휠 속도는 모터 시브의 직경과 팬 휠 시브의 직경의 비율에 따라 달라집니다.벨트 구동 팬의 팬 휠 속도는 벨트가 미끄러지지 않는 한 고정됩니다.벨트가 미끄러지면 팬 휠의 속도가 분당 수백 회전(RPM) 감소합니다.또한 벨트는 유지 보수 항목을 추가로 도입합니다.

베어링

베어링은 팬의 중요한 부분입니다.슬리브 링 베어링은 컴퓨터 팬과 같은 소형 팬에 사용되는 반면, 대규모 주거용 및 상업용에는 볼 베어링이 사용됩니다.산업 분야에서는 뜨거운 가스를 배출하기 위해 수냉식 슬리브 베어링과 같은 특수 베어링을 사용할 수 있습니다.[20]

많은 터보 블로어는 에어 베어링 또는 자기 [21]베어링을 사용합니다.

스피드 컨트롤

최신 팬의 팬 속도는 모터 속도를 직접 제어하는 가변 주파수 드라이브를 통해 이루어지며, 모터 속도를 서로 다른 공기 흐름으로 올리거나 내립니다.이동하는 공기의 양은 모터 속도와 비선형이며, 팬 설치마다 개별적으로 균형을 유지해야 합니다.일반적으로 이 작업은 도급업체에서 테스트 및 밸런스 조정을 통해 수행되지만, 일부 최신 시스템은 콘센트 근처의 계측기를 사용하여 직접 공기 흐름을 모니터링하고 피드백을 사용하여 모터 속도를 변경할 수 있습니다.

오래된 팬 설치에서는 흡기구 또는 배기구 베인을 사용합니다.- 팬의 배기구에서 금속 플랩을 개폐할 수 있습니다.베인이 닫히면 압력이 높아지고 팬의 공기 흐름이 낮아집니다.VFD는 팬 모터에서 사용되는 전력을 직접 줄이면서 베인은 일정한 모터 속도로 작동하므로 VFD보다 효율이 떨어집니다.

팬 블레이드

그림 3: 원심 팬 블레이드

팬 휠은 다수의 팬 블레이드가 장착된 허브로 구성됩니다.허브의 팬 블레이드는 전방-곡선, 후방-곡선 또는 [10]방사형의 3가지 방법으로 배치할 수 있습니다.

전진 곡선

가정용 팬의 앞쪽으로 구부러진 블레이드

그림 3(a)와 같이 전방으로 구부러진 날개는 팬 휠의 회전 방향으로 구부러진다.이것들은 특히 미립자에 민감하며 일반적으로 [22]에어컨과 같은 청정 공기 애플리케이션에만 지정됩니다.전방 만곡 팬은 일반적으로 베인 축방향 팬에 대해 정압이 너무 높거나 원심 팬의 작은 크기가 필요한 용도에 사용되지만 후방 만곡 팬의 소음 특성은 공간에 지장을 줍니다.베인 축방향 [23]팬에 비해 정압 상승과 함께 낮은 공기 흐름을 제공할 수 있습니다.일반적으로 팬 코일 유닛에서 사용됩니다.후방 곡면 팬보다 효율이 떨어집니다.[24]

역곡선

그림 3(b)와 같이 후방으로 구부러진 블레이드는 팬 휠의 회전 방향에 대해 곡선을 그린다.소형 송풍기에는 구부러지지 않고 직선인 후방 경사진 블레이드가 있을 수 있습니다.더 큰 역경사/곡선형 송풍기는 역경사 곡선이 에어포일 단면의 곡선과 비슷한 블레이드를 가지고 있지만, 두 설계 모두 비교적 경제적인 구조 기법으로 우수한 작동 효율을 제공합니다.이러한 유형의 송풍기는 미립자 부하가[citation needed] 낮거나 중간 정도인 가스 흐름을 처리하도록 설계되었습니다.마모 방지 기능을 쉽게 장착할 수 있지만, 특정 블레이드 곡선은 고형물이 [citation needed]쌓이기 쉽습니다.후방 곡선 휠은 고속으로 달리고 더 강력한 [25]구조가 필요하기 때문에 종종 해당 전방 곡선 휠보다 무겁습니다.

후방 곡면 팬은 높은 특정 속도 범위를 가질 수 있지만, 공기 핸들링 [citation needed]유닛과 같은 고압, 중류 애플리케이션 등 중 특정 속도 애플리케이션에 가장 많이 사용됩니다.

후방 커브 팬은 레이디얼 블레이드 및 전방 커브 팬보다 에너지 효율이 높기 때문에 고출력 애플리케이션에서는 저비용 레이디얼 블레이드 [25]팬을 대체하는 것이 적합합니다.

직선 방사형

그림 3(c)와 같이 레이디얼 블로어에는 허브의 중심에서 똑바로 뻗어나가는 블레이드를 가진 바퀴가 있습니다.레이디얼 블레이드 휠은 블레이드의 고체 축적에 가장 민감하지 않기 때문에 미립자가 많은 가스 흐름에서 자주 사용되지만 소음 출력이 큰 것이 특징입니다.고속, 저용량 및 고압은 방사형[citation needed] 송풍기에서 흔히 사용되며 진공 청소기, 공압 재료 운반 시스템 및 이와 유사한 공정에서 자주 사용됩니다.

동작 원리

원심 팬은 임펠러 회전으로 공급되는 원심 전력을 사용하여 공기/기체의 운동 에너지를 증가시킵니다.임펠러가 회전하면 임펠러 근처의 가스 입자가 임펠러에서 떨어져 나와 팬 케이스 안으로 이동합니다.그 결과 케이싱 및 덕트에 의해 제공되는 시스템 저항 때문에 가스의 운동에너지가 압력으로 측정된다.그런 다음 가스는 출구 덕트를 통해 출구로 유도됩니다.가스를 방출한 후에는 임펠러 중간 영역의 가스 압력이 감소한다.임펠러 아이에서 나오는 가스가 이를 정상화하기 위해 돌진합니다.이 사이클이 반복되므로 가스가 지속적으로 전송될 수 있습니다.

표 1:팬들과 부는 사람들 사이에 차이.
장비. 압력비 압력 상승(mmH2O)
팬들 1.1까지 1136
Blowers 1.1으로 1.2 1136-2066

속도 삼각형

주요 기사:속도 삼각형

주는 그림의 속도는 삼각형은 가입과 칼날의 출구에서 흐름을 기하학 결정에서 우리를 돕는다라고 불렀다.데이터의 최소 숫자 블레이드의 점에서 속도 삼각형을 그릴 필요가 있다.속도의 일부 구성 요소는 날 흐름의 방향의 변화 때문에 다른 지점에서 다양하다.따라서 속도 삼각형의 무수히 많은 주어진 칼날에 가능하다.흐름만 두 속도 삼각형을 사용하여 묘사하기 위해, 우리는 속도의 평균 값과 해당 방향을 정의한다.표시된 것처럼 어떤 터보 기계의 속도 삼각형:3가지 구성을 가진다.

전방을 향한 칼날에 속도 삼각 지대이다.
  • U블레이드 속도
  • Vr 상대 속도
  • V 절대 속도

이러한 속도는 벡터 덧셈의 삼각형 법칙과 관련이 있습니다.

이 비교적 간단한 방정식은 속도도를 그릴 때 자주 사용됩니다.표시된 전면 및 후면 블레이드의 속도 다이어그램은 이 법칙을 사용하여 그려집니다.각도α는 축 방향에 대한 절대 속도에 의해 만들어진 각도이고 각도β는 축 방향에 대한 블레이드에 의해 만들어진 각도이다.

뒷면 블레이드의 속도 삼각형

팬과 송풍기의 차이

원심 팬과 송풍기를 구별하는 특성은 팬에서 달성할 수 있는 압력 비율입니다.일반적으로 송풍기는 더 높은 압력비를 생성할 수 있습니다.미국기계공학회(ASME)에 따르면 특정 비율(흡인 압력에 대한 배출 압력 비율)은 팬, 송풍기 및 압축기를 정의하는 데 사용됩니다.팬의 특정 비율은 최대 1.11이며, 송풍기는 1.11 ~ 1.20이며, 압축기는 1.20을 넘습니다.일반적으로 송풍기와 압축기는 압력이 높기 때문에 팬보다 훨씬 견고한 구조를 가지고 있습니다.

등급

원심 팬 성능 표 및 곡선에 있는 정격은 표준 공기 SCFM에 기초하고 있습니다.팬 제조업체는 표준 공기를 1입방피트(1.2kg/m3)당 0.075파운드 밀도의 깨끗하고 건조한 공기로 정의하고 있으며, 해수면에서의 기압은 29.92인치(101.325kPa), 온도는 70°F(21°C)입니다.표준 공기 이외의 조건에서 작동하도록 원심 팬을 선택하려면 정적 압력과 전원 모두에 대한 조정이 필요합니다.

표준보다 높은 고도(해수면)와 표준보다 높은 온도에서 공기 밀도는 표준 밀도보다 낮습니다.공기 밀도 보정은 고온에서 지속적으로 작동하도록 지정된 원심 팬을 고려해야 합니다.원심 팬은 공기의 밀도에 관계없이 일정한 양의 공기를 시스템에서 치환합니다.

표준 이외의 조건에서의 특정 CFM 및 정압에 대해 원심팬이 지정되어 있는 경우에는 공기밀도 보정계수를 적용하여 새로운 조건에 맞는 적절한 크기의 팬을 선택해야 합니다.200°F(93°C) 공기의 무게는 70°F(21°C) 공기의 80%에 불과하므로 원심 팬은 압력과 전력 소모가 적습니다.200°F(93°C)에서 필요한 실제 압력을 얻으려면 설계자는 표준 조건에서의 압력에 1.25의 공기 밀도 보정 계수(즉 1.0/0.8)를 곱하여 시스템이 올바르게 작동하도록 해야 합니다.200°F(93°C)에서 실제 전력을 얻으려면 설계자는 표준 조건에서의 전력을 공기 밀도 보정 계수로 나누어야 합니다.

공기 이동 제어 협회(AMCA)

원심 팬 퍼포먼스 표는 표준 공기 밀도에서의 특정 CFM 및 정적 압력에 대한 팬 RPM 및 전력 요건을 나타냅니다.원심 팬의 성능이 표준 조건이 아닌 경우 성능 표에 입력하기 전에 성능을 표준 조건으로 변환해야 합니다.Air Movement and Control Association(AMCA; 공기 이동 제어 협회)의 정격 원심 팬은 해당 유형의 팬에 일반적인 설치를 시뮬레이션하는 테스트 설정을 사용하여 실험실에서 테스트됩니다.일반적으로 AMCA 표준 [26]210에 지정된 4가지 표준 설치 유형 중 하나로 테스트되고 등급이 매겨집니다.

AMCA 표준 210은 일정한 회전 속도에서 공기 흐름, 압력, 전력 및 효율을 결정하기 위해 수용 팬에 대한 실험실 테스트를 수행하는 균일한 방법을 정의합니다.AMCA 표준 210의 목적은 다양한 제조업체가 제공하는 등급이 동일한 기준으로 비교될 수 있도록 팬 테스트의 정확한 절차와 조건을 정의하는 것입니다.따라서 팬은 표준화된 SCFM으로 평가되어야 합니다.

손실

원심 팬은 고정 부품과 가동 부품 모두에서 효율 손실을 입기 때문에 일정 수준의 공기 흐름 성능에 필요한 에너지 입력이 증가합니다.

임펠러 엔트리

흡입구에서의 흐름과 흡입구가 축방향에서 방사방향으로 회전하면 흡입구에서의 손실이 발생합니다.마찰 및 흐름 분리는 입사각의 [further explanation needed]변화가 있기 때문에 임펠러 블레이드 손실을 일으킵니다.이러한 임펠러 블레이드 손실도 범주에 포함됩니다.

누수

임펠러의 회전 둘레와 입구 케이스 사이에 틈이 있기 때문에 메인 플로우 필드에서의 공기 누출 및 교란이 발생합니다.

임펠러

디퓨저와 볼륨

마찰과 흐름의 분리도 디퓨저 손실을 일으킵니다.장치가 설계 조건을 초과하여 작동할 경우 발생에 따른 추가 손실이 발생합니다.임펠러 또는 디퓨저로부터의 흐름은 볼루트에서 팽창하며, 볼루트는 단면이 커져 와류가 형성되어 압력 헤드가 감소합니다.마찰 및 흐름 분리 손실도 볼루트 통로로 인해 발생합니다.

디스크 마찰

임펠러 디스크 뒷면의 끈적이는 디스크 마찰 손실을 일으킵니다.

문학에서

월터 밀러의 공상과학 소설 "레이보위츠를 위한 칸티클"(1959)에서, "다람쥐 우리"를 어떻게 드러낼지 어리둥절하기는 하지만, 26세기 이후의 아포칼립스 시대의 수도승들은 "다람쥐 우리"에 대한 전기 청사진을 신성한 유물로 보호한다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 원심 팬과 관련된 미디어가 있습니다.

레퍼런스

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