برج‌های خنک‌کننده: کاربرد، انواع و نحوه کار

مقدمه

برج‌های خنک‌کننده سازه‌هایی هستند که برای کاهش دمای آب در سیستم‌های صنعتی و تهویه مطبوع استفاده می‌شوند.
این برج‌ها با استفاده از فرآیند تبخیر، حرارت آب را کاهش می‌دهند و به این ترتیب، کارایی سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی را افزایش می‌دهند.

کاربرد برج‌های خنک‌کننده

برج‌های خنک‌کننده در صنایع مختلفی کاربرد دارند، از جمله:

• نیروگاه‌ها:
برای خنک‌سازی آب مورد استفاده در فرآیند تولید برق.

• کارخانه‌های تولیدی:
برای کنترل دمای تجهیزات و فرآیندهای تولید.

• سیستم‌های تهویه مطبوع:
برای کاهش دمای آب در سیستم‌های سرمایشی ساختمان‌ها.

انواع برج‌های خنک‌کننده

برج‌های خنک‌کننده به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

1. برج‌های خنک‌کننده طبیعی:
   این نوع برج‌ها از جریان هوای طبیعی برای خنک‌سازی استفاده می‌کنند.
   در این برج‌ها، هوای سرد به‌طور طبیعی از پایین به بالا حرکت می‌کند و با آب گرم تماس پیدا می‌کند.
   
2. برج‌های خنک‌کننده مکانیکی:
   این نوع برج‌ها با استفاده از فن‌ها، هوای بیشتری را به داخل می‌کشند.
   این فن‌ها به افزایش کارایی خنک‌سازی کمک می‌کنند و معمولاً در مکان‌هایی با نیاز به خنک‌سازی بیشتر استفاده می‌شوند.

نحوه کار برج‌های خنک‌کننده

نحوه کار برج‌های خنک‌کننده به شرح زیر است:

1. ورود آب گرم:
   آب گرم از سیستم‌های صنعتی یا تهویه مطبوع به برج خنک‌کننده وارد می‌شود.
   
2. پاشش آب:
   آب گرم به‌طور یکنواخت بر روی سطوح داخلی برج پاشیده می‌شود.
   
3. جریان هوا:
   در برج‌های مکانیکی، فن‌ها هوای تازه را به داخل برج می‌کشند و در برج‌های طبیعی، جریان هوای طبیعی به داخل برج وارد می‌شود.
   
4. تبخیر:
   بخشی از آب در تماس با هوا تبخیر می‌شود و انرژی حرارتی را از آب باقی‌مانده می‌گیرد.
   
5. خروج آب خنک:
   در نهایت، آب خنک شده از پایین برج خارج می‌شود و به سیستم‌های صنعتی یا تهویه مطبوع بازمی‌گردد.

از کار افتادن برج های خنک کننده و علل آن‌ها

خرابی ناگهانی یک برج خنک‌کننده می‌تواند عواقب جدی برای عملیات کاری کارخانه به همراه داشته باشد، مانند آسیب به سایر تجهیزات، خطرات ایمنی، زمان توقف فعالیت، از دست رفتن درآمد تولید، هزینه‌های بالای تعمیرات و مشکلات در بهداشت محصولات تولیدی.

دلایل شایع خرابی در اجزای برج خنک‌کننده معمولاً به عدم تنظیم صحیح یا عدم تعادل اجزا مربوط می‌شود.
مطالعات نشان داده‌اند که شایع‌ترین خراب شدن‌ها در اجزای برج خنک‌کننده به موتور (۶۰٪)، گیربکس (۳۰٪)، فن (۲٪) و سایر موارد (۸٪) مربوط هستند.

به‌طور خاص، خراب شدن‌های موتور می‌تواند ناشی از عدم تعادل موتور، عدم تنظیم شفت، عیب‌های میله روتور، عیب‌های بلبرینگ و نصب نادرست پایه باشد.
دلایل خراب شدن گیربکس شامل استرس ناشی از قرار گرفتن در جریان هوا در برج خنک‌کننده، عدم تنظیم چرخ دنده با موتور، فشار اضافی به دندانه‌های چرخ دنده و خراب شدن بلبرینگ‌ها است.
خراب شدن‌های فن ممکن است ناشی از عدم تعادل پره‌های فن یا تغییرات و اشتباهات در زاویه پره باشد.

به‌طور کلی، بیشتر فن‌های برج خنک‌کننده با سرعتی بین ۹۰ تا ۳۰۰ دور در دقیقه (rpm) کار می‌کنند، در حالی که موتورها برای برج‌های خنک‌کننده معمولاً با سرعتی بین ۱۵۰۰ تا ۱۸۰۰ دور در دقیقه کار می‌کنند. دو سازمان استانداردهایی برای ارتعاش فن‌های برج خنک‌کننده توسعه داده‌اند.استانداردهای ارتعاشی موسسه فناوری خنک‌کننده (CTI) به واحدهای جابجایی (mils pk-pk, μm pk-pk) ارائه می‌شوند و به نوع ساخت (فولاد، فایبرگلاس، چوب یا بتن) و فرکانس وابسته هستند.
CTI استانداردهای کلی ارتعاش را ارائه نمی‌دهد. استانداردهای خاص ماشین (TA) به سطح کلی ارتعاش وابسته هستند و به نوع محرک (محور درایو مستقیم نزدیک، درایو تسمه‌ای نزدیک یا شفت توخالی بلند) مربوط می‌شود.
استانداردهای TA به واحدهای سرعت (ips-pk، mm/s-pk) ارائه می‌شوند.

حفاظت از دارایی‌ها

بهره‌گیری از دانشی که درباره عواقب خراب شدن برج خنک‌کننده وجود دارد و تجزیه و تحلیل علل خراب شدن‌ها، اولویت‌ها را برای جلوگیری از فاجعه تعیین می‌کند که به حفاظت از دارایی‌ها منجر می‌شود.
اندازه‌گیری پارامترهای کلیدی ارتعاش و تحلیل داده‌های ارتعاشی از برج خنک‌کننده از مهم‌ترین اقداماتی است که باید انجام شود.

محصولات متریکس

متریکس یک راه حل کامل برای اندازه‌گیری لرزش و حفاظت از ماشین‌آلات ارائه می‌دهد.

سازنده اصلی تجهیزات توصیه می‌کند که حداقل یک حسگر ارتعاش بر روی گیربکس و/یا بلبرینگ فن نصب شود.

موقعیت‌های نصب حسگرها در نمودارهای بالا نشان داده شده و به شرح زیر است:

برای جمع‌آوری داده‌های ارتعاشی از فن‌های کلاچ‌دار، باید هر دو موتور و گیربکس را تحت نظر قرار داد.
برای جمع‌آوری داده‌های ارتعاشی از فن‌های تسمه‌ای، باید بلبرینگ داخل فن، بلبرینگ داخل موتور و بلبرینگ‌های میانه در شفت فن را زیر نظر داشت.

نصب رک ریل DIN

محل نصب تجهیزات:

• حسگرها (SA6200A) باید همیشه در راستای بلبرینگ‌ها بر روی بدنه ماشین نصب شوند.
• برای سوئیچ‌ها با حسگرهای داخلی، پیشنهاد می‌شود که حرکت کلی مجموعه را بررسی کنید، نه فقط محل بلبرینگ.

راه‌حل‌های مانیتورینگ

متریکس گزینه‌های متنوعی برای کاربردهای مختلف برج خنک‌کننده دارد. یکی از راه‌حل‌های زیر را انتخاب کنید که برای کار شما مناسب باشد:

برای کاربردهای برج خنک‌کننده، مکان‌های اصلی نصب حسگرها و ابزارهای کنترل به شرح زیر است:

سوئیچ 440 با سنسور خارجی

این سوئیچ کانتکت های محلی جهت هشدار و تریپ موتور فراهم می آورد و این راه حل به این صورت است که سنسور خارجی بر روی محل مورد نظر نصب می گردد و سوئیچ در محل دیگری قرار می گیرد و خروجی 4-20میلی آمپر برای اتصال به PLC/DCS یا دیگر مانیتورهای فرآیند ارائه می‌دهد. مدارات الکترونیکی و کنترل‌های سطح تنظیم در خارج از منطقه مرطوب قرار دارند.

سوئیچ 440 با سنسور داخلی

این سوئیچ کانتکت هایی در محل برج خنک کننده جهت هشدار و تریپ موتور فراهم می آورد و این سوئیچ با سنسور داخلی بایستی بر روی محل مورد نظر نصب گردد و خروجی 4-20میلی آمپر برای اتصال به PLC/DCS یا دیگر مانیتورهای فرآیند ارائه می‌دهد. احتیاط: قرار دادن سوئیچ در داخل برج خنک‌کننده می‌تواند باعث خرابی آب بندی شود اگر رطوبت داخل برج حاوی مواد خورنده باشد.

مجموعه سنسور شتاب SA6200 و ترنسمیتر 5535

در این روش سنسورهای شتاب SA6200 سیگنال ارتعاشی را به ترنسمیتر 5535 ارسال می کند و این ترنسمیتر سیگنال 4-20 میلی آمپر جهت اتصال به سیستم های a PLC / DCS و یا دیگر سیستم های کنترلی فراهم می آورد و همچنین دارای نمایشگر جهت نمایش اطلاعات در محل نصب می باشد.
خروجی BNC بر روی ترنسمیتر وجود دارد تا در زمان های PM بتوان با نصب آنالایزر سیگنال های ارتعاشی را تجزیه تحلیل کرد.

ترنسمیتر ST5484E

در این روش ترنسمیتر ST5484 سرعت ارتعاشات را اندازه گیری می کند و به صورت جریان 4-20 میلی آمپر به سیستم های PLC / DCS و یا دیگر سیستم های کنترلی ارسال می کند و نصب این سنسور دوسیمه آسان می باشد.