Kipas empar

Kipas empar ialah peranti mekanikal untuk menggerakkan udara atau gas lain ke arah yang bersudut kepada bendalir yang masuk. Kipas empar selalunya mengandungi perumah bersalur untuk mengarahkan udara keluar ke arah tertentu atau merentasi sink haba ; kipas sebegitu juga dipanggil blower, blower fan, atau kipas sangkar tupai (kerana ia kelihatan seperti roda hamster ). Yang kecil yang digunakan dalam komputer kadangkala dipanggil peniup biskut . Kipas ini memindahkan udara dari salur masuk kipas ke saluran keluar. Ia biasanya digunakan dalam aplikasi bersalur sama ada untuk menarik udara melalui saluran kerja/penukar haba, atau menolak udara melalui pendesak yang serupa.  Berbanding dengan kipas paksi standard, mereka boleh memberikan pergerakan udara yang serupa daripada pakej kipas yang lebih kecil, dan mengatasi rintangan yang lebih tinggi dalam aliran udara.

Kipas emparan menggunakan tenaga kinetik pendesak untuk menggerakkan aliran udara, yang seterusnya bergerak melawan rintangan yang disebabkan oleh saluran, peredam dan komponen lain. Kipas emparan menyesarkan udara secara jejari, menukar arah (biasanya sebanyak 90°) aliran udara. Ia kukuh, senyap, boleh dipercayai dan mampu beroperasi dalam pelbagai keadaan. 

Kipas emparan adalah, seperti kipas paksi, peranti volum malar, bermakna, pada kelajuan kipas malar, kipas emparan menggerakkan isipadu udara yang agak malar dan bukannya jisim malar. Ini bermakna halaju udara dalam sistem adalah tetap, tetapi jisim sebenar udara yang mengalir akan berbeza-beza berdasarkan kepadatan udara. Variasi dalam ketumpatan boleh disebabkan oleh perubahan suhu udara masuk dan ketinggian di atas paras laut, menjadikan kipas ini tidak sesuai untuk aplikasi di mana jisim udara yang tetap diperlukan untuk disediakan. 

Kipas emparan bukanlah peranti anjakan positif dan kipas emparan mempunyai kelebihan dan kekurangan tertentu apabila dibezakan dengan blower anjakan positif: kipas emparan lebih cekap, manakala blower anjakan positif mungkin mempunyai kos modal yang lebih rendah, dan mampu mencapai mampatan yang lebih tinggi. nisbah. United Nations Environment Programme. "Fans and Blowers". 2006. p. 9. quote:"The centrifugal blower and the positive displacement blower are two main types of blowers" "Advantages of Rotary Positive Displacement Blowers Versus Centrifugal Blowers". 1996. Juan Loera, P.E. "Overview of Blower Technologies" . p. 10. Jim Brown. "The Great Debate: Centrifugal Fan vs. Positive Displacement Pump" . 2008. Vac2Go. "What's better, a PD or Fan Combination Unit?" . 2013. Kipas emparan biasanya dibandingkan dengan kipas paksi untuk aplikasi kediaman, perindustrian dan komersil. Kipas paksi biasanya beroperasi pada volum yang lebih tinggi, beroperasi pada tekanan statik yang lebih rendah, dan mempunyai kecekapan yang lebih tinggi.  Oleh itu kipas paksi biasanya digunakan untuk pergerakan udara volum tinggi, seperti ekzos gudang atau peredaran bilik, manakala kipas emparan digunakan untuk menggerakkan udara dalam aplikasi bersalur seperti rumah atau persekitaran pejabat biasa.

Kipas emparan mempunyai bentuk dram yang terdiri daripada beberapa bilah kipas yang dipasang di sekeliling hab. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah animasi, hab menghidupkan aci pemacu yang dipasang pada galas dalam perumahan kipas. Gas masuk dari sisi roda kipas, berpusing 90 darjah dan memecut disebabkan oleh daya emparan apabila ia mengalir di atas bilah kipas dan keluar dari perumahan kipas. Fan types  (U.S. Environmental Protection Agency website page)

 Sejarah 
Sebutan paling awal mengenai kipas empar adalah pada tahun 1556 oleh Georg Pawer (Latin: Georgius Agricola ) dalam bukunya De Re Metallica, di mana beliau menunjukkan bagaimana kipas sedemikian digunakan untuk mengudarakan lombong. Georgius Agricola with Herbert Clark Hoover and Lou Henry Hoover, trans., De Re Metallica (New York, New York: Dover Publications, Inc., 1950), pp. 203–207. Selepas itu, kipas empar beransur-ansur tidak digunakan. Tidak sampai dekad awal abad kesembilan belas minat terhadap kipas emparan dihidupkan semula. Pada tahun 1815 Marquis de Chabannes menganjurkan penggunaan kipas emparan dan mengeluarkan paten British pada tahun yang sama.  Pada tahun 1827, Edwin A. Stevens dari Bordentown, New Jersey, memasang kipas untuk meniup udara ke dalam dandang kapal wap Amerika Utara . Walter B. Snow (November 1898) "Mechanical draught for steam boilers," Cassier's Magazine, 15 (1) : 48–59; see p. 48. Begitu juga, pada tahun 1832, jurutera Sweden-Amerika John Ericsson menggunakan kipas emparan sebagai peniup pada kapal wap Corsair . (Editorial staff) (March 1919) "Recollections of John Ericsson," Mechanical Engineering, 41 : 260–261; see p. 261. Kipas empar telah dicipta oleh jurutera tentera Rusia Alexander Sablukov pada tahun 1832, dan digunakan dalam industri ringan Rusia (seperti pembuatan gula) dan di luar negara. A History of Mechanical Fan  

Salah satu perkembangan terpenting bagi industri perlombongan ialah kipas Guibal, yang telah dipatenkan di Belgium pada tahun 1862 oleh jurutera Perancis Théophile Guibal . Kipas Guibal mempunyai bekas lingkaran mengelilingi bilah kipas, serta pengatup fleksibel untuk mengawal halaju melarikan diri, yang menjadikannya jauh lebih baik daripada reka bentuk kipas terbuka sebelumnya dan membawa kepada kemungkinan melombong pada kedalaman yang besar. Kipas sedemikian digunakan secara meluas untuk pengudaraan lombong di seluruh Britain.  

 Pembinaan 
kiri|thumb|275x275px|Rajah 1: Komponen kipas emparan
kiri|thumb|275x275px|Kipas emparan sebaris menyahcas ke bahagian luar bangunan melalui saluran. Geometri volut mengubah hala aliran keluar supaya selari dengan aliran masuk gas.
Bahagian utama kipas emparan ialah:

 Perumahan kipas
 Pendesak
 Saluran masuk dan keluar
 Aci pemacu
 Mekanisme pemacu
 Peredam Kipas dan Vanes
 Saluran masuk dan keluar
 Bilah kipas
 Selongsong pelepasan kipas

Komponen lain yang digunakan mungkin termasuk galas, gandingan, peranti pengunci pendesak, selongsong pelepasan kipas, plat pengedap aci dsb. 

 Mekanisme pemacu 
Pemacu kipas menentukan kelajuan roda kipas (pendesak) dan sejauh mana kelajuan ini boleh diubah. Terdapat dua jenis asas pemacu kipas. Fan types  (U.S. Environmental Protection Agency website page)

 Langsung 
Roda kipas boleh disambungkan terus ke aci motor elektrik . Ini bermakna kelajuan roda kipas adalah sama dengan kelajuan putaran motor. Pemacu terus ialah bentuk pemacu kipas yang paling cekap kerana tiada kerugian yang ditukar daripada kelajuan putaran motor kepada kipas.

Sesetengah pengeluar elektronik telah membuat kipas emparan dengan motor pemutar luaran (pemegun berada di dalam pemutar), dan pemutar dipasang terus pada roda kipas (pendesak).

 Tali pinggang 
Satu set berkas dipasang pada aci motor dan aci roda kipas, dan tali pinggang menghantar tenaga mekanikal dari motor ke kipas.

Kelajuan roda kipas bergantung pada nisbah diameter berkas motor dengan diameter berkas roda kipas. Kelajuan roda kipas dalam kipas dipacu tali pinggang ditetapkan melainkan tali pinggang tergelincir. Gelinciran tali pinggang boleh mengurangkan kelajuan roda kipas dengan beberapa ratus pusingan seminit (RPM).  Tali pinggang juga memperkenalkan item penyelenggaraan tambahan

 Galas 
Galas adalah bahagian penting kipas. Galas cincin lengan digunakan untuk kipas yang lebih kecil seperti kipas komputer, manakala aplikasi kediaman dan komersial yang lebih besar menggunakan galas bebola . Aplikasi industri boleh menggunakan galas khusus seperti galas lengan yang disejukkan air untuk gas panas yang meletihkan. 

Banyak peniup turbo menggunakan sama ada galas udara atau galas magnetik . Juan Loera, P.E. "Overview of Blower Technologies and Comparison of High-Speed Turbo Blowers" . p. 24.

Peniup galas magnetik memberikan getaran dihantar rendah, levitasi berkelajuan tinggi, penggunaan kuasa yang rendah, kebolehpercayaan tinggi, operasi bebas minyak dan toleransi terhadap bahan cemar zarah dalam aliran udara. 

 Kawalan kelajuan 
Kelajuan kipas untuk peminat moden dilakukan melalui Pemacu Frekuensi Berubah yang secara langsung mengawal kelajuan motor, menaikkan dan menurunkan kelajuan motor ke aliran udara yang berbeza. Jumlah udara yang dipindahkan adalah tidak linear dengan kelajuan motor, dan mesti seimbang secara individu untuk setiap pemasangan kipas. Biasanya ini dilakukan pada masa pemasangan dengan menguji dan mengimbangi kontraktor, walaupun sesetengah sistem moden memantau aliran udara secara langsung dengan instrumen berhampiran alur keluar, dan boleh menggunakan maklum balas untuk mengubah kelajuan motor.

Pemasangan kipas yang lebih lama akan menggunakan ram masuk atau keluar - kepak logam yang boleh dilaraskan terbuka dan ditutup pada alur keluar kipas. Apabila ram ditutup mereka akan menaikkan tekanan dan menurunkan aliran udara dari kipas. Ini kurang cekap berbanding VFD, kerana VFD secara langsung mengurangkan elektrik yang digunakan oleh motor kipas, manakala ram berfungsi dengan kelajuan motor yang tetap.

 Bilah kipas 
kiri|thumb|325x325px|
Roda kipas terdiri daripada hab dengan beberapa bilah kipas dipasang. Bilah kipas pada hab boleh disusun dalam tiga cara berbeza: melengkung ke hadapan, melengkung ke belakang atau jejari. Fan types  (U.S. Environmental Protection Agency website page)

 Bengkok ke hadapan 
Bilah melengkung ke hadapan, seperti dalam Rajah 3(a), melengkung ke arah putaran roda kipas. Ini amat sensitif kepada zarah dan biasanya hanya dinyatakan untuk aplikasi udara bersih seperti penyaman udara.  Kipas melengkung ke hadapan biasanya digunakan dalam aplikasi di mana tekanan statik terlalu tinggi untuk kipas paksi ram atau saiz kipas emparan yang lebih kecil diperlukan, tetapi ciri hingar kipas melengkung ke belakang mengganggu ruang. Mereka mampu memberikan aliran udara yang lebih rendah dengan peningkatan tekanan statik yang lebih tinggi berbanding kipas paksi ram. Ia biasanya digunakan dalam unit gegelung kipas . Mereka kurang cekap daripada kipas melengkung ke belakang. 

 Prinsip operasi 
Kipas emparan menggunakan kuasa emparan yang dibekalkan daripada putaran pendesak untuk meningkatkan tenaga kinetik udara/gas. Apabila pendesak berputar, zarah gas berhampiran pendesak dibuang dari pendesak, kemudian bergerak ke dalam selongsong kipas. Akibatnya, tenaga kinetik gas diukur sebagai tekanan kerana rintangan sistem yang ditawarkan oleh selongsong dan saluran. Gas kemudiannya dibimbing ke pintu keluar melalui saluran keluar. Selepas gas dibuang, tekanan gas di kawasan tengah pendesak berkurangan. Gas dari mata pendesak menyerbu masuk untuk menormalkan ini. Kitaran ini berulang dan oleh itu gas boleh terus dipindahkan.
+Jadual 1: Perbezaan antara kipas dan blowerperalatanNisbah TekananKenaikan tekanan (mm )PeminatSehingga 1.11136Peniup1.1 hingga 1.21136-2066

 Segitiga halaju 
Gambar rajah yang dipanggil segi tiga halaju membantu kita dalam menentukan geometri aliran pada pintu masuk dan keluar bilah. Bilangan data minimum diperlukan untuk melukis segitiga halaju pada satu titik pada bilah. Beberapa komponen halaju berbeza-beza pada titik yang berbeza pada bilah disebabkan oleh perubahan dalam arah aliran. Oleh itu bilangan segi tiga halaju yang tidak terhingga adalah mungkin untuk bilah tertentu. Untuk menerangkan aliran menggunakan hanya dua segi tiga halaju, kami mentakrifkan nilai min halaju dan arahnya. Segitiga halaju mana-mana mesin turbo mempunyai tiga komponen seperti yang ditunjukkan:

 U Halaju bilah
 V r Halaju Relatif
 V Halaju mutlak

Halaju ini dikaitkan dengan hukum segitiga penambahan vektor:

Persamaan yang agak mudah ini kerap digunakan semasa melukis gambarajah halaju. Gambar rajah halaju untuk bilah muka ke hadapan dan ke belakang yang ditunjukkan dilukis menggunakan undang-undang ini. Sudut α ialah sudut yang dibuat oleh halaju mutlak dengan arah paksi dan sudut β ialah sudut yang dibuat oleh bilah berkenaan dengan arah paksi.

 Perbezaan antara kipas dan blower 
Sifat yang membezakan kipas emparan daripada blower ialah nisbah tekanan yang boleh dicapainya. Secara umum, blower boleh menghasilkan nisbah tekanan yang lebih tinggi. Mengikut Persatuan Jurutera Mekanikal Amerika (ASME), nisbah khususnisbah tekanan nyahcas ke atas tekanan sedutan – digunakan untuk menentukan kipas, peniup dan pemampat. Peminat mempunyai nisbah tertentu sehingga 1.11, peniup dari 1.11 hingga 1.20 dan pemampat mempunyai lebih daripada 1.20. Biasanya disebabkan oleh tekanan yang lebih tinggi yang melibatkan peniup dan pemampat mempunyai binaan yang lebih kukuh daripada kipas.

 Pendesak 

 Penyebar dan volute 
Geseran dan pengasingan aliran juga menyebabkan kehilangan dalam peresap . Kerugian selanjutnya akibat kejadian berlaku jika peranti berfungsi di luar keadaan reka bentuknya. Aliran daripada pendesak atau peresap mengembang dalam volut, yang mempunyai keratan rentas yang lebih besar yang membawa kepada pembentukan pusar, yang seterusnya mengurangkan kepala tekanan. Kehilangan geseran dan pemisahan aliran juga berlaku disebabkan oleh laluan volut.

 Geseran cakera 
Seretan likat pada permukaan belakang cakera pendesak menyebabkan kehilangan geseran cakera.

 Dalam sastera 
Dalam novel fiksyen sains Walter Miller A Canticle for Leibowitz (1959), sekumpulan sami dalam abad ke-26 pasca apokaliptik melindungi pelan tindakan elektrik untuk "sangkar tupai" sebagai peninggalan suci, walaupun tertanya-tanya bagaimana untuk mendedahkan "tupai itu." ".

Rujukan