تبرید و تهویه مطبوع : بادبزن مهمترين وسيله در مدار تهويه است و به کمک آن هوا درقسمت هاي مختلف شبکه به جريان مي افتد. براي تهويه و هوا رساني در چاه ها و تونل هاي شبکه معدن و تونل هاي عمراني در مراحل حفاري از بادبزن استفاده مي شود.

در حالت کلي بادبزن از يک چرخ پره دار تشکيل شده است که به وسيله موتور الکتريکي يا ديزلي، يا در مواردي با استفاده از سيستم هواي فشرده دوران مي کند و هوا را به جريان مي اندازد. بادبزن ممکن است به حالت مکشي يا دهشي کارکند. در حالت مکشي، بادبزن در دهانه چاه يا تونل خروج هوا، نصب مي شود و هوا را از داخل معدن به بيرون مي مکد. در طريقه دهشي، بادبزن در دهانه چاه يا تونل ورود هوا نصب مي شود و هوا را با فشار به داخل معدن يا تونل مي راند. و از يک وسيله حرکت دهنده هوا )يک پره دوار که به وسيله موتور حرکت مي کند( استفاده مي کند. اين ابزار معمولا فن هاي کوچک و دمنده ها هستند که براي اهداف تهويه استفاده مي شود.

به طور کلي اين فن ها و دمنده ها کمتر از 8 in( 20 cm ( قطر دارند. فن ها وسایلي هستند که به وسيله عمل آیروديناميک خود به طور مداوم هوا را به جلو و يا عقب مي رانند. به طور کلي فن ها دو کار عمده و اساسي انجام مي دهند. اولين کار آنها تامين فشار استاتيک مورد نياز و دومين وظيفه شان حرکت دادن هوا از نظر فيزيکي است.انواع بادبزن ها Fans بادبزن ها وسايل اصلي و عمده به حرکت درآورنده هوا بوده و در کاربردهاي صنعتي به کار مي روند.

-1 محوري Axial Fans

-2 گريز از مرکز Centrifugal Fan

-3 انواع مخصوص Special Type Fans

-4 باد بزن محوري Axial Fans

بادبزن محوري داراي تيغه هاي جلوبرنده مي باشد و انواع آن شامل:

بادبزن هاي ملخي propeller Fans

این نوع از بادبزن ها برای به حرکت درآوردن مقادیر زیاد هوا در موقعی که فشار استات کی خیلی کم باشد به کار می روند و در تهویه عمومی و رقتی از آن ها استفاده می شود. تیغه های آن ها ممکن است به دو صورت دیسکی ی ا بارکی باشد. هنگامی که کانال وجود ندارد از تیغه دیسکی استفاده می شود. برای حرکت هوا در فشار استات کی کم )کمتر از کی اینچ(، نوع تیغه بارکی به کار می رود. در عمل این نوع فن نسبت به فشار حساس است و افزایش کمی در مقاومت، باعث کاهش عمده در گذر حجمی هوا می شود.

-4-2 بادبزن هاي لوله محوري )درون کانالي( Tubeaial Fans

فن های لوله محوری دارای تیغه های بار کی ملخی و محفظه استوانه ای کوتاه بوده و معمولا فاقد پره های هدایت هوا می باشند. این فن ها هوا را در فشار کم )کمتراز دو اینچ آب ( به حرکت در می آورند.

-4-3 بادبزن هاي پره محوري )با لوله هدايت کننده هوا( Vaneaxial Fans

این فن ها دارای پره های ملخی با لوله های هدایت هوا در قبل و بعد از آن می باشند. فن در محفظه استوانه ای قرار دارد که ممکن است جریان هوا را به سمت خروجی ملخ هدایت و مستقیم نماید. در مقایسه با سایر فن های محوری، فن های پره محوری موثرتر بوده و تولید فشار زیادتر )تا 8 اینچ آب ( می نماید فن های پره محوری را باید فقط در هوای تمیز استفاده کرد. در مرحله حفاري، در جبهه کار پيشروي تونل آلودگي هاي مختلفي از جمله گازهاي حاصل از آتشباري و گرد و غبار وجود دارد. بنابراين براي اين که بتوان پيشروي تونل را ادامه داد، بايد جبهه کار را تهويه کرد. در حالت کلي تهويه تونل ها در مرحله حفاري تحت عنوان تهويه فرعي انجام مي گيرد. بدين منظور در دهانه تونل، بادبزني نصب مي شود و به کمک لوله اي که از دهانه تونل تا جبهه کار ادامه دارد، هوا را به داخل تونل مي فرستند و يا هواي آلوده را از طريق آن بيرون مي کشند. بادبزن هايي را که براي تهويه جبهه کار تونل ها به کار مي برند، از نقطه نظر نيروي محرکه به دو دسته بادبزن هاي با موتور هواي فشرده و بادبزن هاي با موتور برقي تقسيم مي کنند. هر يک از اين دو دسته خود ممکن است از نوع محوري يا شعاعي باشند.

بادبزن جريان شعاعي يا گريز از مرکز ) )Radial Flow Fan

بادبزن جریان شعاعی از يک چرخ دنده که پره هاي متعددي به آن متصل است، تشکيل مي شود. اين چرخ توسط محوري که از موتور انرژي مي گيرد، دَوَران مي کند. در اين بادبزن ها هوا از طريق مجراي مرکزي وارد چرخ مي شود و سپس 90 درجه تغيير مسير مي دهد و توسط چرخ به گردش در مي آيد. هوا پس از گردش وارد محفظه ضربه گير شده و آن گاه وارد مجراي حلزوني اطراف چرخ مي شود و سپس وارد مجراي واگرا که مقطع آن به تدريج اضافه مي گردد؛ شده و در نهايت از طريق انتهاي اين مجرا وارد اتمسفر می شود. از آن جا که امتداد ورود و خروج هوا در اين بادبزن ها بر هم عمود است. لذا اين امر خود موجب افت قابل توجهي مي شود. بنابراين راندمان اين بادبزن ها در مقايسه با انواع محوري کمتر و بين 45 تا 85 درصد متغير است. بادبزن هاي شعاعي را مي توان به سهولت توسط پره هاي آن تشخيص داد. پره ها ممکن است به حالت شعاعي مستقيم، خميده به عقب و يا خميده به جلو تعبيه شده باشند.

بادبزن هاي شعاعي مستقيم، قديمي ترين و ساده ترين انواع بادبزن ها هستند و در آن ها به طور ساده، تعدادي پره مستقيم بر روي چرخ نصب شده است. راندمان اين بادبزن ها کم است و لذا براي استفاده در تونل ها مناسب نيستند. در بادبزن هاي با پره هاي خميده به سمت جلو، سرعت هوا به هنگام ترک پره ها از انواع ديگر بادبزن بيشتر است و بنابراين هواي بيشتري را به جريان مي اندازد اما افت انرژي به هنگام تبديل سرعت به فشار، زياد و راندمان آن کم است.

مناسب ترین بادبزن برای تون ها

راندمان بادبزن با پره هاي خميده به سمت عقب نسبت به انواع ديگر بيشتر است، زيرا به علت خميده بودن پره ها، هوا به آرامي پره ها را ترک مي کند و در مجراي حلزوني به جريان مي افتد و بنابراين افت تبديل انرژي، مينيمم است. به علت امتيازات بادبزن با پره هاي خميده به سمت عقب نسبت به سایر موارد، استفاده از این نوع بادبزن براي تهويه تونل ها، متداول تر از انواع ديگر بادبزن است. اين بادبزن ها به دليل راندمان بالا، به فضاي کمتري نياز دارند و در عين حال نيروي محرکه مورد نياز آنها کمتر است. واضح است که اين دو مشخصه، در تهويه تونل ها امتياز بزرگي محسوب مي شوند.

بادبزن جريان محوري ) )Axial Flow Fan

در باد بزن هاي جريان محوري هوا از طريق مجرايي که در امتداد دستگاه قرار دارد، وارد شده و به چرخ دواري مي رسد. در اين قسمت هوا دَوَران مي کند و آن گاه از پره هاي هادي عبور کرده و وارد مجرايي مي شود )که در آن زمان سطح مقطع آن زياد مي شود(. حرکت هوا در اين قسمت به موازات محور بادبزن است و به همين طريق نيز خارج مي گردد. قسمت جلوي دستگاه به طريقي ساخته شده است که حداقل مقاومت را در برابر عبور هوا داشته باشد.

بادبزن هاي محوري را به دو نوع زیر تقسیم می کنند:

◄ لوله اي

◄ پره اي

تفاوت بادبزن های نوع لوله اي با پره اي در آن است که در آن علاوه بر پره هاي گردان، تعدادي پره يا صفحه راهنما در يک طرف يا دو طرف روتور نصب شده است. وجود اين پره هاي اضافي سبب تصحيح مسير حرکت هوا و در نتيجه افزايش فشار و راندمان بادبزن مي شو د. بادبزن هاي محوري با توجه به شکل آن و تعداد پره ها، به سهولت از انواع ديگر تميز داده مي شوند. بادبزن هاي محوري را در يک يا دو طبقه مي سازند. در بادبزن دو طبقه دو چرخ گردنده وجود دارد و بدين ترتيب، هواي خروجي از چرخ اول وارد چرخ دوم شده و فشار آن افزايش مي يابد.

در شکل هاي زیر دو نمونه از بادبزن هاي جريان محوري نشان داده شده است.

قسمت ها و مشخصات اصلي

پره ها

در پاره اي موارد، پره ها از ورق فلزي و با ضخامت ثابت ساخته مي شوند. ولي غالبا آن ها را به طريقي مي سازند که ضخامت آن در محل اتصال به بدنه زياد تر است و به تدريج کم مي شود. در انواع قديمي، اتصال پره ها به بدنه به صورت ثابت صورت مي گرفت، ولي امروزه، براي اين که بتوان مشخصات بادبزن را تغيير داد، پره ها را به صورت متحرک نصب مي کنند، به طوري که مي توان در مواقع لزوم زاويه آن ها را تغيير دا د. ميزان هواي توليد شده و نيز تا حدودي فشار آن، تابع زاويه پره هاي چرخ است. طول پره تابع قطر چرخ و بدنه بادبزن است. تعداد پره ها نيز در انواع مختلف از 2 تا 24 عدد در تغيير است و معمولا تعداد آنها 6 تا 18 عدد مي باشد. فشار حاصله با تعداد پره ها متناسب است. اما اگر تعداد آنها از حد معيني که در انواع مختلف بادبزن متفاوت است، بيشتر شود.

تعداد طبقات

در پاره اي موارد براي توليد هواي با فشار بيشتر، بادبزن محوري داراي چند چرخ مختلف است که به حالت سري نسبت به هم قرار گرفته اند. غالبا بادبزن هاي معدني دو طبقه اند.

طراحی سیستم تهویه تونل ها در مرحله حفاری به طور کلی مراحل طراحی سیستم تهویه تونل ها در مرحله حفاری را می توان به شرح ذیل رده بندی کرد:

1. انتخاب روش تهویه

2. محاسبه مقدار هوای لازم

3. محاسبه نشت هوا

4. محاسبه افت فشار در طول لوله

5. انتخاب بادبزن یا بادبزن ها

-1-1 انتخاب روش تهویه

با توجه به سیستمی که برای حفر تونل ها در نظر گرفته شده و با توجه به مزایا و معایب روش های مختلف و همچنین امکانات موجود می توان روش مناسب را انتخاب کرد.

-2-1 مقدار هوای لازم

شدت جریان هوای لازم برای تهویه جبهه کار تونل بر اساس موارد ذیل به صورت جداگانه محاسبه می شود:

- حداکثر تعداد نفرات

- هوای لازم برای برطرف کردن آلودگی های حاصل از ماشین آلاتی که در تونل کار می کنند.

- هوای لازم برای رقیق کردن گازهای حاصل از آتشباری

- هوای لازم برای برطرف کردن گرد و غبار

- هوای لازم بر اساس حداقل سرعت هوا

- هوای لازم برای رقیق کردن گاز زغال و گرد زغال در تونل های معدنی

-3-1 نشت هوا

لوله تهویه معمولا از ورق های فلزی و یا قطعات پارچه ساخته می شود و هرچقدر هم که در ساخت این α لوله ها دقت شود، مقداری از هوا از میان درزهای لوله به خارج نشت خواهد کرد. محل اتصال قطعات مختلف لوله تهویه نیز از جمله نقاط ضعف آن است و مقدار قابل توجهی هوا را به هدر می زدهد. نشت هوا در لوله های تهویه، بسته به نوع اتصالات، از حالت کاملا مخدوش ) توان 2( تا کاملا آرام ) توان 1( متغ ییر است. در حالت کلی می توان گفت که میزان نشت هوا به عواملی نظیر نوع اتصالات، قطر و یا به عبارت دیگر محیط لوله، طول هر کی از قطعات لوله و اختلاف فشار بین داخل و خارج لوله بستگی دارد.

-4-1 افت در لوله های تهویه

پس از انتخاب نوع لوله تهویه و تعیین شدت جریان هوایی که باید از آن عبور کند، افت فشار بین دو سر آن می بایستی محاسبه شود تا با کمک آن بادبزن مناسب انتخاب شود. افت کلی از مجموع افت اصطکاک و افت در نقاط اتصال تشکیل می شود که در هر مورد بایستی آن ها را جداگانه محاسبه کرد. افت فشار در لوله های تهویه را می توان به کمک ضریب اصطکاک α، مقاومت لوله و نمودارهای مربوطه به دست آورد.

-5-1 انتخاب بادبزن

پس از تعیین شدت جریان و فشاری که باید به وسیله بادبزن تامین شود، با توجه به ضرایب اطمینان لازم، آن ها را تعدیل می کنند. اگر Q و P مقادیر نهایی شدت جریان هوا و فشار باشد، با مراجعه به منحنی مشخصه بادبزن های مختلف، بادبزنی انتخاب می شود که نقطه با مختصات P و Q در منحنی مشخصه آن واقع باشد.امروزه کارخانه های سازنده بادبزن، نمودارهایی را تهیه کرده اند که به کمک آن ها، به آسانی می توان بادبزن مناسب را انتخاب کرد. در این نمودارها، با نقل مختصات P و Q مورد نظر، مدل و نوع مناسب انتخاب می شود.نسبت قطر بدنه به چرخ اين نسبت از جمله مشخصات مهم بادبزن هاي محوري است و نقش اساسي را در فشار حاصله به عهده دارد. نسبت مزبور معمولا 8 است.

لقي

فاصله بين انتهاي پره و ديواره بادبزن را لقي مي گويند. در بادبزن هايي که فشار بالايي توليد مي کنند، لقي حتي المقدور کم و براي جلوگيري از نشت هوا، معمولا حدود 1% چرخ است.

ديواره

ديواره بادبزن به گونه اي ساخته مي شود که فضاي داخلي آن در جلو و پشت پره ها حالت واگرا داشته باشد و طراحي مناسب آن سبب کاهش افت مي گردد.

تاسيسات بادبزن

تاسيسات بادبزن خود شامل باد بزن، راهروي مخصوص تهويه، مجراي واگرا و قسمت محرکه آن است. مهمترين مسئله در مورد تاسيسات بادبزن آن است که اين تاسيسات به گونه اي طراحي شوند که حداقل مقاومت را در برابر عبور هوا داشته باشند. به طور کلي دستيابي به اين مقصود چندان ساده نيست، زيرا راهروي مخصوص بادبزن، معمولا باريک وداراي پيچ و خم است و نيز چاه يا تونل اصلي را با زاويه نسبتا تندي قطع مي کند. در بعضي موارد، راهروي مخصوص تهويه بلافاصله پس از چرخ بادبزن، انحناي تندي دارد که اين امر نيز منجر به ازدياد افت فشار هوا مي شود.

مجراي واگرا

سرعت هوا هنگام خروج از بادبزن غالبا زياد است و در بعضي موارد به حدود 30 متر در ثانيه مي رسد. لذا ميزان انرژي تلف شده از اين بابت زياد است و تمامي آن به صورت انرژي جنبشي به اتمسفر وارد مي شود. هر قدر سرعت هواي خروجي زيادتر باشد، افت انرژي از اين بابت زيادتر است و در بعضي موارد به حدود 35 تا 40 درصد توان کلي بادبزن مي رسد. براي افزايش توان مفيد بادبزن و به جريان افتادن حجم زيادتري از هوا، بايستي سرعت هواي خروجي بادبزن را به طريقي کاهش داد و اين امر توسط مجرايي به نام مجرای واگرا که مقطع آن به تدريج گشاد شده ، انجام مي گيرد. مجراهاي واگرا معمولا به شکل هرم ناقص و گاهي به شکل مخروط ناقص اند.

موتور

امروزه از موتور الکتريکي به عنوان نيروي محرکه بادبزن استفاده مي کنند و به ندرت در مواردي که انرژي الکتريکي در دسترس نباشد، موتور ديزل را به کار مي برند.