Fan Handbook: Sổ Tay Lựa Chọn, Ứng Dụng và Thiết Kế của Bleier

Tài liệu nghiên cứu Bleier fan handbook, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Sổ tay hướng dẫn về quạt Bleier
• Loại tài liệu: Sổ tay hướng dẫn

Tóm tắt

I. Hướng dẫn tổng quan về Sổ tay quạt của Bleier cho kỹ sư

Sổ tay quạt: Lựa chọn, Ứng dụng và Thiết kế (Bleier fan handbook: Selection, Application, and Design) của Frank P. Bleier là một tài liệu tham khảo toàn diện trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Nội dung sách tập trung vào việc cải thiện kỹ năng kỹ thuật liên quan đến thiết kế, lựa chọn, bảo trì và sửa chữa quạt công nghiệp. Đây không chỉ là một cuốn sách lý thuyết, mà còn là một cẩm nang thực hành với hàng trăm biểu đồ, phương trình, bản vẽ và bảng biểu. Tác giả Frank P. Bleier trình bày công nghệ quạt và các nguyên tắc cơ bản của cơ học chất lưu một cách dễ hiểu, nhằm mục đích giúp các kỹ sư và kỹ thuật viên đưa ra quyết định chính xác. Theo lời nói đầu của cuốn sách, ông Bleier đã thiết kế và thử nghiệm gần 800 loại quạt, từ quạt thông gió máy photocopy đường kính 4 inch đến máy thổi turbo 1000 mã lực. Kinh nghiệm sâu rộng này được đúc kết trong từng chương sách. Cuốn sổ tay này cung cấp kiến thức nền tảng về không khí tĩnh và chuyển động, áp suất khí quyển, và các định luật vật lý ảnh hưởng đến hiệu suất quạt. Nó đặc biệt hữu ích cho những ai đang hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, sản xuất, lựa chọn và vận hành quạt. Mục tiêu của tác giả, như đã nêu trong lời tựa, là "sản xuất một văn bản dễ hiểu và trình bày một số tài liệu đọc dễ dàng", tránh sử dụng các phương trình vi phân và tích phân phức tạp.

1.1. Tầm quan trọng của tài liệu tham khảo kỹ thuật quạt

Tài liệu này đóng vai trò là nguồn tham khảo thiết yếu cho các kỹ sư cơ khí, nhà thiết kế và kỹ thuật viên. Nó giải quyết nhu cầu về một nguồn thông tin tập trung, bao quát từ lý thuyết cơ học chất lưu cơ bản đến ứng dụng thực tiễn. Cuốn sách cung cấp đầy đủ thông tin về các quy tắc, tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật liên quan đến việc lựa chọn quạt chuyên dụng. Một trích dẫn quan trọng từ chính tài liệu nhấn mạnh: "Cuốn sách này sẽ đưa ra giải thích về các khái niệm [vận tốc, áp suất, tổn thất do nhiễu loạn] và trình bày các tính toán mẫu để cho phép các kỹ sư và cả những người không phải kỹ sư thiết kế quạt và hệ thống". Điều này cho thấy mục tiêu của sổ tay là làm cho kiến thức kỹ thuật phức tạp trở nên dễ tiếp cận hơn, giúp người dùng chọn đúng loại quạt cho bất kỳ hệ thống nào, lắp đặt để đạt hiệu suất quạt tối đa và duy trì hoạt động ở điều kiện cao nhất.

1.2. Giới thiệu tác giả Frank P. Bleier và chuyên môn

Frank P. Bleier là một kỹ sư tư vấn chuyên về thiết kế quạt, với kinh nghiệm làm việc cho 137 nhà sản xuất quạt. Theo phần Lời nói đầu, sự nghiệp của ông bao gồm việc thiết kế và thử nghiệm gần 800 mẫu quạt khác nhau. Các dự án nổi bật của ông bao gồm "thiết kế quạt thông gió độ ồn thấp cho tàu xâm lược của Hải quân trong Thế chiến II và phát triển máy thổi áp suất để bơm phồng túi nổi của xe tăng quân đội để làm cho nó có thể lội nước". Bằng cách chia sẻ kinh nghiệm sâu rộng của mình, ông Bleier giúp sinh viên kỹ thuật và những người làm trong ngành hiểu rõ hơn về thiết kế, sản xuất, ứng dụng và vận hành quạt. Chuyên môn của ông không chỉ giới hạn ở lý thuyết mà còn được chứng minh qua hàng loạt các thiết kế thực tế, từ các loại quạt hướng trục đến máy thổi turbo đa tầng.

II. Thách thức cốt lõi trong thiết kế quạt được giải quyết

Một trong những thách thức lớn nhất mà Bleier fan handbook giải quyết là sự thiếu hiểu biết về các nguyên tắc khí động học cơ bản khi thiết kế và lựa chọn quạt. Nhiều người tiếp cận vấn đề này theo phương pháp thử và sai (cut-and-try method), dẫn đến các sản phẩm không hiệu quả, tốn năng lượng và gây tiếng ồn. Tài liệu gốc chỉ ra rằng phương pháp thử và sai "sẽ thực tế luôn dẫn đến các đơn vị có luồng không khí không đều và hỗn loạn và có hiệu ứng ngưng trệ (stalling) ở một số phần của cánh quạt". Kết quả là các thiết bị này thường có hiệu suất quạt thấp và ồn ào. Cuốn sổ tay nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế dựa trên tính toán toán học thay vì chỉ dựa vào kinh nghiệm thực nghiệm. Nó cung cấp một nền tảng vững chắc về các khái niệm như áp suất tĩnh, áp suất động, và các định luật vật lý ảnh hưởng đến hiệu suất. Bằng cách hiểu rõ cách luồng không khí di chuyển qua các cấu trúc khác nhau như ống dẫn, miệng loe (venturi inlet), và các loại cánh quạt, người đọc có thể tránh được những sai lầm thiết kế phổ biến, từ đó tạo ra các hệ thống thông gió hiệu quả và tiết kiệm chi phí vận hành.

2.1. Phân biệt các loại quạt Quạt hướng trục và ly tâm

Một thách thức phổ biến là không phân biệt rõ ràng giữa các loại quạt và ứng dụng phù hợp của chúng. Sổ tay phân loại quạt thành sáu nhóm chính, trong đó hai nhóm cơ bản nhất là quạt hướng trục (axial-flow fans) và quạt ly tâm (centrifugal fans). Quạt hướng trục, với luồng không khí di chuyển song song với trục quạt, phù hợp cho các ứng dụng cần lưu lượng lớn nhưng áp suất thấp. Ngược lại, quạt ly tâm, với luồng khí đi vào theo trục và thoát ra theo phương vuông góc (ly tâm), tạo ra áp suất cao hơn nhiều. Sổ tay giải thích rằng nguyên lý hoạt động của quạt ly tâm là sự kết hợp giữa lực ly tâm và sự lệch hướng của luồng không khí, trong khi quạt hướng trục chủ yếu dựa vào lực nâng của cánh quạt (airfoils). Hiểu rõ sự khác biệt này là bước đầu tiên để lựa chọn quạt chính xác cho một hệ thống cụ thể.

2.2. Vấn đề về hiệu suất quạt và tổn thất năng lượng

Tổn thất năng lượng là một vấn đề nghiêm trọng trong các hệ thống thông gió được thiết kế kém. Bleier fan handbook chỉ ra rằng các yếu tố như thiết kế cánh quạt không phù hợp, lựa chọn tốc độ sai, và cấu hình ống dẫn không tối ưu đều góp phần làm giảm hiệu suất quạt. Ví dụ, Chương 1 của tài liệu giải thích chi tiết về tổn thất ma sát trong ống dẫn thẳng và ảnh hưởng của số Reynolds đến sự hỗn loạn của dòng chảy. Sổ tay cung cấp công thức và biểu đồ để tính toán các tổn thất này, giúp các kỹ sư định lượng và giảm thiểu chúng. Bằng cách áp dụng các nguyên tắc thiết kế dựa trên toán học, người dùng có thể tạo ra các hệ thống không chỉ đáp ứng yêu cầu về lưu lượng và áp suất mà còn vận hành với chi phí năng lượng thấp nhất có thể.

III. Phương pháp phân tích cánh quạt và khí động học cơ bản

Cuốn Sổ tay quạt của Bleier cung cấp một phương pháp tiếp cận có hệ thống để hiểu về khí động học trong thiết kế quạt, bắt đầu từ thành phần cơ bản nhất: cánh quạt (airfoils). Chương 2 của tài liệu đi sâu vào việc mô tả và phân tích chức năng của một cánh quạt, vốn là mặt cắt ngang của một cánh máy bay hoặc cánh quạt. Sổ tay giải thích rằng hiệu suất của quạt phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng của cánh. Các cánh quạt bất đối xứng thường được sử dụng trong thiết kế quạt. Sách trình bày chi tiết về các đặc điểm như cạnh trước tù, cạnh sau nhọn, độ cong trên và dưới. Một điểm quan trọng được nhấn mạnh là lực hút (áp suất âm) trên bề mặt trên của cánh quạt có tác dụng lớn gấp đôi so với lực đẩy (áp suất dương) ở bề mặt dưới. Sự kết hợp của hai lực này tạo ra lực nâng (Lift) và lực cản (Drag), quyết định đến áp suất tĩnh và hiệu suất quạt. Cuốn sách cũng giới thiệu các hệ số lực nâng (Lift Coefficient) và lực cản (Drag Coefficient) như những thông số không thứ nguyên để đánh giá hiệu suất của các hình dạng cánh quạt khác nhau.

3.1. Nguyên tắc cơ bản về áp suất tĩnh và áp suất động

Chương 1 của sổ tay đặt nền móng bằng cách giải thích các khái niệm cốt lõi về không khí tĩnh và chuyển động. Nó định nghĩa rõ ràng áp suất tĩnh (Static Pressure) là năng lượng tiềm năng của không khí, được tạo ra khi không khí bị nén hoặc giãn. Áp suất động (Velocity Pressure), ngược lại, đại diện cho năng lượng động học của dòng khí. Mối quan hệ giữa hai loại áp suất này được mô tả qua định lý Bernoulli: khi vận tốc không khí tăng, áp suất tĩnh sẽ giảm và ngược lại. Sổ tay sử dụng các ví dụ trực quan như luồng khí qua một ống hình nón hội tụ hoặc phân kỳ để minh họa nguyên tắc này. Hiểu rõ sự chuyển đổi giữa hai dạng năng lượng này là điều cần thiết để phân tích và thiết kế các hệ thống thông gió phức tạp.

3.2. Ảnh hưởng của hình dạng cánh quạt airfoils đến hiệu suất

Tài liệu nhấn mạnh rằng việc lựa chọn hình dạng cánh quạt (airfoils) là một sự đánh đổi giữa các yêu cầu khác nhau. Các cánh quạt có độ cong lớn thường tạo ra lực nâng cao hơn, phù hợp cho các quạt hướng trục áp suất cao. Tuy nhiên, chúng cũng có xu hướng làm giảm tỷ lệ lực nâng trên lực cản (lift-drag ratio), ảnh hưởng đến hiệu suất quạt. Ngược lại, các cánh quạt có độ cong thấp được ưu tiên khi hiệu suất là yếu tố quan trọng hơn áp suất cao. Sổ tay trình bày các đường cong đặc tính của cánh quạt, chẳng hạn như của NACA, cho thấy mối quan hệ giữa góc tấn (angle of attack), hệ số lực nâng, và tỷ lệ lực nâng/lực cản. Dữ liệu này cho phép các nhà thiết kế chọn được biên dạng cánh quạt tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

IV. Bí quyết lựa chọn quạt từ Sổ tay của Bleier hiệu quả

Việc lựa chọn quạt phù hợp là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất được đề cập trong Bleier fan handbook. Chương 8 của tài liệu cung cấp hướng dẫn chi tiết để chọn đúng loại quạt cho một hệ thống, đảm bảo quạt hoạt động ở điểm hiệu suất cao nhất. Thay vì chỉ dựa vào các bảng tra cứu danh mục, cuốn sách giới thiệu các khái niệm kỹ thuật như Tốc độ riêng (Specific Speed Ns) và Đường kính riêng (Specific Diameter Ds). Tốc độ riêng là một chỉ số không thứ nguyên giúp phân loại các loại quạt dựa trên tỷ lệ giữa lưu lượng và áp suất. Các loại quạt có tốc độ riêng cao, như quạt hướng trục, phù hợp cho các ứng dụng lưu lượng lớn, áp suất thấp. Ngược lại, các loại quạt có tốc độ riêng thấp, như quạt ly tâm cánh hướng tâm, lại tối ưu cho các ứng dụng áp suất cao, lưu lượng thấp. Bằng cách tính toán tốc độ riêng cho yêu cầu của hệ thống, kỹ sư có thể nhanh chóng thu hẹp các lựa chọn và xác định loại quạt nào (hướng trục, ly tâm cánh cong về sau, ly tâm cánh cong về trước, v.v.) sẽ mang lại hiệu suất quạt tốt nhất. Điều này giúp tránh tình trạng chọn sai quạt, dẫn đến lãng phí năng lượng và chi phí vận hành cao.

4.1. Phân tích các loại quạt ly tâm và ứng dụng

Sổ tay phân loại quạt ly tâm (centrifugal fans) thành sáu loại dựa trên hình dạng cánh: cánh airfoil (AF), cánh cong về sau (BC), cánh nghiêng về sau (BI), cánh đầu hướng tâm (RT), cánh cong về trước (FC), và cánh hướng tâm (RB). Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Ví dụ, quạt ly tâm cánh AF có hiệu suất cơ học tốt nhất và độ ồn thấp nhất, phù hợp cho các hệ thống thông gió chung. Trong khi đó, quạt cánh RB, mặc dù hiệu suất thấp hơn, nhưng lại rất bền và có khả năng tự làm sạch, lý tưởng để xử lý các dòng khí chứa bụi hoặc vật liệu mài mòn. Việc hiểu rõ đặc tính của từng loại giúp người dùng đưa ra quyết định lựa chọn quạt phù hợp với môi trường vận hành cụ thể, từ không khí sạch đến các dòng khí công nghiệp khắc nghiệt.

4.2. Hướng dẫn áp dụng tiêu chuẩn AMCA trong lựa chọn

Để đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy, ngành công nghiệp quạt tuân theo các tiêu chuẩn do Hiệp hội Kiểm soát và Lưu chuyển Không khí (AMCA) thiết lập. Bleier fan handbook dành riêng Chương 23 để giải thích về các tiêu chuẩn AMCA. Các tiêu chuẩn này không chỉ định nghĩa các loại quạt và cách sắp xếp truyền động mà còn quy định các giới hạn vận hành cho từng loại quạt theo các lớp (Class I, II, III). Các lớp này được xác định dựa trên khả năng của quạt trong việc vận hành an toàn ở các mức vận tốc đầu ra và áp suất tĩnh nhất định. Việc tham chiếu đến các tiêu chuẩn AMCA khi lựa chọn quạt đảm bảo rằng sản phẩm được chọn không chỉ đáp ứng yêu cầu về hiệu suất mà còn tuân thủ các quy định về độ bền và an toàn cấu trúc, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp nặng.

V. Ứng dụng thực tiễn từ Sổ tay quạt của Bleier vào hệ thống

Một trong những giá trị lớn nhất của Sổ tay quạt của Bleier là khả năng kết nối lý thuyết với các ứng dụng thực tế. Chương 11 và 12 của tài liệu tập trung vào các yêu cầu thông gió và hệ thống ống dẫn. Cuốn sách trình bày năm phương pháp khác nhau để tính toán lưu lượng không khí cần thiết cho một không gian, bao gồm phương pháp thay đổi không khí, phương pháp dựa trên diện tích sàn, và phương pháp loại bỏ nhiệt. Sau khi xác định được lưu lượng, sổ tay hướng dẫn bốn phương pháp thiết kế hệ thống ống dẫn để xác định áp suất tĩnh yêu cầu. Các phương pháp này bao gồm ma sát bằng nhau, giảm vận tốc, vận tốc không đổi và phục hồi áp suất tĩnh (static regain). Ví dụ, phương pháp phục hồi áp suất tĩnh đặc biệt hữu ích cho các hệ thống cấp khí đến nhiều không gian khác nhau, vì nó giúp duy trì áp suất gần như không đổi tại mỗi điểm lấy gió. Cuốn sách cung cấp các ví dụ tính toán chi tiết, cho phép các kỹ sư áp dụng các nguyên tắc này để thiết kế các hệ thống thông gió nông nghiệp, công nghiệp hoặc thương mại một cách hiệu quả và chính xác.

5.1. Các vấn đề thường gặp và cách khắc phục sự cố quạt

Chương 25 của sổ tay, "Trouble Shooting and Problem Solving", cung cấp một danh sách các sự cố thường gặp trong vận hành quạt và nguyên nhân có thể. Các triệu chứng như quạt không khởi động, tiếng ồn quá mức, hoặc lưu lượng không khí quá thấp được phân tích chi tiết. Ví dụ, nguyên nhân của tiếng ồn quá mức có thể do cánh quạt chạm vào miệng hút, bu lông lỏng, hoặc mất cân bằng bánh công tác. Ngoài danh sách kiểm tra, tác giả còn chia sẻ các ví dụ thực tế từ kinh nghiệm của mình, chẳng hạn như sự cố luồng khí xoáy quá mức trong ống nón hội tụ hoặc việc lắp sai chiều cánh quạt. Những ví dụ này không chỉ giúp người vận hành chẩn đoán sự cố nhanh chóng mà còn cung cấp những bài học quý giá về tầm quan trọng của việc lắp đặt và thiết kế chính xác.

5.2. Hướng dẫn lắp đặt an toàn và bảo trì hệ thống quạt

Để một hệ thống quạt hoạt động thành công, việc lắp đặt và bảo trì đúng cách cũng quan trọng không kém việc lựa chọn quạt. Chương 26 cung cấp các hướng dẫn chi tiết về an toàn và bảo trì. Các biện pháp phòng ngừa an toàn bao gồm việc lắp đặt lưới bảo vệ cho các bộ phận quay và tuân thủ giới hạn tốc độ và nhiệt độ tối đa. Sổ tay cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc có một nền móng vững chắc để tránh rung động. Đối với hệ thống truyền động dây đai, việc căn chỉnh ròng rọc và điều chỉnh độ căng của dây đai là rất quan trọng. Hướng dẫn về bôi trơn vòng bi và khớp nối cũng được trình bày cụ thể. Cuốn sách kết luận rằng "bảo trì phòng ngừa tốt hơn là sửa chữa tốn kém sau này", nhấn mạnh vai trò của việc kiểm tra định kỳ để đảm bảo hệ thống vận hành bền bỉ và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mechanical Engineering Improve your engineering and technical skills with this comprehensive 'N9IS3G NV ˆN0L1V3I1ddV “N0119313S reference on the design, selection, maintenance, and repair of fans yu find complete coverage of airfoils. axial flow fans. mixed-flow fans. cross-flow blowers.

and much more. With hundreds of graphs, equations, drawings, charts, and tables, _this practical handbook explains fan technology and the basics of fluid mechanics—and provides all the information you need on: MI Codes, standards, and specifications relating to the design or. selection of specialized fans - Testing of fans according to AMCA @ Physical laws affecting the performance of fans @ Ventilation requirements for fan technology @ Helpful symbols and conversion factors Whether you’re a mechanical engineer, designer, or technician, the Fan Handbook will give you the expertise to choose the right fan for any system, install it for maximum efficiency, and keep it running in peak condition. WIN i ISBN 0-07-0059335-0 Other McGraw-Hill Handbooks of Interest Avallone and Baumeister ENGINEERS * MARKS’ STANDARD HANDBOOK FOR MECHANICAL FAN HANDBOOK Brady et al.

* MATERIALS HANDBOOK Selection, Application, Brink * HANDBOOK OF FLUID SEALING and Design Chironis and Sclater * MECHANISMS AND MECHANICAL DEVICES SOURCEBOOK Czernik * GASKET HANDBOOK Harris and Crede * SHOCK AND VIBRATION HANDBOOK Hicks * HANDBOOK OF MECHANICAL ENGINEERING CALCULATIONS Lingaiah * MACHINE DESIGN DATA HANDBOOK Parmley « STANDARD HANDBOOK OF FASTENING AND JOINING Rothbart * MECHANICAL DESIGN HANDBOOK Frank P. Shigley and Mischke * STANDARD HANDBOOK OF MACHINE DESIGN Consulting Engineer for Fan Design Skousen * VALVE HANDBOOK Suchy * DIE DESIGN HANDBOOK Walsh * ELECTROMECHANICAL DESIGN HANDBOOK Walsh * McGRAW-HILL MACHINING AND METALWORKING HANDBOOK McGRAW-HILL New York San Francisco Washington, D. Auckland Bogota Caracas Lisbon London Madrid Mexico City Milan Montreal New Delhi SanJuan Singapore Sydney Tokyo Toronto Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Bleier, Frank P. Fan handbook : selection, application, and design / FrankP.

CONTENTS Includes index. Fans (Machinery)—Handbooks, manuals, etc.61—dc21 97-2369? CIP Foreword = xi McGraw-Hill $ Preface xii A Division of The McGraw-Hill Companies List of Symbols = xv Conversion Factors — xvii Copyright © 1998 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. Printed in the United States of America.

Except as permitted under the United States Copyright Act of 1976, no part of this publication may Chapter 1. Basics of Stationary and Moving Air 1.1 be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in a data base or retrieval system, without the prior written permission of the Atmospheric Pressure / 1.3 Airflow Through a Round Duct of Constant Diameter, Velocity Pressure / 1.3 234567890 DOCDOC 9021098 Airflow Through a Converging Cone / 1.9 Airflow Through a Diverging Cone / 1.12 ISBN 0-07-005933-0 Tennis Ball with Top Spin / 1.13 Airflow Through a Sharp Orifice, Vena Contracta / 1.14 Airflow Along a Surface / 1.16 The sponsoring editor for this book was Harold B. Crawford, the editing supervisor was Paul R. Sobel, and the production supervisor was Tina Chapter 2.

Airfoils and Single-Thickness Sheet Metai Profiles 2. It was set in Times Roman by North Market Street Graphics. Printed and bound by R. Donnelley & Sons Company Description and Function of an Airfoil / 2 Influence of Shape on Airfoil Performance / 2.3 McGraw-Hill books are available at special quantity discounts to use as Lift Coefficient, Drag Coefficient / 2.3 premiums and sales promotions, or for use in corporate training programs.

Characteristic Curves of Airfoils / 2.4 For more information, please write to the Director of Special Sales, Single-Thickness Sheet Metal Profiles / 2.8 Function of Airfoil Blades in Axial and Centrifugal Fans / 2.10 McGraw-Hill, 11 West 19th Street, New York, NY 10011. Or contact your local bookstore. Types of Fans, Terminology, and Mechanical Construction 3.1 Information contained in this work has been obtained by The McGraw-Hill Companies, Inc. (“McGraw-Hill”) from sources Six Fan Categories / 3.1 believed to be reliable.

However, neither McGraw-Hill nor its Axial-Flow Fans / 3.1 authors guarantee the accuracy or completeness of any informa- Centrifugal Fans / 3.8 tion published herein and neither McGraw-Hill nor its authors Axial-Centrifugal Fans / 3.13 shall be responsible for any errors, omissions, or damages arising Roof Ventilators / 3.16 out of use of this information. This work is published with the Cross-Flow Blowers / 3.19 understanding that McGraw-Hill and its authors are supplying Vortex or Regenerative Blowers / 3.20 information but are not attempting to render engineering or other Conclusion / 3. If such services are required, the assistance of an appropriate professional should be sought. Axial-Flow Fans 4.1 This book is printed on recycled, acid-free paper containing a Nomenclature / 41 minimum of 50% recycled, de-inked fiber.

Mathematical Fan Design versus Experimental Cut-and-Try Methods / 4/ vi. CONTENTS CONTENTS vii Axial Flow and Helical Flow / 4.2 Examples of the Selection and Application of Fans / 8.3 Blade Twist, Velocity Distribution / 43 Conciusion / 8.12 Two-Stage Axial-Flow Fans /.28 Influence of Tip Clearance on the Performance of Vaneaxial Fans / 4.38 Vaneaxial Fans with Slotted Blades / 4.1 Applications with Fluctuating Systems / 4. Axial-Centrifugal Fans Noise Level / 4.44 Outlet Diffuser and Outlet Tail Piece / 445 Flow Patterns for Various Configurations / 9.1 Selection of Axial-Flow Fans / 446 Performance of Axial-Centrifugal Fans / 9.4 Overlapping Performance Ranges / 4.53 Sample Design Calculation for a 27-in Vaneaxial Fan / 456 Axial-Flow Fans Driven by Compressed Air / 469 Chapter 10.1 Four Ways to Subdivide Them / 10.1 Ten Configurations of Roof Ventilators / 10.2 Conversion of Fan Performance / 5.1 Variation in Fan Speed / 5. Ventilation Requirements and Duct Systems 11.1 Variation in Fan Size / 5.4 Variation in Both Fan Size and Fan Speed / 5.1 Variation in Size and Speed with Reciprocal Ratios / 5.7 Variation in Density / 5.9 Five Methods to Calculate the Air Volume Required fora Space / 11.2 Machining Down the Fan Wheel Outside Diameter / 5.12 Four Methods to Design Duct Systems and to Determine the Required Static Pressure / 11.

Agricultural Ventilation Requirements 12.7 Airflow Through a Pool of Stationary Liquid / 6.1 Types of Ventilation for Agricultural Requirements / 121 Airflow Through Filter Bags / 6.3 Airflow Through a Grain Bin / 6.4 Airflow Through a Ventilating System / 6.4 Comparison of System Characteristic Curves and Changing Speed Curves / 6. Cross-Flow Blowers 13.1 Shifting the Operating Point Out of the Stalling Range / 6.6 Pressure Losses in Ventilating Systems / 6.1 How the Static Pressure Varies Along a Ventilating System ‘ / 68 Flow Pattern and Appearance / 13.1 Performance of Cross-Flow Blowers / 13.3 Advantages and Disadvantages / 13. Flow Coefficient and Pressure Coefficient 14.2 Review / 141 Types of Blades / 7.2 Two Methods for Comparing Performance / 14.1 Pressure Blowers, Turbo Blowers / 7.42 Comparison of Coefficients for Various Fan Types / 14.46 Plotting y versus @ Instead of Static Pressure versus Air Volume / 14.7 Two Centrifugal Fans in Parallel / 7. Vortex Blowers Review / 15.

Fan Selection, Specific Speed, Examples 8.1 Flow Pattern and Appearance / 15.1 Principal Dimensions of the Vortex Blower / 15.1 Selection of Axial-Flow Fans / 8&1 Performance of the Vortex Blower / 15.2 Selection of Centrifugal Fans / 6.7 Noise Level of the Vortex Blower / 15.3 Specific Speed N,, Specific Diameter D, / 82 Applications of the Vortex Blower / 15.4 CONTENTS ix viii CONTENTS Function During the Summer / 22. Various Methods to Drive a Fan 16.4 Types of Motor Drive / 16.1 Types of Electric Motors Used to Drive a Fan / 16. AMCA Standards Standards Handbook / 23. Fanless Air Movers 17.1 Drive Arrangements for Centrifugal Fans / 2.7 Principle of Operation / 17.1 Operating Limits for Centrifugal Fans / 23.4 Performance / 777 Spark-Resistant Construction / 23.

Performance Testing of Fans 18.1 Description of the AMCA Test Code / 18.1 Various Laboratory Test Setups / 18.1 Accessories Used with Outlet and Inlet Ducts / 78.6 Tensile Stress and Yield Stress / 24.17 Axial Reaction Force / 24. Vacuum Cleaners Chapter 25. Trouble Shooting and Problem Solving 25.1 Confgurations / 797 Converging Cone / 25.8 Wrong Inlet Spin / 25. Fan Performance as Shown in Catalogs 20.

Installation, Safety, and Maintenance 26.1 Three Ways to Present Fan Performance / 20. Computation of Rating Tables for Belt Drive, Derived from Test Performance Safety Precautions / 26.2 Airflow at Fan Inlet and Outlet / 26.2 Computation of Rating Tables for Belt Drive from Another Rating Table / 20.3 High-Temperature Fans / 26.2 Analyzing Rating Tables Published by Manufacturers / 20.2 Lubrication of Bearings and Couplings / 26.1 Protection of Fan While Not in Use / 26.5 Flow Pattern and Function / 27.7 Index follows Chap.1 Induced Airlow / 217 Requirements / 21.7 Function During the Heating Season / 22.1 FOREWORD After receiving a degree in applied physics, Mr. Bleier worked for three fan manu- facturers, first as a draftsman in Lyons, France, next as a test engineer in East Moline, Illinois, and then as a director of research in Chicago, Illinois. Since then, he has worked as a consulting engineer for 137 fan manufacturers, most of them in the United States, some in Canada, and one in Germany.

Over the years, Mr. Bleier has designed and tested close to 800 fans, among them most of the units pictured in this book. His designs ranged in size from a 4-in- diameter vaneaxial fan, used to ventilate a copy machine, to a 1000-hp, four-stage turbo blower, producing more than 300 in of static pressure, for pneumatic convey- ing of grain from cargo ships. Some of his other interesting assignments have included the design of low-noise exhaust fans for invasion ships used by the Navy during World War II and the development of a pressure blower used to pressurize the flotation bags of an Army tank to make it amphibious.

Bleier has written seven articles for technical magazines and for two engi- neering handbooks in simple, easy-to-understand language. He also has held twelve seminars at universities and for industrial groups. He is listed in Who's Who in Engi- neering and holds several patents on mixed-flow fans. By sharing his broad experience with others, Mr.

Bleier will help engineering stu- dents and people engaged in the design, manufacture, selection, application, and operation of fans. If you are active in one of these fields, you will benefit from read- ing this book. Chicago, Illinois PREFACE Let me say a few words about Robert Andrews Millikan. He was the American physicist who performed the so-called oil-drop experiment to determine the electric charge of an electron.

Millikan also was a good teacher and was proud of it. He once made the statement: “I can explain anything to anybody.” That’s quite a statement. It impressed me. In writing this book,I have kept this statement in mind and have tried to produce an understandable text and to present some effortless reading material.

The story of fans is about airflow considerations, such as velocities, pressures, and turbulence losses. This book will give explanations of these concepts and present sample, calculations to enable engineers and nonengineers to design fans and sys- tems Ao select and apply fans for systems, and to meet requirements for air volume, static pressure, brake horsepower, and efficiency. If the reader is familiar with high school mathematics, he or she will be able to understand and apply the principles, graphs, and formulae presented here. Calculus and differential equations are not used in this book.

Instead, a “feel” for aerody- namics will be developed gradually, a judgment of what an air stream will or will not do. The early chapters present the basics that will be needed to understand the prin- ciples discussed in later, more advanced chapters. In grateful memory to Mr. Davis my former boss and teacher.

Bleier Chicago, Illinois LIST OF SYMBOLS Symbol Meaning Unit AR Air ratio 1 A Area ft? Aa Annular area ft?