Jämförelse av axial- och centrifugalfläktar

När det gäller att hantera överskottsvärme i ett system är fläktar en utmärkt lösning för värmehantering för att avlägsna oönskad värme och förse viktiga komponenter med svalare luft. Förutom att strypa systemets effekt, lägga till kylflänsar eller använda rör eller kylplattor finns det ofta ett behov av att skapa forcerad luft för att kyla ner saker och ting ytterligare.

Detta ställer ingenjören inför valet mellan en konstruktion med en axialfläkt eller en centrifugalfläkt. Även om det inte är ett alltför komplicerat beslut, syftar artikeln syftar till att beskriva de grundläggande funktionsprinciperna för respektive typ, diskutera de vanligaste tillämpningarna och användningsområdena samt sammanfatta deras för- och nackdelar.

Axialfläktar - grunder och tillämpningar

Axialfläktar, som ibland kallas propellerfläktar, har vinklade blad som är monterade på en roterande axel och drivs av en motor. Axialfläktar fungerar genom att luft sugs in i den ena änden och tvingas ut i den andra i en parallell riktning med axeln (figur 1). Andra vanliga termer är röraxial- eller vaneaxialfläktar, som helt enkelt är axialfläktar avsedda att passa i en ventilationskanal.

Figur 1: Diagram över den grundläggande luftflödesriktningen hos en axialfläkt. (Bildkälla: Same Sky)

Axialfläktar finns i praktiskt taget alla storlekar, från storlekar för styrelserum till vanliga rum, och även om förlitar sig på storlek, så behöver de vanligtvis inte mycket ström för att fungera. Fläktarna finns i både AC- och DC-versioner, AC-fläktarna använder nätström och är i allmänhet specificerade för mer än 100 V, medan DC-fläktarna har mycket lägre spänningar i intervallet 3 till 48 VDC och drivs vanligtvis av batterier eller en strömförsörjning.

Luftflödet som axialfläktarna producerar har stor volym men lågt tryck. Den höga volymen och det låga trycket gör dem väl lämpade för kylning av utrustning och både små och stora utrymmen, eftersom luftflödet fördelas jämnt i ett definierat område. Axialfläktar kan ofta användas för att kyla datorer eller utrustning i datacenter, för luftbehandling, för kondensorer för luftkonditionering eller värmeväxlare och för punktkylning i industriella system. De kan även fungera som avgasfläktar.

Centrifugalfläktar - grunder och tillämpningar

Centrifugalfläktar, även kallade radialfläktar eller centrifugalfläktar, har hjul i ett motordrivet nav som suger in luft i höljet och sedan släpper ut luften från ett utlopp i en 90-graders vinkel (vinkelrätt) mot intaget (figur 2).

Figur 2: Diagram över den grundläggande luftflödesriktningen hos en centrifugalfläkt. (Bildkälla: Same Sky)

Centrifugalfläktarna, som är enheter med högt tryck och låg volym, trycker i huvudsak ut luft i fläkthuset, vilket ger en jämn luftström med högt tryck, men med mer begränsade volymer jämfört med axiella versioner. Eftersom de släpper ut luft från ett utlopp är de idealiska för att rikta luftflödet till ett specifikt område för att kyla en viss del av systemet som genererar mer värme, t.ex. en effekt-FET, DSP eller FPGA. De liknar sina axiella motsvarigheter och finns också i AC- och DC-versioner med olika storlekar, hastigheter och format, men förbrukar vanligtvis mer ström. Den slutna konstruktionen ger ett extra skydd för de olika rörliga delarna, vilket gör dem till ett tillförlitligt, hållbart och motståndskraftigt alternativ.

Både centrifugal- och axialfläktar producerar hörbart och elektromagnetiskt buller, men centrifugalfläktarnas ljud tenderar att vara högre än axialfläktarnas. Eftersom båda fläktkonstruktionerna använder motorer kan EMI-effekter påverka systemets prestanda i känsliga tillämpningar.

Centrifugalfläktens höga tryck och låga volym gör den idealisk för luftflöde i koncentrerade områden som rör eller ventilationskanaler (figur 3) eller för ventilation och utsugning. Det innebär att de fungerar bra i luftkonditionerings- och torkningssystem, medan deras extra hållbarhet som nämndes tidigare kan möjliggöra drift i tuffa miljöer med partiklar, varm luft och gaser. När det gäller elektroniska tillämpningar används centrifugalfläktar ofta i bärbara datorer på grund av deras låga profil och högre förmåga att styra riktningen (luftflödet blåses ut i 90 graders vinkel från insuget).

Figur 3: Diagram på en centrifugalfläkt som används i ventilationskanaler. (Bildkälla: Same Sky)

Överväganden om EMI och buller från fläktar

Elektromagnetiska störningar (EMI) som genereras av fläktar är ett viktigt konstruktionsövervägande att ta hänsyn till i ett tidigt skede. Alla fläktar kan generera antingen utstrålad EMI från själva fläkten eller ledd EMI via strömledningarna. Okontrollerade magnetfält (UMF) från motorns magneter och statorlindningar kan också leda till störningar. Även om det är tillämpningsspecifikt, kommer noggranna överväganden i de tidiga skedena av konstruktionen att spara tid och pengar på sikt. I allmänhet skapar likströmsfläktar mindre EMI än växelströmsfläktar.

Figur 4: Axialfläktar tenderar att producera mindre buller än centrifugalfläktar.. (Bildkälla: Same Sky)

Ett annat tillämpningsspecifikt konstruktionsövervägande är det hörbara buller som genereras av fläktar. Ljudet varierar beroende på tillämpning, komponenternas täthet, placering i systemet, fläktens storlek, flyttad luftmängd, typ av lager som används etc. Lagren i en fläkt påverkar inte bara akustiken utan kan även påverka livslängden och potentiella tillämpningar. Hörbart buller kan ofta minskas genom bättre placering av fläktarna, mekanisk isolering eller användning av luftintagsgaller eller utloppsdiffusorer. En bra tumregel är att ju högre CFM eller luftflöde, desto högre ljudnivå. Om en större fläkt och en mindre fläkt har samma CFM-värden, kommer den större fläkten vanligtvis att resultera i en tystare helhetslösning. Som tidigare nämnts är axialfläktar vanligtvis tystare än centrifugalfläktar.

Slutlig jämförelse

För att avsluta det hela, följer här en snabb jämförelse av de olika fördelarna, nackdelarna och egenskaperna hos axial- och centrifugalfläktar. Att välja det bästa alternativet beror verkligen på den avsedda tillämpningen, det tillgängliga utrymmet och slutsystemets totala värmekrav.

Figur 5: Jämförelse av grundläggande egenskaper hos axial- och centrifugalfläktar. (Bildkälla: Same Sky)

Sammanfattning

Att hålla elektroniska komponenter som producerar oönskad värme svala kan hanteras effektivt med antingen axial- eller centrifugalfläktar. Båda har bevisats i praktiken genom många års användning och kontinuerliga förbättringar. Same Sky har ett brett utbud av axialfläktar och centrifugalfläktar för likström med olika ramstorlekar och luftflödesvärden för att göra det lättare att motsvara en ingenjörs specifika termiska krav.