Fläkt (redskap)

Fläkt (redskap)

En fläkt är en anordning som används för att framkalla luftflöde och som i allmänhet består av breda, plana ytor som roterar eller oscillerar. De vanligaste användningsområdena för fläktar är komfort för människor, ventilation eller transport av gaser för industriella ändamål. Den enklaste typen av fläktar är blad eller platta föremål som viftas för att skapa en bekvämare atmosfär.

Typiska användningsområden är prydnadsdekorationer, klimatkontroll, kylsystem, personlig vindgenerering (t.ex. en elektrisk bordsfläkt), ventilation (t.ex. en avluftsfläkt), vina (t.ex. separera agnarna från sädesslag), avlägsna damm (t.ex. sugandet i en dammsugare), torka (vanligen i tillägg till värme) och för att ge drag till en eld. Det är också vanligt att använda elektriska fläktar som luftfräschare genom att fästa mjukgörarblad på det skyddande höljet. Detta gör att doften förs ut i den omgivande luften.

Historia

Etymologi

På gammalt engelska betecknade ”fann” en korg eller spade för vintning eller för att separera agnarna från kornet med hjälp av en luftström. Det var ett lån från det latinska ordet ”vannus”, ett ord med samma betydelse som härstammar från ”ventus” (”vind”) eller en besläktad rot (t.ex. ”vates”). I betydelsen ”anordning för att flytta luft” är ordet först belagt 1390, den handhållna versionen är först registrerad 1555.

Ancient

Fansens historia sträcker sig tusentals år bakåt i tiden. Sedan antiken har fläktar haft en dubbel funktion – statussymbol och användbar prydnad. Under sin utveckling har fläktarna tillverkats av en mängd olika material och har ofta innehållit dekorativa konstverk. De enklaste fläktarna är blad eller platta föremål som viftas för att skapa en svalare atmosfär. Dessa styva eller hopfällbara handhållna redskap har använts för kylning, för luftcirkulation, som ceremoniella redskap och som accessoarer för klädsel över hela världen sedan urminnes tider. De används fortfarande i stor utsträckning.

De tidigaste kända fläktarna kallas ”skärmfläktar” eller ”fläktar med fasta blad”. Dessa manipulerades för hand för att kyla kroppen, skapa en bris och avvärja insekter. Sådana tidiga fläktar hade vanligtvis formen av palmblad. Några av de tidigaste kända fläktarna kommer från egyptiska gravar. Tidiga assyrier och egyptier använde slavar och tjänare för att manipulera fläkten. På egyptiska reliefer var fläktarna av styv typ. I Tutankhamons grav fanns guldfläktar med strutsfjädrar som stämde överens med avbildningar på gravväggarna. Långskaftade, skivformade fläktar bars av tjänare i antiken och förknippades med kungliga och religiösa ceremonier. De hade handtag eller pinnar som var fästade vid ett styvt blad eller vid fjädrar.

Fågelfjädrar har använts i fläktar, t.ex. hos egyptierna och indianerna i Amerika, för både praktiska och ceremoniella ändamål. I det gamla Amerika använde aztekerna, mayaerna och de sydamerikanska kulturerna fågelfjädrar i sina fläktar. Bland de aztekiska fläktarna fanns avbildningar av köpmän i illustrationer av handel. Användningen av olika fjädertyper i dessa fläktar hade en religiös innebörd. Paracasfolket i Sydamerika (dagens Peru) har lämnat många exempel på antika fjäderfläktar bland sina mumier. I Indien är den indiska termen för en fläkt pankha (en avledning av ”en fjäder” eller ”en fågelvinge”).

Bildbevis visar att grekerna, etruskerna och romarna använde fläktar för att kyla ner och för ceremoniella ändamål. I Grekland spändes linne över bladformade ramar. I Rom användes förgyllda och målade träfläktar. Romerska damer i hela riket använde cirkulära fläktar. Kinesiska källor kopplar fläkten till mytiska och historiska karaktärer.

Asien

I Europa var fläkten frånvarande under medeltiden. Västvärldens tidigaste fläkt är en flabellum (eller ceremoniell fläkt), som härstammar från 600-talet. Handfläktar återinfördes i Europa på tretton- och fjortonhundratalet. Korsfarare tog med sig fläktar från Mellanöstern. På 1400-talet tog portugisiska handelsmän med sig fläktar från Kina och Japan till Europa. Fläktarna blev allmänt populära.

På 1600-talet blev den vikbara fläkten, som introducerades från Kina, populär i Europa. Dessa fläktar är särskilt väl synliga i porträtt av tidens högt födda kvinnor. Drottning Elizabeth I av England kan ses bära både hopfällbara fläktar dekorerade med pom poms på sina gardestickor och den äldre stilen stela fläkt, vanligen dekorerad med fjädrar och juveler. Dessa styva fläktar hängde ofta i damernas kjolar, men av de fläktar som användes under denna tid är det bara de mer exotiska hopfällbara som har överlevt. De vikbara fläktar från 1400-talet som finns på museer i dag har antingen läderblad med utskurna mönster som bildar en spetsliknande design eller ett mer styvt blad med inlägg av mer exotiska material som glimmer. Ett av kännetecknen för dessa fläktar är de ganska grova pinnarna av ben eller elfenben och det sätt på vilket läderbladen ofta är fastspända på pinnarna i stället för att limmas fast som på senare vikbara fläktar. Men trots de relativt grova konstruktionsmetoderna var de vikbara fläktarna vid den här tiden exotiska föremål med hög status, i likhet med avancerade handskar som gåvor till kungligheter.

Under 1600-talet hade den stela fläkten, som man såg på porträtt från det föregående århundradet, fallit i onåd när de vikbara fläktarna fick en dominerande ställning i Europa. Fläktarna började visa välmålade blad, ofta med ett religiöst eller klassiskt ämne. På baksidan av dessa tidiga fläktar började man också visa genomarbetade blommönster. Stängerna är ofta av vanligt elfenben eller sköldpaddor, ibland inläggningar av guld eller ] pimpelarbete. Det sätt på vilket pinnarna sitter tätt intill varandra, ofta med litet eller inget utrymme mellan dem, är ett av de utmärkande kännetecknen för fläktar från denna epok.

År 1685 upphävdes Ediktet av Nantes i Frankrike. Detta orsakade en storskalig invandring från Frankrike till de omkringliggande protestantiska länderna (t.ex. England) av många fläkthantverkare. Denna spridning av färdigheter återspeglas i den ökande kvaliteten på många fläktar från dessa icke-franska länder efter detta datum.

Under 1700-talet uppnådde fläktar en hög grad av konstnärlighet och tillverkades i hela Europa ofta av specialiserade hantverkare, antingen i blad eller i pinnar. Vikta fläktar av spets, siden eller pergament dekorerades och målades av konstnärer. Vid denna tid importerades även fläktar från Kina av de ostindiska bolagen. I mitten av 1700-talet började uppfinnare konstruera mekaniska fläktar. Uppdragsfläktar (som liknar uppdragsklockor) var populära på 1700-talet. På 1800-talet i västvärlden ledde det europeiska modet till att dekorationen och storleken på fläktarna varierade.

Det har sagts att vid domstolarna i England, Spanien och på andra håll användes fläktarna i en mer eller mindre hemlig kod. Dessa fläktspråk var ett sätt att hantera den begränsande sociala etiketten. Detta används nu för marknadsföring av fläkttillverkare som Duvelleroy i London.

Mekanisk utveckling

Den första dokumenterade mekaniska fläkten var punkahfläkten som användes i Mellanöstern på 1500-talet. Den hade en ram täckt av duk som hängde från taket. Tjänare, så kallade punkah wallahs, drog i ett rep som var kopplat till ramen för att flytta fläkten fram och tillbaka.

Med den industriella revolutionen i slutet av 1800-talet infördes remdrivna fläktar som drevs av fabriksvattenhjul. De första industrifläktarna utvecklades genom att fästa trä- eller metallblad på axlar ovanför som användes för att driva maskinerna. En av de första fungerande mekaniska fläktarna byggdes av A. A. Sablukov 1832. Han kallade sin uppfinning – ett slags centrifugalfläkt – för ”luftpump”. Centrifugalfläktar testades framgångsrikt i kolgruvor och fabriker 1832-1834. När Thomas Edison och Nikola Tesla i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet introducerade elektrisk kraft för allmänheten introducerades den personliga elektriska fläkten. Mellan 1882 och 1886 utvecklade dr Schuyler Skaats Wheeler den tvåbladiga skrivbordsfläkten, en typ av personlig elektrisk fläkt. Den salufördes kommersiellt av det amerikanska företaget Crocker & Curtis electric motor company. År 1882 introducerade Philip H. Diehl den elektriska takfläkten. Diehl anses vara fadern till den moderna elektriska fläkten. I slutet av 1800-talet användes elektriska fläktar endast i kommersiella inrättningar eller i välbärgade hushåll. Värmekonvektionsfläktar som drivs med alkohol, olja eller fotogen var vanliga runt sekelskiftet 1900.

På 1920-talet gjorde de industriella framstegen det möjligt att massproducera stål i olika former, vilket sänkte priserna på fläktar och gjorde det möjligt för fler husägare att ha råd med dem. På 1930-talet utformades den första art deco-fläkten. Före denna fläkt, som kallades Silver Swan, var de flesta hushållsfläktar ganska enkla. På 1950-talet tillverkades fläktar i färger som var ljusa och iögonfallande. Central luftkonditionering på 1960-talet satte stopp för den elektriska fläktens guldålder. På 1970-talet blev takfläktar i viktoriansk stil populära.

Under 1900-talet har fläktarna blivit utilitaristiska. Under 2000-talet har fläktarnas estetik blivit ett bekymmer för köparna av fläktar. Fläkten är en del av vardagen i Fjärran Östern, Japan och Spanien (bland annat). Elektriska fläktar har till stor del ersatts av luftkonditioneringsapparater i hushåll och på kontor, trots att elektriska fläktar förbrukar mycket mindre energi än luftkonditioneringsapparater.

Mekaniska anordningar

Mekaniskt kan en fläkt vara en eller flera roterande vingar som används för att producera luftströmmar. Fläktar producerar luftströmmar med stor volym och lågt tryck, till skillnad från gaskompressorer som producerar höga tryck vid jämförelsevis låg volym. Fläktar är användbara för att förflytta stora luftmängder, som lämpar sig bäst för tillämpningar som t.ex. att vina spannmål eller blåsa upp en eld, för kylning och ventilation och i kombination med en värmekälla för uppvärmning och torkning. Ett fläktblad roterar ofta när det utsätts för en luftström, och anordningar som utnyttjar detta, t.ex. anemometrar och vindturbiner, är ofta utformade på samma sätt som en fläkt.

Mekaniska fläktar med roterande blad tillverkas i ett stort antal olika utföranden. I ett hem kan man hitta fläktar som kan ställas på golvet eller på ett bord, eller hängas från taket, eller som är inbyggda i ett fönster, en vägg, ett tak, en skorsten osv. Man kan hitta dem i elektroniska system som datorer där de kyler kretsarna inuti, och i apparater som hårtorkar och rumsuppvärmare. De används också för kylning i luftkonditioneringssystem och i bilmotorer, där de drivs av remmar eller direktmotorer. Fläktarna skapar en vindavkylning men sänker inte temperaturen direkt.

Typer

Det finns tre huvudtyper av fläktar som används för att förflytta luft: axialfläktar, centrifugalfläktar (även kallade radiella fläktar) och tvärfläktar (även kallade tangentiella fläktar). Axialfläktarna har blad som tvingar luften att röra sig parallellt med den axel som bladen roterar runt. Axialfläktar blåser luften tvärs över fläktens axel, linjärt, därav namnet. Detta är den vanligaste typen av fläkt och används i många olika tillämpningar, allt från små kylfläktar för elektronik till de gigantiska fläktar som används i vindtunnlar.

Centrifugalfläkten har en rörlig komponent (ett så kallat pumphjul) som består av en central axel kring vilken en uppsättning blad bildar ett spiralmönster. Centrifugalfläktar blåser in luft i rät vinkel mot fläktens intag och snurrar (centrifugalt) luften utåt mot utloppet. Ett pumphjul roterar, vilket gör att luften kommer in i fläkten nära axeln och rör sig vinkelrätt från axeln till öppningen i det spiralformade fläkthuset. En centrifugalfläkt producerar mer tryck för en given luftvolym och används där detta är önskvärt, t.ex. i lövblåsare, luftmadrasser och olika industriella ändamål. De är vanligtvis mer bullriga än jämförbara axialfläktar.

Korsflödesfläkten har en rotor med ekorrhjul (en rotor med ihåligt centrum och axiella fläktblad längs periferin). Tangentialfläktarna tar in luft längs rotorns periferi och driver ut den genom utloppet på samma sätt som centrifugalfläktarna. Korsflödesfläktar avger ett jämnt luftflöde längs hela fläktens bredd och är mycket tysta i drift. De är förhållandevis skrymmande och lufttrycket är lågt. Korsflödesfläktar används ofta i luftkonditioneringsapparater, ventilationssystem i bilar och för kylning i medelstora apparater som kopieringsmaskiner. En fläkt eller blåsmaskin ger upphov till ett tryck som ligger något över det atmosfäriska trycket och som kallas ”plenum”.

Fans går vanligen tillsammans med elmotorer. En elmotors svaga vridmoment vid låga varvtal och kraftfulla vridmoment vid höga varvtal är en naturlig matchning för en fläktbelastning. Fläktarna är ofta kopplade direkt till motorns utgång, utan behov av kugghjul eller remmar. Elmotorn är antingen dold i fläktens mittnav eller sträcker sig bakom det. För stora industrifläktar används vanligen 3-fasiga asynkronmotorer. Mindre fläktar drivs ofta av växelströmsmotorer med skuggade poler, eller borstade eller borstlösa likströmsmotorer. Växelströmsdrivna fläktar använder vanligtvis nätspänning, medan likströmsdrivna fläktar använder lågspänning, vanligtvis 24 V, 12 V eller 5 V. Kylfläktar för datorutrustning använder uteslutande borstlösa likströmsmotorer, som ger upphov till mycket mindre elektromagnetiska störningar.

I maskiner som redan har en motor är fläkten ofta ansluten till denna i stället för att drivas självständigt. Detta är vanligt förekommande i bilar, stora kylsystem och vagnsmaskiner.

• Bordsfläkt

De grundläggande beståndsdelarna i en typisk bordsfläkt är fläktbladet, basen, ankaret och ledningskablarna, motorn, bladskyddet, motorhuset, oscilleringsväxellådan och oscilleringsaxeln. Oscillatorn är en mekanism som förflyttar fläkten från sida till sida. Axeln kommer ut i båda ändarna av motorn, den ena änden av axeln är fäst vid bladet och den andra är fäst vid oscillatorns växellåda. Motorhuset ansluter sig till växellådan för att innehålla rotorn och statorn. Oscillatoraxeln kombineras med den viktade basen och växellådan. Ett motorhus täcker oscillatormekanismen. Bladskyddet är kopplat till motorhuset av säkerhetsskäl.

För kollektorer klassificeras elektromekaniska fläktar enligt deras skick, storlek, ålder och antal blad. Fyrabladiga konstruktioner är de vanligaste. Fem- eller sexbladiga konstruktioner är sällsynta. Materialen som komponenterna är tillverkade av, t.ex. mässing, är viktiga faktorer för fläktens önskvärdhet.

• Takfläkt

En fläkt som hänger i taket i ett rum är en takfläkt.

• Solcellsdriven fläkt

Elektriska fläktar som används för ventilation kan drivas av solpaneler i stället för nätström. Detta är ett attraktivt alternativ eftersom när kapitalkostnaderna för solpanelen väl har täckts är den resulterande elen gratis. Dessutom finns elen alltid tillgänglig när solen skiner och fläkten behöver köras.

Ett typiskt exempel använder en fristående solcellspanel på 10 watt, 12×12 tum (30×30 cm) och levereras med lämpliga fästen, kablar och kontakter. Den kan användas för att ventilera upp till 100 m² (1250 kvadratfot) yta och kan flytta luft med upp till 400 L/s (800 kubikfot per minut). På grund av den stora tillgången på 12 V borstlösa likströmsmotorer och bekvämligheten med att koppla in en så låg spänning drivs sådana fläktar vanligtvis med 12 volt.

Den fristående solpanelen installeras vanligen på den plats som får mest solljus och ansluts sedan till fläkten som är monterad på ett avstånd av 6 till 7 meter (20 till 25 fot). Andra fast monterade och små bärbara fläktar har en integrerad (ej löstagbar) solpanel.

Gasturbinfläkt

Lågtryckskompressorn i en turbofläktmotor kallas ofta för en fläkt. Typiskt sett absorberar dessa enheter tusentals hästkrafter, och kraften tillhandahålls av expansionen av heta förbränningsgaser genom lågtrycksturbinen.

• Frontfläkt

Fläkten är vanligen placerad framtill på turbomaskineriet, omedelbart nedströms luftintaget.

Moderna civila turbofläktar har vanligen ett enda fläktsteg, det vill säga en rad roterande rotorblad, följt av en rad stationära utloppsstyrskovlar (eller statorer).

Militära turbofläktar (fläktar monterade på stridsflygplan) har vanligen två eller flera fläktsteg, där det första steget, återigen, normalt består av en rotor som följs av ett statoraggregat.

• Akterfläkt

Vissa turbofläktar har en akterfläkt, där fläktrotorns blad är monterade radialt utåt från turbinens (LP) rotorblad. Detta gör att man slipper behovet av en (LP)-axel. I ett tidigt exempel skruvade General Electric fast en fläkt/turbin-enhet på baksidan av ett J79-turbojet för att omvandla det till CJ805-turbofläkt.

Den ovanliga General Electric CF700-turbofläktmotorn utvecklades också som en motor med bakre fläkt med ett bypassförhållande på 2,0. Den härstammade från T-38 Talon och Learjet General Electric J85/CJ610turbojet (2 850 lbf eller 12 650 N) för att driva den större Rockwell Sabre 75/80-versionen av Sabreliner-flygplanet, samt Dassault Falcon 20 med cirka 50 procents ökad dragkraft (4 200 lbf eller 18 700 N). CF700 var det första lilla turbofläktplanet i världen som certifierades av Federal Aviation Administration. Det finns nu över 400 CF700-flygplan i drift runt om i världen, med en erfarenhetsbas på över 10 miljoner drifttimmar. CF700-turbofläktmotorn användes också för att utbilda astronauter på väg till månen inom ramen för Apollo-projektet som motor för Lunar Landing Research Vehicle (LLRV).

Demonstratorn GE36 unducted fan (UDF) använde ett liknande arrangemang för att omvandla en F404-turbofläkt med blandade avgaser till en propanfläkt.

• Supersonisk fläkt

Förra gasturbinfläktar roterade vid subsoniska topphastigheter för att undvika att det uppstod stötvågor i luftflödet. Moderna fläktar roterar dock ofta med överljudshastigheter och utnyttjar chockvågorna. Vissa avancerade konstruktioner kan generera ett tryckförhållande på mer än 2,2:1 i ett enda steg, även om 1,8:1 är mer typiskt.

• Supersonisk fläkt med genomgående flöde

Och även om överljudsfläktarna roterar med överljuds spetshastighet är det axiala flödet subsoniskt. Vissa experimentella anordningar har dock visat överljudsaxialflöde. Alla hastighetslinjer på den resulterande fläktkartan (eller karakteristik) är praktiskt taget horisontella, till skillnad från de för mer konventionella enheter.

• Fan med variabel stigning

Flera turbofläktdemonstratormotorer med ultrahögt bypass-förhållande (t.ex. SNECMA M45SD-02, motorn i Rolls-Royce) har införlivat fläktar med variabel stigning, ungefär som propellrarna med variabel stigning på en turbopropmotor. Genom att variera rotorbladens stigning förbättras hanteringen vid låga flyghastigheter för fläktenheten med lågt tryckförhållande, utan att man behöver tillgripa ett kallt munstycke med variabel yta eller ett munstycke med blandat flöde. Omvänd dragkraft ner till flygplanshastighet noll är också praktiskt.

• Fan med variabel geometri

En del flerstegsfläktar med högt tryckförhållande på militära turbofläktmotorer (t.ex. F404) har variabel geometri. Variabiliteten är vanligen begränsad till inloppsstyrskenorna. Även om den främre kanten av vingen är statisk, kan den bakre kanten justeras i stigning med hjälp av ett pianotyps gångjärn för att styra om luftflödet till den första rotorn. VIGV:s förbättrar fläktens svallningsmarginal i mitten av flödet.

• Propfan

Vissa turbofläktar med extremt högt bypassförhållande saknar fläktgondol och har en oducerad fläktrotor. Fläktbladen, som liknar krumsärkar, är särskilt formade för att fungera effektivt vid flyghastigheter upp till cirka Mach 0,75. General Electric demonstrerade en propanmotor, kallad GE36 UDF, på 1980-talet.

• Overhängd fläkt

Turbojetmotorer och tidiga turbofläktar använde inloppsstyrskivorna för att stödja det främre lagret för (LP) kompressor/fläktrotoraggregatet. I dag är de fläktar som används i turbofläktmotorer ofta överhängda, där fläktrotorn är utskjutande framåt, bortom det främre lagret. Detta underlättar avlägsnandet av inloppsstyrskenorna. Följaktligen är fläktrotorns blad de första aerofiler som motorns luftflöde möter.

• Snubbade fläktar

Före införandet av fläktblad med bred ackord var fläktbladen i turbofläktmotorer ofta försedda med snubber. Detta är utbuktningar som sticker ut i rät vinkel mot fläktbladet, någonstans mellan mitten av spännvidden och bladspetsen. Snubberna på intilliggande fläktblad stöter mot varandra, i perifer mening, och förbättrar bladets vibrationsegenskaper.

Vajersnörning (t.ex. Pegasus) är ett alternativt tillvägagångssätt.

• Fanfläkt med bred korridor

Som man kan förvänta sig, minskar snubberna den aerodynamiska effektiviteten hos fläktvingarna. Rolls-Royce har banat väg för ett effektivare alternativ: fläktblad med bred ackord. Den ökade bladkordan (dvs. bredden) används för att förbättra vibrationsegenskaperna.

Wide chord togs för första gången i bruk i RB311-535E4 för Boeing 757 1984 och har sedan dess varit ett kännetecken för RB211/Trent/V2500-motorfamiljen. Eventuella viktökningar kompenseras vanligtvis genom att göra bladen ihåliga. Andra motortillverkare har nu infört fläktar med bred ackord.

• Svept fan

Motortillverkare har börjat införa så kallade svepade fläktblad, vilket bör ge fördelar i fråga om aerodynamisk effektivitet och buller.

Andra typer av fläktar

• I en värmefläkt blåser en fläkt (eller blåsmaskin) kall luft förbi ett värmeelement, vilket värmer upp luften (tvångskonvektion). Den har ett fläkthjul med lameller som är fastsatta på en roterande axel som är innesluten i ett hölje eller en kammare, för att skapa en luftstöt (fläktstöt) för smidesändamål.
• En japansk krigsfläkt är ett vapen som är tillverkat för att se ut som en vikbar fläkt.
• I bilar används en mekanisk fläkt, som drivs med en rem och remskiva från motorns vevaxel, eller en elektrisk fläkt som slås på/av av en termokontakt för att blåsa eller suga luft genom en kylvätskefylld kylare, för att förhindra att motorn överhettas.
• En fläkt är också en liten vinge eller ett litet segel som används för att hålla det stora seglet på en smockvindkvarn alltid i vindens riktning.

Se även

• Centrifugalfläkt
• Datorfläkt
• Fan död
• Fan museum i Greenwich (Greenwich, London)
• Värmeväxlare
• Turbin
• Höghusfläkt
• Vindkraftverk
• Vindkraftverk
• Vindkraftverk
• Fönsterfläkt

Alla länkar hämtade den 26 mars 2017.

Handfläktar

• The Fan Circle International – välgörenhetsorganisation som inrättats för att främja intresset för och kunskapen om fläkten.
• Fan Association of North America.
• La Place de l’Eventail – fläktens historia; texten är mestadels på franska.
• Galerie Le Curieux, Paris – bild av fläktar från 1600-1900-talet, samt samtida, art deco-fans; texten är på franska.
• Fläktar på 1500- och 1600-talet.

Takfläktar

• Hur man installerar takfläktar.