فهم منحنيات أداء المروحة

مقدمة

من أهم المستندات التي يطلبها العملاء من مصنعي المراوح هي منحنيات الأداء. بالإضافة إلى

التصوير البياني لبيانات أداء المروحة الأساسية لـ CFM وRPM وSP (على منحنى الضغط الثابت) وBHP (على منحنى قوة حصان الفرامل)، توضح هذه المنحنيات أيضًا خصائص أداء أنواع المراوح المختلفة، مثل مناطق عدم الاستقرار، أو معدل التغير بين التدفق والضغط. مع بعض المعرفة الأساسية بمنحنيات الأداء، يمكن اتخاذ القرارات بشأن اختيار المروحة، وتعديلات المروحة والنظام، أو مدى استصواب استخدام مروحة في نظام تعديل، على سبيل المثال. باستثناء المراوح الكبيرة جدًا، يتم إنشاء معلومات منحنى الأداء عن طريق توصيل المروحة بغرفة اختبار معملية. يتم اتباع إجراءات اختبار محددة للغاية كما هو منصوص عليه في معيار جمعية حركة الهواء والتحكم 210 لضمان قراءات موحدة ودقيقة. يتم جمع نقاط البيانات عند RPM معين بينما يتم تعديل التدفق ببطء من الإغلاق الكامل إلى الفتح الكامل. ثم يتم استخدام المعلومات المجمعة لتطوير برامج اختيار الكمبيوتر وجداول السعة المنشورة لاستخدامها من قبل مصممي النظام والمستخدمين النهائيين.

منحنى الضغط الثابت

يوفر منحنى الضغط الساكن الأساس لجميع حسابات التدفق والضغط. يتم إنشاء هذا المنحنى من خلال رسم سلسلة من نقاط الضغط الساكنة مقابل معدلات تدفق محددة بسرعة اختبار معينة. في حين أن منحنى الضغط الساكن يصور أداء المروحة بسرعة معينة، يمكن استخدامه لتحديد قدرة المروحة على الضغط عند أي حجم. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن أيضًا تقريب أداء المروحة عند سرعات أخرى من خلال تطبيق قوانين المروحة التالية:

يتغير CFM مع RPM
يتغير SP مع (RPM)2
يتغير BHP مع (RPM)3

لتحديد نقطة تشغيل المروحة، حدد أولاً الضغط الساكن المطلوب على مقياس SP على يسار المنحنى. ثم ارسم خطًا أفقيًا إلى اليمين، إلى نقطة التقاطع مع منحنى SP. بعد ذلك، ارسم خطًا رأسيًا من نقطة التشغيل إلى مقياس CFM في الأسفل لتحديد قدرة تدفق المروحة لذلك SP بالسرعة المحددة. كما هو موضح في الشكل 1، فإن أداء هذه المروحة هو 8750 CFM و12″ SP عند 1750 دورة في الدقيقة. وبافتراض أن هذه المروحة نفسها كانت مخصصة للعمل بسرعة 1200 دورة في الدقيقة، فيمكن تطبيق قوانين المروحة للحصول على الأداء عند هذه السرعة المنخفضة.

1. CFM varies as RPM

CFM (new) /CFM (old)=RPM (new)/RPM (old)

Therefore:

CFM (new) =1200/1750(8750) = 6000 CFM

2. SP varies as (RPM)2

SP (new)/ SP (old)=(RPM (new)/ RPM (old) )2

Therefore:

SP (new) =( 1200/1750)2  (12) = 5.6” SP

منحنى قوة حصان الفرامل

بمجرد تحديد CFM وSP، يمكن تحديد تصنيف BHP. يعد تصنيف BHP الدقيق ضروريًا لتحديد حجم المحرك بشكل صحيح أو لتحديد كفاءة تشغيل مروحة واحدة مقارنة بأخرى. تحتوي منحنيات الأداء على منحنى BHP يمكن من خلاله تحديد تصنيف BHP لقدرات معينة. لتحديد BHP عند نقطة تشغيل محددة، يتم رسم خط أفقي إلى اليمين من نقطة تقاطع خط CFM الرأسي ومنحنى BHP.

كما هو موضح في الشكل 2، فإن المروحة التي تعمل بمعدل 8750 قدم مكعب في الدقيقة و12 بوصة من قوة الدفع عند 1750 دورة في الدقيقة يتم تصنيفها عند 30 حصان. وباستخدام قانون المروحة الثالث، يمكن تحديد تصنيف قوة الدفع عند التشغيل عند 1200 دورة في الدقيقة.

3. BHP varies as (RPM)3

BHP (new)/BHP (old)=(RPM (new)/ RPM (old) )3

Therefore:

BHP (new) =(1200/1750)3  (30) = 9.67 BHP

خطوط النظام

نظرًا لأن المراوح يتم اختبارها وتقييمها بشكل مستقل عن أي نوع من الأنظمة، فيجب توفير وسيلة لتحديد قدرات المروحة داخل نظام معين. تنطبق قوانين المروحة بالتساوي على أي نظام؛ وبالتالي، فإن الاختلافات في CFM وSP داخل النظام يمكن التنبؤ بها. يتيح هذا فرض خطوط النظام على منحنيات الأداء لتبسيط حسابات الأداء. خط النظام ليس أكثر من مجموع كل تركيبات CFM وSP الممكنة داخل النظام المعطى. يجب أن تعمل أي تركيبة من المروحة والنظام في مكان ما على طول خط النظام هذا. نظرًا لأن المروحة يجب أن تعمل في مكان ما على طول منحنى SP الخاص بها ولأن النظام لديه خط نظام معروف، فإن تقاطعهما هو نقطة التشغيل. إذا تغيرت سرعة المروحة، فيجب أن تتحرك نقطة التشغيل لأعلى أو لأسفل خط النظام. إذا تغير النظام بطريقة ما، فيجب أن تتحرك نقطة التشغيل لأعلى أو لأسفل منحنى SP. في الممارسة العملية، يمكن استخدام هذه المبادئ للتحقق من دقة أداء المروحة وتصميم النظام.

استخدام منحنيات الأداء

يوضح الشكل 3 نقطة تشغيل مروحة تم اختيارها لـ 8750 CFM و 12 بوصة SP تعمل عند 1750 دورة في الدقيقة. يتضمن الشكل 3 عددًا من خطوط النظام المختلفة. إذا لم يعمل النظام بشكل صحيح عند بدء التشغيل، فيمكن إجراء القياسات ومقارنتها بمنحنى الأداء المتاح.

لنفترض أن قراءة مقياس سرعة الدوران تشير إلى أن المروحة تعمل بسرعة 1200 دورة في الدقيقة بدلاً من 1750 دورة في الدقيقة، بسبب أخطاء في سرعة المحرك أو اختيار المحرك، وأن فحص تدفق الهواء يشير إلى 6000 قدم مكعب في الدقيقة فقط. تؤكد هذه القراءات أن النظام تم حسابه بشكل صحيح وأنه يجب تصحيح سرعة المروحة إلى 1750 دورة في الدقيقة كما هو محدد في الأصل لتحقيق 8750 قدم مكعب في الدقيقة المطلوبة. إذا كانت قراءة مقياس سرعة الدوران تشير إلى السرعة المناسبة ولكن قراءة تدفق الهواء منخفضة، فسيتم الإشارة إلى مقاومة إضافية للنظام تتجاوز تلك المحسوبة في الأصل. يمكن أن تحدث هذه المقاومة الإضافية بسبب فتحات التهوية/المثبطات المغلقة جزئيًا، أو تغييرات في حجم القناة عن التصميم الأصلي، أو خسائر تأثير النظام، أو مجرد خطأ في حسابات مقاومة النظام. يمكن تصحيح النقص عادةً إما عن طريق تغيير النظام أو زيادة سرعة المروحة. غالبًا، يجب استخدام منحنيات الأداء لسرعة واحدة لتحديد أداء المروحة للاستخدام في الأنظمة التي تتطلب المزيد من الهواء أو الضغوط الأعلى. يمكن استخدام منحنى الأداء مثل الشكل 4 لتحديد أداء المروحة بما يتجاوز مقياس SP الموضح باستخدام قوانين المروحة للحصول على نقطة مرجعية للتشغيل على خط النظام. يمكن تحقيق ذلك من خلال تطبيق بعض العوامل المناسبة على CFM المطلوبة ومربع هذا العامل على SP المطلوبة. على سبيل المثال، يمكن استخدام منحنى الأداء الموضح في الشكل 4 لتحديد متطلبات أداء المروحة لنظام محسوب عند 15000 CFM و23.5″ SP، حتى لو كانت هذه النقطة خارج المنحنى. من خلال تحديد سعة مرجعية مناسبة باستخدام قوانين المروحة، والتي تقع ضمن بيانات المنحنى، يمكن الحصول على متطلبات أداء المروحة عند سرعة المنحنى ثم إسقاطها حتى متطلبات النظام باستخدام قوانين المروحة مرة أخرى.

توجد 15000 CFM و23.5″ SP المطلوبة على نفس النظام مثل 10000 CFM عند 10.4″ SP والتي تتقاطع مع منحنى SP للمروحة المرسوم عند 1750 دورة في الدقيقة ولها BHP المقابلة 33.0 عند 1750 دورة في الدقيقة. لذلك:

RPM (new) =1500/1000 (1750) = 2625 RPM

BHP (new) =(1500/1000)3 (33.0) = 111 BHP

خصائص أداء المروحة

يمكن تحديد خصائص أداء المروحة من خلال منحنى الأداء في لمحة. تتضمن هذه الخصائص أشياء مثل الاستقرار وزيادة أو عدم زيادة قوة الدفع ونقاط التشغيل المقبولة. يعتمد أداء المروحة على خصائص تدفق معينة أثناء مرور الهواء فوق شفرات عجلة المروحة. تختلف خصائص التدفق هذه لكل مروحة عامة أو نوع عجلة (أي شعاعي، ومنحنٍ للأمام، ومائل للخلف، وطرف شعاعي، ومحوري). وبالتالي، ستكون خصائص الأداء مختلفة لكل من أنواع المراوح العامة هذه. علاوة على ذلك، قد تختلف خصائص الأداء هذه من مصنع إلى آخر اعتمادًا على التصميم المعين. تعتمد الخصائص الموضحة في هذه الرسالة على معدات مروحة nyb.

منحنيات الأداء المعروضة في الأشكال من 1 إلى 4 نموذجية للمراوح ذات العجلات ذات الشفرات الشعاعية. منحنى SP سلس ومستقر من الفتح الواسع إلى الإغلاق. يشير منحنى BHP بوضوح إلى أن BHP يزداد بشكل مطرد مع حجم الهواء الذي يتم التعامل معه كما هو موضح في الشكل 4. تحتوي المراوح ذات العجلات المنحنية للأمام، كما هو موضح في الشكل 5، أيضًا على منحنى BHP يزداد مع حجم الهواء الذي يتم التعامل معه. يختلف منحنى SP بشكل كبير عن المنحنى الشعاعي لأنه يُظهر “انحدارًا” حادًا إلى يسار ذروة الضغط الساكن. يشير هذا الانحدار الحاد (المنطقة المظللة) إلى خصائص تدفق غير متوقعة. على الرغم من عدم دقتها من الناحية الفنية، غالبًا ما يشار إلى هذه المنطقة باسم منطقة “التوقف”. يشير ذلك إلى أنه عند هذه التركيبات من الضغط والأحجام المنخفضة نسبيًا، تتغير خصائص تدفق الهواء عبر شفرات العجلة أو تنفصل بحيث لم تعد نقطة أداء المروحة مستقرة. لا ينبغي اختيار أي مروحة ذات منحنى SP المميز هذا للعمل في المنطقة غير المستقرة. كما هو موضح في الشكل 6، فإن منحنى SP للمروحة المائلة للخلف له انحدار حاد إلى يسار ذروة الضغط الساكن. يشير هذا إلى منطقة عدم الاستقرار. ومع ذلك، فإن منحنى SP المائل للخلف يكون أكثر انحدارًا بشكل عام من منحنى العجلة المنحنية للأمام مما يشير إلى رغبتها في الاستخدام في أنظمة الضغط الأعلى. لذلك، فإن الاختلافات في مقاومة النظام ستؤدي إلى تغييرات أصغر في الحجم لمروحة BI عند مقارنتها بمروحة FC. على الرغم من أن مراوح الطرد المركزي New York Blower ذات عجلات AcoustaFoil® مستقرة في المنطقة اليسرى من الذروة، فإن غالبية المراوح ذات العجلات المائلة للخلف تُظهر منحنى SP مشابهًا في المظهر لمنحنى المروحة المنحنية للأمام. يُظهر منحنى SP الموضح (في الشكل 7) للمراوح التي تستخدم عجلات AcoustaFoil (رقاقة هوائية، مائلة للخلف) انخفاضًا أكثر سلاسة إلى يسار ذروة الضغط الساكن. يشير هذا إلى أن التصميم العام للمروحة هو بحيث تظل خصائص التدفق الداخلي مرغوبة أو متوقعة حتى في المنطقة اليسرى من الذروة وأن الأداء في هذه المنطقة مستقر.

إن منحنى BHP لجميع المراوح المائلة للخلف هو الفارق الرئيسي بينها وبين جميع أنواع المراوح الأخرى. وكما هو موضح في الشكلين 6 و7، فإن منحنى BHP للمراوح المائلة للخلف يصل إلى ذروة ثم ينخفض ​​مع زيادة حجم المروحة. وبفضل خاصية BHP “غير الزائدة” هذه، من الممكن تحديد أقصى BHP لسرعة مروحة معينة واختيار محرك لا يمكن تحميله بشكل زائد على الرغم من أي تغييرات أو أخطاء في تصميم النظام. ولأن BHP يتغير باختلاف (RPM)3، فإن خاصية عدم التحميل الزائد هذه لا تنطبق على الزيادات في سرعة المروحة، ولكنها مفيدة جدًا لحماية المحرك من الأخطاء أو التغييرات في حسابات النظام والتركيب. يشير الشكلان 5 و6 إلى مناطق اختيار معينة غير مقبولة على منحنى SP. وعلى الرغم من أن الاستقرار أو الأداء قد لا يشكلان مشكلة، إلا أنه يجب تجنب نقطة التشغيل إلى أقصى اليمين على منحنى SP. يؤدي اختيار مروحة تعمل إلى أقصى اليمين إلى القضاء على المرونة اللازمة للتعويض عن تغييرات النظام المستقبلية. كما أن المروحة أقل كفاءة في هذه المنطقة مقارنة بمروحة أكبر تعمل بسرعة أبطأ. يوضح الشكل 7 أفضل منطقة اختيار على منحنى SP والمنطقة التي يتم فيها نشر غالبية جداول السعة. وكما هو واضح في الشكل 8، يجمع تصميم المروحة ذات الطرف الشعاعي بين خصائص منحنى SP المائل للخلف ومنحنى

BHP للمروحة الشعاعية. غالبًا ما يكون الطرف الشعاعي أكثر كفاءة من المراوح الشعاعية وعادةً ما يتم تطبيقه بشكل أفضل في التطبيقات ذات الضغط العالي. ونتيجة لكفاءتها وقدراتها على التعامل مع الغبار، يمكن أيضًا تطبيق المروحة ذات الطرف الشعاعي على أنظمة نقل المواد ذات الضغط المنخفض.

يُستخدم مصطلح المروحة المحورية لوصف مختلف المراوح ذات المروحة المحورية والمحورية الفانيلية والمحورية الأنبوبية والقنواتية. تتميز منحنيات أداء هذه المراوح بالقدرة على توصيل أحجام كبيرة من الهواء في تطبيقات الضغط المنخفض نسبيًا. وكما هو واضح في الشكل 9، تتميز المروحة ذات التدفق المحوري بمنحنى BHP متدلي يتمتع بأقصى قدر من القدرة الحصانية في حالة عدم التدفق أو في ظروف الإغلاق. يظهر منحنى المروحة المحورية SP منطقة من عدم الاستقرار الشديد على يسار “الحدبة” في منتصف المنحنى. واعتمادًا على شدتها، يتم عادةً اختيار المراوح المحورية على يمين هذه المنطقة فقط.

خاتمة

إن المعرفة الجيدة بمنحنيات الأداء ضرورية لفهم خصائص الأداء وقدرات معدات المراوح المختلفة. إن استخدام منحنيات الأداء في اختيار أنواع المراوح وأحجامها سيضمن التشغيل المستقر والفعال بالإضافة إلى المرونة المستقبلية.