المكره الآلية المنحنية إلى الأمام
عندما نحدد معدل التدفق الحجمي الذي نحتاجه، سواء كان ذلك لتوفير الهواء النقي أو تبريد العملية، نحتاج إلى دمج ذلك مع مقاومة التدفق التي ستواجهها المروحة في التطبيق. يتم الجمع بين معدل التدفق الحجمي (بالمتر المكعب/الساعة) والضغط (بالباسكال - Pa) ليصبحا نقطة التشغيل التي يجب أن تعمل المروحة وفقًا لها. من المهم أن نختار مروحة تتوافق خصائص أدائها مع نقطة التشغيل المطلوبة عند نقطة ذروة الكفاءة أو بالقرب منها. يؤدي استخدام المروحة بأقصى كفاءتها إلى تقليل استهلاك الطاقة والضوضاء المنبعثة من المروحة مع تقديم الأداء المطلوب.
كيف تعمل مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام؟
اسم "مروحة الطرد المركزي" مشتق من اتجاه التدفق وكيفية دخول الهواء إلى المكره في اتجاه محوري ثم دفعه للخارج من المحيط الخارجي للمروحة. الفرق في اتجاه التدفق بين مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام والخلف هو اتجاه خروج الهواء من محيط المكره. مع المكره المنحني للخلف، يخرج الهواء في اتجاه شعاعي بينما مع المنحني للأمام، يخرج الهواء بشكل عرضي من محيط المروحة.
تتميز مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام بشكلها الأسطواني وبوجود الكثير من الشفرات الصغيرة على محيط المكره. في المثال الموضح أدناه، تدور المروحة في اتجاه عقارب الساعة.
على عكس المكره المنحني الخلفي، يتطلب المكره المنحني الأمامي مبيتًا يحول الهواء عالي السرعة تاركًا أطراف شفرة المكره إلى قوة ثابتة ذات سرعة أقل. يقوم شكل الغلاف أيضًا بتوجيه تدفق الهواء إلى المخرج. يُعرف هذا النوع من مبيت المروحة عادةً باسم التمرير؛ ومع ذلك، يمكن أيضًا الإشارة إليه على أنه مبيت حلزوني أو خماسيني. من خلال تثبيت المكره المنحني الأمامي في مبيت التمرير، نشير إليه عادة على أنه منفاخ منحني أمامي.
هناك نوعان من المنافيخ التي تستخدم دافعة آلية منحنية للأمام كما هو موضح أدناه...
يقوم منفاخ المدخل المفرد الموجود على اليسار بسحب الهواء من أحد جوانب الهيكل عبر المدخل الدائري ويوجهه إلى المخرج المربع (يُرى هنا بشفة متصاعدة). يحتوي منفاخ المدخل المزدوج على مبيت تمرير أوسع يسحب الهواء من كلا جانبي التمرير ويوصله إلى المخرج المربع الأوسع.
كما هو الحال مع مروحة الطرد المركزي المنحنية للخلف، فإن جانب الشفط لشفرة المكره يسحب الهواء من مركز المروحة مما يؤدي إلى تغيير اتجاه تدفق الهواء بين المدخل والعادم بمقدار 90 درجة.
خصائص المروحة
منطقة التشغيل المثالية لمروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام هي عندما تعمل عند ضغط أعلى. تعمل مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام بشكل أفضل عندما تكون هناك حاجة إلى ضغوط عالية مقابل التدفقات ذات الحجم المنخفض. ويوضح الرسم البياني أدناه منطقة العمل الأمثل…
يتم رسم تدفق الحجم على طول المحور X ويتم رسم ضغط النظام على المحور Y. عندما لا يكون هناك ضغط في النظام (المروحة تهب بحرية)، ستنتج مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام أكبر تدفق حجمي. عندما يتم تطبيق مقاومة التدفق على جانب الشفط أو العادم للمروحة، سينخفض معدل تدفق الحجم.
يجب توخي الحذر عند اختيار منفاخ منحني أمامي للعمل عند ضغوط منخفضة وتدفق بأعلى حجم. عند هذه النقطة، تعمل المكره في كشك ديناميكي هوائي بنفس الطريقة التي تعمل بها المروحة المحورية في نقطة سرج منحنىها. عند هذه النقطة، سيكون استهلاك الطاقة والضوضاء في ذروته بسبب الاضطراب.
ذروة الكفاءة تكون عند نقطة تسمى ركبة المنحنى المميز. عند هذه النقطة تكون نسبة طاقة الخرج للمروحة (تدفق الحجم (م3/ث) × تطور الضغط الساكن (Pa) ومدخل الطاقة الكهربائية (W) في أعلى مستوياتها وسيكون ضغط الصوت الذي تنتجه المروحة في أهدأ حالاته، فوق وتحت النطاق الأمثل للتشغيل، يصبح التدفق عبر المروحة أكثر ضوضاءً وتقل كفاءة نظام المروحة.
تتمثل فائدة استخدام دافعة آلية منحنية ذات مدخل واحد للأمام في أنها تتميز بخاصية المروحة شديدة الانحدار. وهذا مفيد بشكل خاص في الأنظمة التي تتطلب مستويات ثابتة من الترشيح. أثناء مرور الهواء عبر مرشح الجسيمات، يقوم المرشح باعتقال الغبار وحبوب اللقاح المحمولة بالهواء، وكلما كانت درجة الترشيح أصغر كلما كانت الجسيمات التي يلتقطها المرشح أصغر. بمرور الوقت، سيصبح الفلتر مسدودًا بشكل متزايد بالأوساخ والحطام مما يؤدي إلى الحاجة إلى مزيد من الضغط لتوصيل نفس حجم الهواء. إن استخدام دافع ذو منحنى مميز شديد الانحدار في هذه الحالة يعني أنه عندما يصبح المرشح مسدودًا بشكل متزايد، يظل تدفق الحجم ثابتًا بينما يتزايد الضغط عبر المرشح.
تتمثل فائدة استخدام المكره المنحني الأمامي ذو المدخل المزدوج في أنه من خلال منفاخ صغير الحجم نسبيًا يمكنه توفير تدفق كبير الحجم. يتمثل الحل الوسط في استخدام منفاخ المدخل المزدوج في أنه يتميز بتطوير ضغط منخفض، مما يعني أنه لا يمكنه العمل إلا مع أنظمة الضغط المنخفض.
خيارات التركيب
كما ذكرنا سابقًا، تنتج المكره الآلية المنحنية للأمام هواءًا عالي السرعة عند أطراف الشفرة التي تحتاج إلى توجيه وإبطاء لتحويل الضغط الديناميكي إلى ضغط ثابت. لتسهيل ذلك، نقوم ببناء التمرير حول المكره. يتم إنشاء الشكل بنسبة المسافات من مركز المكره إلى مخرج المروحة. كما هو الحال مع المروحة المنحنية الخلفية، يوصى أيضًا بوجود تداخل صغير بين حلقة الإدخال وفوهة المكره. يتم عرض كلا الاعتبارات المتصاعدة في الرسم البياني أدناه ...
يجب أن يسمح قطر حلقة المدخل بوجود فجوة صغيرة فقط بين المكره والحلقة لتجنب إعادة تدوير الهواء.
اعتبارات التركيب - الموافقات
من المهم التأكد من وجود مساحة كافية على الشفط وجانب المروحة...
سيؤدي عدم وجود مساحة كافية على جانب الشفط للمروحة إلى زيادة سرعة الدخول مما يؤدي إلى اضطراب. سيزداد هذا الاضطراب مع مرور الهواء عبر المكره مما يجعل نقل الطاقة من ريش المروحة إلى الهواء أقل كفاءة، ويتسبب في خلق المزيد من الضوضاء ويقلل من كفاءة المروحة.
التوصيات العامة لظروف الدخول والعادم هي:
جانب المدخل
- لا يوجد عائق أو تغيير في اتجاه التدفق خلال 1/3 مسافة قطر المروحة من مدخل المروحة
ملخص - لماذا تختار مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام؟
عندما تقع نقطة التشغيل المطلوبة في منطقة ضغوط النظام الأعلى مقابل انخفاض حجم التدفق على خاصية المروحة، ينبغي النظر في استخدام مروحة طرد مركزية منحنية ذات مدخل واحد للأمام. إذا كان شرط التطبيق هو تدفق كبير الحجم في غلاف مساحة مقيد، فيجب مراعاة مروحة الطرد المركزي المنحنية ذات المدخل المزدوج للأمام.
يجب اختيار المروحة ضمن نطاقها الأمثل وهو ما يعرف بركبة المنحنى المميز لها. نقطة ذروة الكفاءة هي الأقرب إلى حد الضغط الأعلى على المنحنى المميز للمروحة حيث تعمل أيضًا في أهدأ حالاتها. يجب تجنب التشغيل خارج النطاق الأمثل (عند أقصى تدفق كبير الحجم) لأن الاضطراب والكفاءة الديناميكية الهوائية لشفرة المكره في هذه النقاط ستخلق ضوضاء وستعمل المكره أيضًا في كشك ديناميكي هوائي. عند الضغوط المنخفضة والتدفقات ذات الحجم الكبير، يجب مراعاة درجة حرارة تشغيل المحرك تحت الحمل حيث أن هناك احتمالية لحدوث ارتفاع درجة حرارة المحرك.
يجب أن يظل الهواء الموجود على جانب مدخل المكره سلسًا وصفحيًا قدر الإمكان. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة، ينبغي على الأقل السماح بخلوص قدره 1/3 من قطر المكره في مدخل المروحة. إن استخدام حلقة مدخل (فوهة مدخل) متداخلة مع مدخل المكره سيساعد على القضاء على اضطرابات التدفق قبل سحب الهواء من خلال المروحة، وتقليل الضوضاء الناجمة عن الاضطراب، والحفاظ على استهلاك الطاقة عند نقطة التشغيل إلى الحد الأدنى وزيادة الكفاءة.
إن خاصية التشغيل شديدة الانحدار، وقدرة الضغط العالي لمنافيخ المدخل الفردية، وقدرة التدفق العالية لمنافيخ المدخل المزدوج، تعني أن المروحة المنحنية الأمامية تعد خيارًا مفيدًا يجب مراعاته عبر مجموعة واسعة من التركيبات.
وقت النشر: 16 أغسطس 2023