المكره المتحرك المنحني للأمام
بعد تحديد معدل التدفق الحجمي المطلوب، سواءً لتوفير هواء نقي أو تبريد العمليات، يجب دمجه مع مقاومة التدفق التي ستواجهها المروحة في التطبيق. يُجمع معدل التدفق الحجمي (م3/ساعة) مع الضغط (باسكال - باسكال) لتشكيل نقطة التشغيل التي يجب أن تعمل المروحة عندها. من المهم اختيار مروحة تتوافق خصائص أدائها مع نقطة التشغيل المطلوبة عند أو بالقرب من نقطة ذروة الكفاءة. استخدام المروحة بأقصى كفاءتها يقلل من استهلاك الطاقة والضوضاء الصادرة عنها مع الحفاظ على الأداء المطلوب.
كيف تعمل مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام؟
اشتُق اسم "مروحة الطرد المركزي" من اتجاه تدفق الهواء، وكيف يدخل الهواء إلى الدافع في اتجاه محوري، ثم يندفع للخارج من محيط المروحة الخارجي. يكمن الفرق في اتجاه تدفق الهواء بين مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام والخلف في اتجاه خروج الهواء من محيط الدافع. ففي الدافع المنحني للخلف، يخرج الهواء في اتجاه شعاعي، بينما في الدافع المنحني للأمام، يخرج الهواء بشكل مماسي من محيط المروحة.
تتميز مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام بشكلها الأسطواني وشفراتها الصغيرة الكثيرة على محيط الدافع. في المثال الموضح أدناه، تدور المروحة في اتجاه عقارب الساعة.
بخلاف المكره المنحني للخلف، يتطلب المكره المنحني للأمام غلافًا يحول الهواء عالي السرعة الخارج من أطراف ريش المكره إلى قوة ساكنة منخفضة السرعة. كما يوجه شكل الغلاف تدفق الهواء إلى المخرج. يُعرف هذا النوع من أغلفة المروحة عادةً باسم الحلزوني؛ ومع ذلك، يمكن الإشارة إليه أيضًا باسم الحلزوني أو غلاف السيروكو. عند تركيب المكره المنحني للأمام في غلاف حلزوني، فإننا نشير إليه عادةً باسم منفاخ منحني للأمام.
هناك نوعان من المنافيخ التي تستخدم مروحة محركة منحنية للأمام كما هو موضح أدناه…
يسحب المنفاخ ذو المدخل الواحد على اليسار الهواء من أحد جانبي الغلاف عبر المدخل الدائري، ويوجهه إلى المخرج المربع (كما هو موضح هنا مع شفة تثبيت). أما المنفاخ ذو المدخلين، فله غلاف حلزوني أوسع يسحب الهواء من جانبي الحلزون، ويوصله إلى المخرج المربع الأوسع.
كما هو الحال مع المروحة الطاردة المركزية 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 المثلى لمروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام هي عند تشغيلها بضغط أعلى. تعمل مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام بشكل أفضل عند الحاجة إلى ضغوط عالية مقابل تدفقات حجمية منخفضة. يوضح الرسم البياني أدناه منطقة العمل المثلى...
يُرسم التدفق الحجمي على طول المحور السيني، ويُرسم ضغط النظام على المحور الصادي. عند انعدام الضغط في النظام (مع دوران المروحة بحرية)، تُنتج مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام أعلى تدفق حجمي. مع تطبيق مقاومة التدفق على جانب الشفط أو العادم للمروحة، ينخفض معدل التدفق الحجمي.
يجب توخي الحذر عند اختيار منفاخ منحني أمامي للعمل عند ضغوط منخفضة وتدفق هواء عالي. عند هذه النقطة، يعمل الدافع في حالة توقف هوائي، تمامًا مثل المروحة المحورية التي تعمل عند نقطة السرج في منحنيها. عند هذه النقطة، يبلغ مستوى الضوضاء واستهلاك الطاقة ذروته بسبب الاضطرابات.
تبلغ ذروة كفاءة المروحة عند نقطة تُسمى ركبة المنحنى المميز. عند هذه النقطة، تكون نسبة طاقة خرج المروحة (حجم التدفق (م3/ثانية) × تطور الضغط الساكن (باسكال) إلى الطاقة الكهربائية الداخلة (وات) في أعلى مستوياتها، ويكون ضغط الصوت الناتج عن المروحة في أدنى مستوياته. فوق وتحت نطاق التشغيل الأمثل، يصبح تدفق الهواء عبر المروحة أكثر ضوضاءً، وتنخفض كفاءة نظام المروحة.
تكمن فائدة استخدام مروحة دافعة بمحرك أحادي المدخل منحنية للأمام في امتلاكها خاصية مروحة شديدة الانحدار. تُعد هذه الخاصية مفيدة بشكل خاص في الأنظمة التي تتطلب مستويات ترشيح ثابتة. فمع مرور الهواء عبر مرشح الجسيمات، يحجز المرشح الغبار وحبوب اللقاح المحمولة جوًا. وكلما كانت درجة الترشيح أدق، قلّت الجسيمات التي يحجزها المرشح. ومع مرور الوقت، يزداد انسداد المرشح بالأوساخ والحطام، مما يتطلب ضغطًا أكبر لتوصيل نفس حجم الهواء. ويعني استخدام مروحة ذات خاصية منحنى شديد الانحدار في هذه الحالة أنه مع ازدياد انسداد المرشح، يبقى تدفق الهواء ثابتًا مع ازدياد الضغط عليه.
تكمن فائدة استخدام مروحة منحنية أمامية بمدخل مزدوج في قدرتها على توليد تدفق عالي الحجم من منفاخ صغير الحجم نسبيًا. أما الجانب السلبي لاستخدام منفاخ بمدخل مزدوج، فهو انخفاض معدل تطور الضغط، ما يعني أنه لا يعمل إلا مع أنظمة الضغط المنخفض.
خيارات التركيب
كما ذُكر سابقًا، تُنتج المروحة المُحركّة المنحنية للأمام هواءً عالي السرعة عند أطراف الشفرة، والذي يجب توجيهه وإبطاؤه لتحويل الضغط الديناميكي إلى ضغط ساكن. لتسهيل ذلك، نُنشئ لفافة حول المروحة. يُحدَّد شكلها بنسبة المسافة بين مركز المروحة ومخرجها. وكما هو الحال مع المروحة المنحنية للخلف، يُنصح أيضًا بوجود تداخل بسيط بين حلقة الدخول وفم المروحة. يوضح الرسم البياني أدناه كلا الاعتبارين المتعلقين بالتركيب...
يجب أن يسمح قطر حلقة المدخل بفجوة صغيرة فقط بين الدافع والحلقة لتجنب إعادة تدوير الهواء.
اعتبارات التركيب - الخلوصات
من المهم التأكد من وجود مساحة خالية كافية على فتحة الشفط وجانب المروحة…
سيؤدي عدم وجود خلوص كافٍ على جانب الشفط في المروحة إلى زيادة سرعة دخول الهواء، مما يؤدي إلى اضطراب الهواء. يزداد هذا الاضطراب مع مرور الهواء عبر الدافع، مما يقلل كفاءة نقل الطاقة من ريش المروحة إلى الهواء، ويؤدي إلى زيادة الضوضاء، ويقلل من كفاءة المروحة.
التوصيات العامة لظروف المدخل والمخرج هي:
جانب المدخل
- لا يوجد عائق أو تغيير في اتجاه التدفق ضمن مسافة 1/3 من قطر المروحة من مدخل المروحة
ملخص - لماذا يجب عليك اختيار مروحة الطرد المركزي المنحنية للأمام؟
عندما تقع نقطة التشغيل المطلوبة في منطقة ضغوط النظام الأعلى مقابل تدفق حجمي أقل على خاصية المروحة، ينبغي النظر في مروحة طرد مركزي منحنية أمامية ذات مدخل واحد. إذا كان التطبيق يتطلب تدفقًا حجميًا عاليًا في مساحة محدودة، ينبغي النظر في مروحة طرد مركزي منحنية أمامية ذات مدخلين.
يجب اختيار المروحة ضمن نطاقها الأمثل، وهو ما يُعرف بركبة منحنى خصائصها. تكون ذروة الكفاءة أقرب إلى حد الضغط الأعلى على منحنى خصائص المروحة، حيث تعمل المروحة بأقصى هدوء. يجب تجنب التشغيل خارج النطاق الأمثل (عند أقصى تدفق حجمي عالي)، لأن اضطراب وكفاءة ريشة المكره الهوائية عند هذه النقاط سيُصدران ضوضاء، كما أن المكره سيعمل في حالة توقف هوائي. عند الضغوط المنخفضة والتدفقات الحجمية العالية، يجب مراعاة درجة حرارة تشغيل المحرك تحت الحمل، نظرًا لاحتمالية ارتفاع درجة حرارته.
يجب الحفاظ على انسيابية الهواء على جانب مدخل المروحة وصفائحيته قدر الإمكان. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة، يجب ترك مسافة لا تقل عن ثلث قطر المروحة على مدخل المروحة. يساعد استخدام حلقة مدخل (فوهة مدخل) متداخلة مع مدخل المروحة على منع اضطرابات التدفق قبل دخول الهواء عبر المروحة، وتقليل الضوضاء الناتجة عن الاضطرابات، وتقليل استهلاك الطاقة عند نقطة التشغيل إلى أدنى حد، وزيادة الكفاءة إلى أقصى حد.
إن خاصية التشغيل شديدة الانحدار، والقدرة على تحمل الضغط العالي للمنفاخات ذات المدخل المفرد والقدرة العالية على التدفق للمنفاخات ذات المدخل المزدوج تعني أن المروحة المنحنية للأمام هي خيار مفيد يجب مراعاته عبر مجموعة واسعة من التركيبات.
وقت النشر: ١٦ أغسطس ٢٠٢٣