مراوح لأنظمة التهوية الأنبوبية
تتناول هذه الوحدة مراوح الطرد المركزي والمحورية المستخدمة في أنظمة التهوية الأنبوبية وتأخذ في الاعتبار جوانب مختارة، بما في ذلك خصائصها وسماتها التشغيلية.
يشار بشكل عام إلى نوعي المراوح الشائعين المستخدمين في خدمات البناء لأنظمة مجاري الهواء باسم مراوح الطرد المركزي والمراوح المحورية - الاسم مشتق من الاتجاه المحدد لتدفق الهواء عبر المروحة. يتم تقسيم هذين النوعين إلى عدد من الأنواع الفرعية التي تم تطويرها لتوفير خصائص تدفق/ضغط حجمية معينة، بالإضافة إلى سمات تشغيلية أخرى (بما في ذلك الحجم والضوضاء والاهتزاز وقابلية التنظيف وقابلية الصيانة والمتانة).
الجدول 1: بيانات ذروة كفاءة المروحة المنشورة في الولايات المتحدة وأوروبا للمراوح التي يزيد قطرها عن 600 ملم
يتم سرد بعض أنواع المراوح المستخدمة في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) بشكل متكرر في الجدول 1، جنبًا إلى جنب مع كفاءات الذروة الإرشادية التي تم جمعها1 من البيانات المنشورة من قبل مجموعة من الشركات المصنعة الأمريكية والأوروبية. بالإضافة إلى ذلك، شهدت مروحة "التوصيل" (التي هي في الواقع نوع مختلف من مروحة الطرد المركزي) شعبية متزايدة في السنوات الأخيرة.
الشكل 1: منحنيات المروحة العامة. يمكن أن يختلف المشجعون الحقيقيون بشكل كبير عن هذه المنحنيات المبسطة
تظهر منحنيات المروحة المميزة في الشكل 1. وهي منحنيات مبالغ فيها ومثالية، وقد تختلف المراوح الحقيقية عنها؛ ومع ذلك، فمن المرجح أن يظهروا سمات مماثلة. يتضمن ذلك مناطق عدم الاستقرار الناتجة عن الصيد، حيث يمكن للمروحة أن تقلب بين معدلي تدفق محتملين عند نفس الضغط أو نتيجة لتوقف المروحة (انظر صندوق تدفق الهواء المتوقف). يجب على المصنعين أيضًا تحديد نطاقات العمل "الآمنة" المفضلة في مطبوعاتهم.
مراوح الطرد المركزي
مع مراوح الطرد المركزي، يدخل الهواء إلى المكره على طول محوره، ثم يتم تفريغه بشكل قطري من المكره بحركة الطرد المركزي. هذه المراوح قادرة على توليد ضغوط عالية ومعدلات تدفق عالية الحجم. يتم وضع غالبية مراوح الطرد المركزي التقليدية في غلاف من النوع التمريري (كما في الشكل 2) الذي يعمل على توجيه الهواء المتحرك وتحويل الطاقة الحركية بكفاءة إلى ضغط ثابت. لتحريك المزيد من الهواء، يمكن تصميم المروحة بدافع "مزدوج العرض مزدوج المدخل"، مما يسمح للهواء بالدخول على جانبي الغلاف.
الشكل 2: مروحة الطرد المركزي في الغلاف اللولبي، مع دافع مائل للخلف
هناك عدد من أشكال الشفرات التي يمكن أن تشكل المكره، مع كون الأنواع الرئيسية منحنية للأمام ومنحنية للخلف - سيحدد شكل الشفرة أدائها وكفاءتها المحتملة وشكل منحنى المروحة المميز. العوامل الأخرى التي ستؤثر على كفاءة المروحة هي عرض عجلة المكره، ومساحة الخلوص بين مخروط المدخل والمكره الدوار، والمنطقة المستخدمة لتفريغ الهواء من المروحة (ما يسمى "منطقة الانفجار") .
يتم تشغيل هذا النوع من المراوح تقليديًا بواسطة محرك مزود بحزام وبكرة. ومع ذلك، مع التحسن في أدوات التحكم الإلكترونية في السرعة وزيادة توافر المحركات التي يتم تبديلها إلكترونيًا ('EC' أو بدون فرش)، أصبح استخدام محركات الأقراص المباشرة أكثر تكرارًا. وهذا لا يزيل فقط أوجه القصور الكامنة في محرك الحزام (والتي قد تتراوح من 2% إلى أكثر من 10%، اعتمادًا على الصيانة2) ولكن من المحتمل أيضًا أن يقلل الاهتزاز، ويقلل الصيانة (عدد أقل من المحامل ومتطلبات التنظيف) ويجعل التجميع أكثر إحكاما.
مراوح الطرد المركزي المنحنية إلى الخلف
تتميز المراوح المنحنية (أو "المائلة") للخلف بشفرات تميل بعيدًا عن اتجاه الدوران. يمكن أن تصل كفاءتها إلى حوالي 90% عند استخدام الشفرات الهوائية، كما هو موضح في الشكل 3، أو مع الشفرات العادية على شكل ثلاثة أبعاد، وأقل قليلاً عند استخدام الشفرات المنحنية البسيطة، وأقل مرة أخرى عند استخدام الشفرات المسطحة البسيطة المائلة للخلف. يترك الهواء أطراف المكره بسرعة منخفضة نسبيًا، وبالتالي فإن خسائر الاحتكاك داخل الغلاف تكون منخفضة والضوضاء الناتجة عن الهواء منخفضة أيضًا. وقد تتوقف عند أقصى منحنى التشغيل. ستوفر الدفاعات الأوسع نسبيًا أكبر قدر من الكفاءة، ويمكنها بسهولة استخدام الشفرات الجانبية الأكثر ضخامة. لن تظهر الدفاعات الرفيعة فائدة تذكر من استخدام الرقائق الهوائية، لذا تميل إلى استخدام شفرات الألواح المسطحة. تتميز المراوح المنحنية الخلفية بشكل خاص بقدرتها على إنتاج ضغوط عالية مقترنة بضوضاء منخفضة، ولها خاصية طاقة عدم التحميل الزائد - وهذا يعني أنه مع انخفاض المقاومة في النظام وزيادة معدل التدفق، ستقلل الطاقة التي يسحبها المحرك الكهربائي . من المحتمل أن يكون تصنيع المراوح المنحنية للخلف أكثر قوة وأثقل من المروحة الأمامية المنحنية الأقل كفاءة. يمكن أن تسمح سرعة الهواء البطيئة نسبيًا عبر الشفرات بتراكم الملوثات (مثل الغبار والشحوم).
الشكل 3: رسم توضيحي لدفاعات مروحة الطرد المركزي
مراوح الطرد المركزي المنحنية إلى الأمام
تتميز المراوح المنحنية للأمام بوجود عدد كبير من الشفرات المنحنية للأمام. نظرًا لأنها تنتج عادةً ضغوطًا أقل، فهي أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأرخص من المروحة المنحنية الخلفية المكافئة. كما هو موضح في الشكل 3 والشكل 4، فإن هذا النوع من دافعة المروحة سيتضمن أكثر من 20 شفرة يمكن أن تكون بسيطة مثل تشكيلها من لوح معدني واحد. يتم الحصول على كفاءات محسنة بأحجام أكبر باستخدام الشفرات المشكلة بشكل فردي. يترك الهواء أطراف الشفرة بسرعة عرضية عالية، ويجب تحويل هذه الطاقة الحركية إلى ضغط ثابت في الغلاف - وهذا يقلل من الكفاءة. يتم استخدامها عادةً لأحجام الهواء المنخفضة إلى المتوسطة عند الضغط المنخفض (عادة <1.5 كيلو باسكال)، ولها كفاءة منخفضة نسبيًا تقل عن 70٪. يعد الغلاف اللولبي مهمًا بشكل خاص لتحقيق أفضل كفاءة، حيث يترك الهواء طرف الشفرات بسرعة عالية ويستخدم لتحويل الطاقة الحركية بشكل فعال إلى ضغط ثابت. إنها تعمل بسرعات دوران منخفضة، وبالتالي، تميل مستويات الضوضاء المولدة ميكانيكيًا إلى أن تكون أقل من المراوح المنحنية الخلفية ذات السرعة الأعلى. تتمتع المروحة بخاصية طاقة التحميل الزائد عند العمل ضد مقاومات النظام المنخفضة.
الشكل 4: مروحة طرد مركزي منحنية للأمام بمحرك متكامل
هذه المراوح ليست مناسبة، على سبيل المثال، عندما يكون الهواء ملوثًا بشدة بالغبار أو يحمل قطرات شحوم محصورة.
الشكل 5: مثال على مروحة توصيل مدفوعة مباشرة بشفرات منحنية للخلف
مراوح الطرد المركزي ذات الشفرات الشعاعية
تتمتع مروحة الطرد المركزي ذات الشفرات الشعاعية بميزة القدرة على نقل جزيئات الهواء الملوثة وبضغوط عالية (في حدود 10 كيلو باسكال)، ولكن عند تشغيلها بسرعات عالية، فإنها تكون مزعجة للغاية وغير فعالة (<60%)، وبالتالي لا ينبغي تشغيلها تستخدم للأغراض العامة HVAC. كما أنه يعاني من خاصية طاقة التحميل الزائد - مع انخفاض مقاومة النظام (ربما عن طريق فتح مخمدات التحكم في مستوى الصوت)، سترتفع قوة المحرك، وقد يحدث "تحميل زائد" اعتمادًا على حجم المحرك.
قم بتوصيل المراوح
بدلاً من تركيبها في غلاف ملتف، يمكن استخدام دافعات الطرد المركزي المصممة لهذا الغرض مباشرة في غلاف وحدة معالجة الهواء (أو في الواقع، في أي قناة أو قاعة مكتملة)، ومن المرجح أن تكون تكلفتها الأولية أقل من مراوح الطرد المركزي الموجودة. تُعرف باسم مراوح الطرد المركزي "المكتملة" أو "التوصيل" أو ببساطة "غير المجهزة"، ويمكن أن توفر بعض المزايا المتعلقة بالمساحة ولكن على حساب كفاءة التشغيل المفقودة (مع تشابه أفضل الكفاءات مع تلك الخاصة بمراوح الطرد المركزي المنحنية الأمامية). سوف تقوم المراوح بسحب الهواء من خلال مخروط المدخل (بنفس طريقة المروحة الموجودة في مكانها) ولكن بعد ذلك تقوم بتفريغ الهواء بشكل قطري حول محيط 360 درجة الخارجي بالكامل للمكره. يمكن أن توفر مرونة كبيرة في توصيلات المخارج (من الجلسة العامة)، مما يعني أنه قد تكون هناك حاجة أقل للانحناءات المجاورة أو التحولات الحادة في مجاري الهواء التي من شأنها أن تضيف في حد ذاتها إلى انخفاض ضغط النظام (وبالتالي، طاقة إضافية للمروحة). يمكن تحسين كفاءة النظام بشكل عام باستخدام مداخل الفم الجرسية للقنوات الخارجة من الجلسة المكتملة. أحد فوائد مروحة التوصيل هو تحسين أدائها الصوتي، الناتج إلى حد كبير عن امتصاص الصوت داخل القاعة وعدم وجود مسارات "رؤية مباشرة" من المكره إلى فتحة مجاري الهواء. ستعتمد الكفاءة بشكل كبير على موقع المروحة داخل القاعة وعلاقة المروحة بمخرجها - حيث يتم استخدام القاعة لتحويل الطاقة الحركية في الهواء وبالتالي زيادة الضغط الساكن. سيعتمد الأداء المختلف بشكل كبير واستقرار التشغيل المختلف على نوع المكره - تم استخدام دافعات التدفق المختلط (التي توفر مزيجًا من التدفق الشعاعي والمحوري) للتغلب على مشاكل التدفق الناتجة عن نمط تدفق الهواء الشعاعي القوي الذي تم إنشاؤه باستخدام دافعات طرد مركزي بسيطة.
بالنسبة للوحدات الأصغر حجمًا، غالبًا ما يتم استكمال تصميمها المدمج من خلال استخدام محركات EC يمكن التحكم فيها بسهولة.
مراوح محورية
في مراوح التدفق المحوري، يمر الهواء عبر المروحة بما يتماشى مع محور الدوران (كما هو موضح في المروحة المحورية الأنبوبية البسيطة في الشكل 6) - يتم إنتاج الضغط عن طريق الرفع الديناميكي الهوائي (على غرار جناح الطائرة). يمكن أن تكون هذه الأجهزة مدمجة نسبيًا ومنخفضة التكلفة وخفيفة الوزن، ومناسبة بشكل خاص لتحريك الهواء مقابل ضغوط منخفضة نسبيًا، لذلك يتم استخدامها بشكل متكرر في أنظمة الاستخراج حيث يكون انخفاض الضغط أقل من أنظمة الإمداد - يشمل الإمداد عادةً انخفاض الضغط لجميع أجهزة تكييف الهواء المكونات الموجودة في وحدة معالجة الهواء. عندما يترك الهواء مروحة محورية بسيطة، فإنه سوف يدور بسبب الدوران المنقول على الهواء أثناء مروره عبر المكره - يمكن تحسين أداء المروحة بشكل كبير عن طريق ريش التوجيه في اتجاه مجرى النهر لاستعادة الدوامة، كما هو الحال في الريشة المروحة المحورية الموضحة في الشكل 7. تتأثر كفاءة المروحة المحورية بشكل الشفرة، والمسافة بين طرف الشفرة والعلبة المحيطة، واسترداد الدوامة. يمكن تغيير درجة الشفرة لتغيير إخراج المروحة بكفاءة. ومن خلال عكس دوران المراوح المحورية، يمكن أيضًا عكس تدفق الهواء - على الرغم من أن المروحة سيتم تصميمها للعمل في الاتجاه الرئيسي.
الشكل 6: مروحة التدفق المحوري الأنبوبية
يحتوي المنحنى المميز للمراوح المحورية على منطقة توقف يمكن أن تجعلها غير مناسبة للأنظمة ذات نطاق واسع من ظروف التشغيل، على الرغم من أنها تتمتع بميزة عدم التحميل الزائد للطاقة.
الشكل 7: مروحة تدفق محورية ريشة
يمكن أن تكون مراوح الريشة المحورية بنفس كفاءة مراوح الطرد المركزي المنحنية للخلف، وتكون قادرة على إنتاج تدفقات عالية عند ضغوط معقولة (عادة حوالي 2 كيلو باسكال)، على الرغم من أنها من المحتمل أن تخلق المزيد من الضوضاء.
إن مروحة التدفق المختلط عبارة عن تطوير للمروحة المحورية، وكما هو موضح في الشكل 8، فهي تحتوي على دافعة مخروطية الشكل حيث يتم سحب الهواء بشكل قطري من خلال القنوات المتوسعة ثم تمريره بشكل محوري من خلال دوارات توجيه الاستقامة. يمكن أن يؤدي العمل المشترك إلى إنتاج ضغط أعلى بكثير مما هو ممكن مع مراوح التدفق المحوري الأخرى. يمكن أن تكون الكفاءة ومستويات الضوضاء مماثلة لتلك الخاصة بمروحة الطرد المركزي ذات المنحنى الخلفي.
الشكل 8: مروحة مضمنة ذات تدفق مختلط
تركيب المروحة
قد يتم تقويض الجهود المبذولة لتوفير حل فعال للمروحة بشدة بسبب العلاقة بين المروحة ومسارات الهواء المحلية.
وقت النشر: 07 يناير 2022