الباب العاشر المراوح FANS
10-1
تصنيف المراوح
10-2
أداء المراوح
10-3
قوانين المراوح
)(Fan laws
10-4
اختيار المراوح
)((Fan selection
10-5
تركيبات المراوح
10-6
مسائل
)(Classification of fans )(Fan performance
)(Fan installation )(Problems
136
الباب العاشر المراوح FANS تعتبر المراوح عنصر أساسي لوحححدة تكييححف الهححواء فهححي تعمححل علححى تححدفق الهحواء خلل مكونات جهاز تكييف الهواء وخلل المسالك الهوائية بالعلوة على حركة الهواء داخل المححاكن المراد تكييفها. 10-1تصنيف المراوح )(Classification of fans تصنف المراوح إلى نوعين: أ ـ مراوح محورية )(Axial fans في هذا النوع محن المحراوح يحدخل الهحواء ويخحرج فحي اتجحاه المححور وهحذا يسحهل عمليحة توصيل المسالك الهوائية بالمراوح. شكل ) (1-10أنواع المراوح يوضح شكل ) (1-10النواع الثل ث المعروفة للمراوح المحورية وهي: -1مراوح رفاصية )(Propeller fans المراوح الرفاصية ،الموضحة في شكل ) 1-10ا( ،ل تسححتخدم مسححالك هوائيححة ول يمكنهححا دفع الهواء خلل مسالك هوائية أو تركيبات لها مقاومات كبيرة. تستخدم المراوح الرفاصية مع وحدات تكييف الهواء موديل شباك )(Window type وسبليت ) (Splitوفي مجالت التهوية خلل فتحات على الحوائط. من عيوب المراوح الرفاصية ارتفاع مستوى الصوت مع السرعات العالية. 2ـ مراوح محورية ذات أنابيب ):(Tube axial 3ـ مراوح محورية مجهزة بريش توجيه ):(Vane axial تستخدم المراوح المحورية ذات النابيب والمجهزة بريش توجيه مع وحدات تكييف الهحواء المركزي التي لها معدلت سريان الهواء كبيرة والمقاومة الستاتيكية أيضحا ً كححبيرة .الفححرق بيححن النوعين السابقين ،كما هو موضح في شكل ) ،(1-10هو تجهيححز النححوع الخيححر شححكل )1-10 جح( بريش توجيه لتنظيم مرور الهحواء إلحى المسحالك الهوائيحة المتصححلة بالمروحححة .محن عيحوب المراوح المحورية ارتفاع مستوى الضوضاء. ب ـ مراوح طرد مركزي ):(Centrifugal fans مراوح الطرد المركزي تعتبر المراوح الشائعة الستخدام في كححل مجححالت تكييححف الهححواء وذلك لمكانياتها على دفع معدلت هواء صغيرة أو كبيرة لمدى واسع لضغط الهواء. تتكون مروحة الطرد المركزي من دفاعة ) (Impellerمركبة على محور المروحة ويحيط بها غلف حلزوني.تسحب المروحة الهواء في اتجاه المحور وتطرده في اتجاه متعامد على المحور.
137
شكل ) (2-10أنواع الريش تصنف مراوح الطرد المركزي تبعا ً لنوعية الريش ،كما هو موضح في شكل )،(2-10 إلى النواع الثلثة التالية: 1ح مراوح طرد مركزي ذات ريش مستقيمة ) (Straightممثلة بشكل ) 2-10أ (. 2ح مراوح طرد مركزي ذات ريش منحنية للمام ) (Forwardممثلة بشكل ) 2-10ب(. 3ح مراوح طرد مركزي ذات ريش منحنية للخلف ) (Backwardممثلة بشكل ) 2-10جح( للريش المنحنية العادية ،بشكل ) 2-10د( للريش المستقيمة وبشكل ) 2-10هح( للريش ذات السطح النسيابي ).(Airfoil 10-2أداء المراوح ):(Fan performance يعبر عن أداء المراوح بالعلقة بين الضغط ) (Pressureالقدرة ) ،(Powerالتصرف ) (Dischargeوالكفاءة ).(Efficiencyتعمل القدرة المعطاة للمروحة على زيادة كل من الضغط الستاتيكي ) (Static pressureوضغط السرعة ).(Velocity pressure معادلة القدرة الكلية اللزمة للمروحة : (PT = (m / ) PT (W = QPT ومعادلة القدرة الستاتيكية للمروحة : (PS = (m/ ) PS (W = Q.ps حي ث: mمعدل سريان الهواء(kg/s) ، كثافة الهواء( kg/m3) ، Qتصرف المروحة )(m3/s PTالضغط الكلي للمروحة Psالضغط الستاتيكي للمروحة ومعادلته: PS = (PT,O – PT,I) – PV,O
حي ث: PT,Oالضغط الكلي عند محرج المروحة PT,Iالضغط الكلي عند مدخل المروحة PV,Oضغط السرعة عند مخرج المروحة معادلة الكفاءة الستاتيكية للمروحة: (η = (PS / Psh حي ث P.sh :عبارة عن القدرة على محور المروحة. يعطي جدول ) (1-10قيم الكفاءة الستاتيكية للنواع المختلفة للمراوح. جدول )(1-10 الكفاءة المئوية
نوعية المروحة
138
أ ح محورية :رفاصية :بدون ريش توجيه :مع ريش توجيه
40 65-.6 70-75
ب ح طرد مركزي مع ريش: مستقيمة منحنية للمام منحنية للخلف منحنية للخلف وانسيابية
45-55 50-60 70-75 80-85
يوضح شكل ) (3-10أداء مراوح الطرد المركزي ذات الريش المنحنية للمام )أ(، المنحنية للخلف )ب( والمستقيمة )جح(. يعطي جدول ) (2-10مقارنة بين النواع الثلثة لمراوح الطرد المركزي. جدول )(2-10 عنصر المقارنة الكفاءة الحيز المطلوب السرعة مستوى الضوضاء
نوع الريشة أمامية
مستقيمة
خلفية
متوسطة صغير صغيرة ضعيف
متوسطة متوسط متوسطة مقبول
عالية متوسط عالية جيد
شكل )(3-10 يلحظ أن أداء المراوح يكون هادئ عند نقطة التصميم المناظرة ل على كفاءة للمروحة. ينتج عن النحراف عن نقطة التصميم ،خاصة مع السرعات العالية ،ضوضاء للمراوح ذات الريش المستقيمة والمنحنية للمام .المراوح ذات الريش المنحنية للخلف يمكنها العمل بدون ضوضاء حتى ولو تغيرت نقطة الداء عن نقطة التصميم. 10-3قوانين المراوح )(Fan laws يحكم أداء المراوح القوانين التالية: أ ح تتناسب سعة المروحة مع سرعة الدوران. )(Q1/Q2) = (R.P.M.1/R.P.M2 ب ح يتناسب ضغط المروحة مع مربع سرعة الدوران. )P1/P2) = (R.P.M2)2 جح ح تتناسب القدرة اللزمة للمروحة مع مكعبات سرعة الدوران )P1/P2) = (R.P.M2)3 د ح تتناسب سعة المروحة مع مكعب حجم المروحة. )Q1/Q2) = (D1/D2)3
139
هح ح يتناسب ضغط المروحة مع مربع حجم المروحة )P1/P2) = (D1/D2)2 و ح تتناسب قدرة المروحة مع حجم المروحة لل س الخام س )P1/P2) = (D1/D2)5 ع ح يتناسب كل من سرعة دوران المروحة ،سعتها وقححدرتها عكسححيا ً مححع الجححزر الححتربيعي لكثافة الهواء ) ( 2 / 1
= )(R . P . M 1 /R . P . M
) (e1 /e 2
= ) (Q1 /Q 2
) (P1 /P2 ) = (e 2 /e1
في المعادلت السابقة الرموز المستخدمة هي P :للضغط P ،للقدرة Q ،للسعة ، لكثافة الهواء. R.P.Mلسرعة الدوران D ،لقطر المروحة و 10-4اختيار المراوح )(Fan selection لختيار المراوح من الكتالوجات يجب معرفة كل من الضغط الستاتيكي ) (PSوسعة المروحة ) .(Qلحسن الختيار يجب أن نأخذ في العتبار كل من وسيلة الدارة ،طبيعة حمل المروحة ،حجم المروحة ،وزن المروحة ،سرعة الدوران ،مستوى الضوضاء ،التكلفة الولية وتكلفة التشغيل. 10-5تركيبات المراوح )(Fan installation يتأثر أداء المراوح بكيفية توصيل المراوح بمسححالك الهححواء .يفضححل أن تكححون التوصححيلت تسمح بدخول الهواء في المروحة والخروج منها في حالة منتظمة بقدر المكححان وبححدون إحححدا ث تغيرات فجائية في سرعة الهواء أو اتجاهه .إذا كانت سرعة دخححول الهححواء فححي المسححالك أعلححى من سححرعة الهححواء عنححد مخححرج المروحححة يحححد ث فقححد فححي الضححغط السححتاتيكي للمروحححة يعيححن بالمعادلة التالية: ]∆ Ploss = 1.1 [ (Vd/0.29)2 – (VF/1.29)2
ولو كانت سرعة دخول الهواء في المسلك أقل من سرعة خروج الهواء من المروحة يحد ث زيادة في الضغط الستاتيكي للمروحة يعين بالمعادلة:؛ ]∆ Gain = 0.75 [ (VF/1.29)2 – (Vd/1.29)2
حي ث: VFعبارة عن سرعة خروج الهواء من المروحة. Vdعبارة عن سرعة دخول الهواء في المسلك. شكل )(4-10 يوضح شكل ) (4-10بعض التركيبات المفضلة للمراوح. 10-6مسائل )(Problems 1ح مروحة طرد مركزي تعمل بسعة 2500لتر/ثانية ،ضغط كل 375بسكال 900 ،لفححة فححي الدقيقة وتحتاج إلى قدرة 1.5كيلو وات.
140
عين السعة ،الضغط الكلي والقدرة اللزمة عندما تزداد السرعة إلى 1050لفة في الدقيقة. 2ح مروحة تناول 125متر مكعب/ثانية من الهواء عند وضع كلي 280بسكال .إذا كانت مساحة الخروج للمروحة 0.19متر مربع والقدرة المحورية اللزمة للمروحة 1100 وات. احسب :أ ح الكفاءة الكلية للمروحة. ب ح الكفاءة الستاتيكية للمروحة. جح ح فرق الضغط الستاتيكي للمروحة. 3ح مسلك في نظام تهوية معين له انخفاض الضغط 500بسكال مع معدل سريان 2500 لتر/ثانية. ما هو انخفاض الضغط إذا كان معدل السريان 35000لتر/ثانية. 4ح تعطى مروحة 4000لتر/ثانية عند ضغط استاتيكي 375بسكال ،سرعة 650لفة في الدقيقة وقدرة فرملية 1700وات .إذا تغيرت سرعة المروحة الجديدة إلى 700لفة في الدقيقة. عين كل من السعة ،الضغط الستاتيكي والقدرة الفرملية الجديدة. 5ح المطلوب إضافة التبريد إلى نظام تسخين هواء جبري .حالة التصميم الصلية هي :ضغط استاتيكي 50بسكال ،سرعة المروحة 820لفة كل دقيقة ،معدل سريان 575لتر/ثانية مع موتور قدرة 180وات. إذا كان نظام التبريد يتطلب معدل سريان 825لتر/ثانية وقدرة الموتور 135وات مع 575لفة كل دقيقة. ما هي سرعة المروحة ،الضغط الستاتيكي الجديد والقدرة المطلوبة للموتورل؟ 6ح مروحة تعطي 1500لتر /ثانية عند ضغط استاتيكي 250بسكال ،درجة حرارة ْ20م وحجم نوعي 0.84متر مكعب /كيلو جرام. أ ح احسب القدرة الستاتيكية للهواء بدون استخدام الحجم النوعي للهواء. ب ح احسب القدرة الستاتيكية للهواء باستخدام معدل سريان الهواء. ج ح عين القدرة المحورية المطلوبة ،إذا كانت القدرة الستاتيكية للمروحة %60عند ظروف تغذية الهواء. 7ح مواصفات مروحة من جدول المنتج 8750 :لتر/ثانية عند ضغط استاتيكي 250بسكال، سرعة دوران 256لفة كل دقيقة وقدرة 3.4كيلو وات .إذا تغيرت المروحة إلى 300 لفة كل دقيقة. ما هي سعة المروحة ،الضغط الساتاتيكي والقدرة اللزمة للمروحة؟ 8ح مروحة تعطي 700لتر/ثانية من الهواء الجاف عند درجة حرارة ْ18م ،ضغط استاتيكي 50بسكال وتتطلب قدرة 75وات. أوجد معدل سريان الهواء ،الضغط الستاتيكي والقدرة المحورية اللزمة لعطاء نف س كتلة الهواء عند درجة حرارة ْ74م مع ثبات الضغط الجوي. 9ح مروحة تعمل مع 1200لفة كل دقيقة وتعطي 3100لتر/ثانية مع ضغط استاتيكي 810 بسكال وضغط كلي 1310بسكال .درجة حرارة الهواء ْ55م والقدرة المستهلكة 6.1 كيلو وات .أثناء فترة انخفاض الضغط لحظ العامل أن الضغط الستاتيكي 590بسكال. أوجد سعة المروحة الجديدة ،القدرة اللزمة والكفاءة الصلية للمروحة.
141
10ح المطلوب اختيار مروحة تهوية .المروحة تعمل 4000ساعة كل سنة بواسطة موتور كفاءته .%86تكلفة الطاقة 5قروش لكل كيلو وات ساعة .معدل سريان الهواء 10.000لتر/ثانية .مقاومة نظام المسلك الهوائي 400بسكال .العمر الفتراضي للمروحة 5سنوات وضغط السرعة المطلوب 95بسكال. الشركة
التكلفة الولية
الكفاءة
أ
2000جنية
61%
ب
1120جنية
58%
جح
1100جنية
55%
مروحة أي شركة وسف تختار ولماذا؟ 11ح لموتور مروحة التيار المقدر 15أمبير .يسحب الموتور 11أمبير عندما تكون السرعة الدورانية للمروحة 15لفة /ثانية .يلزم زيادة معدل سريان الهواء في حدود التيار المقدر. ما هي سرعة الدوران المسموح بها للمروحة وما هي الزيادة المئوية لمعدل سريان الهواء. 12ح نظام مسلك مروحة مصمم للحالة :درجة حرارة ْ20م ،معدل سران 5.2كيلو جرام/ثانية، سرعة دوران 18لفة /ثانية وقدره للموتور 4.1كيلو وات .وضع جديد تعرض له النظام وهو تغير درجة الحرارة إلى ْ50م مع ثبات معدل السريان. ما هي سرعة المروحة والقدرة اللزمة للموتور في هذه الحالة. 13ح مروحة تهوية سعتها 4000لتر/ثانية عند سرعة دوران 900لفة في الدقيقة وقدرة لزمة للموتور 5كيلو وات. يريد مهند س التشغيل زيادة معدل السريان إلى 4500لتر/ثانية. عند أي سرعة دورانية يجب تشغيل المروحة. 14ح مروحة معينة لها قطر الدفاعة 54سم ،سرعة الدوران 580لفة في الدقيقة ،تعطي 3600لتر/ثانية عند ضغط استاتيكي 312بسكال وقدره للموتور 2كيلو وات .سرعة خروج الهواء من المورحة 8.5متر/ثانية إذا زادت سرعة المروحة إلى 610لفة في الدقيقة عين السعة ،القدرة والضغط الستاتيك. إذا كانت قدرة الموتور 2كيلو وات عين: أ ح القدرة الهوائية الستاتيكية. ب ح القدرة الهوائية الكلية. ج ح كفاءة المروحة مبنية على الضغط الكلي.
142