الباب العاشر- المراوح FANS

 

الباب العاشر

المراوح

FANS

10-1	تصنيف المراوح	(Classification of fans)
10-2	أداء المراوح	(Fan performance)
10-3	قوانين المراوح	(Fan laws)
10-4	اختيار المراوح	((Fan selection)
10-5	تركيبات المراوح	(Fan installation)
10-6	مسائل	(Problems)

الباب العاشر

المراوح

FANS

تعتبر المراوح عنصر أساسي لوحدة تكييف الهواء فهي تعمل على تدفق الهواء خلال مكونات جهاز تكييف الهواء وخلال المسالك الهوائية بالعلاوة على حركة الهواء داخل الأماكن المراد تكييفها.

10-1 تصنيف المراوح (Classification of fans)

تصنف المراوح إلى نوعين:

أ ـ مراوح محورية (Axial fans)

في هذا النوع من المراوح يدخل الهواء ويخرج في اتجاه المحور وهذا يسهل عملية توصيل المسالك الهوائية بالمراوح.

شكل (10-1) أنواع المراوح

يوضح شكل (10-1) الأنواع الثلاث المعروفة للمراوح المحورية وهي:

1- مراوح رفاصية (Propeller fans)

المراوح الرفاصية، الموضحة في شكل (10-1 ا)، لا تستخدم مسالك هوائية ولا يمكنها دفع الهواء خلال مسالك هوائية أو تركيبات لها مقاومات كبيرة.

تستخدم المراوح الرفاصية مع وحدات تكييف الهواء موديل شباك (Window type) وسبليت (Split) وفي مجالات التهوية خلال 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 الأنابيب والمجهزة بريش توجيه مع وحدات تكييف الهواء المركزي التي لها معدلات سريان الهواء كبيرة والمقاومة الاستاتيكية أيضاً كبيرة. الفرق بين النوعين السابقين، كما هو موضح في شكل (10-1)، هو تجهيز النوع الأخير شكل (10-1 جـ) بريش توجيه لتنظيم مرور الهواء إلى المسالك الهوائية المتصلة بالمروحة. من عيوب المراوح المحورية ارتفاع مستوى الضوضاء.

ب ـ مراوح طرد مركزي (Centrifugal fans):

مراوح الطرد المركزي تعتبر المراوح الشائعة الاستخدام في كل مجالات تكييف الهواء وذلك لإمكانياتها على دفع معدلات هواء صغيرة أو كبيرة لمدى واسع لضغط الهواء.

تتكون مروحة الطرد المركزي من دفاعة (Impeller) مركبة على محور المروحة ويحيط بها غلاف حلزوني.تسحب المروحة الهواء في اتجاه المحور وتطرده في اتجاه متعامد على المحور.

شكل (10-2) أنواع الريش

تصنف مراوح الطرد المركزي تبعاً لنوعية الريش، كما هو موضح في شكل (10-2)، إلى الأنواع الثلاثة التالية:

1ـ مراوح طرد مركزي ذات ريش مستقيمة (Straight) ممثلة بشكل (10-2 أ ).

2ـ مراوح طرد مركزي ذات ريش منحنية للأمام (Forward) ممثلة بشكل (10-2 ب).

3ـ مراوح طرد مركزي ذات ريش منحنية للخلف (Backward) ممثلة بشكل (10-2 جـ) للريش المنحنية العادية، بشكل (10-2 د) للريش المستقيمة وبشكل (10-2 هـ) للريش ذات السطح الإنسيابي (Airfoil).

10-2 أداء المراوح (Fan performance):

يعبر عن أداء المراوح بالعلاقة بين الضغط (Pressure) القدرة (Power)، التصرف (Discharge) والكفاءة (Efficiency).تعمل القدرة المعطاة للمروحة على زيادة كل من الضغط الاستاتيكي (Static pressure) وضغط السرعة (Velocity pressure).

معادلة القدرة الكلية اللازمة للمروحة :

P_T = (m /   ) P_T   (W)

          = QPT

ومعادلة القدرة الاستاتيكية للمروحة :

P_S = (m/   ) P_S   (W)

           = Q.p_s

حيث:

m معدل سريان الهواء، (kg/s)

    كثافة الهواء، (kg/m3 )

Q تصرف المروحة (m3/s)

P_T الضغط الكلي للمروحة

P_s الضغط الاستاتيكي للمروحة ومعادلته:

P_S = (P_T,O – P_T,I) – P_V,O

حيث:

P_T,O الضغط الكلي عند محرج المروحة

P_T,I الضغط الكلي عند مدخل المروحة

P_V,O ضغط السرعة عند مخرج المروحة

معادلة الكفاءة الاستاتيكية للمروحة:

h = (P_S / P_sh)

حيث: P_.sh عبارة عن القدرة على محور المروحة.

يعطي جدول (10-1) قيم الكفاءة الاستاتيكية للأنواع المختلفة للمراوح.

جدول (10-1)

نوعية المروحة	الكفاءة المئوية
أ ـ محورية : رفاصية               : بدون ريش توجيه               : مع ريش توجيه	40 6.-65 70-75
ب ـ طرد مركزي مع ريش:               مستقيمة               منحنية للأمام               منحنية للخلف               منحنية للخلف وانسيابية	45-55 50-60 70-75 80-85

يوضح شكل (10-3) أداء مراوح الطرد المركزي ذات الريش المنحنية للأمام (أ)، المنحنية للخلف (ب) والمستقيمة (جـ).

يعطي جدول (10-2) مقارنة بين الأنواع الثلاثة لمراوح الطرد المركزي.

جدول (10-2)

عنصر المقارنة	نوع الريشة
	أمامية	مستقيمة	خلفية
الكفاءة الحيز المطلوب السرعة مستوى الضوضاء	متوسطة صغير صغيرة ضعيف	متوسطة متوسط متوسطة مقبول	عالية متوسط عالية جيد

شكل (10-3)

يلاحظ أن أداء المراوح يكون هادئ عند نقطة التصميم المناظرة لا على كفاءة للمروحة. ينتج عن الانحراف عن نقطة التصميم، خاصة مع السرعات العالية، ضوضاء للمراوح ذات الريش المستقيمة والمنحنية للأمام. المراوح ذات الريش المنحنية للخلف يمكنها العمل بدون ضوضاء حتى ولو تغيرت نقطة الأداء عن نقطة التصميم.

10-3 قوانين المراوح (Fan laws)

يحكم أداء المراوح القوانين التالية:

أ ـ تتناسب سعة المروحة مع سرعة الدوران.

(Q₁/Q₂) = (R.P.M.₁/R.P.M₂)

ب ـ يتناسب ضغط المروحة مع مربع سرعة الدوران.

(P₁/P₂) = (R.P.M₂)²

جـ ـ تتناسب القدرة اللازمة للمروحة مع مكعبات سرعة الدوران

(P₁/P₂) = (R.P.M₂)³

د ـ تتناسب سعة المروحة مع مكعب حجم المروحة.

(Q₁/Q₂) = (D₁/D₂)³

هـ ـ يتناسب ضغط المروحة مع مربع حجم المروحة

(P₁/P₂) = (D₁/D₂)²

و ـ تتناسب قدرة المروحة مع حجم المروحة للأس الخامس

(P₁/P₂) = (D₁/D₂)⁵

ع ـ يتناسب كل من سرعة دوران المروحة، سعتها وقدرتها عكسياً مع الجزر التربيعي لكثافة الهواء

في المعادلات السابقة الرموز المستخدمة هي: P للضغط ، P  للقدرة، Q  للسعة ، R.P.M لسرعة الدوران، D لقطر المروحة و       لكثافة الهواء.

10-4 اختيار المراوح (Fan selection)

لاختيار المراوح من الكتالوجات يجب معرفة كل من الضغط الاستاتيكي (P_S) وسعة المروحة (Q). لحسن الاختيار يجب أن نأخذ في الاعتبار كل من وسيلة الإدارة، طبيعة حمل المروحة، حجم المروحة، وزن المروحة، سرعة الدوران، مستوى الضوضاء، التكلفة الأولية وتكلفة التشغيل.

10-5 تركيبات المراوح (Fan installation)

يتأثر أداء المراوح بكيفية توصيل المراوح بمسالك الهواء. يفضل أن تكون التوصيلات تسمح بدخول الهواء في المروحة والخروج منها في حالة منتظمة بقدر الإمكان وبدون إحداث تغيرات فجائية في سرعة الهواء أو اتجاهه. إذا كانت سرعة دخول الهواء في المسالك أعلى من سرعة الهواء عند مخرج المروحة يحدث فقد في الضغط الاستاتيكي للمروحة يعين بالمعادلة التالية:

D P_loss = 1.1 [ (V_d/0.29)² – (V_F/1.29)²]

ولو كانت سرعة دخول الهواء في المسلك أقل من سرعة خروج الهواء من المروحة يحدث زيادة في الضغط الاستاتيكي للمروحة يعين بالمعادلة:؛

D _Gain = 0.75 [ (V_F/1.29)² – (V_d/1.29)²]

حيث:

V_F عبارة عن سرعة خروج الهواء من المروحة.

V_d عبارة عن سرعة دخول الهواء في المسلك.

شكل (10-4)

يوضح شكل (10-4) بعض التركيبات المفضلة للمراوح.

10-6 مسائل (Problems)

1ـ مروحة طرد مركزي تعمل بسعة 2500 لتر/ثانية، ضغط كل 375 بسكال، 900 لفة في الدقيقة وتحتاج إلى قدرة 1.5 كيلو وات.

       عين السعة، الضغط الكلي والقدرة اللازمة عندما تزداد السرعة إلى 1050 لفة في الدقيقة.

2ـ مروحة تناول 125 متر مكعب/ثانية من الهواء عند وضع كلي 280 بسكال. إذا كانت مساحة الخروج للمروحة 0.19 متر مربع والقدرة المحورية اللازمة للمروحة 1100 وات.

احسب: أ ـ الكفاءة الكلية للمروحة.

         ب ـ الكفاءة الاستاتيكية للمروحة.

          جـ ـ فرق الضغط الاستاتيكي للمروحة.

3ـ مسلك في نظام تهوية معين له انخفاض الضغط 500 بسكال مع معدل سريان 2500 لتر/ثانية.

       ما هو انخفاض الضغط إذا كان معدل السريان 35000 لتر/ثانية.

4ـ تعطى مروحة 4000 لتر/ثانية عند ضغط استاتيكي 375 بسكال، سرعة 650 لفة في الدقيقة وقدرة فرملية 1700 وات. إذا تغيرت سرعة المروحة الجديدة إلى 700 لفة في الدقيقة.

       عين كل من السعة، الضغط الاستاتيكي والقدرة الفرملية الجديدة.

5ـ المطلوب إضافة التبريد إلى نظام تسخين هواء جبري. حالة التصميم الأصلية هي: ضغط استاتيكي  50 بسكال، سرعة المروحة 820 لفة كل دقيقة، معدل سريان 575 لتر/ثانية مع موتور قدرة 180 وات.

       إذا كان نظام التبريد يتطلب معدل سريان 825 لتر/ثانية وقدرة الموتور 135وات مع 575 لفة كل دقيقة.

        ما هي سرعة المروحة، الضغط الاستاتيكي الجديد والقدرة المطلوبة للموتورل؟

6ـ مروحة تعطي 1500 لتر/ ثانية عند ضغط استاتيكي 250 بسكال، درجة حرارة 20ْم وحجم نوعي 0.84 متر مكعب /كيلو جرام.

       أ ـ احسب القدرة الاستاتيكية للهواء بدون استخدام الحجم النوعي للهواء.

       ب ـ احسب القدرة الاستاتيكية للهواء باستخدام معدل سريان الهواء.

       ج ـ عين القدرة المحورية المطلوبة، إذا كانت القدرة الاستاتيكية للمروحة 60% عند ظروف تغذية الهواء.

7ـ مواصفات مروحة من جدول المنتج: 8750 لتر/ثانية عند ضغط استاتيكي 250 بسكال، سرعة دوران 256 لفة كل دقيقة وقدرة 3.4 كيلو وات. إذا تغيرت المروحة إلى 300 لفة كل دقيقة.

       ما هي سعة المروحة، الضغط الساتاتيكي والقدرة اللازمة للمروحة؟

8ـ مروحة تعطي 700 لتر/ثانية من الهواء الجاف عند درجة حرارة 18ْم، ضغط استاتيكي 50 بسكال وتتطلب قدرة 75 وات.

       أوجد معدل سريان الهواء، الضغط الاستاتيكي والقدرة المحورية اللازمة لإعطاء نفس كتلة الهواء عند درجة حرارة74ْم مع ثبات الضغط الجوي.

9ـ مروحة تعمل مع 1200 لفة كل دقيقة وتعطي 3100 لتر/ثانية مع ضغط استاتيكي 810 بسكال وضغط كلي 1310 بسكال. درجة حرارة الهواء 55ْم والقدرة المستهلكة 6.1 كيلو وات. أثناء فترة انخفاض الضغط لاحظ العامل أن الضغط الاستاتيكي 590 بسكال.

       أوجد سعة المروحة الجديدة، القدرة اللازمة والكفاءة الأصلية للمروحة.

10ـ المطلوب اختيار مروحة تهوية. المروحة تعمل 4000 ساعة كل سنة بواسطة موتور كفاءته 86%. تكلفة الطاقة 5 قروش لكل كيلو وات ساعة. معدل سريان الهواء 10.000 لتر/ثانية. مقاومة نظام المسلك الهوائي 400 بسكال. العمر الافتراضي للمروحة 5 سنوات وضغط السرعة المطلوب 95 بسكال.

الشركة	التكلفة الأولية	الكفاءة
أ	2000 جنية	61%
ب	1120 جنية	58%
جـ	1100 جنية	55%

مروحة أي شركة وسف تختار ولماذا؟

11ـ لموتور مروحة التيار المقدر 15 أمبير. يسحب الموتور 11 أمبير عندما تكون السرعة الدورانية للمروحة 15 لفة / ثانية. يلزم زيادة معدل سريان الهواء في حدود التيار المقدر.

       ما هي سرعة الدوران المسموح بها للمروحة وما هي الزيادة المئوية لمعدل سريان الهواء.

12ـ نظام مسلك مروحة مصمم للحالة: درجة حرارة 20ْم، معدل سران 5.2 كيلو جرام/ثانية، سرعة دوران 18 لفة /ثانية وقدره للموتور 4.1 كيلو وات. وضع جديد تعرض له النظام وهو تغير درجة الحرارة إلى 50ْم مع ثبات معدل السريان.

       ما هي سرعة المروحة والقدرة اللازمة للموتور في هذه الحالة.

13ـ مروحة تهوية سعتها 4000 لتر/ثانية عند سرعة دوران 900 لفة في الدقيقة وقدرة لازمة للموتور 5 كيلو وات.

       يريد مهندس التشغيل زيادة معدل السريان إلى 4500 لتر/ثانية.

       عند أي سرعة دورانية يجب تشغيل المروحة.

14ـ مروحة معينة لها قطر الدفاعة 54 سم، سرعة الدوران 580 لفة في الدقيقة، تعطي 3600 لتر/ثانية عند ضغط استاتيكي 312 بسكال وقدره للموتور 2 كيلو وات. سرعة خروج الهواء من المورحة 8.5 متر/ثانية

       إذا زادت سرعة المروحة إلى 610 لفة في الدقيقة عين السعة، القدرة والضغط الاستاتيك.

      إذا كانت قدرة الموتور 2 كيلو وات عين:

      أ ـ القدرة الهوائية الاستاتيكية.

      ب ـ القدرة الهوائية الكلية.

      ج ـ كفاءة المروحة مبنية على الضغط الكلي.