אוסף חוקי המפוחים : כל המידע על מפוחים תעשייתיים

חוקי מפוחים – חלק א׳

במפוחים קיימים חוקים כלליים המתקיימים יחסים קבועים בין סט אחד של מספר משתנים כגון מידות, מהירות ומשקל סגולי של הגז, למשנהו.

מפוחים בעלי דמיון זהה (Geometric Similarity) ניתנים לחישוב בהתאם ליחסים בהתאם ליחסים הקבועים בין המשתנים, כאמור ניתן להציג התנהגות מפוחים (צנטריפוגלים במקרה זה), על פי הגרף הנלווה המתאר יחסיות בין לחץ סטטי, כ"ס, יעילות ורמת רעש ביחס לנפח האוויר ביחידת זמן. היחסים בין המשתנים הנ"ל כאמור מתנהגים ביניהם בהתאם לקשרים הבאים:

שינויים עקב מספר סיבובים:

1.ספיקת המפוחים משתנה באופן יחסי ישר למהירות הסיבוב.

2.לחץ שמפתח מפוח משתנה בחזקה ריבועית למהירות הסיבוב.

3.ההספק על ציר המפוח משתנה ביחס בחזקה שלישית.

4.רמת הרעש תעלה או תרד לפי היחס בין המהירויות על בסיס לוגריתמי 10 כדלקמן:

שינויים עקב מידות מפוחים:

יצרני מפוחים המפתחים סידרת מפוחים לספיקות ולחצים שונים.
אינם חייבים לבצע בדיקות לכל מידת מפוח מאחר וכל המפוחים הדומים גיאומטרית מתנהגים לפי יחסים ניתנים לחישוב.
כל זאת בתנאי והמפוחים דומים גיאומטרית הווה אומר:

כל המפוחים במשפחה הדומה, אשר הינם בעלי מספר כפות זהה.
לכל המפוחים יש זוית כפות זהה, כמו כן כל זוויות המבנה האחרות זהות.
אם משתנה קוטר מאיץ המפוח ביחס מסוים למשנהו כל שאר המערכת כגון רוחב מאיץ, מידות הבית וכו' משתנים באותו יחס.

במידה וכל הנ"ל מתקיים מתקיימים היחסים הבאים:

1.שינוי בספיקה משתנה בחזקה שלישית של הקוטר.

2.שינויים בלחץ משתנה בחזקת ריבועית של הקוטר.

3.שינוי בהספק משתנה בחזקה חמישית של הקוטר.

הערה:

יעילות המפוח נשארת זהה להוציא שינויים קטנים הנובעים מהגדלת הקוטר בסדר גודל של עד 1% (Size effect). שינויים ברמת הרעש משתנה לוגריתמית על בסיס 10 בהתאם לקשר הבא:

לסיכום:

ליחסים כמתואר עד כה ניתן לסכם:

שינוי מהירות סיבוב משנה ישירות את הספיקה. שינוי מהירות סיבוב משנה בחזקה ריבועית את הלחץ שינוי מהירות סיבוב בחזקה שלישית את ההספק

לדוגמא: הכפלת מהירות, מכפילה ספיקה. הכפלת מהירות, מגדילה פי 4 את הלחץ. הכפלת מהירות, מגדילה פי 8 את ההספק הנצרך.

שינוי בקוטר, מגדיל את הספיקה בחזקה שלישית. שינוי בקוטר, מגדיל את הלחץ בחזקה ריבועית. שינוי בקוטר, מגדיל את ההספק הנצרך בחזקה חמישית.

לדוגמא: הכפלת הקוטר, מגדילה את הספיקה פי 8. הכפלת הקוטר, מגדילה את הלחץ פי 4. הכפלת הקוטר, מגדילה את ההספק הנצרך פי 32.

שינויים בקוטר ובספיקה ניתן לתאר בנוסחאות מסכמות (כאמור בתנאים שפורטו).

דוגמא:

הכפלת המהירות + הכפלת הקוטר אזי הספיקה תגדל פי 16 והלחץ פי 256. הגדלת המהירות ב-50% וקטר ב- 50% תגרום ל:

הגדלת הספיקה ב- (1.5)4
הגדלת לחץ אויר ב- (1.5)4
הגדלת הספק ב- (1.5)8

שינויים עקב שינוי סגולי של הגז-

משקל סגולי של גז המובל במפוחים משתנה מהסיבות להלן:

1.לחץ ברומטרי.

2.טמפ' הגז.

3.סוג בגז.

השינויים במשקל הסגולי של הגז מתוארים בטבלאות לחץ טמפ' .

1.נפח גז "המובל" במפוח בצפיפויות שונות תמיד זהה (המפוח מוביל נפח)

הלחץ שמפתח מפוח משתנה יחסית ישר למשקל הסגולי.

ההספק הנדרש ממפוח משתנה יחסית ישר למשקל הסגולי.

לדוגמא:

מפוח זהה שמופעל בתנאים זהים אבל פועל בגובה פני הים בטמפ' °23 יצרוך כמעט כפול כ"ס בהשוואה לאותו מפוח המופעל לדוגמא בטמפ' של °200, וכן אותו מפוח שיפעל בהרי האלפים בגובה 2,000 מטר יצרוך כ-20% פחות אנרגיה.

הגדרות המשתנים:

Q- ספיקה, מבוטא ב/3שעה או ב- רמל"ד

N – מספר סיבובים, מבוטא בסיבובים לדקה (rpm)

BHP – כוח סוס "עצירה" הספק על ציר המפוח

SP- לחץ סטטי

N – רמת רעש, מבוטא בdB –

ME-נצילות

D-קוטר מפוח

-משקל סגולי kg/m3 / lb/ft3

חוקי מפוחים – חלק ב׳

מפוחים "מובילים" נפח:

*במפוח בגודל נתון ומספר סיבובים נתון, הנפח "המובל" ע"י המפוח תמיד זהה.

*השינויים במשקל הסגולי של הגז כתוצאה מטמפ' ו/או כתוצאה מלחץ ברומטרי ו/או כתוצאה מתערובת הגזים אינו משפיע על ספיקה נפחית של המפוח.

*רק מפל הלחץ וצריכת ההספק (הזרם) משתנים ביחס ישר למשקל הסגולי.

טבלאות חישוב מפלי לחץ וכן הקטלוגים של כל יצרני המפוחים מתבססים על אוויר בתנאים סטנדרטיים המוגדרים בלחץ ברומטרי בגובה פני הים ובטמפ' של °C21 (70°F), במשקל סגולי של אוויר 1.205 ק"ג או 0.075 לברות/רגל מעוקב.

מהנ"ל נובע שכל המתבקש להגדיר מערכת של שינוע אוויר או גז חייב להגדיר באיזה תנאים פועלת המערכת, כלומר בגובה פני הים (חיובי ושלילי) טמפ' וסוג הגז.

דוגמא לצורכי הבהרה:

מפוח שמתוכנן לשנע כמות אוויר מסוים בים המלח (כ- 400 מטר מתחת לפני הים), יתוכנן לנקודת עבודה אחרת מאשר מפוח שמיועד לפעול בהר מירון (800 מטר מעל פני הים).

מופע מפוחים משתנה כתוצאה משינויים במשקל הסגולי של האוויר ע"י עלייה/ירידה בטמפ' , עלייה/ירידה בגובה פני הים, ו/או שינוי בהרכב הגז, על פי היחסים הבאים:

1.שינוי במשקל סגולי אינו משנה את ספיקת המפוח.

2.שינוי במשקל הסגולי משנה ביחס ישר את ההתנגדות.

3.שינויים בכ"ס של מפוח משתנה ביחס ישר למשקל הסגולי.

4.נצילות מפוחים ורמת רעש נשארים קבועים עם שינוי במשקל הסגולי.

מהנ"ל נובע מספר תכונות:

ככל שהמשקל הסגולי של הגז נמוך יותר עקומת ספיקה/לחץ שטוחה יותר.
ככל שהמשקל סגולי של הגז נמוך יותר צריכת ההספק נמוכה יותר.

התאמות קוטר ורוחב מפוחים (שינויים בספיקה ולחץ)-

יחסים בין ספיקה, לחץ והספק מפוחים כאמור משתנה עם קוטר האמיץ.

על פי חוקי הדמיון שדיברנו עליהם בעבר שהגדירו שינויים יחסיים בין גדלי מפוחים כאשר נשמר הדמיון המלא בין מפוח למפוח, הווה אומר כל המידות משתנות באותו היחס.

אולם לעיתים אנו נדרשים לבצע התאמות של מפוחים המיוצרים במידות סטנדרטיות לדרישות ספיקה ולחץ מסוימות שאינן "נופלות" על נתונים נדרשים, על פי ניסיון ניתן לבצע שינויים קלים, עד 10% ± בקוטר 30% ± ברוחב מאיצים ובית המפוחים על מנת לשפר את ההתאמה לדרישה. את התנהגות המפוחים בעבות השינויים הנ"ל ניתן לבטא במקורב מאוד על פי היחסים הבאים:

שינויים בקוטר בלבד:

במקרה זה יש לשנות את נוסחת היחסים כדלקמן:

1.שינויים בספיקה יחסית לריבוע היחס בין הקוטרים.

2.הלחץ משתנה ביחס ישר לריבוע יחסי הקוטרים.

3.ההספק משתנה בחזקה ריבועית ליחס הקוטרים.

4.רמת הרעש משתנה ביחס לגוריתמי על בסיס 10 של הקוטרים.

הנוסחאות לא מבוססות על תיאוריה כדוגמת חוקי מפוחים כך שאינם מספקים דיוק במאת האחוזים אבל פרקטית הינם מקורבים במידה רבה ונותנות פתרונות ובעיות שלעיתים קרובות נתקלים בהם כאשר קיימת בעיה של יחס בין ספיקה ללחץ במפוח נתון, והדרישה לתאם ביניהם.

במקרים בהם מקטינים את הקוטר רצוי להקטין את המבנה של בית המפוח במידה פרופורציונלית אבל רוחב הבית יישאר זהה.