פעולת מפוחים – חוסר יציבות

 פעולת מפוחים – חוסר יציבות

המשתמשים במערכות מפוחים מצפים לזרימה רציפה של אוויר.
בתהליך אידיאלי הלחץ שמפתח מפוח וההתנגדות לזרימה הינו גודל שווה.
במציאות תופעה אידיאלית כזאת לא קיימת, שינויים בלחץ בתחום של כ- 10% הינם חיזיון נפוץ.
לעיתים קרובות מאוד מפוחים נבחרים לספיקות וללחצים שונים מהמצב במציאות וזאת כתוצאה משיקולים לא נכונים לגבי הספיקה הרצויה ויותר מכך חישובי מפל לחץ לא מדוייקים.
חוסר היציבות בזרימה תגרום למספר בעיות כגון:
1. עליה דרמתית ברמת הרעש.
2. עליה ברעידות.
3. נזקי עייפות במבנה המפוח כתוצאה משינויים בעומס.
4. "קפיצות" בצריכת הזרם תוך אפשרות של עומסי יתר ופגיעה במנוע.
5. נזקים בתעלות הולכת אוויר ומתקני מערכת אחרים, כתוצאה מהשינויים בלחץ.
6. תופעות ההפרעה גורמות לכך שהמפוח והמערכת שהותקנו אינם מתאימים לתוצאה המבוקשת.
  הבנת הגורמים לזרימות אוויר לא יציבות הינה המפתח לפתרון בעיות אלו.

חוסר יציבות במפוחים- תופעת "הזדקרות" (STALL)-
לתופעה זאת נוכל לקרוא גם "אוכף" אי היציבות וזאת לפי צורת הגרף בעקומת לחץ ספיקה.
כפות מאיץ במהלך הסיבוב יוצרות מהירות יחסית של האוויר ביחס לשטח פני הכפות.
ככל שזווית ההתקפה של הכפות גדלה יותר נוצרת תופעה של הטיית האוויר ושינוי כיוון האוויר והם הגורם ליצירת הלחץ אותו מפתח המפוח.
כאשר זווית ההתקפה נעשית קיצונית מאוד, נוצרת זרימת אוויר שאינה מקבילה לשטח פני הכפות (זרמי מערבולת).
במצב זה "הגדלת הלחץ" נעצרת ויותר מכך, אפילו יורדת. תופעה זאת מתוארת בתרשים הנלווה ונקראת Stall Point – נקודת "ההזדקרות".
תופעת ה- Stall נוצרת כאשר מהירויות זרימת האוויר דרך הכפות נמוכה בהשוואה ללחץ אותו מפתח המפוח, התופעה מתחזקת כאשר בוחרים מפוח גדול מדי לתפוקה הנדרשת.
תופעת ה- Stall למעשה מופיעה בכל המפוחים בכל התפוקות- ניתן לאמר שתופעה זאת תמיד
קיימת ובמיוחד במפוחים בהם זווית ההתקפה גדולה, כגון: מפוחים ציריים, מפוחי כפות ישרות
ומפוחי כפות קדימה.

חוסר יציבות במפוחים – תופעת "הנחשולים" (גל חוזר) – Surge
תופעה זאת מאובחנת בגל אוויר החוזר דרך פתח היניקה של המפוח, תופעה זאת מאובחנת
במיוחד כאשר התנאים הבאים קורים:
1. המפוח פועל לייצר לחץ בחלל גדול, סגור וגורם לגלי הדף.
2. במערכת תעלות בהם מוזרם האוויר , קיים אזור של הגדלת מהירות הזרימה קיצונית.
3. מספר מפוחים פועלים לאותו הפלנום.
4. נקודת העבודה של המפוח הינה שמאלה מנקודת הלחץ הגבוה ביותר של עקומת המפוח.

בתנאים הנ"ל ניתן להבחין שתדירות הגל החוזר הינה כמעט קבועה וניתן לחזות את תדירות המופע של הגל החוזר.

חוסר יציבות במפוחים – הפעלת מפוחים במקביל-

דבר נפוץ הוא שבהפעלת 2 מפוחים במקביל מחלקים את הספיקה הנדרשת בין המפוחים.
במקרה הנ"ל, בהפעלת מפוחים עם אפקט "הזדקרות עמוקה" (Dip Stall) כגון מפוחי כפות קדימה וציריים, הפעלת המפוחים במקביל הינה נושא רגיש וחייבים להפעיל את 2 המפוחים "ביחד". קיימת אפשרות שעל ידי הפעלת מפוח אחד ולאחר מכן את השני, המפוח הראשון יפעל מימין לנקודת ה- Stall בעקומה ויספק כמות אוויר גדולה מהכמות המתוכננת עקב מפל לחץ נמוך בתעלות המשותפות ואילו המפוח השני שיכנס לפעולה מאוחר יותר יפעל כנגד התנגדות גבוהה יותר ועל ידי כך יפעל משמאל לנקודת המקסימום לחץ ויפעל עמוק באזור ה- "ההזדקרות" (Stall), התוצאה הינה רעידות ואי יציבות במערכת.

מניעת בעיות אי יציבות-
1. לא לבחור מפוחים גדולים מדי. אנשים נוטים לחשוב שע"י בחירת מפוחים גדולים נשמרת להם 
     האופציה להרחבה, עדיף במקרה זה לבחור מפוח ב-Class גבוה יותר כך שניתן להגדיל את 
     מהירות הסיבוב כדי לקבל תפוקה גדולה יותר ולא להשתמש במפוח גדול מהנדרש.
2. ניתן לבחור מפוחים צנטריפוגליים עם רוחב כפות צר יותר כדי להזיז את נקודת העבודה ימינה, 
    במקרה זה לא רק "בורחים" מנקודת "ההזדקרות" ,ה- Stall אלה גם חוסכים באנרגיה.
3. במפוחים ציריים ניתן להקטין את זווית ההתקפה והגדלת המהירות וע"י כך מזיזים את נקודת 
    העבודה ימינה הרחק יותר מנקודת ה- Stall.
4. במערכות עם ספיקת אוויר משתנה יש להתקין מכווני זרימה ביניקה ועל ידי כך להקטין את תופעת 
     ההשהיה במקרה של ירידה בספיקה.
5. לא מומלץ לעבור קיצונית למצב בו בוחרים מפוח קטן מהנדרש מאחר ולא רק שפוגעים ביעילות 
     אלא גם קיימת אפשרות שהיציבות המושגת במקרה זה מהווה בעיה.
6. למפוחים במקביל אנו מציעים מספר הצעות:
    6.1 להבטיח הפעלה ביחד.
    6.2 לבחור מפוחים שהלחץ הסטטי הנבחר נמוך יותר מנקודת המינימום בתוך "עמק הזדקרות"
          (Dip Stall).
    6.3 לבחור מפוחים זהים.
    6.4 להפעיל את המפוחים במהירות זהה.

סיכום-
התופעות שהזכרנו בפרק זה מעלות חשש אצל צרכני מפוחים המבקשים בד"כ לרכוש מפוח או מערכת, לחבר לחשמל ולהפעיל (Plug And Play).
מצב זה הינו אידיאלי ומתאים למקרים בהם תוכננה המערכת כראוי, אבל אנו נתקלים לעיתים קרובות במקרים בהם מופעלות מערכות בתנאים רחוקים מהתנאים האופטימליים ותופעות אלו קורות.
ע"י הבנת המערכות ניתן להקטין את הבעיה מחד ומאידך כשהובחנה הבעיה, קיימים פתרונות להקטינם.

להלן גרפים המתארים את הנאמר לעיל:

גרף המראה אזור "הזדקרות עמוק"ֿ:

גרף המראה 2 מפוחים ציריים זהים פועלים במשותף:

גרף המראה אופיין מפוח ברוחב נורמלי:

גרף המראה אופיין מפוח זהה ברוחב מוקטן:

גרף המראה זוית "התקפה" 450 (ציריים):

גרף המראה זוית "התקפה" 350: