الفرق بين مروحة التدفق المختلط ومروحة الطرد المركزي: مقارنة فنية وإرشادات التطبيق

مراوح التدفق المختلط ومراوح الطرد المركزي شائعة في التهوية الصناعية والتجارية. تمزج مروحة التدفق المختلط بين التدفق المحوري والقطري: يدخل الهواء بشكل موازٍ تقريبًا للعمود ولكنه يخرج بمكون شعاعي. في المقابل، تسحب مروحة الطرد المركزي الهواء محوريًا وتدفعه للخارج بشكل عمودي على العمود. تتجلى هذه الاختلافات في هندسة المكره وخصائص التدفق ومنحنيات الأداء. على سبيل المثال، تُعرّف اللوائح الأوروبية المراوح المحورية بأنها ذات زاوية تدفق ≤20 درجة، ومروحة طرد مركزي ≥70 درجة، وتدفق مختلط بينهما. هذا يعني أن المكره المختلط هو حرفيًا "عجلة هجينة (طرد مركزي ومحوري)" عمليًا، غالبًا ما تتميز مروحة التدفق المختلط بقمع مدخل انسيابي وعدد أقل من الشفرات الملتوية، بينما يستخدم منفاخ الطرد المركزي غلافًا لولبيًا وعجلات متعددة الشفرات (منحنية للأمام، منحنية للخلف، مائلة للخلف، إلخ).

                  

نمذجة ثلاثية الأبعاد لمروحة التدفق المختلط                                                                     نمذجة ثلاثية الأبعاد لمروحة الطرد المركزي

• المكره ومسار التدفق: تسحب مروحة التدفق المختلط الهواء محوريًا، لكنها تُدخل مكونًا قطريًا، لذا يكون التفريغ جزئيًا محوريًا وجزئيًا شعاعيًا. تُفرغ مروحة الطرد المركزي الهواء شعاعيًا بحتًا. على سبيل المثال، يُشير أحد مُصنّعي المراوح إلى أن عجلات الطرد المركزي "تدخل بالتوازي مع المحور ثم تُفرّغ عموديًا عليه"، مما يُعطي ضغطًا عاليًا جدًا، بينما تُحرّك عجلات التدفق المختلط الهواء بزاوية مع المحور عند الضغط المتوسط. يؤكد تصنيف زاوية تدفق المروحة هذا: يُعرّف التدفق المختلط بزاوية مخرج تتراوح بين 20 و70 درجة.

• سلوك منحنى الضغط والتدفق: عادةً ما تُظهر مروحة التدفق المختلط منحنى طاقة غير زائد التحميل، وهي خالية نسبيًا من التوقف المفاجئ. يمكنها التعامل مع تقلبات النظام دون ارتفاع مفاجئ أو توقف مفاجئ. يُمكن أيضًا تصميم مروحة الطرد المركزي بحيث لا تُحمّل زائدًا (خاصةً الأنواع المائلة للخلف)، ولكن بعض التصاميم (العجلات المنحنية للأمام) تُظهر ضغطًا وقوة متزايدين مع انخفاض التدفق ("الحمل الزائد"). بشكل عام، تتميز مراوح التدفق المختلط بمنحنيات ضغط-تدفق أكثر سلاسة وخطية، بينما تحقق مراوح الطرد المركزي غالبًا ضغوط ذروة أعلى عند تدفقات أقل.

• المساحة الأبعادية: نظرًا لأن مراوح التدفق المختلط هي في الأساس وحدات خطية، فإنها تميل إلى أن تكون أكثر إحكامًا. يشير أحد المصنّعين إلى أن مراوح التدفق المختلط/الخطية "توفر أداء مروحة الطرد المركزي مع مزايا توفير المساحة التي توفرها مراوح النوع المحوري". يمكن لمراوح التدفق المختلط غالبًا أن تحل محل منفاخ طرد مركزي صغير في مجاري الهواء الضيقة. على النقيض من ذلك، تتطلب مراوح الطرد المركزي غلافًا أثقل (حلزوني أو حلزوني)، ومحامل دفع، وغالبًا ما تكون لوحة قاعدة، مما يزيد من مساحتها الإجمالية ووزنها لحجم هواء معين.

• كفاءة الطاقة: يمكن أن يكون كلا النوعين من المراوح فعالين إذا تم تصميمهما جيدًا. في الواقع، تُظهر الاختبارات أن مروحة التدفق المختلط يمكن أن تتجاوز كفاءة منفاخ طرد مركزي مماثل في الحجم. تحقق العديد من مراوح التدفق المختلط كفاءات ثابتة معتدلة (45-55%) وتعمل بهدوء. يمكن أن تصل كفاءة مراوح الطرد المركزي عالية الأداء (مثل المراوح ذات العجلات المنحنية للخلف أو ذات العجلات الجناحية) إلى 70-90%. في التشغيل بحمل جزئي أو بسرعات متغيرة، يمكن استخدام كلا النوعين من المراوح مع محركات تردد متغير. عادةً ما تحافظ مراوح الطرد المركزي ذات العجلات المنحنية للخلف على كفاءة جيدة على نطاق تدفق واسع.

• الأداء الصوتي: عادةً ما تعمل مراوح التدفق المختلط بهدوء أكبر. ويذكر أحد المصنّعين صراحةً أن مراوح التدفق المختلط "تعمل بمستويات صوت أقل" مقارنةً بالمراوح المماثلة. كما أن هيكلها المدمج وسرعات أطرافها المنخفضة تُقلل الضوضاء. كما يمكن لمراوح الطرد المركزي أن تكون هادئة (خاصةً عند تزويدها بقنوات كاتمة للصوت أو أغطية صوتية)، ولكنها تتطلب عمومًا معالجة صوتية أكثر. في تطبيقات الضغط العالي، تساعد اللفافة المغلقة لمروحة الطرد المركزي على تخفيف الضوضاء، ولكن تحميل الشفرات الأعلى يمكن أن يُنتج ضوضاء أكثر تناغمًا.

• التوقف المفاجئ والاندفاع المفاجئ: عادةً ما يكون سلوك توقف مراوح التدفق المختلط لطيفًا. يشير أحد المصنّعين إلى أن مراوح الطرد المركزي تتميز باستجابة "غير زائدة" ومقاومة للتوقف عند الأحمال المتغيرة. وبالمثل، لا ترتفع سرعة مراوح الطرد المركزي (وخاصةً المنحنية للخلف) بسهولة عند المقاومة العالية؛ إلا أن التصميمات المنحنية للأمام قد تزيد سرعتها عند انخفاض التدفق إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح. في التطبيقات الحرجة، غالبًا ما تكون ميزات منع التوقف (مثل ريش التوجيه أو الخطوة المتغيرة) مدمجة.

• التصميم والمتانة: تُعد مراوح الطرد المركزي الخيار الأمثل للبيئات القاسية. عادةً ما تُصنع من الفولاذ أو الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة، مع محامل متينة، ويمكن تزويدها بمكونات مقاومة للحرارة أو التآكل. كما يمكن تعزيز مراوح التدفق المختلط لتتحمل الظروف القاسية: على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم وحدات التدفق المختلط الصناعية أغلفة سميكة من الفولاذ المقاوم للصدأ وشفرات من سبائك معدنية مزودة بخصائص مانعة للشرارات. ومع ذلك، في التيارات شديدة الاتساخ أو الكشط أو درجات الحرارة العالية، يُفضل عادةً استخدام منفاخ طرد مركزي (وخاصةً المائل للخلف أو عجلة الجناح) نظرًا لخلوص الشفرات الأكبر بين الجدار والجدار وهيكلها الأكثر متانة.

معايير اختبار المراوح: يُصنَّف كلا النوعين من المراوح وفقًا للمعايير المخبرية نفسها. تُحدِّد معايير ANSI/AMCA 210 (ANSI/ASHRAE 51) وISO 5801 شروطًا موحدة لاختبار تدفق الهواء، بحيث تكون بيانات الأداء (CFM، الضغط الساكن، الطاقة، الكفاءة) قابلة للمقارنة. تُحدِّد هذه المعايير قنوات ومقوِّمات الدخول/الخروج لتقليل اضطرابات التدفق. بالنسبة لمراوح الدفع (مثل نفاثات الأنفاق)، يُحدِّد معيار AMCA 250 اختبار الدفع. عمليًا، تُشير التصنيفات المُعتمَدة إلى وجود قنوات أثناء اختبار AMCA 210. لذلك، عند مُقارنة المراوح، يجب على المهندسين التأكد من أن التصنيفات صادرة عن نفس تكوين الاختبار.

مقارنة الأداء

• الضغط الساكن: تُولّد مراوح الطرد المركزي ارتفاعات ضغط أعلى. يمكن لمراوح الطرد المركزي التقليدية تحقيق ضغوط ساكنة تتراوح من بضع بوصات من الماء إلى عدة كيلو باسكال باستخدام عجلات متعددة المراحل أو شفرات انسيابية. تقتصر مراوح التدفق المختلط عمومًا على ضغوط متوسطة (غالبًا أقل من 2 كيلو باسكال)، وهي ضغوط أكبر من المراوح المحورية ولكنها أقل من المراوح الكبيرة.

• حجم تدفق الهواء: بالنسبة لحجم معين، تُحرّك مراوح التدفق المختلط حجمًا كبيرًا بضغط معتدل. وغالبًا ما تتفوق على مراوح الطرد المركزي في أقصى تدفق عند ضغط خلفي منخفض إلى متوسط. (بالنسبة للأحجام العالية جدًا عند ضغط منخفض جدًا، تظل المراوح المحورية هي الأفضل).

• كفاءة الطاقة: كما ذُكر، تُعد مراوح التدفق المختلط فعالة جدًا في فئتها. يمكن لمراوح الطرد المركزي الوصول إلى كفاءة ذروة أعلى، ولكنها قد تتطلب قدرة حصانية أكبر عند التدفق المنخفض. يستفيد كلا النوعين بشكل كبير من الاختيار المناسب بالقرب من نقطة الكفاءة المثلى (BEP). عند التحميل الجزئي، تنخفض الكفاءة لكليهما؛ تميل المراوح المنحنية للأمام إلى الانخفاض بشكل أسرع من المراوح المنحنية للخلف.

• الضوضاء الصوتية: تتميز مراوح التدفق المختلط بتشغيلها الهادئ. يمكن أن تكون مراوح الطرد المركزي هادئة نسبيًا في ظروف الضغط العالي نظرًا لسرعات شفراتها المنخفضة وهيكلها الأنبوبي، ولكنها قد تُصدر ضوضاء ذات نطاق ترددي عريض أو نغمية أعلى دون إسكات. غالبًا ما تستخدم مراوح المختبرات أو منفاخات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) دوافع منحنية للخلف خصيصًا للتحكم في الضوضاء.

• مرونة التركيب: يمكن تركيب مراوح التدفق المختلط (الخطية) في أي اتجاه للقناة (أفقيًا أو رأسيًا)، وحتى تعليقها في السقف، حيث يكون المحرك غالبًا أعلى الهيكل. شكلها المدمج يعني مشاكل تداخل أقل. تحتاج مراوح الطرد المركزي، ذات الهيكل والقاعدة الثقيلين، إلى دعامات متينة، ولكنها تستطيع توجيه المدخل/المخرج في اتجاهات متعددة. تسمح مراوح الطرد المركزي التي تعمل بالسير بوضع المحرك بعيدًا عن تدفق الهواء (مفيد في درجات الحرارة المرتفعة)، بينما تعمل العديد من مراوح التدفق المختلط بالدفع المباشر.

• المتانة والتحمل: للاستخدامات الصناعية (الغبار، الرطوبة، المواد الكيميائية)، تهيمن طرازات الطرد المركزي المتينة. تتميز هذه الطرازات عادةً بأغطية سميكة للجزء الثابت، ومحامل محكمة الغلق، ومحركات مصممة لتحمل الاستخدام الشاق. يمكن تصميم مراوح التدفق المختلط للاستخدام الشاق (هياكل من الفولاذ المقاوم للصدأ، طلاءات خاصة)، ولكن يُستخدم معظمها في تيارات هواء أنظف أو مُفلتر. باختصار، يتميز كلا التصميمين بتحملهما الشديد، ولكن للمنفاخات تاريخ طويل في البيئات القاسية.

إرشادات التقديم والاختيار

يعتمد الاختيار بين مروحة التدفق المختلط أو مروحة الطرد المركزي على الإعداد:

• أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء على الأسطح: غالبًا ما تُفضّل مراوح الشفط أو التزويد المثبتة على الأسطح وحدات التدفق المحوري أو المختلط عالية التدفق. تُستخدم مراوح السقف ذات المروحة البسيطة (المحورية) في أنظمة الضغط الخلفي المنخفض جدًا. عندما تُضيف القنوات أو المرشحات أو فتحات التهوية مقاومة، يُمكن اختيار مروحة خطية ذات تدفق مختلط أو مروحة شفط طرد مركزي صغيرة. تجمع مراوح السقف ذات التدفق المختلط بين سعة ضغط جيدة وانخفاض الارتفاع والاهتزاز. في المباني الشاهقة جدًا ذات متطلبات الثبات العالية، يُمكن استخدام مراوح الطرد المركزي أو المنافيخ التي تعمل بالسير.

• البيئات الصناعية: في المصانع أو الأفران أو وحدات المعالجة حيث يحتوي الهواء على ملوثات أو حرارة، تُعدّ مراوح الطرد المركزي عالية التحمل الخيار المُعتاد. تُتيح عجلاتها الكبيرة وخلوصها العالي التعامل مع الأجزاء، كما أن هيكلها يتحمل درجات الحرارة العالية. تُعد نماذج الطرد المركزي المائلة للخلف أو ذات الجناح (غالبًا ما تكون مزودة بمحركات مقاومة للانفجار) شائعة. يمكن استخدام مراوح التدفق المختلط للتهوية الصناعية إذا كان الهواء نقيًا أو مفلترًا، خاصةً عند الحاجة إلى وحدة مدمجة. في النهاية، يجب أن يتوافق اختيار المروحة مع حمل الفلتر/القناة: ففي حالات انخفاض الضغط المرتفع جدًا، يُعدّ استخدام مروحة الطرد المركزي أكثر أمانًا.

• الغرف النظيفة، والمختبرات، وأنظمة الضغط العالي: تتطلب التهوية الحرجة (الغرف النظيفة، والمختبرات) مراوح فائقة الهدوء والثبات. تُعد مراوح التدفق المختلط، بانحناءاتها الناعمة، مفيدة في البيئات النظيفة الحساسة للضوضاء، طالما أنها تلبي احتياجات الكهرباء الساكنة. غالبًا ما يتم اختيار مراوح الطرد المركزي المنحنية للخلف أو المنافيخ الخطية منخفضة السرعة لتقليل الاهتزاز والصوت. في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء عالية الضغط (المرشحات المحكمة، ووحدات معالجة الهواء الشاهقة)، يمكن استخدام مراوح الطرد المركزي (عجلات الطرد المركزي بدون غطاء كامل) أو المنافيخ الصغيرة متعددة المراحل. باختصار، إذا كان ضغط النظام معتدلًا (أقل من بضعة كيلو باسكال) وكانت المساحة/الهدوء من الأولويات، يكون التدفق المختلط مقبولًا. بالنسبة للأنظمة متعددة كيلو باسكال (المرشحات العميقة، مسارات القنوات الطويلة)، فإن المنافيخ الطاردة المركزية هي أكثر أمانًا.

لكل تطبيق مزاياه. بشكل عام، إذا كان الاكتناز والضغط المعتدل عاملين أساسيين، فإن مراوح التدفق المختلط هي الخيار الأمثل. أما إذا كانت هناك حاجة إلى أقصى ضغط أو متانة، فعادةً ما يُختار تصميم الطرد المركزي.

ملاحظة: هذه البيانات للإشارة فقط، يُرجى مراجعة الشركات المعنية لمزيد من التفاصيل. محتوى المقالة خالٍ من السهو والأخطاء. نرحب باقتراحاتكم.