กราฟสมรรถนะพัดลมทุกเส้นในแค็ตตาล็อกจัดทำขึ้นสำหรับอากาศมาตรฐานที่มีความหนาแน่น 1.2 kg/m³ ซึ่งใกล้เคียงกับอากาศที่อุณหภูมิ 20 °C ณ ระดับน้ำทะเล หากติดตั้งพัดลมตัวเดิมในเมืองที่สูงจากระดับน้ำทะเล 2,000 เมตร หรือใช้พัดลมเพื่อเคลื่อนย้ายก๊าซที่อุณหภูมิ 200 °C อากาศหรือก๊าซที่พัดลมจัดการจะมีความหนาแน่นต่ำลง พัดลมยังคงจ่ายปริมาตรลมเท่าเดิมที่ความเร็วเท่าเดิม แต่สร้างแรงดันได้น้อยลงและใช้กำลังน้อยลง ข้อผิดพลาดในการเลือกพัดลมสำหรับพื้นที่สูงหรืออุณหภูมิสูงส่วนใหญ่มักเกิดจากการลืมข้อเท็จจริงข้อใดข้อหนึ่งในสามข้อนี้ หรือมองข้ามสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อพัดลมก๊าซร้อนเริ่มเดินเครื่องขณะยังเย็น
สิ่งที่เปลี่ยนไปและไม่เปลี่ยนไปเมื่อความหนาแน่นเปลี่ยน
เมื่อความเร็วคงที่ พัดลมเป็นเครื่องจักรที่ทำงานกับปริมาตร กฎของพัดลมแสดงความสัมพันธ์โดยตรงดังนี้:
| ปริมาณ | ผลของความหนาแน่นอากาศที่ลดลง เมื่อใช้ความเร็วเท่าเดิม |
|---|---|
| อัตราการไหลเชิงปริมาตร (m³/h) | ไม่เปลี่ยนแปลง |
| แรงดันที่สร้างได้ | ลดลงตามสัดส่วนความหนาแน่น |
| กำลังที่ใช้ | ลดลงตามสัดส่วนความหนาแน่น |
| อัตราการไหลเชิงมวล (kg/h) | ลดลงตามสัดส่วนความหนาแน่น |
ความต้านทานของระบบท่อลมก็แปรตามความหนาแน่นเช่นกัน เพราะการสูญเสียจากแรงเสียดทานและข้อต่อขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอากาศที่ไหลผ่าน นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมพัดลมที่ต่อกับท่อระบายอากาศทั่วไปในพื้นที่สูงยังคงจ่ายปริมาตรลมใกล้เคียงกับที่ระดับน้ำทะเล กล่าวคือ สมรรถนะของพัดลมและระบบลดลงไปพร้อมกัน การปรับแก้มีความสำคัญเมื่อคำนวณแรงดันที่ต้องการตามสภาวะจริงของหน้างาน เมื่อกระบวนการต้องการมวลอากาศแทนปริมาตร หรือเมื่ออุณหภูมิก๊าซเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงาน
อากาศมีความหนาแน่นลดลงเพียงใด
อัตราส่วนความหนาแน่นเมื่อเทียบกับอากาศมาตรฐาน ตามบรรยากาศมาตรฐานสากลและสำหรับอากาศแห้ง:
| ความสูงที่ 20 °C | อัตราส่วนความหนาแน่น | อุณหภูมิก๊าซที่ระดับน้ำทะเล | อัตราส่วนความหนาแน่น |
|---|---|---|---|
| 0 m | 1.00 | 0 °C | 1.07 |
| 500 m | 0.94 | 40 °C | 0.94 |
| 1,000 m | 0.89 | 60 °C | 0.88 |
| 1,500 m | 0.83 | 100 °C | 0.79 |
| 2,000 m | 0.78 | 150 °C | 0.69 |
| 2,500 m | 0.73 | 200 °C | 0.62 |
| 3,000 m | 0.69 | 300 °C | 0.51 |
| 3,600 m | 0.64 | 400 °C | 0.44 |
ผลกระทบทั้งสองประการนี้คูณกัน อากาศที่ 40 °C ณ พื้นที่สูงจากระดับน้ำทะเล 1,500 เมตรมีอัตราส่วนความหนาแน่นประมาณ 0.78 ซึ่งเท่ากับอากาศเย็นที่ระดับความสูง 2,000 เมตร เมืองหลวงหลายแห่งในละตินอเมริกาและแอฟริกาตะวันออกตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 2,200–2,900 เมตร ซึ่งพัดลมจะสูญเสียแรงดันตามแค็ตตาล็อกไปหนึ่งในสี่หรือมากกว่า
การปรับแก้การเลือกพัดลมทีละขั้นตอน
- หาค่าความหนาแน่นจริง จากระดับความสูงของหน้างานและอุณหภูมิของอากาศหรือก๊าซที่พัดลมจัดการ
- แปลงค่าความต้องการแรงดันเป็นค่าอากาศมาตรฐาน หากผู้ออกแบบระบบคำนวณแรงดันที่สภาวะจริง ให้หารค่านั้นด้วยอัตราส่วนความหนาแน่น เพื่อหาค่าแรงดันเทียบเท่าของอากาศมาตรฐาน
- เลือกพัดลมจากแค็ตตาล็อก โดยใช้อัตราการไหลเชิงปริมาตรจริงและค่าแรงดันเทียบเท่าของอากาศมาตรฐาน
- ปรับค่ากำลังกลับเป็นสภาวะหน้างาน โดยคูณกำลังตามแค็ตตาล็อกด้วยอัตราส่วนความหนาแน่น
- เลือกขนาดมอเตอร์ให้รองรับอากาศที่มีความหนาแน่นสูงสุดที่พัดลมจะพบ ซึ่งสำหรับพัดลมก๊าซร้อน โดยทั่วไปคือช่วงเริ่มเดินเครื่องขณะเย็น
ตัวอย่างการคำนวณ: พัดลมต้องจ่ายลม 5,000 m³/h ที่แรงดัน 800 Pa ซึ่งคำนวณ ณ สภาวะหน้างาน ในเมืองที่สูงจากระดับน้ำทะเล 2,240 เมตร และมีอุณหภูมิอากาศ 25 °C อัตราส่วนความหนาแน่นเท่ากับ 0.75 แรงดันเทียบเท่าของอากาศมาตรฐานคือ 800 ÷ 0.75 หรือประมาณ 1,070 Pa ดังนั้นให้เลือกพัดลมจากแค็ตตาล็อกที่อัตราการไหล 5,000 m³/h และแรงดัน 1,070 Pa ณ หน้างาน พัดลมจะสร้างแรงดันตามต้องการที่ 800 Pa และใช้กำลังประมาณ 75% ของค่ากำลังตามแค็ตตาล็อก
หากสิ่งที่สำคัญคืออัตราการไหลเชิงปริมาตร เช่น ในงานระบายอากาศส่วนใหญ่ ก็ไม่จำเป็นต้องปรับแก้ปริมาตร แต่หากกระบวนการต้องการมวลอากาศ เช่น การจ่ายอากาศสำหรับการเผาไหม้ การอบแห้ง หรือการลำเลียงด้วยลม ต้องเพิ่มปริมาตรโดยหารด้วยอัตราส่วนความหนาแน่น และคำนวณแรงดันใหม่โดยใช้อัตราการไหลที่สูงขึ้นนั้น
ก๊าซร้อน: ปัญหาการเริ่มเดินเครื่องขณะเย็น
พัดลมที่เลือกสำหรับก๊าซอุณหภูมิ 200 °C จะทำงานที่อัตราส่วนความหนาแน่น 0.62 ในสภาวะปกติ เมื่อเริ่มเดินเครื่องขณะโรงงานยังเย็น พัดลมจะเคลื่อนย้ายอากาศที่ 20 °C ซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่า 1.6 เท่า และใช้กำลังมากกว่าในสภาวะเดินเครื่อง 1.6 เท่า มอเตอร์ที่เลือกขนาดให้เหมาะกับภาระงานขณะก๊าซร้อนจะรับภาระเกินเมื่อเริ่มเดินเครื่องขณะเย็น มีวิธีแก้ไขมาตรฐานสามแนวทาง:
- เลือกขนาดมอเตอร์ให้รองรับสภาวะเย็น โดยยอมรับว่ามอเตอร์จะทำงานที่ภาระต่ำเมื่อร้อน
- เริ่มเดินเครื่องโดยปิดแดมเปอร์ทางเข้าลม แล้วค่อยเปิดเมื่อก๊าซอุ่นขึ้น พร้อมระบบอินเตอร์ล็อกเพื่อป้องกันไม่ให้เปิดแดมเปอร์เต็มที่ขณะที่ก๊าซยังเย็น
- ใช้ไดรฟ์ปรับความถี่และจำกัดความเร็วจนกว่าก๊าซจะมีอุณหภูมิตามต้องการ การควบคุมความเร็วยังช่วยประหยัดพลังงานหลังจากนั้น ดังที่อธิบายไว้ในการเปรียบเทียบวิธีควบคุมอัตราการไหลของพัดลม
อุณหภูมิสูงส่งผลต่อทั้งโครงสร้างและสมรรถนะของพัดลม วัสดุใบพัดจะสูญเสียความแข็งแรงเมื่อร้อนขึ้น ดังนั้นความเร็วสูงสุดที่ปลอดภัยจึงลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ส่วนแบริ่งและมอเตอร์จะถูกแยกออกจากกระแสก๊าซ โดยทั่วไปใช้ระบบสายพานหรือเพลาที่ระบายความร้อน และติดตั้งแผ่นสลัดความร้อนบนเพลา โบลเวอร์แบบแรงเหวี่ยงอุณหภูมิสูง ของเราสร้างขึ้นตามหลักการเหล่านี้ ส่วนพัดลมสำหรับระบายควันฉุกเฉินมีค่าพิกัดเฉพาะ ซึ่งกล่าวถึงในค่าพิกัดอุณหภูมิของพัดลมระบายควัน
มอเตอร์ในพื้นที่สูงและสภาพอากาศร้อน
มอเตอร์มาตรฐานได้รับการกำหนดพิกัดให้ใช้งานได้ที่ระดับความสูงไม่เกิน 1,000 เมตร โดยมีอากาศหล่อเย็นไม่เกิน 40 °C ซึ่งเป็นสภาวะพิกัดของมาตรฐานมอเตอร์ IEC หากสูงกว่า 1,000 เมตร อากาศที่เบาบางลงจะระบายความร้อนให้มอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพน้อยลง และหากอุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 40 °C มอเตอร์จะร้อนขึ้น ดังนั้นกำลังขาออกที่อนุญาตจึงต้องลดลงตามตารางลดพิกัดของผู้ผลิต มอเตอร์ที่มีขนาดเผื่อเพียงพอ ณ ระดับน้ำทะเลอาจมีพิกัดไม่เพียงพอสำหรับหน้างานที่สูงและร้อน คำอธิบายเกี่ยวกับชั้นฉนวนและระดับการป้องกันระบุไว้ในชั้นฉนวนมอเตอร์และระดับ IP
ข้อมูลที่ควรส่งมาพร้อมคำขอสอบถาม
- อัตราการไหลเชิงปริมาตร และข้อกำหนดจริงต้องการอัตราการไหลเชิงปริมาตรหรือเชิงมวล
- แรงดัน และค่าดังกล่าวคำนวณที่สภาวะมาตรฐานหรือสภาวะจริง
- ระดับความสูงของหน้างานและช่วงอุณหภูมิแวดล้อม
- อุณหภูมิก๊าซขณะทำงานปกติ ขณะเริ่มเดินเครื่อง และอุณหภูมิสูงสุด
- องค์ประกอบของก๊าซ ความชื้น และปริมาณฝุ่น หากไม่ใช่อากาศสะอาด
เมื่อมีข้อมูลเหล่านี้ ก็จะเลือกพัดลมได้ตรงจุดที่เหมาะสมบนกราฟสมรรถนะ และสมรรถนะที่วัดได้ระหว่างการทดสอบเดินระบบจะตรงกับค่าที่แจ้งไว้ หลักการทั่วไปในการอ่านข้อมูลพัดลมอธิบายไว้ในคำอธิบายข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคของพัดลม