منفاخ التعليق الهوائي: كيف يعمل وما يجب معرفته

ما هو منفاخ التعليق الهوائي؟

ان منفاخ تعليق هوائي هو منفاخ عالي السرعة وخالي من الزيت يستخدم وسادة من الهواء المضغوط لرفع مكوناته الدوارة - مما يمنع الاتصال الجسدي بين الأجزاء المتحركة. والنتيجة هي آلة بدون تآكل ميكانيكي للمحامل، ولا تتطلب تشحيمًا، وعمر خدمة يتجاوز 80000 ساعة بشكل روتيني. يتم استخدام هذه المنافيخ بشكل شائع في تهوية مياه الصرف الصحي، والنقل الهوائي، وتطبيقات هواء العمليات الصناعية حيث تكون الموثوقية وكفاءة الطاقة غير قابلة للتفاوض.

على عكس المنافيخ التقليدية أو مراوح الطرد المركزي، تعمل منافخ التعليق الهوائي باستخدام تقنية المحمل الديناميكي الهوائي. يطفو العمود حرفيًا داخل مبيت المحمل على طبقة رقيقة من الهواء المضغوط، مما يعني عدم وجود أي اتصال بين المعدن أثناء التشغيل. هذا ليس تعديلًا بسيطًا في التصميم - فهو يغير بشكل أساسي ملف تعريف أداء الجهاز.

كيف تعمل تقنية التعليق الهوائي (المحمل الديناميكي الهوائي).

المبدأ الأساسي واضح ومباشر: عندما يدور العمود بسرعة عالية جدًا داخل محمل رقائق مصنوع آليًا بدقة، فإنه يولد إسفينًا هوائيًا ذاتيًا بين العمود وسطح المحمل. يدعم هذا الإسفين الحمل الشعاعي والمحوري الكامل للدوار دون أي نظام تزييت خارجي.

المكونات الرئيسية المعنية هي:

• محامل احباط: شرائح معدنية مرنة تنثني قليلاً لاستيعاب طبقة الهواء، مما يسمح للعمود بالطفو بثبات عند سرعة التشغيل.
• المكره عالية السرعة: عادةً ما تدور دافعة طرد مركزي أحادية المرحلة أو متعددة المراحل بسرعة 20.000-80.000 دورة في الدقيقة.
• محرك المغناطيس الدائم: يقوم بتشغيل المكره مباشرة بدون علبة تروس، مما يقلل من الخسائر الميكانيكية وتوليد الحرارة.
• محرك التردد المتغير (VFD): يتحكم في سرعة الدوران لتتناسب مع الطلب الفعلي على الهواء، مما يتيح تعديل التدفق الدقيق.

أثناء بدء التشغيل وإيقاف التشغيل - عندما تكون سرعة العمود منخفضة للغاية بحيث لا تتمكن من توليد طبقة هواء كاملة - فإن أسطح الرقاقة تتلامس لفترة وجيزة. وهي مغلفة بمادة تشحيم جافة (عادةً ما تعتمد على PTFE) للتعامل مع هذه المراحل العابرة دون ضرر.

منفاخ التعليق الهوائي مقابل أنواع المنفاخ الأخرى

يتطلب الاختيار بين تقنيات المنافيخ مقارنة الكفاءة وطلب الصيانة والتكلفة الإجمالية للملكية على مدار عمر المعدات. يلخص الجدول أدناه كيفية مقارنة منافيخ التعليق الهوائي بالبديلين الأكثر شيوعًا.

إن الفارق الرئيسي بين نظام التعليق الهوائي والمنافيخ ذات المحامل المغناطيسية هو تعقيد التحكم. تتطلب أنظمة المحامل المغناطيسية تحكمًا إلكترونيًا نشطًا للحفاظ على موضع العمود في جميع الأوقات - يمكن أن يؤدي انقطاع التيار الكهربائي بدون نسخة احتياطية مناسبة إلى إتلاف الوحدة. محامل التعليق الهوائي سلبية ومثبتة ذاتيًا، ولا تحتاج إلى قوة تحكم للحفاظ على طبقة الهواء أثناء التشغيل العادي.

مواصفات الأداء الرئيسية للتقييم

عند اختيار منفاخ تعليق هوائي، تحدد المواصفات التالية بشكل مباشر ما إذا كانت الوحدة تناسب تطبيقك أم لا:

معدل التدفق ونطاق الضغط

تتراوح معظم منافيخ التعليق الهوائي المتوفرة في السوق من 500 إلى 30,000 نيوتن متر مكعب/ساعة وضغوط التفريغ تصل إلى 1.0 بار (ز) . تعمل الوحدات المخصصة لتهوية مياه الصرف الصحي عادةً عند 0.4-0.7 بار (جم)، بينما قد تحتاج أنظمة النقل الهوائية إلى النطاق الأعلى. تأكد دائمًا من التدفق المطلوب عند ضغط التشغيل الفعلي - وليس فقط في ظروف توصيل الهواء الحر.

نسبة الهبوط

بفضل التحكم في سرعة VFD، تحقق منافخ التعليق الهوائي عادة نسبة التراجع 40-100% من القدرة المقدرة. وهذا أمر بالغ الأهمية لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي حيث يختلف الطلب على الأكسجين بشكل كبير بين دورات النهار والليل. لا يمكن لمنفاخ Roots المزود بمحرك ثابت السرعة أن يضاهي هذه المرونة دون الاختناق، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة.

كفاءة الأسلاك إلى الهواء

يلتقط هذا المقياس إجمالي كفاءة النظام بدءًا من الإدخال الكهربائي وحتى إخراج الهواء، بما في ذلك خسائر المحرك وVFD والمكره. يحقق منفاخ التعليق الهوائي المصمم جيدًا 75-80% كفاءة سلك-هواء ، مقارنة بـ 55-65% لمنفاخ Roots التقليدي. في وحدة بقدرة 200 كيلووات تعمل 8000 ساعة سنويًا، تُترجم هذه الفجوة إلى تقريبًا 24000 دولار - 32000 دولار في توفير الطاقة السنوي (بسعر 0.12 دولار/كيلوواط ساعة).

حساسية درجة حرارة الهواء الداخل

تعتمد محامل التعليق الهوائي على لزوجة الهواء لتوليد الفيلم. عند درجات حرارة المدخل العالية جدًا (أعلى من 60 درجة مئوية)، يمكن أن يتدهور استقرار الفيلم. تحدد معظم الشركات المصنعة أقصى درجة حرارة مدخل مستمرة تبلغ 50-60 درجة مئوية . في المناخات الحارة أو التركيبات الداخلية بالقرب من مصادر الحرارة، تحقق من هذا الحد وفكر في تبريد المدخل إذا لزم الأمر.

التطبيقات الأولية

لا تعد منافخ التعليق الهوائي حلاً عالميًا، ولكنها تتفوق في تطبيقات محددة عالية القيمة:

• تهوية مياه الصرف الصحي البلدية: أكبر تطبيق منفرد على مستوى العالم. تمثل التهوية ما بين 50 إلى 70% من فاتورة الطاقة لمحطة المعالجة، مما يجعل ميزة الكفاءة لمنافيخ التعليق الهوائي تؤثر بشكل مباشر على تكاليف التشغيل.
• معالجة مياه الصرف الصناعي: تستفيد مصانع الأغذية والمشروبات والأدوية والكيماويات التي تمر بمراحل معالجة بيولوجية من الهواء النظيف الخالي من الزيوت.
• النقل الهوائي (المرحلة المخففة): مناسب لنقل المساحيق والحبيبات ذات الضغط المنخفض إلى المتوسط حيث يمثل تلوث الزيت مشكلة تتعلق بجودة المنتج.
• التخمير والغاز الحيوي: يوفر هواء المعالجة النظيف للمفاعلات الحيوية دون التعرض لخطر التلوث المرتبط بالمعدات المشحمة بالزيت.
• إزالة الكبريت من غاز المداخن: يُستخدم في أنظمة التحكم في انبعاثات محطات توليد الطاقة حيث يكون إمداد الهواء المستمر والموثوق أمرًا بالغ الأهمية.

متطلبات الصيانة والموثوقية في العالم الحقيقي

واحدة من أقوى نقاط البيع لمنافيخ التعليق الهوائي هي عبء الصيانة المنخفض للغاية. نظرًا لعدم وجود أنظمة زيت، ولا توجد علب تروس، ولا محامل للعناصر المتداولة، فإن قائمة مهام الصيانة المجدولة قصيرة:

• استبدال فلتر الهواء الداخل - عادةً كل 2000 إلى 4000 ساعة اعتمادًا على جودة الهواء المحيط
• مراقبة الاهتزاز ودرجة الحرارة - عادةً ما يتم دمجها في وحدة التحكم الموجودة على متن المنفاخ
• فحص VFD وتنظيف قنوات التبريد - سنويًا أو وفقًا لجدول الشركة المصنعة لـ VFD
• فحص محمل الرقائق المعدنية - يوصي المصنعون عادةً بالفحص الأول بعد 40000 ساعة

تدعم بيانات الموثوقية الواقعية المستمدة من منشآت محطات الصرف الصحي هذه الادعاءات. تم الإبلاغ عن دراسة حالة لعام 2021 من منشأة معالجة تابعة للبلدية الأوروبية توفر 99.4% عبر أسطول مكون من ثمانية منافخ تعليق هوائي على مدار فترة خمس سنوات، مع عدم استبدال المحامل. ويُقارن هذا بشكل إيجابي بمنافيخ Roots الموجودة في نفس المنشأة والتي كانت تتطلب استبدال المحامل والسدادات كل 18-24 شهرًا.

القيود وعندما لا تكون منافخ التعليق الهوائي هي الاختيار الصحيح

على الرغم من المزايا التي تتمتع بها منافيخ التعليق الهوائي، فهي ليست الاختيار الأمثل دائمًا. ضع في اعتبارك هذه القيود قبل تحديد أحدها:

• تطبيقات الضغط العالي: تقتصر معظم منافيخ التعليق الهوائي على حوالي 1.0 بار (جم). إذا كانت العملية تتطلب 2-10 بار (جم)، فإن الضاغط اللولبي أو جهاز الطرد المركزي متعدد المراحل يكون أكثر ملاءمة.
• متطلبات التدفق الصغيرة: أقل من 500 نيوتن متر مكعب تقريبًا في الساعة، تتضاءل ميزة التكلفة الرأسمالية بشكل كبير، وقد يوفر المنفاخ ذو القناة الجانبية أو المنفاخ المتجدد قيمة أفضل.
• دخول الهواء المغبر أو الملوث: يمكن أن يؤدي ابتلاع الجسيمات التي تزيد عن 5 مجم/م3 تقريبًا إلى تآكل طبقة تحمل الرقائق بمرور الوقت. يعد ترشيح المدخل عالي الكفاءة أمرًا إلزاميًا، مما يزيد من التكلفة وانخفاض الضغط.
• المشاريع ذات الميزانية المحدودة مع متطلبات الاسترداد القصيرة: التكلفة الأولية أعلى بنسبة 30-60% من منافيخ Roots المماثلة. تتراوح فترة الاسترداد من خلال توفير الطاقة عادة من 2 إلى 4 سنوات - وهي فترة مقبولة بالنسبة لمعظم المرافق، ولكن ليس جميع بيئات المشتريات.

كيفية تحديد منفاخ التعليق الهوائي بشكل صحيح

المواصفات غير الصحيحة هي السبب الأكثر شيوعًا لمشكلات الأداء الميداني. اتبع هذا التسلسل عند تحديد متطلباتك:

1. تعريف معدل التدفق الفعلي في ظروف التشغيل (Nm³/h أو SCFM)، وليس توصيل هواء مجاني. حساب تصحيحات درجة الحرارة والارتفاع والرطوبة.
2. تحديد الحد الأقصى والحد الأدنى من التدفق المطلوب للتأكد من أن نطاق ترتيب الوحدة يغطي مظروف التشغيل الكامل.
3. تأكيد ضغط التفريغ المطلوب بما في ذلك جميع حالات انخفاض ضغط النظام (احتكاك الأنابيب، والضغط الخلفي للناشر، وفقدان الفلتر).
4. تقديم ظروف الهواء المدخل : درجة الحرارة القصوى، الحد الأقصى للرطوبة النسبية، وأي ملوثات موجودة.
5. طلب أ منحنى كفاءة الأسلاك إلى الهواء عبر نطاق التدفق الكامل - وليس فقط عند نقطة التصميم المقدرة، حيث تبدو جميع الشركات المصنعة في حالة جيدة.
6. وضح متطلبات الضوضاء لبيئة التثبيت. اطلب بيانات مستوى طاقة الصوت (LW)، وليس فقط مستوى ضغط الصوت (LP)، الذي يعتمد على مسافة القياس.

تتيح ورقة المواصفات الكاملة المشتركة مع العديد من الموردين إجراء مقارنة فنية وتجارية دقيقة. يؤدي الاعتماد على بيانات الكتالوج وحدها في كثير من الأحيان إلى عدم التطابق بين الأداء المقدم والمتوقع.