حساب انتقال الحرارة وتدابير التحكم في درجة الحرارة لغلاف محمل مضخة الحريق

لتحديد سبب تباين درجات حرارة مساكن المحامل في مضخات الحريق، أظهرت الحسابات العددية لنقل الحرارة المتلازم (CHT) عبر المساكن أن الفقد الحجمي هو العامل الرئيسي المؤثر على تسخين مساكن المحامل. وقد أدّى هذا التبصر إلى إجراء تحسينات في الأبعاد الهيكلية للمضخة. في مضخة اللفافة بمخدّة الفحص الآلي لمضخات الحريق، ينبغي أن تتطابق الخطّ الوسطى لمخرج المروحة—التي تُعرَف بأنها الخطّ الوسطى لعرض مخرج المروحة—مع الخطّ الوسطى لمدخل اللفافة. وفي حال حدوث عدم تطابق، يجب التعديل عن طريق إدخال حشوات بين محور المروحة وكتف العمود. ويجب الحفاظ على الخطّين الوسطيين ضمن نطاق تفاوت يبلغ 0.5 ملم. بالنسبة للمضخات ذات السرعة النوعية العالية، فإن الانحرافات الطفيفة لها تأثير ضئيل على الأداء. أما بالنسبة للمضخات ذات السرعة النوعية المتوسطة إلى المنخفضة والتي تمتلك مخارج ضيقة للمروحة (مثل عرض مخرج 10 ملم)، فإن انحرافًا قدره 1 ملم عن الخطّ الوسطى لللفافة يؤثّر بشكل كبير على أداء مضخة الحريق. بعد إجراء التعديل، يُوصَى بالتحكم في الانحراف بين الخطّين الوسطيين (المروحة واللفافة) بحيث لا يتجاوز 5% من عرض مخرج المروحة. يجب فحص وضبط الحشيات في خزانة التحكم الخاصة بمضخة الحريق، واستبدالها عند الحاجة. كما يجب ضبط الختم الميكانيكي (يرجى الاطلاع على تعليمات الشركة المصنّعة المرفقة مع المضخة أو استشارة الشركة المصنّعة). أثناء صيانة مضخات الحريق الأفقية، يُعدّ تشخيص الأعطال خطوةً حيويةً. وفيما يلي عدة أعطال شائعة وحلولها لتسهيل عملية تحديد الأعطال بشكل دقيق. تتميز معدات رفع الهواء بوحدة تحكم متقدمة متعددة الوظائف قابلة للبرمجة، وتعرض حالة التشغيل على الشاشة، وتقبل إشارات الحريق المختلفة، ويمكنها الارتباط بمراكز التحكم في الحرائق. تتيح خزانة الفحص الآلي لمضخات الحريق زيادة أو تقليل مراحل المضخة دون تغيير مساحة التركيب، وذلك من خلال تقليص القطر الخارجي للمروحة لتحقيق المواصفات المطلوبة. وتُعدّ هذه الإمكانية فريدة من نوعها بين المضخات. تمتاز مضخات الحريق الأفقية بهيكل مدمج ومساحة تركيب صغيرة وتصميم جذاب. كما أن تكوينها العامودي يقلل من مساحة التركيب، إذ يقع مركز الثقل في منتصف قاعدة المضخة، مما يعزز ثبات التشغيل ويطيل عمر الخدمة.

غالبًا ما تزداد درجة حرارة مساكن المحامل في مضخات الحريق الكبيرة أثناء التشغيل، لتصل إلى درجات حرارة تتجاوز 70 درجة مئوية. ويؤدي ارتفاع الحرارة الزائد إلى تدهور أداء مواد التشحيم. تشير نتائج الاختبارات إلى وجود تباين كبير في درجات الحرارة القصوى للتشغيل حتى ضمن دفعة واحدة من المنتج نفسه. ولا تنجح عمليات تعديل أنواع المحامل أو فواصل محامل الدفع الشعاعية في التحكم في درجات الحرارة المحيطة. لذلك، فإن تحديد السبب الجذري للتقلبات الحرارية وتنفيذ إجراءات تحكم فعالة أمران ضروريان. كشفت عمليات المحاكاة العددية لنقل الحرارة المتلازم (CHT) في مساكن المحامل عن ارتفاع درجات الحرارة بشكل مفرط باعتباره السبب الرئيسي. ويمكن تقسيم مشكلات نقل الحرارة المتلازم إلى مجالين حسابيين: المنطقة المملوءة بالسوائل والمنطقة الصلبة. وتنتقل الطاقة بين هذين المجالين عبر عمليات الانتشار. وفيما يتعلق بالطرق الحسابية، فإن طريقة العناصر المحدودة (FEM) مناسبة جدًا لمشكلات نقل الحرارة الصلبة النقية. أما بالنسبة لمشكلات نقل الحرارة المتلازم التي تتضمن سوائل، فإن طريقة الحجم المحدود (FVM) المستندة إلى طريقة العناصر المحدودة تثبت فعاليتها بشكل أكبر. تستخدم هذه الدراسة طريقة الحجم المحدود الزمنية التبعية.

1. تحليل نتائج حسابات انتقال الحرارة

تم إغفال تأثير الزيت على انتقال الحرارة وتأثير كثافة الهواء على انتقال الحرارة. تُظهر هذه المشكلة تماثلًا محوريًا. وبالتالي، يمكن حساب المنطقتين A وB باعتبارهما سطحيْن مروحيْن، حيث يرمز A وB إلى مواقع تثبيت المحمل، ويمثل الإطار السلكي الماء، بينما يشكّل الجزء المتبقي الغلاف. تشمل حدود انتقال الحرارة مناطق التلامس بين الجسم والعمود/الغلاف، وكذلك بين العمود والهواء. يعرض الشكل 2 النتائج الحسابية، حيث تشير الألوان الدافئة إلى درجات حرارة مرتفعة، والألوان الباردة إلى درجات حرارة منخفضة. رغم أن أجهزة الكمبيوتر تتمتع بقدرات قوية في التحليل الحسابي، إلا أن المشكلات الهندسية في العالم الحقيقي قد تكون معقدة، وتظهر المعلمات الحسابية ذات الصلة بعض التشابهات. يؤثر ذلك على دقة الحسابات ويجب فهمه تمامًا أثناء العمليات الحسابية. عند تحليل النتائج، يجب الانتباه إلى تأثير عدم اليقين في شروط الحدود. عند حساب انتقال الحرارة داخل غلاف المحمل، يشير انتقال الحرارة بالحمل الحراري للماء إلى الحمل الحراري القسري الناجم عن الفاقد الحجمي للمضخة. يرتبط معامل انتقال الحرارة بالفاقد الحجمي للمضخة، ويجب التحكم فيه من خلال التصميم. ومع ذلك، فإن الانحرافات الأبعادية أثناء التصنيع تؤدي إلى عدم يقين في الفاقد الحجمي، مما يسبب عدم يقين في معامل انتقال الحرارة للماء. تشير النتائج إلى تباين كبير في معاملات انتقال الحرارة. بالنسبة لمضخات الحريق ذات السرعة النوعية NS = 76، تتراوح معاملات انتقال الحرارة للتدفق عادةً بين 390 و1240 واط/م²·°مئوي عندما يتراوح الكفاءة الحجمية بين 90% و98%. أما انتقال الحرارة بالحمل الحراري للهواء، فهو يمثل انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي. يعتمد معامل انتقال الحرارة الخاص به على البيئة المحيطة بالمضخة، مما يُدخل عدم يقينًا طبيعيًا.