Kādi ir afinitātes likumi?

Afinitātes likumi (saukti arī par ventilatora likumiem vai sūkņa likumiem) ir trīs attiecību kopums, kas apraksta, kā plūsma, spiediens/galva un jauda mainās atkarībā no rotācijas ātruma vai lāpstiņriteņa diametra centrbēdzes sūkņiem, ventilatoriem un turbīnām. Plūsma mainās lineāri, spiediens mainās kā kvadrāts, un jauda mainās kā ātruma attiecības kubs.

Kad ir spēkā afinitātes likumi?

Afinitātes likumi attiecas uz centrbēdzes sūkņiem, ventilatoriem un pūtējiem, kas darbojas ar fiksētu sistēmas līkni. Tie pieņem ģeometriski līdzīgus apstākļus un nesaspiežamu plūsmu. Tie vislabāk darbojas ātruma izmaiņām līdz aptuveni ±30% no projektēšanas punkta.

Kādi ir afinitātes likumu ierobežojumi?

Afinitātes likumi ir aptuvenas vērtības. Tie neņem vērā efektivitātes izmaiņas ārpus projektēšanas apstākļiem, sistēmas līknes nobīdes, kavitāciju vai saspiežamības efektus. Lielu ātruma vai diametra izmaiņu gadījumā (>30%) faktiskā veiktspēja var ievērojami atšķirties no prognozēm.

Kā VFD ātruma kontrole ietaupa enerģiju?

Tā kā jauda mainās atkarībā no ātruma kuba, pat neliela ātruma samazināšana nodrošina lielu enerģijas ietaupījumu. Ātruma samazināšana par 20% samazina enerģijas patēriņu par aptuveni 49% (0,8³ = 0,512). Tāpēc mainīgas frekvences piedziņas (VFD) ir ļoti rentablas plūsmas kontrolei salīdzinājumā ar droseļvārstiem.

Kāda ir saistība starp plūsmu un spiedienu?

Saskaņā ar afinitātes likumiem, ja ātrums mainās par attiecību r, plūsma mainās par attiecību r un spiediens/spiediens mainās par attiecību r². Tātad, ja ātrumu dubulto, plūsma dubultojas, bet spiediens četrkāršojas. Ja ātrumu samazina uz pusi, plūsma samazinās uz pusi, bet spiediens samazinās līdz vienai ceturtdaļai.

Bezmaksas inženiertehniskais rīks

Afinitātes likumu kalkulators

Aprēķiniet jauno plūsmu, spiedienaugstumu/spiedienu un jaudu, mainoties sūkņa vai ventilatora ātrumam (vai lāpstiņriteņa diametram). Pamatojoties uz centrbēdzes sūkņa afinitātes likumiem.

Sūkņi un ventilatori Ātrums un diametrs VFD ietaupījumi

Sākotnējais ātrums (apgr./min.)

Jauns ātrums (apgr./min.)

Sākotnējā plūsma Q₁ (m³/h, galoni minūtē, kubikpēdas minūtē…)

Sākotnējais spiediens/spiediens H₁ (m, pēdas, collas…)

Oriģinālā jauda P₁ (kW, ZS…)

Ātrie iestatījumi

Rezultāti

Jaunā plūsma Q₂

—

Jauns spiediens/galva H₂

—

Jauna jauda P₂

—

Ātruma attiecība (n₂/n₁)

—

Plūsmas attiecība (Q₂/Q₁)

—

Galvas attiecība (H₂/H₁)

—

Jaudas attiecība (P₂/P₁)

—

Trīs afinitātes likumi

Afinitātes likumi saista plūsmas ātrumu, spiedienu un jaudu ar centrbēdzes sūkņu, ventilatoru un pūtēju rotācijas ātruma vai lāpstiņriteņa diametra izmaiņām:

Kur attiecība var būt vai nu n₂/n₁ (ātruma izmaiņa), vai D₂/D₁ (diametra izmaiņa).

Ātruma maiņa pret diametra maiņu

Gan ātruma izmaiņām, gan lāpstiņriteņa diametra izmaiņām piemērojamas vienas un tās pašas matemātiskās sakarības:

Parametrs	Ātruma maiņa	Diametra maiņa
Plūsmas Q	Q₂ = Q₁ × (n₂/n₁)	Q₂ = Q₁ × (D₂/D₁)
H galva	H₂ = H₁ × (n₂/n₁)²	H₂ = H₁ × (D₂/D₁)²
Jauda P	P₂ = P₁ × (n₂/n₁)³	P₂ = P₁ × (D₂/D₁)³

VFD enerģijas ietaupījums

Galvenā atziņa: Jauda mainās atkarībā no kubs ātruma. Ātruma samazināšana par 20% ietaupa aptuveni 49% jaudas (0,8³ = 0,512). Tāpēc mainīgas frekvences piedziņas (VFD) ir viens no izmaksu ziņā visefektīvākajiem enerģijas taupīšanas pasākumiem sūkņiem un ventilatoriem.

Ātruma samazināšana	Plūsmas samazināšana	Galvas samazināšana	Enerģijas taupīšana
10%	10%	19%	27%
20%	20%	36%	49%
30%	30%	51%	66%
40%	40%	64%	78%
50%	50%	75%	88%

Praktisks piemērs

Piemērs — centrbēdzes sūkņa ātruma palielināšana

Ņemot vērā: n₁ = 1450 RPM, n₂ = 1750 RPM, Q₁ = 100 m³/h, H₁ = 25 m, P₁ = 7.5 kW

Ātruma attiecība r = 1750 / 1450 = 1,2069

Q₂ = 100 × 1,2069 = 120,7 m³/h

H₂ = 25 × 1,2069² = 36,4 m

P₂ = 7,5 × 1,2069³ = 13,2 kW

⚠️ Ierobežojumi: Afinitātes likumi pieņem nemainīgu efektivitāti, ģeometriski līdzīgus apstākļus un nesaspiežamu plūsmu. Ātruma izmaiņām, kas pārsniedz ±30%, faktiskā veiktspēja var ievērojami atšķirties. Lāpstiņriteņa regulēšanas likumi ir mazāk precīzi nekā ātruma izmaiņu likumi — vienmēr pārbaudiet ar ražotāja līknēm.

Šajā lapā aprakstītās procedūras izstrādāja un lauka apstākļos pārbaudīja Vibromera komanda, izmantojot Balanset-1A — pārnēsājamu divkanālu balansētāju un vibrāciju analizatoru rotoru balansēšanai uz vietas.