Apakah hukum keserupaan?

Hukum afiniti (juga dipanggil hukum kipas atau hukum pam) ialah satu set tiga hubungan yang menggambarkan bagaimana aliran, turus/tekanan dan kuasa berubah dengan kelajuan putaran atau diameter pendesak untuk pam emparan, kipas dan turbin. Aliran berubah secara linear, turus berubah mengikut kuasa dua dan kuasa berubah mengikut kuasa tiga nisbah kelajuan.

Bilakah hukum keserupaan terpakai?

Hukum afiniti terpakai kepada pam emparan, kipas dan peniup yang beroperasi pada lengkung sistem tetap. Ia menganggap keadaan geometri yang serupa dan aliran tidak boleh dimampatkan. Ia berfungsi paling baik untuk perubahan kelajuan sehingga kira-kira ±30% dari titik reka bentuk.

Apakah batasan hukum keserupaan?

Hukum afiniti adalah anggaran. Ia tidak mengambil kira perubahan kecekapan pada keadaan luar reka bentuk, anjakan lengkung sistem, peronggaan atau kesan kebolehmampatan. Untuk perubahan kelajuan atau diameter yang besar (>30%), prestasi sebenar mungkin menyimpang dengan ketara daripada ramalan.

Bagaimanakah kawalan kelajuan VFD menjimatkan tenaga?

Oleh kerana kuasa berubah mengikut kuasa tiga kelajuan, pengurangan kelajuan yang kecil sekalipun menghasilkan penjimatan tenaga yang besar. Mengurangkan kelajuan sebanyak 20% mengurangkan penggunaan kuasa sebanyak kira-kira 49% (0.8³ = 0.512). Inilah sebabnya Pemacu Frekuensi Boleh Ubah (VFD) sangat kos efektif untuk kawalan aliran berbanding injap pendikit.

Apakah hubungan antara aliran dan tekanan?

Mengikut hukum afiniti, jika kelajuan berubah mengikut nisbah r, aliran berubah sebanyak r dan tekanan/turus berubah sebanyak r². Jadi, jika anda menggandakan kelajuan, aliran berganda tetapi tekanan meningkat empat kali ganda. Jika anda mengurangkan kelajuan separuh, aliran menjadi separuh tetapi tekanan menurun kepada satu perempat.

Alat Kejuruteraan Percuma

Kalkulator Hukum Afiniti

Kira aliran, turus/tekanan dan kuasa baharu apabila kelajuan pam atau kipas (atau diameter pendesak) berubah. Berdasarkan hukum afiniti pam emparan.

Pam & Kipas Kelajuan & Diameter Penjimatan VFD

Keputusan

Aliran Baharu Q₂

—

Kepala / Tekanan Baharu H₂

—

Kuasa Baharu P₂

—

Nisbah Kelajuan (n₂/n₁)

—

Nisbah Aliran (Q₂/Q₁)

—

Nisbah Kepala (H₂/H₁)

—

Nisbah Kuasa (P₂/P₁)

—

Tiga Hukum Perkaitan

Hukum afiniti mengaitkan kadar aliran, turus (tekanan), dan kuasa dengan perubahan dalam kelajuan putaran atau diameter pendesak untuk pam emparan, kipas dan peniup:

Dengan nisbah boleh sama ada n₂/n₁ (perubahan kelajuan) atau D₂/D₁ (perubahan diameter).

Perubahan Kelajuan vs. Perubahan Diameter

Hubungan matematik yang sama terpakai untuk kedua-dua perubahan kelajuan dan perubahan diameter pendesak:

Parameter	Perubahan Kelajuan	Perubahan Diameter
Aliran Q	Q₂ = Q₁ × (n₂/n₁)	Q₂ = Q₁ × (D₂/D₁)
Ketua H	H₂ = H₁ × (n₂/n₁)²	H₂ = H₁ × (D₂/D₁)²
Kuasa P	P₂ = P₁ × (n₂/n₁)³	P₂ = P₁ × (D₂/D₁)³

Penjimatan Tenaga VFD

Wawasan Utama: Kuasa berbeza-beza mengikut kubus kelajuan. Pengurangan kelajuan 20% menjimatkan kira-kira 49% kuasa (0.8³ = 0.512). Inilah sebabnya Pemacu Frekuensi Boleh Ubah (VFD) merupakan salah satu langkah penjimatan tenaga yang paling kos efektif untuk pam dan kipas.

Pengurangan Kelajuan	Pengurangan Aliran	Pengurangan Kepala	Penjimatan Kuasa
10%	10%	19%	27%
20%	20%	36%	49%
30%	30%	51%	66%
40%	40%	64%	78%
50%	50%	75%	88%

Contoh Praktikal

Contoh — Peningkatan Kelajuan Pam Emparan

Diberi: n₁ = 1450 RPM, n₂ = 1750 RPM, Q₁ = 100 m³/j, H₁ = 25 m, P₁ = 7.5 kW

Nisbah kelajuan r = 1750 / 1450 = 1.2069

Q₂ = 100 × 1.2069 = 120.7 m³/j

H₂ = 25 × 1.2069² = 36.4 meter

P₂ = 7.5 × 1.2069³ = 13.2 kW

⚠️ Had: Hukum afiniti mengandaikan kecekapan malar, keadaan geometri yang serupa dan aliran tak boleh mampat. Bagi perubahan kelajuan melebihi ±30%, prestasi sebenar mungkin menyimpang dengan ketara. Hukum pemangkasan pendesak kurang tepat berbanding hukum perubahan kelajuan — sentiasa sahkan dengan lengkung pengilang.

Hukum keserupaan (juga dipanggil hukum kipas atau hukum pam) ialah tiga hubungan untuk mesin empar:

Aliran berubah secara linear dengan kelajuan: Q₂ = Q₁ × (n₂/n₁)
Turus/Tekanan berubah mengikut kuasa dua: H₂ = H₁ × (n₂/n₁)²
Kuasa berubah mengikut kuasa tiga: P₂ = P₁ × (n₂/n₁)³

Nisbah yang sama terpakai apabila diameter pendesak berubah dan bukannya kelajuan.

Hukum keserupaan terpakai kepada:

Pam empar, kipas, penghembus dan turbin
Operasi pada lengkung sistem yang tetap
Keadaan aliran yang serupa secara geometri
Bendalir tak boleh mampat (cecair, udara berkelajuan rendah)

Hukum ini paling sesuai untuk perubahan kelajuan sehingga ±30% daripada titik reka bentuk. Hukum ini tidak terpakai kepada pam sesaran positif atau pemampat salingan.

Batasan utama:

Hukum ini mengandaikan kecekapan tetap — pada hakikatnya, kecekapan berubah pada titik operasi di luar titik reka bentuk
Perubahan kelajuan yang besar (>30%) boleh menyebabkan penyimpangan yang ketara
Hukum pemangkasan pendesak kurang tepat berbanding hukum perubahan kelajuan
Tidak sah untuk aliran boleh mampat pada nombor Mach yang tinggi
Tidak mengambil kira kesan peronggaan (NPSH)
Perubahan lengkung sistem (contohnya pendikitan injap) menjadikan ramalan tidak sah

Oleh sebab kuasa berubah mengikut kuasa tiga kelajuan, pengurangan kelajuan yang kecil sekalipun menghasilkan penjimatan tenaga yang besar:

Pengurangan kelajuan 10% → penjimatan kuasa 27%
Pengurangan kelajuan 20% → penjimatan kuasa 49%
Pengurangan kelajuan 30% → penjimatan kuasa 66%
Pengurangan kelajuan 50% → penjimatan kuasa 88%

VFDs (pemacu frekuensi boleh ubah) memanfaatkan hubungan kuasa tiga ini, menjadikannya jauh lebih cekap daripada injap pendikit untuk kawalan aliran. Tempoh pulangan modal yang lazim ialah 6–18 bulan.

Untuk nisbah perubahan kelajuan tertentu r:

Aliran berubah dengan faktor r (linear)
Tekanan/turus berubah dengan faktor r² (kuadratik)

Jadi, jika anda menggandakan kelajuan (r=2), aliran berganda tetapi tekanan menjadi empat kali ganda (4×). Jika anda mengurangkan kelajuan kepada separuh (r=0.5), aliran menjadi separuh tetapi tekanan turun kepada 25%. Hubungan tak linear ini penting untuk memahami tingkah laku sistem pam dan kipas.

Prosedur yang diterangkan pada halaman ini telah dibangunkan dan diuji di lapangan oleh pasukan Vibromera menggunakan Balanset-1A, iaitu pengimbang dua saluran mudah alih dan penganalisis getaran untuk pengimbangan rotor di tapak.