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送風機並聯與串聯的怪事

日期:2020-09-20 03:36
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摘要:

:我們這一家化學工廠*近生意特別好,產品總是供不應求。面對著這麼一個大好的機會,總經理提出了「生產倍增」的計劃,要我們工程部門迅速達成。在我們生產的製程之中,本來使用一部100HP的送風機輸送空氣進入反應塔中作用(事實上需要的是空氣中的氧氣),送風機的性能是:風量=600m3/min,靜壓=400mmAq。在產量需要加倍的要求下,當然空氣量也需加倍,於是我們再增購一部性能完全一樣的送風機,把它的出口接到原來送風機的出口管道附近,也就是兩部送風機並聯在一起使用,以期獲得加倍的空氣量。可是結果相當出乎我們的意料之外,空氣量不僅不到加倍,依我們的經驗判斷,似乎連50%都沒增加到。請問這到底是怎麼一回事呢?明明我們用了兩部100HP的送風機,所花費的電力也加倍了,可是送風量卻增加不到一半。依照能量不滅定律來說,這似乎是不可能的事,能量怎麼會自動消滅了呢?也有人說我們採用「並聯」的方法不對,應該要採用「串聯」才可以,可是要增加風量還是採用並聯才應該吧!*後我想請教到底要怎樣才能達到「生產倍增」的目的呢?

答:首先非常抱歉地告訴您,依您們現在所採取的方法,這「生產倍增」的計劃幾乎是無法達成的。即使達成了的話,也會變成毫無意義。除非您們再花上建一個新廠的投資費,否則每單位產品的成本只有變得越來越高,越來越不經濟而已,*後一噸產品的成本恐怕要比售價高出一大截了。

讓我們來看看您這部送風機的「運轉點」,假如送風系統的入口與出口都與大氣連通的話,那麼運轉點必定在圖1中的A點,也就是送風機性能曲線與管路阻力曲線的交點。

其次,讓我們來看看並聯(Parallel)的情形。因為這兩部送風機的性能完全相同,因此並聯後的性能即如圖2中的V曲線,也就是同一靜壓下風量加倍的曲線。而此時送風管路以及其他反應塔、過濾器等等並未改變,因此管路阻力曲線仍然相同,即如圖2中的「曲線(拋物線),由圖中我們可看出並聯後之運轉點為B點,其風量僅達750m3/min,因此您在問題中所敘述的情形完全正確,風量根本達不到加倍的目的。

至於有人建議改採串聯(Series)的情形,則如圖3所示,串聯後的性能變成W曲線,也就是同一風量下靜壓加倍;此時運轉點變為C點,所能送出的風量事實上與並聯的情形不相上下。至於何者風量較大或會大多少,就要有真正的送風機性能數值才能正確作圖求出,在這裡的U曲線只屬臆測隨手畫出而已。

還有您所提到的能量不滅定律在此並不違背,因為管路的阻力損失是與流速的平方成正比增加,如果風量真的達到加倍的話,阻力就會變成四倍了,而不是原來所預期的二倍。您所懷疑的那一部份電力都因管路的摩擦損失,轉變成熱消散掉了。能量並未無中生有或有中變無。

*後,談到要怎麼辦才能達到生產倍增的目的。我們可由圖4中看出,在並聯的情況下,只要管路阻力曲線能降為M曲線的話,就可達到加倍的風量;此時惟有把所有的管路以及反應塔、過濾器等全部改製成較大的尺寸。換句話說,也就是重建一座加倍產量的工場設備而捨棄目前已有的工場。**個辦法是,製造另一個與現有者相同的設備,然後合起來並聯使用,這又等於是重建另一座同規模的工廠一樣。*後一個辦法就是硬碰硬,採用性能曲線通過E點的送風機,即如圖中的K曲線,但此時所需要的馬力變成800HP了,這顯然是不合經濟原則的。

綜而言之,我們可以下結論說,只靠增添送風機或水泵等流體機械與動力機械而想達到生產倍增的計劃是不切實際的。頂多增產二、三成可能還有利潤,如果再想增加恐怕是會變成賠錢的。請您三思!

 

 

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