محركات مراوح الثلاجات في مرافق التخزين البارد: أداءٌ مستقرٌ

لماذا تؤثر موثوقية محرك مروحة الثلاجة تأثيراً مباشراً على وقت تشغيل التخزين البارد

اختبار الإجهاد التشغيلي ضمن نطاق درجات الحرارة من -٢٥°م إلى +٥°م: كيف يؤدي فشل المروحة إلى توقف متسلسل

تواجه محركات المراوح الموجودة داخل الثلاجات تحديات جسيمة ناتجة عن التقلبات المستمرة في درجات الحرارة بين سالب ٢٥ درجة مئوية وواحدة زائد ٥ درجات مئوية. وتؤدي هذه الظروف إلى انكماش الأجزاء المعدنية في الوقت الذي تزداد فيه لزوجة مواد التشحيم العادية بشكل كبير، مما يُحدث ضغطًا إضافيًّا على الأجزاء المتحركة. وعندما يتوقف أحد المحركات عن العمل بشكل سليم، فإن ذلك يُخلّ بالنمط الطبيعي لتوزيع الهواء ويُسبّب ظهور مناطق ساخنة في أماكن مختلفة. ونتيجةً لذلك، يضطر الضواغط إلى بذل جهد أكبر من المعتاد، ما يؤدي إلى استهلاك كهرباء يزيد بنسبة تتراوح بين ١٥٪ وربما تصل إلى ٢٠٪، كما يسبب تكوّن طبقة صقيع أسرع من المعتاد. وبمرور بضع ساعات فقط، تبدأ كل هذه الطبقات الجليدية في التسبب في مشكلات ضغطٍ تنتشر في جميع أنحاء النظام. وفي النهاية، تؤدي هذه المشكلات إما إلى أعطال في الضواغط أو إلى تشغيل مفرط لأنظمة إزالة الصقيع. ووفقًا لمختلف الدراسات التي أجراها مهندسو الحرارة، فإن نحو ثلاثة من أصل أربعة أعطال رئيسية في النظام تبدأ فعليًّا بمشكلة بسيطة في المحرك، ثم تتفاقم تدريجيًّا حتى تصبح درجات الحرارة في المنشأة بأكملها غير مستقرةٍ بشكل خطير.

تسليط الضوء على بيانات الحقل: يرتبط ٦٨٪ من حالات توقف غرف التبريد غير المخطط لها بتدهور محرك مروحة الثلاجة (استبيان ASHRAE لعام ٢٠٢٣)

وفقًا لاستبيان حديث أجرته جمعية مهندسي التبريد والتكييف الأمريكية (ASHRAE) شمل ٤١٢ منشأة لتخزين المواد الباردة في جميع أنحاء البلاد، فإن نحو ثلثي حالات انقطاع التيار الكهربائي غير المتوقعة تعود فعليًّا إلى مشكلات تتعلَّق بمحركات مراوح أنظمة التبريد. وتتولى هذه المحركات مسؤولية الحفاظ على استقرار درجات الحرارة داخل هذه المنشآت. وعند حدوث أعطال، يُعزى ما نسبته حوالي ٤٢٪ من حالات التعطُّل إلى انسداد المحامل، بينما تشكِّل الشقوق التي تظهر في عزل لفات المحرك نحو ٣١٪ من مجموع الأعطال. وكلا المشكلتين تتفاقم مع مرور الوقت بسبب التآكل الناجم عن تراكم الرطوبة أثناء عمليات إزالة الصقيع الروتينية. أما المنشآت التي لم تستخدم مواد تشحيم خاصة مصمَّمة للعمل في درجات حرارة منخفضة جدًّا، فقد سجَّلت عدد انقطاعات يقارب ثلاثة أضعاف عدد الانقطاعات المسجَّلة في المنشآت التي تعتمد حلولًا هندسيةً مناسبةً للظروف الجوية الباردة. والنتيجة النهائية؟ إن كل تحسُّن بنسبة ١٠٪ في موثوقية المحرك يؤدي عادةً إلى خسارة أقل بنسبة ١٤٪ في المنتجات نتيجة التلف. وهذا يُحدث فرقًا حقيقيًّا في تكاليف التشغيل وجهود الوقاية من هدر المواد الغذائية.

المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة: المواد، والتشحيم، وسلامة المحامل لمراوح محركات الثلاجات

الانتقال الطوري للمادة التشحيمية وانغلاق المحمل: وضع الفشل الخفي عند درجات حرارة أقل من -18°مئوية

عندما تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون -18°م، تبدأ الشحوم العادية في تغيير خصائصها بطريقة تؤثر سلبًا جدًّا على محركات مراوح الثلاجات. فتصبح هذه الشحوم أكثر كثافةً فجأةً، وتقترب من التصلب جزئيًّا، وتفقد قدرتها على التدفق بشكلٍ صحيح. وهذا يعني أن المحامل لم تعد تتلقى التزييت الكافي، ما يؤدي إلى حالات خطيرة من احتكاك المعدن بالمعدن داخل المحرك. ووفقًا لبعض الأبحاث المنشورة في مجلة «ماشينري لوبريكشن» (Machinery Lubrication)، يمكن أن تؤدي هذه الظروف إلى مضاعفة عزم الدوران المطلوب للتشغيل ثلاث مرات، مما يؤدي غالبًا إلى انسداد المحامل وانهيار المحرك بالكامل. أما بالنسبة لأولئك العاملين مع المعدات في البيئات شديدة البرودة، فإن استخدام مواد تشحيم صناعية تعمل عند درجات حرارة تصل إلى حوالي -40°م أو أقل أمرٌ بالغ الأهمية. فهذه الشحوم الخاصة تظل تتدفق بسلاسة حتى في أشد درجات البرودة الخارجية، وتشكّل أغشية واقية على المكونات تمنع حدوث معظم هذه الأعطال تمامًا.

رسم خريطة هشاشة المادة: أغلفة البوليمر ABS مقابل أغلفة البوليمر PBT عند درجة حرارة -30°م (التحقق وفق معيار شركة «أندررايتورز لابوراتوريز» UL 60335-2-80)

يُعد اختيار البوليمر عاملًا حاسمًا في مقاومة محرك المروحة للظروف القاسية ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًّا. وتُظهر اختبارات التحقق وفق معيار UL 60335-2-80 عند درجة حرارة -30°م فروقًا كبيرة في الأداء:

تحافظ البنية البلورية لمادة PBT على مرونتها ومقاومتها للصدمات عند درجة حرارة -30°م، ما يمكنها من امتصاص إجهادات الانكماش الحراري دون أن تنكسر. وبذلك تمنع تفكك الغلاف — وهي ظاهرة قد تعرّض مكونات المحرك الداخلية للرطوبة والملوثات والتآكل المتسارع.

حماية التسلل ومقاومة التكثيف في تصميم محرك مروحة الثلاجات

مقارنة بين تصنيف الحماية IP55 وIP68 في ظروف دورة التجميد: لماذا لا تكفي حماية التسلل وحدها لضمان طول عمر المنتج

تُقيِّم تصنيفات الحماية من الغبار والماء (IP) مدى كفاءة المعدات في حمايتها من الغبار والماء، لكنها تتجاهل بعض القضايا الأساسية عند تطبيقها في البيئات الخاضعة لدورات التجمُّد. فعلى سبيل المثال، يوفِّر التصنيف IP55 حمايةً من الغبار ويتحمَّل رشَّ الماء ذا الضغط المنخفض. أما التصنيف IP68 فيقدِّم حمايةً كاملةً من الغبار، ويمكنه تحمل الغمر المستمر في الماء. ومع ذلك، تزداد الأمور تعقيدًا في مرافق التخزين البارد، حيث تتقلَّب درجات الحرارة ذهابًا وإيابًا بين سالب ٢٥ درجة مئوية وموجب ٥ درجات مئوية. وتؤدي هذه التقلبات في درجات الحرارة إلى دورات تكاثف وتجمُّد تُسبِّب تآكلًا تدريجيًّا في الحشوات المانعة للتسرب. وحتى المعدات الحاصلة على أعلى تصنيفات حماية IP ليست في مأمنٍ من دخول كميات ميكروسكوبية من الماء إلى داخلها، والتي تتجمَّد لاحقًا مُسبِّبةً أضرارًا بالمحامل ولَفَّات المحرك مع مرور الوقت. وتشير التقارير الصناعية إلى أن معدل الفشل يصل إلى نحو ٤٠٪ بين المحركات الحاصلة على تصنيف IP68 بعد ثلاث سنوات فقط من التشغيل في المناطق المعرَّضة لمشاكل التجمُّد، وذلك بسبب التآكل الناجم عن التكاثف. ولضمان الأداء طويل الأمد الفعلي، يجب على المصنِّعين دمج إجراءات إضافية للتحكم في الرطوبة تتجاوز حدود الحماية القياسية المحددة في تصنيفات IP. ومن الحلول المتاحة: طلاءات كارهة للماء تُطبَّق داخل المكونات، وصمامات توازن الضغط، واستخدام مواد مقاومة للتآكل.

كفاءة الطاقة وعمر الخدمة: مقارنة بين محركات المراوح التبريدية التيار المتناوب والتيار المستمر

المحركات التحريضية بدون فرشاة والتيار المستمر: استهلاك أقل بنسبة ٤٢٪ في وضع الاستعداد للطاقة، ومتوسط زمن التشغيل بين الأعطال أعلى بـ ٣,٢ مرة مقارنةً بالمحركات التحريضية التيار المتناوب (معيار وزارة الطاقة الأمريكية لعام ٢٠٢٤)

في مرافق التخزين البارد التي تعمل بشكل مستمر دون توقف، تبرز محركات التيار المستمر بدون فرشاة (DC brushless) بوضوح من حيث الكفاءة والموثوقية. ووفقًا لبعض البيانات الحديثة الصادرة عن وزارة الطاقة الأمريكية في تقريرها لعام 2024، فإن هذه المحركات تستهلك بالفعل طاقة انتظار أقل بنسبة تقارب ٤٢٪ مقارنةً بالمحركات التحريضية التقليدية للتيار المتردد (AC induction motors). ويحقّق ذلك بفضل أنظمة التبديل الإلكتروني المتطورة والمغناطيسات الدائمة التي تقلل من هدر الطاقة عند تغيُّر السرعات. وما يزيد من تميُّز هذه المحركات هو طول عمرها التشغيلي بين الأعطال؛ إذ يبلغ متوسط عمرها التشغيلي قبل حدوث العطل نحو ثلاثة أضعاف عمر المحركات الأخرى. ويعود ذلك إلى غياب الفُرَش (brushes) والمحولات (commutators) التي تتآكل تدريجيًّا مع مرور الزمن. وكل ذلك يؤدي إلى تقليل تراكم الحرارة داخل غلاف المحرك، ما يساعد على حماية العزل المحيط باللفائف ويمنع انسداد المحامل في درجات الحرارة المنخفضة جدًّا. وبلا شك، قد تكون التكلفة الأولية لهذه المحركات أعلى نسبيًّا مقارنةً بالخيارات الأخرى، لكن معظم المشغلين يجدون أن التوفير الناتج عن فواتير الكهرباء بالإضافة إلى إلغاء الحاجة إلى أعمال الإصلاح المتكررة يُغطي عادةً التكلفة الأولية خلال فترة تتراوح بين سنتين وثلاث سنوات بعد التركيب.

أسئلة شائعة

لماذا تُعتبر موثوقية محرك المروحة حاسمةً في مرافق التخزين البارد؟

تُعتبر موثوقية محرك المروحة حاسمةً لأنها تؤثر مباشرةً على استقرار درجة الحرارة، وعبء العمل الواقع على الضاغط، والكفاءة الطاقوية العامة. وقد تؤدي أعطال المحرك إلى زيادة استهلاك الكهرباء، ومشكلات التجمُّد، وانقطاع النظام بالكامل، مما يهدِّد جودة المنتجات ويزيد من التكاليف التشغيلية.

ما أنواع الزيوت التشحيمية الموصى بها لمحركات مراوح التبريد العاملة في درجات حرارة منخفضة؟

يُوصى باستخدام زيوت تشحيمية صناعية تظل فعّالة عند درجات حرارة تصل إلى -٤٠°م أو أقل. وتُحافظ هذه الزيوت على خصائص تدفُّقها في الظروف الباردة القصوى، مما يضمن حماية المكونات وتشغيلها بشكلٍ مستمر.

لماذا تُفضَّل أغلفة مادة PBT على أغلفة مادة ABS في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية؟

تتميَّز أغلفة مادة PBT بمقاومة أفضل للصدمات ومدى إطالة أعلى عند نقطة الكسر وقدرة أكبر على مقاومة انتشار الشقوق مقارنةً بأغلفة مادة ABS، ما يجعلها أكثر متانةً وفعاليةً في تحمل إجهادات الانكماش الحراري عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -٣٠°م.

ما هي محركات التيار المستمر بدون فرشاة وكيف تفيد عمليات التخزين البارد؟

تستخدم محركات التيار المستمر بدون فرشاة التبديل الإلكتروني والمغناطيسات الدائمة، مما يوفر كفاءة أعلى من خلال خفض استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد بنسبة تصل إلى ٤٢٪ تقريبًا، وتوفير عمر افتراضي أطول بثلاث مرات تقريبًا مقارنةً بمحركات التحريض الكهربائي المتناوب. وينتج عن ذلك وفورات في تكاليف الطاقة والصيانة.