Keď čepele a ventilátor papierového pohára sú vyrobené priamo z celého papierového kelímka (a nie rezaním na jednotlivé čepele), dizajn a efekt vyváženia sú ovplyvnené mnohými faktormi. Aj keď je táto metóda jednoduchá, je potrebné zvážiť veľa technických detailov, najmä ak sa má zabezpečiť stabilita a účinnosť ventilátora v skutočnej prevádzke. Nasleduje podrobná analýza tohto dizajnu a efektu vyváženia.
Samotný tvar papierového pohára je zvyčajne kužeľovitý alebo rovný a takáto štruktúra má určitú symetriu v dizajne. Pri použití papierového pohára ako lopatky ventilátora je v prvom rade potrebné vyriešiť, ako efektívne využiť jej tvar a materiál na vytvorenie efektívneho dizajnu lopatky ventilátora.
Symetria papierového pohára umožňuje, aby teoreticky zostal vyvážený pri otáčaní. Keďže však papierový pohárik nie je špeciálne navrhnutý pre aerodynamické aplikácie, nemusí poskytovať rovnomerný výstup vetra počas rotácie. Pri navrhovaní je preto potrebné zvážiť, ako optimalizovať silu vetra úpravou tvaru pohára alebo využitím jeho prirodzenej podoby.
Ak sa papierový pohár používa ako lopatka ventilátora bez akéhokoľvek rezania, celý povrch papierového pohára sa použije ako celá jednotka lopatky. Výhodou tejto konštrukčnej metódy je, že zachováva pôvodnú štruktúru papierového pohára a znižuje asymetriu alebo nerovnováhu, ktorá môže byť spôsobená ľudskou činnosťou. To však tiež znamená, že účinok lopatiek ventilátora nemusí byť dostatočný na vytvorenie efektívneho prúdenia vzduchu.
Vyváženie papierového pohára ako celku pri otáčaní závisí od mnohých faktorov, vrátane jeho materiálu, tvaru, rozloženia hmotnosti a rýchlosti otáčania.
Rozloženie hmotnosti samotného papierového pohára je zvyčajne relatívne rovnomerné, najmä pri priemyselne vyrábaných papierových pohároch, ktoré sú navrhnuté s ohľadom na jednotnosť tvaru a hmotnosti. Preto, keď sa papierové poháre používajú ako lopatky ventilátora, ich vyváženie by malo byť dobré pri nízkych rýchlostiach bez dodatočného zaťaženia alebo rezania. Pri vysokých rýchlostiach však aj malé nerovnosti môžu spôsobiť citeľné vibrácie alebo nestabilitu.
Materiál papierových pohárov je vo všeobecnosti ľahký a mäkký a tento ľahký materiál sa môže pri vysokých rýchlostiach mierne deformovať, čo ovplyvňuje vyváženie ventilátora. Najmä pri vysokorýchlostnej rotácii sa tenké steny papierového pohárika môžu deformovať v dôsledku odporu vetra alebo odstredivej sily, čo má za následok asymetrické lopatky, čo následne ovplyvňuje celkovú rovnováhu rotácie.
Papierové poháre nie sú navrhnuté pre aerodynamiku a ich tvar a štruktúra nemusia nevyhnutne produkovať dostatočný objem vzduchu. Pri skutočnom použití môžu papierové poháre ako lopatky ventilátora ovplyvniť účinnosť prúdenia vzduchu v dôsledku zakrivenia steny pohára a nedostatočnej hladkosti povrchu. V tomto prípade, aj keď je papierový pohár fyzicky vyvážený, jeho aerodynamický výkon môže spôsobiť, že ventilátor pri otáčaní nedokáže generovať účinnú silu vetra.
Aj keď existujú určité výzvy v dizajne a vyvážení ventilátorov na papierové poháre, niektoré jednoduché optimalizačné metódy môžu zlepšiť ich výkon a stabilitu.
Aby ste zabránili deformácii papierového pohára pri otáčaní, môžete zvážiť pridanie podporných štruktúr na stenu pohára alebo použitie pevnejších materiálov na výrobu papierového pohára. To pomôže udržať tvar pohára a znížiť nerovnováhu spôsobenú deformáciou počas otáčania.
Ak sa rozhodnete rezať na papierovom pohári, aby ste vytvorili účinnejšiu čepeľ, môžete použiť presné nástroje a metódy, aby ste zabezpečili, že každý rez bude symetrický a jednotný. Po rezaní môžete skontrolovať vyváženie ventilátora prostredníctvom skutočných testov otáčania a na základe výsledkov testu vykonať jemné úpravy, aby ste zabezpečili stabilitu ventilátora počas prevádzky.
Efekt vyváženia ventilátorov papierových pohárov je vo všeobecnosti lepší pri nízkych rýchlostiach, ale môže byť nestabilný pri vysokých rýchlostiach. Preto riadením otáčok ventilátora a zabezpečením jeho prevádzky v miernom rozsahu možno predísť vibráciám a nerovnováhe spôsobenej vysokou rýchlosťou otáčania.
V skutočných aplikáciách závisí dizajn čepele a vyvažovací účinok ventilátora papierových pohárov od konkrétnych konštrukčných detailov a scenárov použitia. Pri nízkej rýchlosti a nízkej záťaži môžu ventilátory papierových pohárov zvyčajne vykazovať relatívne stabilný prevádzkový stav. Avšak v náročných aplikačných scenároch, ako keď je potrebný silný vietor alebo nepretržitá vysokorýchlostná rotácia, môžu prirodzené chyby materiálov papierových pohárov obmedziť ich výkon.
Navyše po dlhodobom používaní ventilátor papierového pohára môžu postupne stratiť rovnováhu a účinnosť v dôsledku únavy materiálu alebo opotrebovania. Preto je pri skutočnom dizajne často potrebné zvážiť nákladovú efektívnosť papierových pohárov s ich výkonom a zvážiť, či ich nie je potrebné nahradiť vhodnejšími materiálmi alebo konštrukčným prevedením.
Dizajn a vyvažovací efekt použitia papierových pohárikov priamo ako lopatiek ventilátora závisí vo veľkej miere od symetrie a materiálových vlastností papierových pohárikov. Pri nízkych rýchlostiach môže táto konštrukcia poskytnúť relatívne stabilný výkon, ale pri vysokých rýchlostiach alebo dlhodobom používaní sa môžu vyskytnúť problémy, ako je deformácia materiálu a nevyváženosť. Celkový výkon ventilátorov na papierové poháre možno zlepšiť vhodnou optimalizáciou dizajnu a testovaním a ladením, ale ich výkon je stále obmedzený vlastnými charakteristikami materiálov a tvarov papierových pohárov.
