Amikor a pengék a papírpohár ventilátor közvetlenül a teljes papírpohárból készülnek (nem pedig az egyes pengékké való vágással), a kialakítást és az egyensúlyi hatást számos tényező befolyásolja. Bár ez a módszer egyszerű, számos műszaki részletet figyelembe kell venni, különösen, ha a ventilátor stabilitását és hatékonyságát a tényleges működés során biztosítani kell. Az alábbiakban ennek a tervezési és egyensúlyi hatásnak a részletes elemzése olvasható.
Maga a papírpohár alakja általában kúpos vagy egyenes, és az ilyen szerkezet kialakítása bizonyos szimmetriával rendelkezik. Amikor a papírpoharat ventilátorlapátként használjuk, először azt kell megoldani, hogyan lehet hatékonyan felhasználni formáját és anyagát a hatékony ventilátorlapát kialakításához.
A papírpohár szimmetriája lehetővé teszi, hogy forgás közben elméletileg kiegyensúlyozott maradjon. Mivel azonban a papírpoharat nem kifejezetten aerodinamikai alkalmazásokhoz tervezték, előfordulhat, hogy forgás közben nem biztosít egyenletes szélkibocsátást. Ezért a tervezésnél át kell gondolni, hogyan lehet optimalizálni a szélerőt a csésze alakjának beállításával vagy természetes formáját kihasználva.
Ha a papírpoharat vágás nélkül ventilátorlapátként használják, akkor a papírpohár teljes felülete egy teljes lapátként lesz használva. Ennek a tervezési módszernek az az előnye, hogy megtartja a papírpohár eredeti szerkezetét, és csökkenti az emberi működés által okozott aszimmetriát vagy kiegyensúlyozatlanságot. Ez azonban azt is jelenti, hogy a ventilátorlapát hatása nem biztos, hogy elegendő a hatékony légáramlás kialakításához.
A papírpohár egészének egyensúlya forgás közben számos tényezőtől függ, beleértve az anyagát, alakját, súlyeloszlását és forgási sebességét.
Maga a papírpohár súlyeloszlása általában viszonylag egyenletes, különösen az iparilag előállított papírpoharakban, amelyeket az alak és a súly egységességének figyelembevételével terveztek. Ezért, ha papírpoharakat használnak ventilátorlapátként, egyensúlyuknak megfelelőnek kell lennie alacsony fordulatszámon, további terhelés vagy vágás nélkül. Nagy sebességnél azonban még a kis egyenetlenségek is észrevehető vibrációt vagy instabilitást okozhatnak.
A papírpoharak anyaga általában könnyű és puha, és ez a könnyű anyag nagy sebességnél kissé deformálódhat, ami befolyásolja a ventilátor egyensúlyát. Különösen a nagy sebességű forgás során a papírpohár vékony falai deformálódhatnak a szélellenállás vagy a centrifugális erő hatására, ami aszimmetrikus lapátokat eredményez, ami viszont befolyásolja az általános forgási egyensúlyt.
A papírpoharakat nem aerodinamikára tervezték, formájuk és szerkezetük nem feltétlenül biztosít elegendő levegőmennyiséget. A tényleges használat során a papírpoharak ventilátorlapátként befolyásolhatják a légáramlás hatékonyságát a csésze falának görbülete és a felület simaságának hiánya miatt. Ebben az esetben még akkor is, ha a papírpohár fizikailag kiegyensúlyozott, aerodinamikai teljesítménye miatt a ventilátor nem képes hatékony szélerőt generálni forgás közben.
Bár vannak kihívások a papírpohár ventilátorok tervezése és kiegyensúlyozása terén, néhány egyszerű optimalizálási módszer javíthatja teljesítményüket és stabilitásukat.
Annak elkerülése érdekében, hogy a papírpohár forgás közben deformálódjon, fontolóra veheti néhány tartószerkezet hozzáadását a csésze falához, vagy szilárdabb anyagok felhasználását a papírpohár elkészítéséhez. Ez segít megőrizni a csésze alakját, és csökkenti a forgás közbeni deformáció okozta egyensúlyhiányt.
Ha úgy dönt, hogy a papírpohárra vág, hogy hatékonyabb pengét alakítson ki, precíz eszközökkel és módszerekkel biztosíthatja, hogy minden vágás szimmetrikus és egyenletes legyen. Vágás után tényleges forgástesztekkel ellenőrizheti a ventilátor egyensúlyát, és a vizsgálati eredmények alapján finombeállításokat végezhet, hogy biztosítsa a ventilátor működés közbeni stabilitását.
A papírpohár ventilátorok egyensúlyi hatása általában jobb alacsony sebességnél, de instabil lehet nagy sebességnél. Ezért a ventilátor fordulatszámának szabályozásával és annak biztosításával, hogy mérsékelt tartományon belül működjön, elkerülhető a nagy fordulatszámú forgás okozta vibráció és kiegyensúlyozatlanság.
A tényleges alkalmazásokban a papírpohár ventilátor lapátjának kialakítása és kiegyensúlyozó hatása a konkrét tervezési részletektől és a használati forgatókönyvektől függ. Alacsony sebesség és kis terhelés mellett a papírpohár ventilátorok általában viszonylag stabil működési állapotot mutatnak. Igényes alkalmazási helyzetekben azonban, például amikor erős szél vagy folyamatos nagy sebességű forgás szükséges, a papírpohár anyagának eredendő hibái korlátozhatják a teljesítményüket.
Ezenkívül hosszú távú használat után papírpohár ventilátor fokozatosan elveszíthetik egyensúlyukat és hatékonyságukat az anyag fáradása vagy kopása miatt. Ezért a tényleges tervezés során gyakran mérlegelni kell a papírpoharak költséghatékonyságát a teljesítményükkel, és mérlegelni kell, hogy szükséges-e megfelelőbb anyagokra vagy szerkezeti kialakításokra cserélni.
A papírpoharak közvetlen ventilátorlapátként való használatának kialakítása és kiegyensúlyozó hatása nagymértékben függ a papírpoharak szimmetriájától és anyagtulajdonságaitól. Alacsony fordulatszámon ez a kialakítás viszonylag stabil teljesítményt biztosít, de nagy sebességnél vagy hosszú távú használatnál olyan problémák léphetnek fel, mint az anyag deformációja és kiegyensúlyozatlansága. A papírpohár ventilátorok általános teljesítménye javítható megfelelő tervezési optimalizálással, teszteléssel és hibakereséssel, de teljesítményüket továbbra is korlátozzák a papírpohár anyagának és formájának jellemző tulajdonságai.
