LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Transkrypt

1 LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ INSTRUKCJA LABORATORYJNA Temat ćwczena: WYZNACZANIE WYDAJNOŚCI WENTYLATORA NA STANOWISKU DO BADANIA KRZYŻOWOPRĄDOWYCH WYMIENNIKÓW CIEPŁA

2 Wyznaczane wydajnośc wentylatora Wprowadzene Wentylatory stanową grupę maszyn przepływowych służących do przetłaczana gazów pomędzy przestrzenam, w których panuje jednakowe cśnena równe lub występuje newelka różnca cśnena. Maszyny te o różnej konstrukcj znajdują szeroke zastosowane w welu gałęzach przemysłu ochrony środowska. Różnorodność konstrukcj wentylatorów sprawa, że pole zastosowań tych maszyn jest bardzo szeroke. Najważnejszy obszar stosowana to oczywśce wszelke systemy mechancznej wentylacj. Przykładowe zastosowana wentylatorów w szeroko pojętej technce ceplnej to: chłodnctwo, klmatyzacja, energetyka (np. nadmuch powetrza do spalana, wycąg spaln, chłodne wentylatorowe tp.). Ze względu na kerunek przepływu tłoczonego gazu przez wrnk, rozróżna sę wentylatory promenowe osowe. Borąc zaś za kryterum podzału wytwarzany przyrost cśnena (spręż), wentylatory klasyfkuje sę następująco: - nskoprężne ( 1kPa) konstrukcje osowe promenowe, - średnoprężne (1kPa 3kPa ) konstrukcje osowe promenowe, - wysokoprężne (3kPa 10kPa) konstrukcje promenowe. W wentylatorach promenowych spotyka sę bardzo zróżncowane profle wrnka kształt łopatek. Najczęścej stosowanym są wrnk płaske, stożkowe bębnowe. Wrnk płaske stożkowe to dwe tarcze połączone łopatkam rozmeszczonym symetryczne do os wrnka. Gaz opuszczający wrnk wpływa do spral zborczej o przekroju zwykle prostokątnym, która stanow wyposażene komory wentylatora promenowego jest zakończona dyfuzorem dla wersj średno- wysokoprężnej. Pracę wentylatora charakteryzują zwązk objętoścowego natężena przepływu tłoczonego powetrza z wytwarzanym cśnenem, z zapotrzebowanem mocy ze sprawnoścą dzałana. Szczególne znaczene ma charakterystyka wentylatora wążąca wytwarzane cśnene z objętoścowym natężenem przepływu, poneważ jest łączona z charakterystyką sec (nstalacj). Najważnejszym parametrem charakteryzującym wentylator jest jego wydajność określana jako objętość gazu przetłaczanego przez maszynę w jednostce czasu. Jest to węc strumeń objętośc czynnka. W nomenklaturze wentylacyjno-klmatyzacyjnej wydajność jest zazwyczaj oznaczana przez Q podawana w m 3 /h lub m 3 /s. 2. Cel ćwczena Celem ćwczena jest wyznaczene wydajnośc wentylatora promenowego zamontowanego na stanowsku do badana krzyżowoprądowych wymennków cepła. 3. Stanowsko pomarowe metodyka pomarów Stanowsko pomarowe, na którym realzowane jest ćwczene zostało skonstruowane do badań rozkładu temperatury prędkośc strug powetrza w przekroju dolotowym (wylotowym) krzyżowoprądowego wymennka cepła. Przepływ powetrza wymuszany jest przez wentylator napędzany slnkem elektrycznym. Oprzyrządowane stanowska umożlwa równeż realzację pomarów pozwalających na wyznaczene wydajnośc wspomnanego wentylatora. Schemat stanowska pomarowego przedstawono na rysunku 1. Zasadnczym elementam stanowska są:

3 Wyznaczane wydajnośc wentylatora zespół wentylatora, - kanał powetrzny, - zrobotyzowany układ pozycjonowana czujnka, - układ pomarowy, - wymennk cepła Rys. 1. Schemat stanowska pomarowego (1 płyta nośna, 2 wymennk cepła, 3 czujnk termoanemometryczny, 4 sonda pomarowa, 5 dyfuzor, 6 kanał, 7 komputer sterujący, 8 wentylator) Zespół wentylatora składa sę ze średnocśnenowego, promenowego wentylatora o napędze bezpośrednm typu MPB 500T (rysunek 2) oraz przepustncy kanałowej IRIS 315 do regulacj wydajnośc wentylatora (rysunek 3). Podstawowe dane technczne wentylatora: - moc slnka: 4.0 kw, - prędkość obrotowa: 2900 mn -1, - maksymalna wydajność: 6800 m 3 /h, - masa: 52 kg. Rys. 2. Podstawowe wymary wentylatora MPB 500T

4 Wyznaczane wydajnośc wentylatora... 4 Wentylatory MPB stosowane są najczęścej w systemach odcągana zaneczyszczonego powetrza transportu pneumatycznego. Typowe zastosowana: - odcąg mejscowe, osuszacze, układy suszena - transport wórów, trocn, granulatów - odcąg spaln samochodowych Rys. 3. Schemat przepustncy kanałowej IRIS Kanał powetrzny składa sę z odcnka stanowącego rozbeg hydraulczny o długośc 1700 mm przekroju 240x195 mm, sekcj fltrów o długośc 300 mm oraz dyfuzora. Zasadnczym przyrządem pomarowym na stanowsku jest jednowłóknowy czujnk termoanemometryczny typu V1T. Czujnk tak umożlwa jednoczesny pomar prędkośc temperatury czynnka w przepływach o ustalonym kerunku zwroce. Pomędzy osadzonym w korpuse czujnka wspornkam rozpęte jest, prostopadle do os czujnka, włókno wolframowe lub platynowe o średncy klku mkrometrów. W dolnej częśc znajduje sę dodatkowe włókno do pomaru temperatury. Dane pomarowe zberane są przez czterokanałową anemometryczną kartę pomarową przekazywane do komputera sterującego. Pozycjonowane czujnka w polu pomarowym realzowane jest przez sterowanego mkroprocesorem robota. Za ruch robota w płaszczyźne pomarowej odpowedzalne są dwa slnk krokowe. Układ pomarowy umożlwa pomar temperatury prędkośc powetrza w przekroju dolotowym wymennka cepła. Możlwe jest także wykonane takch pomarów za wymennkem cepła. Realzacja pomarów jest nadzorowana przez oprogramowane karty pomarowej. Podczas pracy program pomarowy korzysta z trzech plków: - czujnk.dan w plku zawarte są charakterystyk czujnków termoanemometrycznych, każdy czujnk jest ndywdualne wzorcowany posada własną charakterystykę; - pomar.dan plk z defncją zadana pomarowego, zawera nformacje o zanstalowanym czujnku oraz defncję satk pomarowej; - wynk.txt plk, do którego zapsywane są wynk pomarów.

5 Wyznaczane wydajnośc wentylatora... 5 Wymennkem cepła na stanowsku jest chłodnca samochodowa (Skoda Favort) o wymarach 420x285 mm. UWAGA: Ze względu na uszczelnene połączena wylotu dyfuzora z wymennkem cepła oraz ze względu na bezpeczeństwo ruchu czujnka termoanemometrycznego pole pomarowe (przekrój dolotowy) pomnejszone jest o margnesy bezpeczeństwa jego wymary wynoszą 400x210 mm. 4. Przebeg pomarów W trakce ćwczena przewdywane jest zrealzowane czterech ser pomarowych po dwe dla dwóch różnych stopn otwarca przepustncy. Dla zadanego stopna otwarca przepustncy realzuje sę pomar jednopunktowy przy założenu, że zmerzone tak wartośc prędkośc temperatury są wartoścam średnm w przekroju pomarowym. Następne, dla tego samego stopna otwarca przepustncy, dokonuje sę pomaru welopunktowego według założonej satk pomarowej. Realzacja pomarów wymaga wykonana następujących czynnośc: - utworzene na dysku twardym katalogu zawerającego plk zwązane z pomaram, - uruchomene programu pomarowego, - montaż czujnka termoanemometrycznego w obsadce sondy pomarowej, - zamknęce uszczelnene okna montażowego czujnka w kanale powetrznym, - defncja zadana pomarowego w plku pomar.dan: należy wprowadzć do plku następujące dane: numer zanstalowanego czujnka, stałą czasową pomaru, lczbę pomarów w jednym węźle satk, defncję satk pomarowej: podczas ćwczena wykorzystuje sę satkę równomerną, którą defnuje sę przez podane zakresu ruchu czujnka w kerunkach pozomym ponowym (współrzędne perwszego ostatnego węzła pomarowego) oraz lczby węzłów pomarowych w obu kerunkach; UWAGA: po wprowadzenu danych należy plk zapsać. - uruchomene pomarów: podczas pomarów zalecane jest obserwowane ekranu montora oraz ruchu robota pomarowego w celu wychwycena ewentualnych neprawdłowośc, - uruchomene podglądu plku wynkowego wstępna weryfkacja wynków pomarowych. Po zakończenu pomarów należy zdemontować czujnk pomarowy. UWAGA: zalecane jest, aby sekcja pomarowa posadała dysketkę formatu 1.44 MB, na którą będze można skopować plk z wynkam dośwadczena. 5. Opracowane wynków Wydajność wentylatora, jak zaznaczono wcześnej, jest rozumana jako strumeń objętośc strumeń masy tłoczonego przez wentylator powetrza. Uzyskane z pomarów wynk umożlwają wyznaczene wydajnośc w oparcu o równane cągłośc strug. Zakłada sę przy tym, że zmerzone wartośc prędkośc powetrza są wartoścam średnm dla danego pola pomarowego.

6 Wyznaczane wydajnośc wentylatora... 6 Strumeń objętośc czynnka oblczany jest z następującej zależnośc: V& = A w, (1) gdze A to pole powerzchn całego przekroju pomarowego, natomast w to prędkość przepływu czynnka. Strumeń masy czynnka można określć z relacj: m & = V& ρ. (2) Gęstość czynnka ρ w zależnośc (2) można określć na podstawe tablc termodynamcznych dla zmerzonej temperatury czynnka. Równana (1) (2) można wykorzystać bezpośredno do wynków dośwadczena uzyskanych z pomaru dokonanego w jednym punkce przekroju pomarowego. Dla pomarów wykonanych dla satk równomernej n przystających prostokątów korzysta sę z zależnośc: oraz V& = A w (3) m& = A w ρ. (4) Korzystając z zależnośc (3) można wyznaczyć prędkość średną w przekroju pomarowym: A w w średne = A. (5) Uzyskaną w ten sposób wartość można porównać z wartoścą uzyskaną w pomarze jednopunktowym wycągnąć wnosek o słusznośc wyboru lokalzacj węzła pomarowego. Zrealzowane pomary oblczena dla satk welopunktowej pozwalają na sporządzene obrazów pól analzowanych welkośc (temperatura, prędkość strumeń) w przekroju pomarowym w postac wykresów powerzchnowych. Analza wynków pomarów oblczeń pownna dać odpowedź na następujące pytana: - czy nerównomerność przepływu powetrza przez przekrój pomarowy wpływa na wyznaczoną wydajność wentylatora, a jeżel tak, to jak duże są różnce pomędzy pomarem jednopunktowym welopunktowym? - jaka jest postać nerównomernośc (gdze występują ekstrema) czym może być spowodowana? - czy zmana stopna otwarca przepustncy wpływa na nerównomerność przepływu? - gdze należałoby lokalzować węzeł pomarowy dla pomaru jednopunktowego?

7 Wyznaczane wydajnośc wentylatora Sprawozdane W sprawozdanu pownny znaleźć sę następujące elementy: - krótke wprowadzene teoretyczne zawerające defncję wyznaczanej welkośc oraz ops metody pomarowej wraz ze stosowanym wzoram oblczenowym, - schematy zastosowanych satek pomarowych, - wydruk plków z wynkam pomarów, - zestawene wynków oblczeń, - grafczną prezentację wynków pomarów oblczeń (obraz pola temperatury, prędkośc strumena masy powetrza w przekroju pomarowym), - uwag końcowe, spostrzeżena wnosk, w szczególnośc odpowedz na zameszczone wcześnej pytana. LITERATURA [1] Kuczewsk S.: Wentylatory. WNT Warszawa [2] Pątek R.: Stanowsko do badana rozkładu prędkośc temperatury powetrza (dokumentacja). Instytut Technk Ceplnej, Poltechnka Śląska, Glwce 2001.