WPŁYW WYBRANYCH PARAMETRÓW TECHNICZNYCH I TECHNOLOGICZNYCH NA WYDAJNOŚĆ AERATORA PULWERYZACYJNEGO

Transkrypt

1 INŻYNIERIA W ROLNICTWIE. MONOGRAFIE 15 ENGINEERING IN AGRICULTURE. MONOGRAPHS 15 Ryszard Jerzy Konieczny WPŁYW WYBRANYCH PARAMETRÓW TECHNICZNYCH I TECHNOLOGICZNYCH NA WYDAJNOŚĆ AERATORA PULWERYZACYJNEGO THE EFFECT OF THE SELECTED TECHNICAL AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE PULVIRIZING AERATOR PERFORMANCE Falenty 2013 WYDAWNICTWO ITP

2 INSTYTUT TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel./fax ; DYREKTOR INSTYTUTU prof. dr hab. Edmund Kaca Oddział w Poznaniu ul. Biskupińska 67, Poznań tel Kierownik Oddziału prof. dr hab. J.Lech Jugowar KOLEGIUM REDAKCYJNE prof. dr hab. Aleksander Szeptycki przewodniczący prof. dr hab. J.Lech Jugowar prof. dr hab. Zdzisław Wójcicki prof. dr hab. Jan Pawlak prof. dr hab. Krzysztof Wierzbicki Recenzenci dr hab. inż. Andrzej Eymontt, prof. ITP, prof. dr hab. Leszek Piechnik Kierownik Działu Wydawnictw: dr hab. inż. Halina Jankowska-Huflejt Projekt okładki: Halina Jankowska-Huflejt Opracowanie redakcyjne: Iwona Ornoch Skład komputerowy i przygotowanie do druku: Anna Wysocka Copyright by Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach (ITP), 2013 ISBN ISSN Adres redakcji: Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel ; wydawnictwo@itep.edu.pl Realizacja wydania: Agencja Wydawniczo-Poligraficzna Gimpo Warszawa, ul. M. Grzegorzewskiej 8. Ark. wyd. 8,6. Nakład 200 egz.

3 Spis treści Wykaz ważniejszych oznaczeń WPROWADZENIE Informacje podstawowe Przegląd literatury Podsumowanie przeglądu literatury i sformułowanie problemu badawczego CEL I ZAKRES BADAŃ METODY BADAŃ Obiekt badań Ogólna charakterystyka Objętościowe natężenie przepływu wody Rozpuszczalność tlenu Zużycie energii Badania terenowe Wyznaczenie prędkości obrotowej koła łopatkowego Wyznaczenie objętościowego natężenia przepływu wody w segmencie pulweryzacyjnym Badania obliczeniowe Uwagi ogólne Wyznaczenie objętościowego natężenia przepływu wody Wyznaczenie wydajności tlenowej Wyznaczenie zużycia energii Wyznaczenie czasu działania aeratora Obliczenia statystyczne WYNIKI BADAŃ Zależność prędkości obrotowej koła łopatkowego od prędkości wiatru Zależność objętościowego natężenia przepływu wody w segmencie pulweryzacyjnym od prędkości obrotowej koła łopatkowego Analiza wyników badań obliczeniowych Wejściowe dane obliczeniowe Czas działania pulweryzacyjnego aeratora wody Zależność wybranych parametrów eksploatacyjnych aeratora od terminu i miejsca jego działania PODSUMOWANIE I WNIOSKI BIBLIOGRAFIA...81 Streszczenie...89 ZAŁĄCZNIKI

4 Contents List of major terms INTRODUCTION Basic information Theoretical background Summary of theoretical background and formulation of research problem OBJECTIVE AND EXTENT OF STUDIES METHODS Subject of studies General characteristics Volumetric flow rate of water Solubility of oxygen Energy consumption Field studies Determining of paddle wheel rotational speed Determining of volumetric flow intensity of water in pulverizing segment Calculation studies General remarks Determining of volumetric flow rate of water Determining of oxygen efficiency Determining of energy consumption Determining of aerator operation time Statistical calculations RESULTS Dependence of paddle wheel rotational speed on wind speed Dependence of volumetric flow intensity of water in pulverizing segment on paddle wheel rotational speed Analysis of the results of the calculation studies Input data Operation time of pulverizing water aerator Dependency of selected exploitation parameters of aerator from time and location its work CONCLUSIONS BIBLIOGRAPHY...81 Summary...90 APPENDIXES

5 Streszczenie Opracowanie dotyczy problemu eutrofizacji wód zbiorników naturalnych i sztucznych, w tym na terenach rolniczych, oraz technicznych, chemicznych i biologicznych rozwiązań stosowanych w poprawie jakości wody, ze szczególnym uwzględnieniem metody i rozwiązań technicznych przeznaczonych do aeracji wód stref nadosadowych. Szczegółowo omówiono pulweryzacyjny aerator wody z napędem wiatrowym koncepcji Podsiadłowskiego. Z uwagi na deficyt tlenu rozpuszczonego w przydennych strefach wielu zbiorników wód otwartych oraz konieczność poprawy jakości wody ze względu na potrzeby gospodarcze i turystyczne, celem rozprawy było określenie, dla zbiorników wodnych Polski, objętościowego natężenia przepływu wody przez segment pulweryzacyjny aeratora oraz jego wydajności tlenowej i zużycia energii. Zaprezentowano sposób wyznaczenia prędkości obrotowej koła łopatkowego aeratora w funkcji prędkości wiatru oraz objętościowego natężenia przepływu wody w jego segmencie pulweryzacynym w funkcji prędkości obrotowej koła łopatkowego. Na podstawie danych pomiarowych i obliczeniowych określono wpływ wybranych parametrów technicznych i technoologicznych na wydajność aeratora. Na podstawie danych obliczeniowych, dotyczących okresu dokonano statystycznej oceny możliwości pulweryzacyjnego aeratora wody w rekultywacji wód otwartych. Na podstawie danych obliczeniowych, uśrednionych względem miesięcy i rozpatrywanych lokalizacji, sporządzono równania regresji i wykresy do określania charakterystyki pulweryzacyjnego aeratora wody w warunkach jego użytkowania. Założono, że zawarte w opracowaniu informacje na temat wiatrowego pulweryzacyjnego aeratora wody koncepcji Podsiadłowiskiego oraz wyniki badań, równania regresji i ich wykresy ułatwią osobom prywatnym, jednostkom badawczym i instytucjom państwowym skuteczne działania w poprawie jakości wód otwartych w Polsce, w tym na terenach rolniczych.

6 Summary This paper investigates the issue of eutrophication of natural and artificial lakes, including agricultural areas, as well as technical, chemical and biological solutions applied to improve the water quality, taking particular account of a method and technical solutions designed for the aeration of supernatant waters. Further, this paper describes in detail a wind-driven pulverising aerator designed according to Podsiadłowski s concept. As for surface open standing waters in Poland, the water flow in the aerator s pulverising unit, aeration of water with the paddlewheel and power consumed by the aerator s wind turbine to aerate water were mathematically interpreted. Due to a shortage of oxygen dissolved in the bottom layers of numerous open waters and the necessity to improve the water quality for economic and tourist purposes, the aim of this paper was to determine the water volume flow rate, oxygen efficiency and power consumption by the aerator in selected lakes in Poland. The methodology specifies a method for determining the rotational speed of the aerator s paddlewheel as a wind speed function and the water volume flow rate in its pulverising unit as a function of the paddlewheel s rotational speed. Measurement and calculation data were applied to determine the effect of selected technical and technological parameters on the aerator s efficiency. The capabilities of the pulverising aerator in the restoration of open waters in Poland were statistically calculated with reference to the calculation data collected in the years As for standing waters, the averaged calculation data pertaining to months and evaluated locations formed the basis for making regression equations and diagrams necessary to determine the characteristics of the pulverising aerator in its operating conditions. Any details on the wind-driven pulverising aerator designed according to Podsiadłowski s concept and test results, regression equations and their diagrams included in this paper were estimated to allow individuals, research entities and state institutions to take effective measures to improve the quality of open waters in Poland, including the agricultural areas.