Pomiar wentylatora. Instrukcja do ćwiczenia nr 21. Badanie maszyn - laboratorium. Opracował: dr inŝ. Wojciech Zacharczuk

Transkrypt

1 Pomiar wentylatora Instrukja do ćwienia nr Badanie masyn - laboratorium Opraował: dr inŝ. Wojieh Zaharuk Zakład Miernitwa i Ohrony Atmosfery Wroław, kwieień 008 r.

2 . Wstęp Wentylatorami naywamy prepływowe masyny roboe, o maksymalnym spręŝu.3, któryh adaniem jest pretłaanie gaów. W wentylatorah na skutek obrotu wirnika następuje jednoesny pryrost iśnienia statynego, spowodowany mianą prędkośi wględnyh prepływająego gau i róŝnią prędkośi obwodowyh na wloie i wyloie wirnika ora pryrost iśnienia dynaminego w wyniku mian prędkośi bewględnyh gau w wirniku. W energetye, obok pomp, wentylatory stanowią podstawowe urądenia pomonie elektrowni ieplnyh gdie najdują serokie astosowane jako wentylatory podmuhowe, wyiągowe, młynowe a takŝe do hłodenia transformatorów ora jako urądenia wentylayjne. Podiał wentylatorów roróŝnia wiele ih rodajów. I tak e wględu na pryrost iśnienia statynego (spiętrenie statyne) dieli się ja na: NiskopręŜne, p s < 70 Pa, ŚredniopręŜne, p s = Pa, WysokopręŜne, p s > 3600 Pa. Według drogi prepływu ynnika wyróŝnia się wentylatory: promieniowe, osiowe, osiowo-promieniowe (tw. miesane), poprene. Inny podiał wentylatorów, według PN-9/M-430, uwględnia sposób ih ainstalowania, warunki pray, sposób napędu y regulaji.. Cel pomiaru Celem pomiaru jest wynaenie wielkośi harakteryująyh praę wentylatora: q wydajność objętośiowa wentylatora, m 3 /s, p s spiętrenie statyne wentylatora, Pa, p spiętrenie ałkowite wentylatora, Pa, P mo doprowadona (na wale wentylatora), W, P u mo uŝytena wentylatora, W, η sprawność ałkowita (ogólna) wentylatora, %, ora sporądenie jej krywyh harakterystynyh (harakterystyk): p = f ( q ) harakterystyka prepływu, P = f q ) harakterystyka moy, ( η = f q ) harakterystyka sprawnośi. (

3 3. Stanowisko pomiarowe Stanowisko pomiarowe (rys. l) składa się wentylatora (), układu ruroiągów: ssawnego () i tłonego (3) ora armatury i pryrądów pomiarowyh. Wentylator napędany jest silnikiem prądu stałego (0) typu seregowo-bonikowego, płynną regulają obrotów pry uŝyiu sterownika tyrystorowego (). Całość twory układ obiegowy otwarty, umoŝliwiająy prepływ powietra w prypadku pray wentylatora. 3 t U I n 000 φ t 5 4 h h h s h Rys.. Shemat stanowiska pomiarowego wentylator, ruroiąg ssawny, 3 ruroiąg tłony, 4 prysłona stoŝkowa, 5 węŝka pomiarowa, 6 manometr róŝniowy do pomiaru wysokośi spadku iśnienia statynego na węŝe, 7 manometr róŝniowy do pomiaru wysokośi pryrostu iśnienia statynego na wentylatore, 8 manometr hydrostatyny do pomiaru wysokośi podiśnienia w miejsu pomiaru wydajnośi, 9 manometr hydrostatyny do pomiaru wysokośi podiśnienia na wloie do wentylatora, 0 silnik elektryny, sterownik tyrystorowy Stanowisko wyposaŝone jest w aparaturę kontrolno-pomiarową umoŝliwiająą pomiar wsystkih wielkośi whodąyh w akres badań. W elu wynaenia strumienia objętośi prepływająego powietr, w ruroiąg wlotowy (ssawny) wmontowano kryę ISA (5), która wra podłąonym do niej manometrem róŝniowym (6) twory espół prepływomiera węŝkowego. Pomiędy króće ssawny i tłony wentylatora podłąono drugi manometrów róŝniowyh (7) do pomiaru pryrostu iśnienia statynego na wentylatore. Zainstalowane w kanale wlotowym manometry hydrostatyne (8) i (9) słuŝą do pomiaru wysokośi podiśnień odpowiednio w miejsu pomiaru wydajnośi i na wloie do wentylatora. Wlot ruroiągu ssawnego aopatrono dodatkowo w regulowaną prysłonę stoŝkową (4) umoŝliwiająą mianę harakterystyki prewodu. Uupełnienie aparatury kontrolno-pomiarowej stanowią dwa termometry termoelektryne do pomiaru temperatury powietra pred i a wentylatorem. 3

4 Na płyie ołowej sterownika tyrystorowego () obok urądeń manipulayjnyh najduje się wilgotnośiomier, do pomiaru wilgotnośi powietra, wskaźnik liby obrotów ora woltomier i amperomier umoŝliwiająe wynaenie moy pobieranej pre silnik do napędu wentylatora. 4. Metodyka preprowadenia pomiarów Badania preprowada się dla kilku róŝnyh ustawień prysłony stoŝkowej ora róŝnyh prędkośi obrotowyh. Pomiary ropoynamy dla pierwsego otwaria prysłony i prędkośi n = 800 obr/min. Po ustaleniu się warunków pray wentylatora i prepływu powietra, pryrądów pomiarowyh odytujemy wartośi następująyh wielkośi:, hs h, h, h, U, I, t, t,. Po ih apisaniu mniejsamy libę obrotów i ponownie dokonujemy odytu wyŝej wymienione wielkośi. Proedurę pomiarową powtaramy o 00 obr/min do osiągnięia końowej prędkośi n = 800 obr/min. Kolejne serie pomiarowe, dla poostałyh ustawień prysłony, wykonujemy analoginie jak w prypadku pierwsym. 5. Oblianie wielkośi harakterystynyh objętośi q : Ciśnienie bewględne p w ruroiągu wlotowym (ssąym) w miejsu pomiaru strumienia p = pot H O ρ g h, Pa () gdie: p ot iśnienie otoenia, Pa; ρ H O gęstość wody w warunkah pomiaru, kg/m 3 ; h wysokość podiśnienia wskaana pre manometr hydrostatyny (8), m; g pryspiesenie iemskie; g = 9,8m/s ; Stopień awilŝenia X powietra w miejsu pomiaru strumienia objętośi q : X = 0,6 pn t 00 p p 00 n t () gdie: wilgotność wględna powietra, %; 4

5 p n t iśnienie nasyenia pary wodnej w warunkah pomiaru (dla temperatury t ), Pa; Gęstość powietra ρ w miejsu pomiaru strumienia objętośi q : gdie: t temperatura powietra; C; Ciśnienie róŝniowe p p ( + X ) ( 87, ,5 X ) ( t 73) ρ =, kg/m 3 (3) na kryie: + p = ( H O ρ ) g h ρ, Pa (4) gdie: h wysokość spadku iśnienia statynego na węŝe, wskaana pre manometr róŝniowy (6), m; Strumień objętośi powietra w miejsu pomiaru: q = C 4 β ε A o p ρ, m 3 /s (5) gdie: C współynnik prepływu; dla kryy ainstalowanej na ruroiągu C = 0, 595 ; d β prewęŝenie; β = k D ε liba ekspansji; dla powietra ε = 0, 993 ; A o pole prekroju otworu węŝki, m ;, gdie: d k średnia otworu kryy, D średnia ruroiągu; Ciśnienie bewględne p na wloie do wentylatora: p = p ρ g, Pa (6) ot H h O gdie: h wysokość podiśnienia wskaana pre manometr hydrostatyny (9), m; 5

6 Stopień awilŝenia X powietra na wloie do wentylatora: X = 0,6 pn t 00 p p 00 n t (7) gdie: wilgotność wględna powietra na wloie do wentylatora; pryjmujemy Ŝe = ; % Gęstość powietra ρ na wloie do wentylatora: p ( + X ) ( 87, ,5 X ) ( t + 73) ρ =, kg/m 3 (8) Pryjmujemy, Ŝe temperatura na wloie do wentylatora jest taka sama jak w miejsu pomiaru strumienia objętośi q. Strumienia objętośi q powietra na wloie do wentylatora: q q ρ =, m 3 /s (9) ρ Spiętrenie statyne ps wentylatora: ( H O ) g hs ps = ρ, Pa (0) ρ gdie: h s wysokość pryrostu iśnienia statynego na wentylatore, wskaana pre manometr róŝniowy (7), m; Ciśnienie bewględne powietra p na wloie do wentylatora: p = p + s, Pa () p Stopień awilŝenia X powietra na wyloie wentylatora: X = 0,6 pn t 00 p p 00 n t () 6

7 gdie: wilgotność wględna powietra na wyloie wentylatora; pryjmujemy Ŝe = ; % p n t iśnienie nasyenia pary wodnej w warunkah pomiaru (dla temperatury t ), Pa; Gęstość powietra ρ na wyloie wentylatora: gdie: t temperatura powietra; C; p ( + X ) ( 87, ,5 X ) ( t + 73) ρ =, kg/m 3 (3) Strumienia objętośi q powietra na wyloie wentylatora: q ρ q =, m 3 /s (4) ρ Spiętrenie ałkowite p wentylatora: p = p s + ρ q A q ρ A, Pa (5) gdie: A pole prekroju ruroiągu wlotowego (ssawnego), m ; A pole prekroju ruroiągu wylotowego (tłonego), m ; Mo uŝytena P u wentylatora: P u = p q, W (6) Mo P na wale wentylatora: P = U I P (n), W (7) o gdie: U napięie na aiskah twornika silnika elektrynego, wskaana pre woltomier, V; 7

8 I natęŝenie prądu pobieranego pre silnik, wskaane pre amperomier, A; P o (n) straty biegu jałowego w aleŝnośi od obrotów silnika, W; stratę wynaa się wykresu na rys. ; Sprawność ałkowita η wentylatora: P η = u 00, % (8) P ΝP o, W n, obr/min Rys.. Straty biegu jałowego P o w aleŝnośi od obrotów silnika n 6. Sporądanie harakterystyki wentylatora Pomiary i oblienia są podstawą do sporądenia harakterystyki biorej wentylatora, pokaanej na rys. 3.a. W tym elu naleŝy wykreślić aleŝnośi p = f q ) dla adanyh w trakie wykonywania pomiaru połoŝeń prysłony stoŝkowej (onaone libami,, 3). Otrymane krywe harakteryują opory hydrauline w układie. Następnie wykreślane są harakterystyki pomonie η = f q ), P = f q ) i n = f q ), dla posególnyh ustawień prysłony, na ( ( któryh odinamy stałą wartość sprawnośi ( ( η, moy P i liby obrotów n. Punkty preięia prenosimy na odpowiednie krywe oporów na wykresie p = f q ) i aproksymujemy. Otrymane ( 8

9 w ten sposób linie stałyh n, P i i sprawnośi wentylatora o stanowi jego harakterystykę biorą. η naywamy kolejno harakterystyką prepływu, moy Na rysunku 3 pokaano prykład kreślenia harakterystyki biorej wentylatora dla n = 000 obr/min, P = 3000 W i η = 50 %. UWAGA! Podas tworenia harakterystyki biorej wentylatora wykresy na rysunkah 3a, 3b, 3 i 3d powinny mieć jednakowe podiałki na osi odiętyh. Dane do oblień współynnik prepływu kryy C = 0, 595 ; średnia otworu kryy d = 0, 48 m; k liba ekspansji (współynnik śiśliwośi dla powietra) ε = 0, 993 ; średnia ruroiągu wlotowego (o prekroju kołowym) D = 0, 30 m; wymiary ruroiągu wylotowego (o prekroju prostokątnym) a x b = 0,360x 0, 96 m; Literatura [] Stańda J., Góreki J., Andruskiewi., Badanie masyn i urądeń energetynyh, Ofiyna Wydawnia Politehniki Wroławskiej, Wroław 004. [] Sąsiadek M., Symoha K., (Red.), Miernitwo energetyne.. Pomiary energetyne masyn i urądeń ieplnyh, Wydawnitwo Politehniki Wroławskiej, Wroław

10 a) p [Pa] 3 η = 50 % n = 000 obr/min P = 3000 W b) η [%] q [m 3 /s] 50 3 ) n [obr/min] 3 q [m 3 /s] 000 q [m 3 /s] d) P [W] q [m 3 /s] Rys. 3. Charakterystyka wentylatora 0

11 Arkus pomiarowy Ćwienie nr. Pomiar wentylatora Imię i nawisko Nr albumu Grupa Data ćwienia Ciśnienie otoenia p ot =... Pa Wilgotność wględna φ =... % n U I h h h h s t t Lp. obr/min V A mm H O mm H O mm H O mm H O C C Pierwse połoŝenie prysłony Z Drugie połoŝenie prysłony Z Treie połoŝenie prysłony Z