SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

Transkrypt

1 DEFINICJE OGÓLNE I WIELKOŚCI CHARAKTERYSTYCZNE WENTYLATORA WENTYLATOR maszyna wirnikowa, która otrzymuje energię mechaniczną za pomocą jednego wirnika lub kilku wirników zaopatrzonych w łopatki, użytkuje ją do otrzymania przepływu czynnika, przy czym wartość przekazywanej pracy na jednostkę masy nie przekracza wartości normatywnej 25 kj/kg. STRUMIEŃ PŁYNU iloraz ilości płynu przepływającego przez przekrój przewodu i czasu przemieszczenia się tej ilości płynu przez ten przekrój. STRUMIEŃ OBJĘTOŚCI strumień płynu wyrażony w jednostkach objętości mierzony w otworze wylotowym maszyny (m 3 /s, m 3 /h) - V PRZYROST CISNIENIA STATYCZNEGO różnica średniego ciśnienia statycznego w płaszczyźnie wylotu wentylatora i średniego ciśnienia statycznego w płaszczyźnie jego wlotu - ps PRZYROST CISNIENIA DYNAMICZNEGO różnica średniego ciśnienia dynamicznego w płaszczyźnie wylotu wentylatora i średniego ciśnienia dynamicznego w płaszczyźnie jego wlotu - pd PRZYROST CISNIENIA CAŁKOWITEGO suma przyrostu ciśnienia statycznego i dynamicznego - pc SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie wylotu wentylatora do ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie jego wlotu r MOC WENTYLATORA moc przekazana na wał wentylatora P MOC UŻYTECZNA WENTYLATORA przyrost użytecznej postaci energii gazu przepływającego przez wentylator w jednostce czasu, określony iloczynem strumienia objętości gazu i przyrostem ciśnienia całkowitego P uż Puż = pc V SPRAWNOŚĆ WENTYLATORA stosunek mocy użytecznej do mocy wentylatora - η UWAGA: w katalogach producentów wentylatorów przyrosty ciśnienia i moce użyteczne podaje się zawsze dla umownej wartości gęstości powietrza ρ o i znamionowej prędkości obrotowej n o ( ρ = 1.20 kg/m 3 t o = 20 0 C ϕ = 50%) o W przypadku innej gęstości gazu lub innej prędkości obrotowej należy przeliczyć przyrost ciśnienia i moc wentylatora posługując się zależnościami: p c = p co ρ ρ o n n 2 o P = Po ρ ρ o n n 3 o

2 CHARAKTERYSTYKA AERODYNAMICZNA WENTYLATORA PUNKT WSPÓŁPRACY WENTYLATORA Z SIECIĄ punkt przecięcia krzywej przyrostu ciśnienia całkowitego z charakterystyką oporów sieci. Optymalny punkt współpracy wentylatora z siecią powinien odpowiadać maksymalnej sprawności wentylatora. Wentylator powinien być tak dobierany do sieci, aby jego punkt pracy był położony na odcinku mierzonym od punktu maksymalnego przyrostu ciśnienia całkowitego ( A ) aż do miejsca w którym wentylator ma jeszcze sprawność praktycznie zadowalającą. Ten zakres pracy nazywa się zakresem użytecznym pracy wentylatora. KRYTERIA PODZIAŁU WENTYLATORÓW wg przyrostu ciśnienia: - niskoprężne ( p c 720 Pa ), - średnioprężne ( p c = Pa ), - wysokoprężne ( p c 3600 Pa ). pod względem konstrukcyjnym: - promieniowe, - osiowe, - mieszane (osiowo promieniowe), - poprzeczne. wg warunków pracy, wg sposobu napędu, wg sposobu regulacji.

3

4

5 ZALEŻNOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI DYNAMICZNEJ GAZÓW OD TEMPERATURY WZÓR SUTHERLANDA η t C 1 + s =η 273 o C 1 + s T T 273 C s stała Sutherlanda T temperatura gazu

6 Liczba ekspansji ε dla kryzy Przewężenie Liczba ekspansji ε 1 dla p 2 lp 1 wynoszącego β β 4 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 0,85 0,8 0,75 dla κ = 1,2 0,000 0,000 0,993 0,986 0,980 0,973 0,966 0,949 0,932 0,915 0,562 0,100 0,993 0,985 0,978 0,970 0,963 0,944 0,926 0,907 0,669 0,200 0,992 0,984 0,976 0,968 0,960 0,940 0,920 0,900 0,740 0,300 0,991 0,983 0,974 0,966 0,957 0,936 0,914 0,893 0,750 0,316 0,991 0,983 0,974 0,965 0,957 0,935 0,913 0,992 dla κ = 1,3 0,000 0,000 0,994 0,987 0,981 0,975 0,968 0,953 0,937 0,921 0,562 0,100 0,993 0,986 0,979 0,973 0,966 0,949 0,932 0,914 0,669 0,200 0,993 0,985 0,978 0,970 0,963 0,945 0,926 0,908 0,740 0,300 0,992 0,984 0,976 0,968 0,960 0,941 0,921 0,901 0,750 0,316 0,992 0,984 0,976 0,968 0,960 0,940 0,920 0,900 dla κ = 1,4 0,000 0,000 0,994 0,988 0,982 0,977 0,971 0,956 0,941 0,927 0,562 0,100 0,994 0,987 0,981 0,975 0,968 0,952 0,936 0,921 0,669 0,200 0,993 0,986 0,979 0,973 0,966 0,949 0,931 0,914 0,740 0,300 0,993 0,985 0,978 0,971 0,963 0,945 0,926 0,908 0,750 0,316 0,993 0,985 0,978 0,970 0,963 0,944 0,926 0,907 dla κ = 1,66 0,000 0,000 0,995 0,990 0,985 0,980 0,975 0,963 0,951 0,938 0,562 0,100 0,995 0,989 0,984 0,979 0,973 0,960 0,946 0,933 0,669 0,200 0,994 0,988 0,983 0,977 0,971 0,957 0,942 0,928 0,740 0,300 0,994 0,988 0,981 0,975 0,969 0,953 0,938 0,922 0,750 0,316 0,994 0,987 0,981 0,975 0,969 0,953 0,937 0,922 Przy pomiarach przepływu za pomocą kryzy, liczbę ekspansji oblicza się ze wzoru empirycznego 4 p ε 1 = 1 ( β ) κp1

7 ĆWICZENIE II CHARAKTERYSTYKI AERODYNAMICZNE WENTYLATORA CEL ĆWICZENIA Wyznaczanie charakterystyk aerodynamicznych wentylatora oraz punktu współpracy wentylatora z siecią przy stałej prędkości obrotowej. WYKONYWANE POMIARY Po zmontowaniu stanowiska pomiarowego student wykonuje pomiary na podstawie których zostaną wyznaczone charakterystyki aerodynamiczne wentylatora Przy stałych obrotach wentylatora (n = const, zmiana obrotów wentylatora jest wykonywana przez zmianę napięcia zasilania za pomocą autotransformatora TYLKO POD KONTRO- LĄ PROWADZĄCEGO ZAJĘCIA) należy wykonać następujące pomiary: pomiar temperatury powietrza - t o pomiar ciśnienia barometrycznego - p b pomiar wilgotności względnej powietrza - φ pomiary średnic: przewodu wentylacyjnego D średnicy kryzy d przewodu ssawnego i tłocznego wentylatora d ss d tł pomiary ciśnień: - ciśnienie statyczne przed wentylatorem p ss - ciśnienie statyczne za wentylatorem p tł - nadciśnienie statyczne przed kryzą p 1 - ciśnienie różnicowe p - nadciśnienie statyczne za kryzą p k pomiar mocy wentylatora (watomierz) - P Zmiana strumienia objętości przepływającego powietrza jest wykonywana przy pomocy przysłon zakładanych na wlocie rurociągu. OBLICZENIA DO SPRAWOZDANIA obliczenie strumienia objętości przepływającego powietrza, obliczenie przyrostu ciśnienia całkowitego, obliczenie mocy użytecznej wentylatora, obliczenie sprawności wentylatora, wykonać wykresy charakterystyk aerodynamicznych wentylatora. Sprawozdanie ma zawierać: schemat stanowiska pomiarowego z zaznaczonymi punktami pomiarowymi, wyniki pomiarów podpisane przez prowadzącego, obliczenia, wykresy charakterystyk aerodynamicznych wentylatora.

8 Algorytm obliczeń do wyznaczenia charakterystyki 1. OBLICZENIE STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA w obliczeniach nie uwzględniamy rozszerzalności cieplnej rurociągu i kryzy, d przewężenie kryzy pomiarowej β =, sprawdzić czy się mieści w granicach D ustalonych dla kryzy pomiarowej ( ) gęstość powietrza wilgotnego w warunkach pomiarowych ( pi ϕ pp ) Tn ρ 1 = ρn + ϕ ρ", pi = pb + p1 T1 = to pn T1 K1 współczynnik lepkości dynamicznej powietrza w temperaturze t o, - η 1 tymczasowa wartość współczynnika przepływu C dla Re = 10 6 C = f ( rodzaj kryzy, Re, β ) - odczytać z tablicy sprawdzenie zależności: pi p 0,75 pi wykładnik izentropy dla powietrza κ odczyt z tablicy, obliczenie liczby ekspansji: ε 1 = f (rodzaj kryzy, β, κ, p 2 /p I ) p 2 = p b + p k p I = p b + p 1 strumień masy powietrza m C π m & 2 = ε1 d 2 p ρ1, kg/ s 4 1 β 4 liczba Reynoldsa Re D 4m& Re D = π η1d dokładna wartość współczynnika przepływu C C = f ( rodzaj kryzy, Re D, β ) - odczytać z tablicy zrewidowana wartość strumienia masy m C π m & 2 = ε1 d 2 p ρ1, kg/ s 4 1 β 4 strumień objętości powietrza w warunkach roboczych V m V& & = 3, m /s ρ1

9 2. OBLICZENIE PRZYROSTU CIŚNIENIA CAŁKOWITEGO ciśnienie całkowite w przewodzie wentylacyjnym p c = p st + p dyn w 2 ρ p 1 dyn = 2 V w = F przyrost ciśnienia całkowitego p c p c = p c tł p c ss 3. OBLICZENIE MOCY UŻYTECZNEJ WENTYLATORA P uż = p c V 4. OBLICZENIE SPRAWNOŚCI WENTYLATORA P η = uż, P % Uwagi końcowe: 1. ze względu na małe różnice ciśnień gęstość powietrza obliczamy jeden raz dla: - średniej wartości nadciśnienia statycznego przed kryzą (średnia z pomiarów), 2. obliczamy jeden raz (dla średnich wartości) wartość współczynnika przepływu C, natomiast do obliczeń strumienia uwzględniamy tylko zmiany p (praktyczne zmiany C występują na 3-4 tym miejscu po przecinku większy błąd popełnia się przy odczycie ciśnienia z U-rurek)

10 ZALEŻNOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA ŚCIŚLIWOŚCI POWIETRZA OD CIŚNIENIA PRZY RÓŻNYCH TEMPERATURACH Opracował: dr inż. Marian Siudek