POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH. Badanie wentylatora

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH Badanie wentylatora Laboratorium Pomiarów Mazyn Cieplnych (PM-3) Opracował: Sprawdził: Zatwierdził: dr inż. Daniel Węcel dr hab. inż. Lezek Remiorz

2 . Wprowadzenie.. Wentylatory Wentylatorami nazywamy przepływowe mazyny robocze, wykorzytywaną do przetłaczania i prężania różnych gazów. Sprężenie gazu jet niezbędne dla pokonania oporów ieci kanałów, przez które gaz jet przetłaczany. W wentylatorach na kutek obrotu wirnika natępuje jednoczeny przyrot ciśnienia tatycznego, powodowany zmianą prędkości względnych przepływającego gazu i różnicą prędkości obwodowych na wlocie i wylocie z wirnika oraz przyrot ciśnienia dynamicznego w wyniku zmian prędkości bezwzględnych gazu w wirniku. Wentylatory ą powzechne toowane w intalacjach wentylacji mechanicznej, klimatyzacji, odpylania, w układach tranportu pneumatycznego, w urządzeniach chłodniczych, jako urządzenia ciągu i podmuchu ztucznego w energetyce i hutnictwie. Elementem przekazującym energię czynnikowi przetłaczanemu jet wirnik wentylatora. W zależności od budowy wirnika (kierunku przepływu czynnika przez wirnik) można wentylatory podzielić na dwie zaadnicze grupy: - wentylatory odśrodkowe (promieniowe) Ry. - wentylatory oiowe - oiowo-promieniowe (tzw. miezane). Zaadniczy kierunek przepływu odbywa ię pod pewnym kątem (< π/) do oi wirnika (wentylatory diagonalne). - poprzeczne. Z uwagi na wytwarzany całkowity przyrot ciśnienia, można wentylatory podzielić na trzy grupy: - nikoprężne pc < 000 Pa - średnioprężne pc < Pa - wyokoprężne pc < Pa Ry.. Schematyczny przekrój poprzeczny i podłużny wentylatora odśrodkowego: ) łopatki wirnika, ) wirnik wentylatora, 3) wał, 4) podpora pod łożyka, 5) kanał wylotowy. W grupie wentylatorów odśrodkowych można rozróżnić trzy rodzaje wentylatorów różniących ię budową wirnika: - z wirnikiem o łopatkach protych (promieniowych)

3 - z wirnikiem o łopatkach zgiętych wprzód (w kierunku ruchu ilnika) - z wirnikiem o łopatkach zgiętych wtecz (przeciwnie do kierunku ruchu wirnika). Różnice kontrukcyjne wentylatorów w decydujący poób wpływają na ich zatoowanie... Podtawowe wielkości charakteryzujące pracę wentylatorów Podtawowymi wielkościami charakteryzującymi pracę wentylatorów ą: natężenie przepływu: maowe qm określające maę gazu przepływającego w jednotce czau (kg/), lub objętościowe q określające objętość czynnika przepływającego w jednotce czau (m 3 /) przez przekrój wlotowy wentylatora, określone dla warunków normalnych, tj. temperatury 0ºC i ciśnienia 035 Pa; przyrot ciśnienia (piętrzenie) Δp lub tounek ciśnień (pręż) p/p, określające różnicę lub tounek ciśnień panujących w przekroju wlotowym i wylotowym wentylatora. Ciśnienia podaje ię w (Pa). Określa ię piętrzenie: tatyczne, dynamiczne i całkowite, odnozące ię odpowiednio do ciśnienia tatycznego, dynamicznego i całkowitego; moc użyteczna Nu (W): przyrot użytecznej potaci energii gazu przepływającego przez wentylator w jednotce czau określonej iloczynem całkowitej pracy prężania i trumienia objętości gazu; moc wentylatora (efektywna) Nef (W): moc przekazana na wał wentylatora; prędkość obrotowa wentylatora n (obr/min) to liczba obrotów wirnika w ciągu jednotki czau; prawność wentylatora ηw wyrażająca tounek zapotrzebowanej mocy mazyny w warunkach wyidealizowanych do mocy rzeczywiście pobieranej (tounek mocy użytecznej do mocy efektywnej). Sprawność wentylatora ηw zależy głównie od wielkości wentylatora określonej wydatkiem: Wentylatory małe q 500 m 3 /h ηw = 0,3 0,5 Wentylatory średnie q m 3 /h ηw = 0,3 0,7 Wentylatory duże q 0000 m 3 /h ηw = 0,65 0,83.3. Wkaźniki bezwymiarowe W celu porównania różnych wentylatorów bardzo częto prowadza ię ich wielkości charakterytyczne do wpólnego odnieienia, wyrażając je w potaci bezwymiarowych wkaźników. wkaźnik trumienia objętości (wkaźnik wydajności objętościowej) φ * - tounek trumienia objętości do iloczynu powierzchni koła o średnicy odnieienia i prędkości odnieienia (prędkość obwodowa koła wirnikowego) wyrażony wzorem: q Dz u z 4 wkaźnik piętrzenia (wkaźnik ciśnienia całkowitego) ψ - iloraz piętrzenia całkowitego i ciśnienia dynamicznego czynnika przepływającego z prędkością odnieienia: pc u z wkaźnik mocy λ - iloraz iloczynu wkaźnika trumienia objętości gazu φ * i wkaźnika piętrzenia ψ do prawności wentylatora η: 3

4 .4. Rodzaje charakterytyk wentylatorów. Przyrot ciśnienia, prawność i moc pobierana przez wentylator przy tałych obrotach zmienia ię wraz z jego wydajnością. Zależność przyrotu ciśnienia, zużycia mocy oraz prawności od wydajności objętościowej lub maowej przy niezmiennej prędkości obrotowej i niezmiennych parametrach termodynamicznych nazywamy pełną charakterytyką wentylatora. Pełna charakterytyka wentylatora kłada ię więc z trzech charakterytyk: z charakterytyki p f, zwanej krzywą charakterytyczną, charakterytyki prawności podtawowej c q f oraz charakterytyki mocy f w q N. Charakterytyki te można wyznaczyć na ef q drodze doświadczalnej lub analitycznej. Doświadczalnie wyznacza ię charakterytyki wentylatorów, mierząc ich wydajność q, przyrot ciśnienia Δp oraz przeliczając prawność η przy różnych położeniach przeputnicy wbudowanej w przewód tłoczny. Charakterytyka aerodynamiczna wentylatora dzieli ię na dwa zakrey pracy: tateczny i nietateczny (pkt A na ry. ). Użyteczny zakre pracy jet tateczny, gdy wraz ze zmniejzeniem ię trumienia objętości gazu wzrata jego piętrzenie. Zakre pracy od trumienia objętości q = 0 do odpowiadającej makymalnemu piętrzeniu Δpc max nazywa ię nietatecznym. Praca wentylatora w tym zakreie nie jet wkazana, ze względu na niką prawność, kłonność do powtawania pulacji przepływającego czynnika, oraz możliwości wytąpienia ilnych drgań elementów wentylatora zagrażających ich wytrzymałości. Ry.. Przykładowe charakterytyki aerodynamiczne wentylatora.5. Metody regulacji wydajności wentylatorów. Dla zapewnienia prawidłowego przebiegu proceu technologicznego, w który włączony jet wentylator, wymaga ię, by ciśnienie końcowe prężenia lub wydajność były tałe lub zmieniały ię w ograniczonych przedziałach przy zmiennych wartościach pozotałych parametrów. W zależności od potrzeb odbiorców prężonego gazu wyróżnia ię dwa zaadnicze zadania, które winna wypełniać regulacja: utrzymanie tałego ciśnienia końcowego przy zmiennej wydajności, utrzymanie tałej wydajności przy zmieniających ię oporach w ieci. Wymienione zadania mogą być realizowane przy zatoowaniu zeregu poobów regulacji: ) zmiana liczby obrotów ilnika napędowego, ) zmiana kątów utawienia łopatek roboczych kół wirnikowych, 3) zmiana kątów utawienia łopatek kierowniczych, 4) dławienie czynnika po tronie ania, 5) dławienie czynnika po tronie tłoczenia, 6) wydmuch gazu do atmofery lub recyrkulacja nadmiaru gazu do króćca awnego. 4

5 . Cel i zakre badania. Celem badania jet zapoznanie ię z metodą pomiaru charakterytyk wentylatora oraz wyznaczenie, przy tałej prędkości obrotowej wirnika, charakterytyk wentylatora określających piętrzenie pc, moc efektywną Nef i prawność w w funkcji jego wydatku q. 3. Przedmiot badania. Wentylator : typ WP 0/0,75 LO; promieniowy, nikoprężny Silnik napędowy: typ obroty n = 880 obr/min wydajność objętościowa q = 0,55 m 3 / piętrzenie tatyczne p = 80 kg/m prawność η w = 0,83 producent: rok produkcji 975 moc nominalna Malborka Fabryka Wentylatorów SZJe b, elektryczny, trójfazowy, aynchroniczny N el =, kw prawność ilnika = 0,8 obroty napięcie, prąd n = 870 /min 380 V; 4,8 A wpółczynnik mocy coφ = 0,85 rok produkcji /74 Pomiary dokonano na tanowiku pomiarowym wypoażonym w wentylator wraz z rurociągiem o średnicy D = 00 mm. Rurociąg poiada wbudowaną kryzę pomiarową (średnica otworu d = 60 mm) oraz przeputnicę do dławienia przepływu. Wentylator promieniowy napędzany jet ilnikiem trójfazowym. Zailanie ilnika jet realizowane poprzez przemiennik czętotliwości, łużący do płynnej regulacji obrotów (poprzez zmianę czętotliwości napięcia zailającego) dzięki czemu można regulować wydajność wentylatora. Moc elektryczna ilnika jet wyznaczana na podtawie pomiaru napięcia i natężenia prądu. Należy wykonać 6 kolejnych pomiarów dla różnego topnia przełonięcia kanału tłoczącego przeputnicą, mierząc natępujące wielkości: przyrot ciśnienia na wentylatorze p ciśnienie abolutne w rurociągu p, ciśnienie różnicowe na kryzie p, temperaturę w rurociągu t, obroty ilnika n, natężenie prądu Icz (czynne), napięcie U, wilgotność powietrza, Pomierzone wielkości zapiać na karcie pomiarowej. 5

6 4. Schemat intalacji badawczej Przetwornica czętotliwości U, I, n fi dp p T Kryza Wentylator Silnik dp V Ry.. Schemat tanowika do badania wentylatora 5. Algorytm obliczeń: Gętość powietrza w rurociągu p p p Tn " n (kg/m 3 ) pn T Tn = 73,5 K Pn = 035 Pa n =,993 kg/m 3 Ciśnienie pary wodnej nayconej pp (kpa) w temperaturze T, PN-93/M ,85 lg p p 7,345 T 33,7 Gętość pary wodnej nayconej (kg/m3) w temperaturze T " 65,67 lg 4,73 T 38,3 Wydajność d p q (m 3 /) 4 C 4 d = 0,8 D 0,78 6

7 C Re D 0,75 6, 8,5 0 0,5959 0,03 0,840 0,009 w D 4 (0,4 0,35 ) 0,99 p 0,59 Re p d = 0,6 m, ν = 5, m / (przy t = 0 o C) D Całkowity przyrot ciśnienia p c p Prędkość w rurociągu tłoczącym 4 q 4 q w (m/) w D D w w (Pa) (m/) D = 0, m D = 0, m - średnica rurociągu ącego Moc użyteczna Nu q pc (W) Dla badanego wentylatora pręż jet na tyle mały, że zmiany gętości gazu można traktować jako pomijalne, i iloraz Δp/p jet mniejzy od 0.07 dlatego można korzytać z powyżzej zależności. Moc efektywna na wale wentylatora Moc elektryczna pobierana przez ilnik N 3 I U (W) el cz N (W) ef N el Sprawność ilnika elektrycznego =0.8 Sprawność wentylatora N użżyteczn w 00 (%) N efektywna Na podtawie wykonanych pomiarów i obliczeń porządzić charakterytyki wentylatora: 6. Sprawozdanie. p c f q ; N f q ; f q ef Sprawozdanie powinno zawierać:. Stronę tytułową.. Schemat tanowika pomiarowego wraz z zaznaczonymi miejcami pomiaru określonych wielkości. 3. Tabelę wyników pomiarowych i obliczeń oraz wzory używane do obliczeń. 4. Charakterytyki wentylatora promieniowego. 5. Uwagi i wnioki. w 7

8 7. Literatura. Praca zbiorowa: Pomiary cieplne cz.ii, WNT, Warzawa WITKOWSKI Andrzej: Sprężarki wirnikowe, Skrypty uczelniane nr 539, Gliwice TULISZKA Edmund: Sprężarki, dmuchawy i wentylatory, Wydawnictwa Naukowo- Techniczne

9 8. Karta pomiarowa A. Wielkości mierzone. f =... Hz; pot =... Pa; tot =... o C Lp.. Wielkość mierzona p Jednotka hpa Stopień przyłonięcia kanału I II III IV V VI VII. U V 3. Icz A 4. t o C 5. Δp Pa 6. Δp Pa 7. φ % RH 8. n obr/min B. Wielkości obliczane. Lp. Wielkość obliczana Jednotka I II III IV V VI VII. kg/m 3. q m 3 / 3. Re 4. α 5. Δpc Pa 6. w m/ 7. Nu W 8. Nel W 9. Nef W 0. w % Do prawozdania załączyć wykrey zależności: p f q ; N f q ; f q 9 c ef w