Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Podobne dokumenty
Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Zasada działania maszyny przepływowej.

Badania wentylatora. Politechnika Lubelska. Katedra Termodynamiki, Mechaniki Płynów. i Napędów Lotniczych. Instrukcja laboratoryjna

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI I TECHNIKI CIEPLNEJ. Badanie charakterystyki wentylatorów połączenie równoległe i szeregowe. dr inż.

WYKŁAD 11 POMPY I UKŁADY POMPOWE

Wydajne wentylatory promieniowe Fulltech o wysokim ciśnieniu statycznym

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

Rok akademicki: 2012/2013 Kod: STC s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

J. Szantyr Wykład 2 - Podstawy teorii wirnikowych maszyn przepływowych

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 7 BADANIE POMPY II

Badania wentylatora. Politechnika Lubelska. Katedra Termodynamiki, Mechaniki Płynów. i Napędów Lotniczych. Instrukcja laboratoryjna

Wykład 5 WIELKOŚCI CHARAKTERYSTYCZNE POMP WIROWYCH SYMBOLE, NAZWY, OKREŚLENIA I ZALEŻNOŚCI PODSTAWOWYCH WIELKOŚCI CHARAKTERYZUJĄCYCH

ĆWICZENIE WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK POMPY WIROWEJ

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

Pomiar pompy wirowej

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

POLITECHNIKA KRAKOWSKA Instytut Inżynierii Cieplnej i Procesowej

Wentylatory promieniowe średnioprężne typu WWWOax

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Eksperymentalnie wyznacz bilans energii oraz wydajność turbiny wiatrowej, przy obciążeniu stałą rezystancją..

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

WENTYLATORY PROMIENIOWE JEDNOSTRUMIENIOWE TYPOSZEREG: WWOax

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

J. Szantyr Wykład 26bis Podstawy działania pomp wirnikowych. a) Układ ssący b) Układ tłoczący c) Układ ssąco-tłoczący

Wentylatory promieniowe typu WPO-10/25 WPO-18/25 PRZEZNACZENIE

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Aparatura Chemiczna i Biotechnologiczna Projekt: Filtr bębnowy próżniowy

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: SEN SM-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Energetyka Specjalność: Systemy, maszyny i urządzenia energetyczne

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Badanie wentylatora - 1 -

Zajęcia laboratoryjne

Zakład Podstaw Konstrukcji i Maszyn Przepływowych. Instytut Inżynierii Lotniczej, Procesowej i Maszyn Energetycznych. Politechnika Wrocławska

Opory przepływu powietrza w instalacji wentylacyjnej

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

Zadanie 1. Zadanie 2.

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

INSTRUKCJA DO PROJEKTOWANIA Z PRZEDMIOTU POMPY I WENTYLATORY

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

[1] CEL ĆWICZENIA: Identyfikacja rzeczywistej przemiany termodynamicznej poprzez wyznaczenie wykładnika politropy.

Laboratorium LAB3. Moduł pomp ciepła, kolektorów słonecznych i hybrydowych układów grzewczych

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, INSTYTUT INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ I POMIAROWEJ LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH I-21

WENTYLATORY PROMIENIOWE TYPOSZEREG: FK, FKD

Ćwiczenie N 13 ROZKŁAD CIŚNIENIA WZDŁUś ZWĘśKI VENTURIEGO

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

Rys.1. Zwężki znormalizowane: a) kryza, b) dysza, c) dysza Venturiego [2].

Instrukcja stanowiskowa

WLOTY I SPRĘŻARKI SILNIKÓW TURBINOWYCH. Dr inż. Robert Jakubowski

Wentylatory promieniowe bębnowe jednostrumieniowe WPB

OZNACZENIE UKŁADU WYLOTU WENTYLATORÓW (wg PN-92/M-43011) ( W NAWIASACH OZNACZENIA wg PN-78/M-43012).

PROCEDURA DOBORU POMP DLA PRZEMYSŁU CUKROWNICZEGO

1. Klasyfi kacja i zasady działania pomp i innych przenośników cieczy 2. Parametry pracy pompy i układu pompowego

WLOTY I SPRĘŻARKI SILNIKÓW. Dr inż. Robert Jakubowski

RACJONALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII DO NAPĘDU WENTYLATORÓW GŁÓWNEGO PRZEWIETRZANIA KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO. Czerwiec 2018

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Ćwiczenie M-2 Pomiar mocy

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

BADANIE SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ.

Zakład Podstaw Konstrukcji i Maszyn Przepływowych. Instytut Inżynierii Lotniczej, Procesowej i Maszyn Energetycznych. Politechnika Wrocławska

WENTYLATORY PROMIENIOWE DWUSTRUMIENIOWE TYPOSZEREG: WPWDs/1,4 WPWDs/1,8

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

prędkości przy przepływie przez kanał

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

Wpływ charakterystyki zastępczej otoczenia rejonu wydobywczego na zagrożenie metanowe

Szanowni Państwo, marca 2014 r. tel / biuro@idwe.pl /

Pompy w górnictwie Grzegorz Pakuła, Marian Strączyński SPIS TREŚCI

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

WENTYLATORY PROMIENIOWE JEDNOSTRUMIENIOWE TYPOSZEREG: WPO- 10/25 WPO 18/25

Przepływ cieczy w pompie wirowej. Podstawy teoretyczne i kinematyka przepływu przez wirniki pomp wirowych.

REAKCJA HYDRODYNAMICZNA STRUMIENIA NA NIERUCHOMĄ PRZESZKODĘ.

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Urządzenia nastawcze

Charakterystyki wentylatorów

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA PODCZAS KONWEKCJI WYMUSZONEJ GAZU W RURZE

WENTYLATORY PROMIENIOWE JEDNOSTRUMIENIOWE TYPOSZEREG: WPPO

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Zajęcia laboratoryjne

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

APARATY GRZEWCZO WENTYLACYJNE ŚCIENNE

Zajęcia laboratoryjne

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI ANTYKAWITACYJNEJ NADWYŻKI WYSOKOŚCI CIŚNIENIA METODĄ DŁAWIENIOWĄ

Transkrypt:

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie BADANIE WENTYLATORÓW PRZEMYSŁOWYCH I ICH UKŁADÓW PRACY Prowadzący: mgr inż. Tomasz Siwek siwek@agh.edu.pl

1. Wprowadzenie teoretyczne 1.1. Definicja wentylatora Wentylator jest maszyną z grupy maszyn przepływowych, która pobiera energię mechaniczną od silnika i za pomocą jednego lub kilku wirników łopatkowych przekazuje ją do powietrza lub innego gazu, przy czym jednostkowa praca przekazana czynnikowi nie przekracza 25000 [J/kg]. Jeżeli pracę jednostkową pomnożymy przez umowną gęstość ρ=1,2 [kg/m 3 ], wówczas maksymalna wartość przyrostu ciśnienia w wentylatorze, zwanego spiętrzeniem całkowitym, wynosi Pc = 30000 [Pa]. Przyrost energii w wentylatorach może być wyrażony za pomocą jednostkowej pracy przekazanej czynnikowi bądź spiętrzenia całkowitego odniesionego do umownej gęstości powietrza. W wentylatorach nie stosuje się, używanego w sprężarkach, pojęcia sprężu. Definicyjny przyrost ciśnienia w wentylatorze odpowiada sprężowi Gdzie: absolutne ciśnienie całkowite na tłoczeniu, absolutne ciśnienie całkowite na ssaniu. = = + 30000 = 1,3 (1) 1.2. Wielkości charakteryzujące pracę wentylatora Spiętrzeniem całkowitym wentylatora Pc nazywamy różnicę ciśnień całkowitych Pc zmierzonych w przekrojach wylotowym At na tłoczeniu i wlotowym As na ssaniu. = (2) Po przekształceniu tego wzoru spiętrzenie całkowite można wyrazić jako sumę algebraiczną spiętrzenia statycznego i spiętrzenia dynamicznego. = = + 1 2 + 1 2 (3) = + 1 2 ś (3) Gdzie przyrost ciśnienia statycznego wyrażony jest w postaci różnicy ciśnień statycznych na tłoczeniu i ssaniu wentylatora Analogicznie wyrażamy przyrost ciśnienia dynamicznego = (4)

= = 1 2 ś (5) = 1 2 ś 1 1 (5) Zamiast spiętrzenia całkowitego można używać jednostkowej pracy przekazanej do czynnika lu [J/kg]. Jest to użyteczny przyrost energii 1 [kg] masy gazu uzyskany między przekrojami wlotu i wylotu wentylatora. Rys.1. Wielkości charakteryzujące wentylator promieniowy w układzie przepływowym i napędowym Strumieniem objętości albo wydajnością wentylatora nazywamy objętość gazu przepływającą w jednostce czasu przez płaszczyznę wlotu do wentylatora. Trzecią wielkością charakteryzującą pracę wentylatora jest moc wewnętrzna Ni dostarczona do wentylatora. Moc tę oblicza się na podstawie zmierzonej mocy na wale silnika napędowego Ns oraz strat mocy w elementach konstrukcyjnych przenoszenia napędu Nm wg wzoru = (6) Gdzie: Ns moc na wale silnika przed sprzęgłem, Nm straty mocy w układzie przenoszenia napędu od silnika do wirnika. Część mocy Ni dostarczonej do wentylatora jest przekazana do gazu w postaci tzw. mocy użytecznej Nu, którą obliczamy według wzoru:

= (7) gdzie f jest współczynnikiem ściśliwości przybliżającym pracę użyteczną do pracy procesu izentropowego. Współczynnik ten w wentylatorach o spiętrzeniu małym jest równy jeden. Dla większych spiętrzeń dobiera się go z odpowiedniego wykresu [1 str. 27]. Stosunek mocy użytecznej Nu do mocy wewnętrznej Ni określa sprawność wewnętrzną wentylatora. Obliczamy ją wg wzoru = (8) Sprawność wewnętrzna ujmuje straty energii podczas konwersji energii mechanicznej dostarczonej do wirnika na ciśnienie. W procesie tym możemy wyróżnić trzy rodzaje strat: straty przepływowe Np: o strata w leju wlotowym, o strata zmiany kierunku, o strata tarcia, o strata niestycznego napływu, o strata w obudowie, o strata przepływów powrotnych, straty brodzenia Nb, straty wolumetryczne Nv Związek pomiędzy mocą użyteczną a wewnętrzną wyrazić można również w postaci równania: = (9) Kolejną istotną wielkością z punkty widzenia oceny całościowej energochłonności maszyny jest sprawność całkowita, definiowana jako stosunek mocy użytecznej do mocy elektrycznej pobieranej przez silnik elektryczny stanowiący napęd maszyny. = (8. ) Wielkości przepływowe opisane powyżej zwane są osiągami wentylatora, w ujęciu graficznym przedstawiane są w formie charakterystyk przepływowych wentylatora, tj. zależności spiętrzenia całkowitego, mocy wewnętrznej i sprawności wewnętrznej (lub całkowitej ) od wydajności wentylatora.

W celu umożliwienia porównywania maszyn podobnych geometrycznie lecz o zróżnicowanych wymiarach, korzystając z teorii podobieństwa, wprowadzono zestaw liczb i wskaźników bezwymiarowych. Wskaźnik wydajności: 1 Wskaźnik ciśnienia: Δ 2 1 Wskaźnik mocy wewnętrznej: Wskaźnik szybkobieżności: Δ 8 0,03512 Δ Wskaźnik średnicy: 1,0536 Δ Maszyny podobne zachowują te same charakterystyki przepływowe w ujęciu bezwymiarowym. Rys.2. Kompletna charakterystyka przepływowa wentylatora ( lewa strona charakterystyka wymiarowa, prawa bezwymiarowa)

1.3. Podstawowe równanie wirnika maszyny krętnej Jednym z podstawowych praw fizyki, jest zasada zachowania energii, która dla ruchu obrotowego przyjmuje postać zasady zachowania krętu. Mówi ona, że suma momentów wszystkich sił zewnętrznych działających na płyn, obliczanych względem osi obrotu jest równa zmianie jego krętu w danym przedziale czasu. Matematycznie ujmuje to wzór: = dk (10) dτ gdzie: = - kręt płynu, - moment sił zewnętrznych, - prędkość liniowa płynu, - masa elementu płynu, l - ramię działania pędu. Opierając się na powyższym równaniu już w XVIII wieku Leonard Euler podał teoretyczne ujęcie przepływu przez wirnik. Opis stworzony przez Eulera odnosi się jednak do bardzo uproszczonego modelu przepływu, opartego o następujące założenia: przepływający czynnik jest nieściśliwy i nielepki, wirnik składa się z nieskończonej liczby nieskończenie cienkich łopatek, w przepływie przez wirnik zachodzi symetria osiowa przepływu, czynnik jest wstępnie zawirowany. W kolejnych krokach przedstawione zostanie przejście od zasady zachowania krętu do podstawowego równania maszyny wirnikowej, przeprowadzone zgodnie z myślą Eulera. Po scałkowaniu równania (10) = i podzieleniu przez t otrzymujemy: = = = (10) gdzie: - moment obrotowy, - strumień krętu czynnika u wylotu, - strumień krętu czynnika u wlotu, - strumień masy,, - prędkość gazu u wylotu i wlotu wirnika,

, - odległość prędkości od osi wirnika. Z relacji trygonometrycznych przedstawionych na rysunku 3 wynikają następujące zależności: =, =. (11) Po podstawienia do równania na moment otrzymujemy: =. (10) Z trójkątów prędkości na wlocie i wylocie do wirnika wynika, że: =, =, (12) i dalej podstawiając równania (12) do (10b) : =. (10) Rys. 3. Kinematyka palisady promieniowej Chcąc przejść na wymiar mocy mnożymy obydwie strony równania przez prędkość obrotową ω: = = =, (13) bowiem =, =. (14) Moc wyrazić możemy iloczynem strumienia masy i pracy jednostkowej:

=, (13) z czego wynika, że: = (15) Jest to pierwsza, podstawowa postać równania maszyn przepływowych, zwana również równaniem Eulera. Poszczególne indeksy mówią, że jest to jednostkowa praca użyteczna, teoretyczna dla nieskończonej liczby łopatek. W wirniku rzeczywistym występuje skończona ilość łopatek. Fakt ten uwzględnia się za pomocą liczby zmniejszenia mocy µ: = ( ), (15) Ciągle jest to jednak jednostkowa, użyteczna praca teoretyczna nie uwzględniająca występowania strat w przepływie przez wirnik. Straty te ujmuje sprawność przepływu wentylatora, dając jednocześnie ostateczną zależność na pracę użyteczną przekazywaną do płynu rzeczywistego w wirniku rzeczywistym: = ( ). (15) Należy zaznaczyć że praca odpowiada rzeczywistej pracy wewnętrznej dostarczanej do wirnika. = (16) Użyteczną pracę jednostkową możemy wyrazić także w postaci ciśnienia, wysokości podnoszenia i mocy użytecznej. Δ = (17) h = [] (17) = [] (17) Najczęściej wirnik zasilany jest bezpośrednio z rurociągu bez udziału kierownicy wlotowej. W takim przypadku = 0, a praca przekazana do czynnika wyraża się wzorem = (18) W wymiarze ciśnienia = (18) Spiętrzenie możemy przedstawić w funkcji wydajności, wykorzystując zależności trygonometryczne z trójkątów prędkości przedstawionych na rysunku 3. = (19) = (20)

Ostatecznie poszukiwana funkcja = () ma postać 1.4. Punkt pracy = ( ) (18) Wentylator może pracować w różnych punktach swojej charakterystyki ciśnienia od wydajności, w dopuszczalnym z ekonomicznego i eksploatacyjnego punktu widzenia jej zakresie. To, w którym punkcie roboczego zakresu charakterystyki pracuje, zależy od oporów instalacji podłączonej do wentylatora. Najlepiej jest, gdy przy danej wydajności przepływu opory instalacji są równe optymalnemu przyrostowi ciśnienia wentylatora tj. przyrostowi ciśnienia dla największej sprawności wentylatora. Rzeczywisty punkt pracy wentylatora leży na przecięciu charakterystyki przyrostu ciśnienia wentylatora z charakterystyką instalacji (straty przepływu od objętościowego natężenia przepływu). Punkt ten ustalany jest samoistnie w czasie pracy wentylatora, gdy wentylator wytworzy przyrost ciśnienia wymuszający w niej przepływ równy oporowi instalacji. Zatem wentylator musi mieć geometryczne i kinematyczne możliwości wynikające z rodzaju konstrukcji wirnika, aby mógł spowodować oczekiwany przepływ. Rys. 4. Punkt pracy i dopuszczalny zakres pracy Punkty M i E określają dopuszczalny zakres eksploatacji wentylatora. Ograniczenie od góry literą M podyktowane jest granicą pompażu, która przebiega w okolicy maksymalnego przyrostu ciśnienia. Na lewo od punktu M praca wentylatora jest zabroniona, jest to obszar niestabilny charakterystyki występują tam drgania powietrza w całej instalacji, duży hałas i niska sprawność. Poza tym istnieje zasada eksploatacji dotycząca wszystkich maszyn przepływowych zabezpieczająca przed ewentualnym zniszczeniem wirnika na skutek drgań, ażeby nie eksploatować maszyn, w tym wentylatorów, w obszarze pompażowym. Granica użytkowania wentylatora oznaczona literką E ma swoje uzasadnienie natury wyłącznie ekonomicznej, gdyż na prawo od punktu E przepływ przez wentylator jest niskosprawny. Przyjęto normowe ustalenia, że z ekonomicznego punktu widzenia

sprawności wentylatora w punktach pomiędzy M i E powinny być większe od 75% sprawności maksymalnej wentylatora, czyli 0,75. Użytkowa część charakterystyki, czyli zakres roboczy stanowi stosunkowo krótki wycinek całej charakterystyki wentylatora, leży na gałęzi stabilnej, zawiera punkt optymalny i najbliższe jego otoczenie. Rys.5. Zakres stabilny i niestabilny charakterystyki, pompaż 1.5. Regulacja wydajności i przyrostu ciśnienia (dopasowanie charakterystyki) Regulacja parametrów wentylatora jest konieczna wówczas, kiedy punkt pracy nie pokrywa się z punktem optymalnym lub gdy proces technologiczny obsługiwany przez wentylator wymaga zmian ciśnienia i wydajności. Regulację parametrów dokonuje się przez zmianę charakterystyki wentylatora przy stałej charakterystyce instalacji lub powodując zmianę charakterystyki instalacji wpływającą na osiągi wentylatora. Wyróżniamy następujące sposoby regulacji: 1.5.1. Regulacja przez zmianę obrotów wirnika Rys.6. Wpływ zmiany obrotów wirnika na charakterystykę wentylatora

1.5.2. Zmiana krętu na wlocie do wirnika za pomocą kierownic Rys.7. Charakterystyka przyrostu ciśnienia z regulacją krętu 1.5.3. Łączenie pojedynczych maszyn w układy szeregowe i równoległe a) b) Rys.8. Współpraca wentylatorów a) szeregowa b) równoległa 1.5.4. Dławienie przepływu w instalacji

Rys.9. Regulacja parametrów przez dławienie 1.5.5. Regulacja obejściowa - bajpas Rys.10. Istota regulacji obejściowej 1.5.6. Regulacja przez zwężanie wirnika Rys.11. Wirnik z ruchomą tarczą tylnią 1.5.7. Regulacja przez zmianę kąta ustawienia łopatek (tylko wirniki osiowe)

Rys.12. Krzywe dławienia wentylatora osiowego dla różnych kątów łopatek

2. Instrukcja 2.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wymiarowych charakterystyk przepływowych wentylatorów przemysłowych w pracy indywidualnej oraz w wybranych układach współpracy. Zbadanie wpływu wybranych cech konstrukcyjnych oraz parametrów regulacji na przebieg i kształt przedmiotowych charakterystyk. 2.2. Obiekt badań i schemat stanowiska pomiarowego W Laboratorium Maszyn Cieplnych i Przepływowych dostępne są dwa rodzaje wentylatorów: wentylatory promieniowe w zabudowie spiralnej (rys.13a) oraz wentylatory promieniowe w zabudowie kanałowej typ. in-line (rys. 13b.). a) b) Rys. 13. Wentylatory w Laboratorium KMCiP: a) wentylator promieniowy w zabudowie spiralnej, b) wentylator promieniowy w zabudowie kanałowej 1 2 3 4 Rys.14. Schemat stanowiska pomiarowego do wyznaczania charakterystyki przepływowej wentylatora promieniowego

2.3. Przebieg ćwiczenia pomiary 2.3.1. Wyznaczanie charakterystyki przepływowej wentylatora kanałowego Zadaniem jest wyznaczenie charakterystyki przepływowej wentylatora kanałowego tj. zależności przyrostu ciśnienia, sprawności całkowitej i pobieranej mocy elektrycznej od wydajności maszyny. Charakterystykę należy wyznaczyć dla trzech wartości prędkości obrotowej wirnika zmieniając opory instalacji (dławiąc przepływ) za pomocą przepustnicy regulacyjnej w pełnym zakresie jej działania. Charakterystyki wyznaczane są dla pojedynczego wentylatora oznaczonego symbolem 1 ( stanowisko zestawione z modułów A-B i B-C, moduł C-F odłączony). Obroty n [obr/min] Ciśnienie dynamiczne Nr pomiaru w rurociągu Pa p d. Podciśnienie przed wentylatorem Pa p s Moc elektryczna wentylatora W N el Wilgotność względna powietrza ϕ % Temperatura powietrza o t C 1...... 2...... pow 2.3.2. Badanie współpracy szeregowej wentylatorów Zadaniem jest wyznaczenie pełnej charakterystyki przepływowej (analogicznej do punktu 2.3.1. układu wentylatorów współpracujących szeregowo. Charakterystyki wyznaczane są dla szeregowo połączonych wentylatorów oznaczonych symbolami 1 i 2 ( stanowisko zestawione z modułów A-B i B-C oraz C-F, wyłączony wentylator 3 i zamknięta odpowiadająca mu przepustnica). Pomiarów dokonać dla jednej z prędkości obrotowych wirnika z punktu 2.3.1. Obroty n [obr/min] Ciśnienie dynamiczne Nr pomiaru w rurociągu Pa p d. Podciśnienie przed wentylatorem Pa p s Moc elektryczna wentylatora W N el Wilgotność względna powietrza ϕ % Temperatura powietrza o t C 1...... 2...... pow 2.3.3. Badanie współpracy równoległej wentylatorów Zadaniem jest wyznaczenie pełnej charakterystyki przepływowej (analogicznej do punktu 2.3.1. układu wentylatorów współpracujących równolegle. Charakterystyki wyznaczane są dla równolegle połączonych wentylatorów oznaczonych symbolami 2 i 3 ( stanowisko zestawione z modułów A-B i B-C oraz C-F, wyłączony wentylator

1 wolny przepływ). Pomiarów dokonać dla jednej z prędkości obrotowych wirnika z punktu 2.3.1. Obroty n [obr/min] Ciśnienie dynamiczne Nr pomiaru w rurociągu Pa p d. Podciśnienie przed wentylatorem Pa p s Moc elektryczna wentylatora W N el Wilgotność względna powietrza ϕ % Temperatura powietrza o t C 1...... 2...... pow 2.3.4. Wyznaczanie charakterystyki przepływowej wentylatora promieniowego w zabudowie spiralnej Zadaniem jest wyznaczenie charakterystyki przepływowej wentylatora promieniowego w zabudowie spiralnej tj. zależności przyrostu ciśnienia, sprawności całkowitej i pobieranej mocy elektrycznej od wydajności maszyny. Charakterystykę należy wyznaczyć dla trzech wartości prędkości obrotowej wirnika (przynajmniej jedna prędkość obrotowa odpowiadająca prędkością z punktu 2.3.1) zmieniając opory instalacji (dławiąc przepływ) za pomocą przepustnicy regulacyjnej w pełnym zakresie jej działania. Charakterystyki wyznaczane są dla pojedynczego wentylatora oznaczonego symbolem 4 ( stanowisko zestawione z modułów A-B oraz B-C, wentylator 1 zamieniony z 4). Obroty n [obr/min] Ciśnienie dynamiczne Nr pomiaru w rurociągu Pa p d. Podciśnienie przed wentylatorem Pa p s Moc elektryczna wentylatora W N el Wilgotność względna powietrza ϕ % Temperatura powietrza o t C 1...... 2...... pow 2.4. Opracowanie wyników Grupa ćwiczeniowa dostaje wyniki w formie danych cyfrowych celem zaimportowania do programu umożliwiającego ich dalszą obróbkę np. MS Excel, Matlab.

Metodyka obliczeń Pierwszym krokiem jest przeliczenie gęstości powietrza w rurociągu na warunki umowne wg wzoru: ( p ϕ p ") ρ N 1 1 p TN kg ρ = + ϕ1 ρ p" ( + ) 3 p t T gdzie: m N 1 N ρ N - gęstość powietrza w warunkach normalnych ρ p1 - ciśnienie absolutne powietrza w rurociągu [ Pa ] ϕ - wilgotność względna powietrza w rurociągu 1 N kg 1,2759 m = 3 p p" - ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej suchej dla temperatury 1 T N = 273K T - temperatura powietrza w warunkach normalnych ( ) N kg 3 m p N = 101325 Pa ρ p" - gęstość pary wodnej nasyconej suchej dla temperatury T 1 p - ciśnienie powietrza w warunkach normalnych ( ) 1 N t - temperatura powietrza w rurociągu po stronie ssawnej [ C] O T [ Pa ] W oparciu o obliczoną gęstość należy obliczyć, korzystając ze zmierzonej wartości ciśnienia dynamicznego panującego w rurociągu średnią prędkość powietrza w rurociągu: p d = 2 ρ v 2 p v = 2 ρ d m s Wydatek objętościowy w rurociągu należy obliczyć korzystając ze wzoru: 3 m V& = v A gdzie: s 2 [ m ] A - pole przekroju poprzecznego rurociągu, obliczone dla średnicy wewnętrznej d = 20cm Spiętrzenie całkowite, generowane przez wentylator jest sumą spiętrzenia statycznego (przyrost energii potencjalnej) oraz dynamicznego (przyrost energii kinetycznej). Człon dynamiczny jest pomijany zarówno ze względu na równe średnice rurociągów po stronie ssawnej i tłocznej jak również ze względu na wytyczne rozporządzenia komisji UE nr 327/2011 dotyczącego ekoprojektowania. Wytyczne te stanowią, że gdy wentylator pracuje bez instalacji po stronie tłocznej (tłoczy powietrze do otoczenia) człon dynamiczny jest traktowany jako strata i jest pomijany. Zatem zarówno w badaniach pojedynczych wentylatorów jak i ich współpracy spiętrzenie całkowite wyznaczane jest jako suma podciśnienia i ciśnienia atmosferycznego panującego w pomieszczeniu. Ogólnie ujmując:

p = p p = 0 p c t s s Z faktu, iż przetwornik ciśnienia, mierzący podciśnienie przed wentylatorem jest podłączony tak, że wskazuje bezwzględną wartość ciśnienia, zatem spiętrzenie całkowite należy obliczyć w oparciu o wzór: p c = p s [ Pa] Moc użyteczna przekazana przez wirnik do gazu dana jest wzorem: N u = V & p c [ W ] Sprawność całkowitą należy obliczyć korzystając ze wzoru: η c = N N u el [ ] Obliczone wielkości należy przedstawić w następującej tabeli: Obroty n [obr/min]. Strumień Spiętrzenie Moc Sprawność Nr pomiaru wydajności [ ] całkowite [] użyteczna [] całkowita [-] 1..... 2..... 3 Graficzne opracowanie wyników powinno zawierać: Porównanie na jednym wykresie obliczonych wielkości charakteryzujących pracę wentylatora dla punktu 2.3.1. ujętych w formie charakterystyk przepływowych (,,, = ( )) celem pokazania wpływu zmiany prędkości obrotowej na ich kształt i przebieg. Porównanie na jednym wykresie obliczonych wielkości charakteryzujących pracę wentylatora dla punktów: 2.3.1 (wentylator pojedynczy), 2.3.2. (współpraca szeregowa) oraz 2.3.3. (współpraca równoległa) ujętych w formie charakterystyk przepływowych (,,, = ( )) celem zinterpretowania wpływu konfiguracji układu na ich kształt i przebieg. Wyniki wybrać dla jednej prędkości obrotowej wirnika. Porównanie na jednym wykresie obliczonych wielkości charakteryzujących pracę wentylatora dla punktu 2.3.4. (wentylator promieniowy w zabudowie spiralnej) ujętych w formie charakterystyk przepływowych (,,, = ( )) celem pokazania wpływu zmiany prędkości obrotowej wirnika na ich kształt i przebieg. Porównanie na jednym wykresie obliczonych wielkości charakteryzujących pracę wentylatora dla pomiarów z punktów: 2.3.1 (wentylator kanałowy) oraz 2.3.4. (wentylator promieniowy w zabudowie

spiralnej) ujętych w formie charakterystyk przepływowych (,,, = ( )) celem zinterpretowania wpływu konstrukcji maszyny na ich kształt i przebieg. 2.5. Sprawozdanie Sprawozdanie wykonane odręcznie bądź komputerowo w grupach 3 osobowych, powinno zawierać: Tabelę informacyjną (zgodnie z załącznikiem do instrukcji), Cel ćwiczenia, Schemat stanowiska pomiarowego, Opracowanie wyników pomiarów zgodnie z wytycznymi punktem 2.4 Wnioski wynikające z przeprowadzonego ćwiczenia (interpretacja wykresów z punktu 2.4, własne uwagi i spostrzeżenia) Przykładowe zagadnienia na zaliczenie: 1. Podstawowe równanie wirnika maszyny krętnej 2. Charakterystyka przepływowa wymiarowa i bezwymiarowa 3. Definicja wentylatora, podział, schemat i główne wymiary geometryczne 4. Definicja podstawowych wielkości charakteryzujących pracę wentylatorów (Spiętrzenie całkowite, statyczne, dynamiczne, wydajność, sprawność całkowita, sprawność wewnętrzna, moc użyteczna) 5. Palisada promieniowa wraz z trójkątami prędkości 6. Rodzaje strat w wentylatorze promieniowym 7. Procedura wyznaczania charakterystyk przepływowych 8. Współpraca wentylatorów 9. Sprawność wewnętrzna i całkowita, moc wewnętrzna a użyteczna wentylatora. 10. Punkt pracy wentylatora 11. Sposoby regulacji punktu pracy 12. Liczby bezwymiarowe (ciśnienia, mocy i wydajności) 13. Pompaż 14. Dobór wentylatorów do sieci 15. Optymalny punkt pracy i zakres roboczy charakterystyki przepływowej 16. Proste zadania obliczeniowe z zakresu wentylatorów Literatura: 1.Fortuna S., 1999. Wentylatory. Podstawy teoretyczne, zagadnienia konstrukcyjno eksploatacyjne i zastosowanie. Wyd. Techwent, Kraków 2.Fortuna S., 1999. Badania wentylatorów i sprężarek. Wyd. Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 3.Kuczewski S.,1987. Wentylatory. Warszawa, WNT 4.Rydlewicz J., 1989. Wentylatory i pompy przepływowe. Łódź, Politechnika Łódzka 5.Ferencowicz J., 1964. Wentylacja i klimatyzacja. Warszawa, Arkady

6. Tuliszka E., 1976. Wentylatory, Sprężarki, Dmuchawy. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Poznań 7.Dixon S.L., Hall C.A., 2010. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery. 6th Edition. Elsevier 8. Lewis R.I.; Turbomachinery performance analysis, Elsevier Science & Technology Books, 1996r. 9. Bleiber F.P.; Fan Handbook, Selection, Application and Design ; McGrawHill, NY, 1998