Wydział Górnictwa i Geoinżynierii	Kwiecień Piotr Machniak Łukasz	GiG	Zespół nr 3
Aerologia Górnicza	Zdejmowanie charakterystyki wentylatora.		Nr ćwiczenia: 5
Data wykonania: 26.02.2003r.	Data oddania: 26.03.2003r.		Ocena:

Zdejmowanie charakterystyk wentylatora.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zdjęcie charakterystyk wentylatora. W przypadku naszym jest to zdjęcie charakterystyki przy pracy ssącej wentylatora oraz przy rewersji.

Po wykonaniu ćwiczenia należy obliczyć:

• gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym ρ,

• wydatek objętościowy powietrza Q,

• prędkość średnią w kanale wentylacyjnym v_s,

• spiętrzenie dynamiczne Δp_d,

• spiętrzenie całkowite Δp_c,

• moc użyteczną wentylatora N_u,

• sprawność wentylatora η,

• oraz wykreślić zależności : Δp_c = f(Q), N = f(Q), η= f(Q).

Dane:

• temperatura termometru suchego: t_s = 21,6 [°C]

• temperatura termometru mokrego: t_w = 14,6 [ °C]

• ciśnienie: p =1001 [hPa]

• moc pobierana przez wentylator

• prędkość powietrza

2. Część teoretyczna.

Charakterystyka wentylatora jest to graficzne wyrażenie zależność pomiędzy spiętrzeniem całkowitym Δp_c , mocą N lub sprawnością η a wydatkiem Q wentylatora. Każdy typ wentylatora ma swoją charakterystykę zależną od konstrukcji łopatek, kąta ich nachylenia oraz kierunku zakrzywienia. Wentylatory są to maszyny służące do wytwarzania przepływu powietrza pod wpływem spiętrzeń (depresji) nie przekraczających 10000N/m².

Z uwagi na wielkość wytwarzanego ciśnienia, wentylatory dzieli się na:

• wentylatory niskiego ciśnienia, które nie przekracza 1000 N/m2,

• wentylatory średniego ciśnienia, w zakresie ciśnień od 1000 do 3000 N/m2

• wentylatory wysokiego ciśnienia, w zakresie ciśnień od 3000 do 10000 N/m2.

Z uwagi na zasadę działania wentylatory dzieli się na:

• promieniowe, zwane także odśrodkowymi,

• osiowe

Z uwagi na ciśnienie panujące w przestrzeni, z której pobierany i do której tłoczony jest gaz, rozróżnia się wentylatory:

• ssące,

• ssąco-tłoczące,

• tłoczące.

1. Wentylatory promieniowe.

Zasada działania wentylatorów promieniowych opiera się na nadawaniu przez łopatki obracającego się wirnika cząsteczką gazu ruchu obrotowego. Powstająca w ten sposób siła odśrodkowa powoduje jego przepływ przez kanał wirnika. Przy wyjściu z wirnika powstaje więc podciśnienie, a przy wylocie z wirnika następuje wzrost ciśnienia, jak i prędkości gazu. Rozpędzony w wirniku gaz jest przesuwany do odpowiedniej osłony, tak zwanego dyfuzora, który powinien być tak skonstruowany, aby zniwelować straty tworzące się na skutek powstałych wirów były jak najmniejsze. Przy przepływie gazu przez układy łopatkowe powstają charakterystyczne trójkąty prędkości, które mają istotne znaczenie przy wyprowadzaniu odpowiednich równań dla maszyn przepływowych. Ważną rzeczą w wentylatorach promieniowych jest kąt ustawienia łopatek wirnika.

W praktyce spotyka się wentylatory o różnej krzywiźnie łopatek, a mianowicie:

1. łopatki promieniowe, tworzące u wylotu wirnika kąt β₂ = 90°

2. łopatki zakrzywione do przodu β₂ > 90°

3. łopatki zakrzywione do tyłu β₂ < 90°

Jeżeli chodzi o przyrost ciśnienia, to największy uzyska się przy wentylatorze z łopatkami zakrzywionymi w przód, najmniejszy zaś przy łopatkach wygiętych do tyłu. Większe wartości kąta β₂ powodują zwiększenie ciśnienia, lecz sprawność tego typu maszyn jest niższa od sprawności, jaką otrzymalibyśmy przy łopatkach wygiętych do tyłu. Ponadto wielkość kąta β₂ wpływa na postać kanałów pomiędzy łopatkami. Przy β₂ < 90° kanał jest dłuższy, lecz warunki przepływu są tu korzystniejsze z uwagi na łagodne zmiany przekroju i kierunku przepływu.

Rys. poniżej przedstawia bezwymiarowe charakterystyki różnych konstrukcji wentylatorów promieniowych. Z porównania tych krzywych wynikają następujące wnioski:

1.Przy równych prędkościach obrotowych wirniki z łopatkami zagiętymi do przodu mają większą moc przetłaczania, niż z łopatkami zagiętymi do tyłu, to znaczy, że przy równych strumieniach objętościowych uzyskują większe ciśnienie, albo przy równych ciśnieniach przetłaczają większy strumień objętościowy.

2. Przy wzrastającej ilości przetłaczanego powietrza zapotrzebowanie mocy (krzywa wartości λ) wentylatorów z łopatkami zagiętymi do tyłu wzrasta tylko nieznacznie. Natomiast pobór mocy wentylatorów o łopatkach zagiętych do przodu wzrasta bardzo wyraźnie tak, że w tym wypadku trzeba bardzo uważnie określać opory przepływu, gdyż inaczej grozi przeciążenie silnika. Błąd taki często się zdarza w urządzeniach kombinowanych na powietrze wlotowe i wylotowe, pracujących w układzie recyrkulacji.

3. Sprawności wentylatorów z łopatkami zagiętymi do tyłu są znacznie wyższe niż wentylatorów z łopatkami zagiętymi do przodu.

Przy wzroście oporu instalacji wydajność wentylatora z wirnikiem bębnowym zmienia się bardziej, niż wentylatora z łopatkami zagiętymi do tyłu.

2. Wentylatory osiowe.

Wentylator osiowy do zabudowy w ścianie przekrój

Różnica pomiędzy wentylatorami osiowymi a promieniowymi polega na tym, że główny kierunek ruchu w wentylatorach osiowych odbywa się równolegle do osi wirnika. Najprostszy wirnik wentylatora osiowego zbudowany jest z wału, na którym osadzone jest koło łopatkowe, składające się z piasty z przymocowanymi do niego promieniowo łopatkami. Łopatki w zależności są płaskie lub skręcone względem płaszczyzny obrotu wirnika. Jest charakterystyczne, że w przekroju powierzchnią walcową współśrodkową z osią wirnika łopatki mają profil bardzo zbliżony do przekroju skrzydła samolotu. Prawie wszystkie wentylatory mają łopatki kierownicze, odpowiednio rozmieszczone względem siebie i w stosunku do wirnika. Tworzą one wraz z wirnikiem tzw. stopnie wentylatora. Wentylatory, których wirnik ma dwa lub więcej kół łopatkowych, mają zawsze odpowiednio względem tych kół rozmieszczone zespoły łopatek kierowniczych, których zadaniem jest nadanie właściwego kierunku cząsteczkom gazu wpływającym na koło łopatkowe w czasie pracy wentylatora.

W zależności od liczby wirników oraz kierownic, rozróżnia się jedno-, dwu- lub wielostopniowe. Zwiększając stopień wentylatora, zwiększa się jego depresję. Powietrze przepływające przez wentylator wywiera na łopatki wirnika i kierownice odpowiednie siły i odwrotnie, łopatki wirnika i kierownice wywierają na przepływający gaz takie same siły co do wielkości., lecz skierowane przeciwnie. Właśnie od wielkości tych sił zależy przede wszystkim różnica ciśnień, jaką wytwarza wentylator. Siły te można obliczyć przy znajomości odpowiednich danych charakteryzujących aerodynamiczne właściwości profili zastosowanych łopatek wirnika i łopatek kierowniczych.

Podział wentylatorów osiowych:

• wentylatory śmigłowe (wentylatory recyrkulacyjne), tylko z łopatkami, bez pierścienia (obudowy),

• wentylatory ścienne i okienne z pierścieniem osłonowym oraz wentylatory rurowe,

• wentylatory osiowe bez kierownicy dla małych ciśnień,

• wentylatory osiowe z kierownicą powietrza, z dyfuzorem lub bez, dla wyższych ciśnień i sprawności,

• przeciwbieżne wentylatory osiowe dla bardzo dużych ciśnień (około trzykrotnie wyższych niż wentylatorów bez kierownicy), z dwoma silnikami napędowymi,

• wentylatory osiowe z łopatkami przestawnymi w biegu albo z dławieniem wirowym jak dla urządzeń VVS.

Literatura:

„Przewietrzanie kopalń” - J. Roszkowski, J. Pawiński, J. Strzemiński

„Poradnik górnika tom III” - praca zbiorowa

www.tevo.net

3. Obliczenia do wykresów.

Wentylator tłoczący
Lp.	Wielkości zmierzone			Wielkości obliczone
		Prędkość pow.	U2	WA	Q	vs	pd	pc	Nu	
		vrz	pst	N	m^3/s	m/s	N/m^2	N/m^2	W	%
		m/s	N/m^2	W
obroty 1
1	1,65	1304,73	99	0,000367455	2,7555	1,598414	1309,188	0,481068	0,4859
2	1,84	882,9	98	0,000409768	3,0728	1,987728	888,4436	0,364056	0,3715
3	1,98	470,88	96	0,000440946	3,3066	2,301716	477,2993	0,210463	0,2192
4	2,03	353,16	95	0,000452081	3,3901	2,419432	359,9076	0,162707	0,1713
5	2,06	255,06	96	0,000458762	3,4402	2,49147	262,0085	0,1202	0,1252
6	2,12	127,53	97	0,000472124	3,5404	2,638718	134,8891	0,063684	0,0657
obroty 2
1	0,65	2246,49	65	0,000144755	1,0855	0,248055	2245,798	0,325091	0,5001
2	0,89	1863,9	62	0,000198203	1,4863	0,465052	1862,603	0,369174	0,5954
3	1,01	1618,65	64	0,000224927	1,6867	0,598913	1616,98	0,363702	0,5683
4	1,2	1226,25	64	0,00026724	2,004	0,845442	1223,892	0,327073	0,5111
5	1,38	755,37	61	0,000307326	2,3046	1,118097	752,2517	0,231187	0,379
6	1,52	382,59	61	0,000338504	2,5384	1,356465	378,807	0,128228	0,2102
obroty 3
1	0,47	1461,69	34	0,000104669	0,7849	0,129693	1461,328	0,152956	0,4499
2	0,68	1157,58	35	0,000151436	1,1356	0,271481	1156,823	0,175185	0,5005
3	0,83	882,9	34	0,000184841	1,3861	0,404462	881,772	0,162988	0,4794
4	1	598,41	34	0,0002227	1,67	0,587112	596,7726	0,132901	0,3909
5	1,07	480,69	35	0,000238289	1,7869	0,672185	478,8153	0,114096	0,326
6	1,17	284,49	35	0,000260559	1,9539	0,803698	282,2486	0,073542	0,2101

Rewersja
Lp.	Wielkości zmierzone			Wielkości obliczone
		Prędkość pow.	U2	WA	Q	vs	pd	pc	Nu	
		vrz	pst	N	m^3/s	m/s	N/m^2	N/m^2	W	%
		m/s	N/m^2	W
obroty 1
1	0,53	6082,2	83	0,00011803	0,8851	0,16492	6081,74	0,717834	0,8649
2	0,75	4846,14	86	0,00016703	1,2525	0,330251	4845,219	0,809273	0,941
3	0,93	4061,34	85	0,00020711	1,5531	0,507794	4059,924	0,840855	0,9892
4	1,18	2962,62	87	0,00026279	1,9706	0,817495	2960,34	0,777936	0,8942
5	1,4	1962	88	0,00031178	2,338	1,15074	1958,791	0,610712	0,694
6	1,62	961,38	89	0,00036077	2,7054	1,540818	957,0828	0,345291	0,388
obroty 2
1	0,4	4846,14	56	0,00008908	0,668	0,093938	4845,878	0,431671	0,7708
2	0,53	3982,86	57	0,00011803	0,8851	0,16492	3982,4	0,470047	0,8246
3	0,68	3394,26	57,5	0,00015144	1,1356	0,271481	3393,503	0,513899	0,8937
4	0,82	2805,66	59	0,00018261	1,3694	0,394774	2804,559	0,512152	0,8681
5	1,14	1805,04	60	0,00025388	1,9038	0,763011	1802,912	0,45772	0,7629
6	1,38	843,66	59	0,00030733	2,3046	1,118097	840,5417	0,25832	0,4378
obroty 3
1	0,31	3492,36	36	6,9037E-05	0,5177	0,056422	3492,203	0,241091	0,6697
2	0,44	2884,14	37	9,7988E-05	0,7348	0,113665	2883,823	0,28258	0,7637
3	0,66	2217,06	38	0,00014698	1,1022	0,255746	2216,347	0,325763	0,8573
4	0,83	1746,18	39	0,00018484	1,3861	0,404462	1745,052	0,322557	0,8271
5	1,05	1098,72	39	0,00023384	1,7535	0,647291	1096,915	0,256497	0,6577
6	1,18	627,84	40	0,00026279	1,9706	0,817495	625,5601	0,164388	0,411

4. Wnioski.

Po przeanalizowaniu wykresów nasuwa się wniosek, że wraz ze zmniejszaniem się prędkości znacząco spada moc pobierana przez wentylator. Zauważalny jest również fakt, że wraz ze wzrostem wydatku maleje spiętrzenie całkowite. Przy pracy w rewersji dla tych samych parametrów wydatku co przy tłoczeniu mniejsze znacznie jest spiętrzenie.

5. Wykresy

---