Maszyny przepływowe - Wentylatory

Tematyka wykładu :

Tematyka wykładu :

-

Podział wentylatorów

-

Wielkości charakteryzujące pracę wentylatora

-

Wskaźniki bezwymiarowe

-

Wzory podobieństwa

1

-

Charakterystyki wentylatorów

-

Regulacja wentylatorów

-

Dobór wentylatorów

-

Zagadnienia eksploatacyjne

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Urządzenia, które wytwarzają przyrosty ciśnienia, nazywamy urządzeniami

sprężającymi.

Należą one do grupy urządzeń roboczych - czyli takich, które pobierają

energię z zewnątrz.

Urządzenie, które wytworzony przyrost ciśnienia wykorzystuje do transportu

czynnika na niewielkie odległości nazywamy wentylatorem.

W przypadku wentylatorów tym czynnikiem najczęściej jest powietrze, może

2

W przypadku wentylatorów tym czynnikiem najczęściej jest powietrze, może

też nim być inny gaz lub inna mieszanina gazów.

Wentylator jest taką maszyną roboczą, w której wytworzony przyrost ciśnienia

jest nie większy niż 30000 Pa.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Podział wentylatorów :

Ze względu na wytworzony przyrost ciśnienia :

-

niskoprężne, ∆p

c ≤ 720 Pa,

-

ś

rednioprężne, ∆p

c

>

720 Pa i ≤ 3600 Pa,

-

wysokoprężne, > 3600 Pa i

≤

30000 Pa.

Do 200 tys. Pa – dmuchawy,

3

Do 200 tys. Pa – dmuchawy,

Powyżej 200 tys. Pa – sprężarki.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Ze względu na transport czynnika :

-

ssące,

-

tłoczące,

-

ssąco-tłoczące.

Ze względu na miejsce montażu :

-

kanałowe,

4

-

kanałowe,

-

dachowe,

-

ś

cienno-sufitowe.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Ze względu na rozwiązanie konstrukcyjne :

-

promieniowe jednostrumieniowe,

- promieniowe dwustrumieniowe,

-

osiowe,

-

osiowo-promieniowe (merydionalne),

-

poprzeczne.

5

Maszyny przepływowe - Wentylatory

6

Koła wirnikowe wentylatorów promieniowych jednostrumieniowych.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

7

Koła wirnikowe wentylatora promieniowego dwustrumieniowego.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

8

Koła wirnikowe wentylatora osiowego.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

9

Wentylator dachowy promieniowy.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

10

Obudowa spiralna i sposoby napędu wentylatora promieniowego.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

11

Schemat wentylatora promieniowego z obudową spiralną i bez obudowy.

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Wielkości charakteryzujące pracę wentylatora :

.

-

Wydajność - V [m

3

/s] – jest to objętość czynnika przepływającego w jednostce

czasu przez płaszczyznę wlotu (dla wentylatora ssącego i ssąco-tłoczącego) lub
przez płaszczyznę wylotu (dla wentylatora tłoczącego), przy jednoczesnym
określeniu ciśnienia, temperatury i wilgotności,

-

Strumień masy – m [kg/s] – jest to masa czynnika przepływającego w jednostce
czasu przez płaszczyznę wlotu (dla wentylatora ssącego i ssąco-tłoczącego) lub
przez płaszczyznę wylotu (dla wentylatora tłoczącego),

-

Przyrost ciśnienia statycznego – ∆p [Pa] – jest to różnica średniego ciśnienia

.

.

12

-

Przyrost ciśnienia statycznego – ∆p

s

[Pa] – jest to różnica średniego ciśnienia

statycznego w płaszczyźnie wylotu wentylatora i w płaszczyźnie jego wlotu,

-

Przyrost ciśnienia całkowitego – ∆p

c

[Pa] – jest to różnica średniego ciśnienia

całkowitego w płaszczyźnie wylotu wentylatora i w płaszczyźnie jego wlotu,

Maszyny przepływowe - Wentylatory

-

Moc wentylatora – N [W] – jest to moc przekazana na wał wentylatora, łącznie

z mocą zużywaną na pokonanie strat tarcia w łożyskach oraz na napęd urządzeń
pomocniczych związanych z wałem wentylatora,

-

Sprawność wentylatora – η [-] – jest to stosunek zapotrzebowanej mocy

w warunkach wyidealizowanych do rzeczywiście pobieranej mocy wentylatora,

-

Liczba obrotów – n [1/min],

Parametry termodynamiczne czynnika :

13

-

Gęstość – ρ [kg/m

3

],

-

Wilgotność – φ [%],

-

Temperatura – T [K].

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Parametry powietrza

W większości przypadków czynnikiem przetłaczanym przez wentylatory jest powietrze

o parametrach zbliżonych do parametrów powietrza atmosferycznego.

Gęstość powietrza suchego –

T

R

p

⋅

=

ρ

14

Gęstość powietrza wilgotnego –

"

ρ

ϕ

ϕ

ρ

⋅

+

⋅

⋅

−

=

T

R

p

p

ss

Maszyny przepływowe - Wentylatory

gdzie:

p [Pa] – ciśnienie bezwzględne,

T [K] – temperatura,

R [J/kgK] – indywidualna stała gazowa,

φ

[%] – wilgotność względna,

p

ss

[Pa] – ciśnienie pary nasyconej w temperaturze gazu wilgotnego,

ρ

” [kg/m

3

] – gęstość pary nasyconej w temperaturze gazu wilgotnego,

p

ϕ

ϕ

=

15

Wilgotność względna jest to stosunek wilgoci rzeczywistej do wilgoci maksymalnej

mogącej wystąpić w tej samej temperaturze.

p

p

"

ϕ

ϕ

ϕ

=

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Normalna gęstość powietrza :

ρ

n

= 1.2 [kg/m

3

]

Jest to gęstość powietrza obliczona dla:

p

n

= 101,325 [kPa],

T

n

= 293 [K],

φ

n

= 50 [%].

16

n

Gęstość mieszaniny gazów :

r

i

– udziały objętościowe składników

i

i

i

r

ρ

ρ

⋅

=

∑

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Przyrost ciśnienia całkowitego

p

c

= p

s

+ p

d

p

s

[Pa] – ciśnienie statyczne w danym punkcie przepływu,





















−













+

⋅

−

⋅

⋅

⋅

=

−

1

1

1

2

1

1

2

κ

κ

κ

κ

ρ

s

s

d

p

c

p

p

17

p

s

[Pa] – ciśnienie statyczne w danym punkcie przepływu,

p

d

[Pa] – ciśnienie dynamiczne w danym punkcie przepływu,

ρ

[kg/m

3

] – gęstość czynnika w danym punkcie przepływu,

c [m/s] – prędkość czynnika w danym punkcie przepływu,

κ

[-] – wykładnik izentropy,

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Jeżeli p

d

/p

s

< 0.01 to :

∆

p

c

= ∆p

s

+ ∆p

d

∆

p

s

= p

s2

– p

s1

∆

p

d

= p

d2

– p

d1

2

2

1

c

p

d

⋅

⋅

≅

ρ

18

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Z równania ciągłości strugi:

const

c

A

c

A

V

=

⋅

=

⋅

=

•

2

2

1

1

Po przekształceniach :













−

⋅

⋅

⋅

+

∆

=

∆

•

2

1

2

2

2

1

1

2

1

A

A

V

p

p

s

c

ρ

19

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Moc użyteczna wentylatora

Użyteczny przyrost energii jednego kilograma masy czynnika przepływającego przez

wentylator między płaszczyzną jego wlotu i wylotu jest sumą użytecznych
przyrostów energii statycznej i dynamicznej.

∆

e

c

= ∆e

s

+ ∆e

d









−









⋅

⋅

=

∆

−

1

1

2

1

κ

κ

κ

s

s

p

p

e

20

















−













⋅

−

⋅

=

∆

1

1

1

2

1

1

κ

κ

ρ

s

s

s

s

p

p

p

e

Maszyny przepływowe - Wentylatory

f

p

e

s

s

⋅

∆

≅

∆

1

ρ

Jeżeli ∆p

s

/p

s1

< 0.03 to f = 1

1

2

1

1

s

s

p

p

f

∆

⋅

−

=

κ

21

2

2

2

1

2

2

c

c

e

d

−

=

∆

Maszyny przepływowe - Wentylatory

e

m

N

∆

⋅

=

•

Jeżeli ∆p

s

/p

s1

< 0.03 to :

c

u

e

m

N

∆

⋅

=

c

u

p

V

N

∆

⋅

≅

•

22

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Sprawność wentylatora

Sprawność wentylatora jest to stosunek mocy użytecznej do mocy przekazywanej na

Sprawność wentylatora jest to stosunek mocy użytecznej do mocy przekazywanej na

wał wentylatora.

Moc przekazywaną bezpośrednio sprężanemu czynnikowi nazywamy mocą

wewnętrzną wentylatora.

N

N

u

=

η

23

∆

N

t

– moc potrzebna na pokonanie oporów łożysk i na napęd ewentualnych urządzeń

pomocniczych.

t

i

N

N

N

∆

−

=

Maszyny przepływowe - Wentylatory

Wprowadza się pojęcia sprawności wewnętrznej i mechanicznej wentylatora :

Z powyższych zależności wynika związek :

i

u

i

N

N

=

η

N

N

i

m

=

η

i

m

η

η

η

⋅

=

24

η

m

= 0.96 ÷ 0.99

η

i

= 0.5 ÷ 0.9