1

Wyznaczanie charakterystyk wentylatora

1.Cel

ć

wiczenia.

Wyznaczenie charakterystyk wentylatora, badanie pracy szeregowej i

równoległej wentylatorów.

2.Wiadomo

ś

ci wst

ę

pne.

Wentylatory zaliczamy do wirnikowych maszyn roboczych słu

żą

cych do

przetłaczania gazów i par. W maszynach tych proces przekazywania energii

odbywa si

ę

w sposób ci

ą

gły, podczas przepływu czynnika przez wiruj

ą

ce kanały.

Pod wzgl

ę

dem konstrukcyjnym wentylatory dzielimy na promieniowe

(od

ś

rodkowe) i osiowe, zale

ż

nie od kierunku przepływu czynnika.

Wentylatory promieniowe stosowane s

ą

tam, gdzie wymagane jest wi

ę

ksze

ci

ś

nienie całkowite spr

ęż

onego gazu, za

ś

przy wi

ę

kszych wydatkach maszyny

osiowe. W układzie jednostopniowym przyrost ci

ś

nienia całkowitego czynnika

uzale

ż

niony jest przede wszystkim od pr

ę

dko

ś

ci obwodowej wirnika. Im wi

ę

ksza

pr

ę

dko

ść

obwodowa , tym mo

ż

liwo

ść

uzyskania wi

ę

kszego przyrostu ci

ś

nienia

czynnika. Wentylatory osiowe budowane s

ą

jako wielostopniowe i charakteryzuj

ą

si

ę

du

żą

wydajno

ś

ci

ą

. Bardzo cz

ę

sto w celu podwy

ż

szenia ci

ś

nienia tłoczonego

czynnika stosuje si

ę

współprac

ę

szeregow

ą

wentylatorów, natomiast w celu

zwi

ę

kszenia wydajno

ś

ci współprac

ę

równoległ

ą

tych maszyn.

Charakterystyk

ą

b

ę

dziemy

nazywali

zale

ż

no

ść

mi

ę

dzy

dwoma

wielko

ś

ciami podstawowymi, charakterystycznymi dla pracy danej maszyny

równie

ż

w warunkach odbiegaj

ą

cych od normalnego ruchu maszyny. Graficznym

obrazem charakterystyki jest krzywa b

ę

d

ą

ca wykresem funkcji wi

ążą

cej nam

dane wielko

ś

ci w odpowiednim układzie współrz

ę

dnych.

2

Dla wentylatora charakterystyka podaje zale

ż

no

ść

przyrostu ci

ś

nienia

całkowitego

∆

pc w zale

ż

no

ś

ci od wydano

ś

ci V dla stałej liczby obrotów. Na

wykresie charakterystyki nanoszone s

ą

jeszcze dwie zale

ż

no

ś

ci: mocy

pobieranej w zale

ż

no

ś

ci od wydajno

ś

ci Nn=f(V) oraz sprawno

ś

ci całkowitej w

zale

ż

no

ś

ci od wydajno

ś

ci

η

o=f(V). Pomiary charakterystyki przeprowadza si

ę

najcz

ęś

ciej na wykonanych maszynach w celu sprawdzenia ich konstrukcji i

uzyskania danych katalogowych.

Wielko

ś

ci charakteryzuj

ą

ce prac

ę

wentylatorów:

a) wydajno

ść

wentylatora,V(m3/h;m3/s) i (kg/h;kg/s) ilo

ść

czynnika

przepływaj

ą

cego przez p

і

aszczyzn

ę

wlotu , wzgl

ę

dnie wylotu przy

jednoczesnym okre

ś

leniu ci

ś

nienia, temperatury i wilgotno

ś

ci, do kt

у

rych

odnosi si

ę

obj

ę

to

ść

czynnika

b) przyrost ci

ś

nienia statycznego

∆

p,(N/m2;mmH2O) r

уż

nica mi

ę

dzy

ci

ś

nieniem statycznym na wylocie z maszyny a ci

ś

nieniem statycznym na

wlocie.

c) przyrost ci

ś

nienia całkowitego

∆

pc(N/m2;mmH2O) ró

ż

nica mi

ę

dzy

ci

ś

nieniem całkowitym na wylocie z maszyny a ci

ś

nieniem całkowitym na

wlocie

d) moc pobierana przez maszyn

ę

Nn(W;kW) moc na sprz

ę

gle ł

ą

cz

ą

cym

maszyn

ę

ze

ś

rodkiem nap

ę

du lub moc na kole pasowym wału maszyny.

Je

ż

eli wirnik wentylatora jest osadzony na wale silnika wówczas moc

ą

jest

moc przekazywana wirnikowi

e) moc u

ż

yteczna Nu(W;kW) przyrost u

ż

ytecznej postaci energii czynnika

przenoszonego w przeci

ą

gu jednostki czasu - odpowiadaj

ą

cy spr

ęż

aniu

wg przemiany izentropowej

f) pr

ę

dko

ść

obrotowa wentylarora n (obr/min;obr/s) liczba obrotów wirnika

w ci

ą

gu jednostki czasu

g) sprawno

ść

ogólna

η

o

3

η

o=Nu/Nn

Sprawno

ść

ogólna wentylatorów waha si

ę

w granicach 40

÷

50% ,przy czym

wi

ę

ksze warto

ś

ci s

ą

dla wentylatorów o wi

ę

kszej wydajno

ś

ci.

3. Pomiary.

3.1 Pomiar ci

ś

nienia mikromanometrem z rurk

ą

pochył

ą

.

Mikromanometr słu

ż

y do pomiaru ci

ś

nienia całkowitego i statycznego lub

dynamicznego. Przed przyst

ą

pieniem do pomiarów nale

ż

y przygotowa

ć

mikromanometr, tj. nale

ż

y go wypoziomowa

ć

pokr

ę

caj

ą

c odpowiednimi nó

ż

kami

podstawy, tak aby p

ę

cherzyk powietrza we wska

ź

niku zaj

ą

ł poło

ż

enie centralne.

W zale

ż

no

ś

ci od rodzaju mierzonego ci

ś

nienia nale

ż

y odpowiednio podł

ą

czy

ć

ko

ń

cówki przewodów do mikromanometru:

- ci

ś

nienie całkowite - podł

ą

czenie kró

ć

ca (+) mikromanometru z (+) rurki

Prandtla,

- ci

ś

nienie statyczne - dla nadci

ś

nienia do kró

ć

ca (+) mikromanometru,a

dla

podci

ś

nienia do kró

ć

ca (-),

- ci

ś

nienie dynamiczne - króciec (+) poł

ą

czy

ć

z (+) rurki Prandtla, a (-) z (-).

Warto

ść

ci

ś

nienia okre

ś

lamy ze wzoru:

p=nh

ρ

g

gdzie:

n - przekładnia mikromanometru;

h - wysoko

ść

słupka cieczy;

ρ

- ci

ęż

ar wła

ś

ciwy cieczy,kg/m3;

g = 9.81 m/s2.

4

3.2 Rozkład pr

ę

dko

ś

ci strugi gazu w przekroju ruroci

ą

gu.

Rozkład pr

ę

dko

ś

ci wyznaczamy mierz

ą

c mikromanometrem ci

ś

nienie

dynamiczne w punktach pomiarowych Pd1, Pd2, Pd3 w ilo

ś

ci 4 x 5. Nale

ż

y tak

wyznaczy

ć

odległo

ś

ci kolejnych pomiarów, aby otrzyma

ć

regularn

ą

siatk

ę

w

przybli

ż

ony sposób odwzorowuj

ą

c

ą

rozkład ci

ś

nienia w ruroci

ą

gu. Pomiary

wpisujemy do poni

ż

szej tabeli:

h

11

/n

11

...

...

...

:

:

:

:

h

45

/n

45

gdzie: h

xy

- wysoko

ść

słupka cieczy odczytana z mikromanometru,

n

xy

- przekładnia mikromanometru.

Pr

ę

dko

ść

strugi gazu w poszczególnych punktach okre

ś

lamy ze wzoru:

c

m s

d

p

= α

ρ

2

/

gdzie:

α

- współczynnik, dla znormalizowanej dwukanałowej rurki Prandtla

α≈

1;

pd - ci

ś

nienie dynamiczne, N/m2;

ρ

- g

ę

sto

ść

gazu w miejscu pomiaru, kg/m3.

5

Po wyznaczeniu poszczególnych pr

ę

dko

ś

ci nale

ż

y wykona

ć

trójwymiarowy

wykres przedstawiaj

ą

cy rozkład pr

ę

dko

ś

ci gazu w przekroju ruroci

ą

gu.

S1

S2

S3

S4

S5

0

5

10

15

20

3.3 Wyznaczenie wydajno

ś

ci z rozkładu pr

ę

dko

ś

ci strugi gazu.

Ś

redni

ą

pr

ę

dko

ść

dla pełnego przekroju okre

ś

lamy jako

ś

redni

ą

arytmetyczn

ą

z

pr

ę

dko

ś

ci lokalnych:

sr

n

c

n

c

=

1

Σ

Wydajno

ść

okre

ś

lamy ze wzoru:

V = c

ś

rA m3/s

gdzie:

c

ś

r -

ś

rednia pr

ę

dko

ść

gazu;

A - pole powierzchni przekroju ruroci

ą

gu.

3.4 Pomiar wydajno

ś

ci przy pomocy anemometru.

Po przygotowaniu anemometru, tj. w

іą

czeniu zasilania i przeł

ą

czniu

zakresu pomiarowego najlepiej na zakres [m/s], nale

ż

y przyst

ą

pi

ć

do pomiarów

pr

ę

dko

ś

ci strugi gazu przykładaj

ą

c anemometr równolegle do płaszczyzny

6

otworu wlotowego wentylatora (W1, Z1, Z2). Pomiarów dokona

ć

w 5 punktach ( 4

po brzegach i 1 centralnie).

Ś

redni

ą

pr

ę

dko

ść

dla pełnego przekroju okre

ś

lamy jako

ś

redni

ą

arytmetyczn

ą

z

pr

ę

dko

ś

ci lokalnych:

sr

n

c

n

c

=

1

Σ

Wydajno

ść

okre

ś

lamy ze wzoru:

V = c

ś

rA m3/s

gdzie:

c

ś

r -

ś

rednia pr

ę

dko

ść

gazu;

A - pole powierzchni przekroju ruroci

ą

gu.

4.

Ć

wiczenia.

4.1 Badanie wentylatora tłocz

ą

cego W1.

Przed przyst

ą

pieniem do wykonywania pomiarów otworzy

ć

zasuwy

regulacyjne Zs1, Zs3, Zs4, a zamkn

ąć

Zs2. Zasuwy Z1 i Z2 powinny by

ć

całkowicie zamkni

ę

te.

Przy badaniu wentylatora nale

ż

y:

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora przez pomiar szybko

ś

ci rurk

ą

Prandtla w

pkt. P1,

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora przez pomiar szybko

ś

ci anemometrem na

wlocie do wentylatora W1,

- wyznaczy

ć

rozkład pr

ę

dko

ś

ci w przekroju ruroci

ą

gu w pkt. P1 i P2,

- wyznaczy

ć

rozkład ci

ś

nienia statycznego w ruroci

ą

gu w pkt. 1-3,6-8,

7

- wyznaczy

ć

charakterystyki

∆

pc,

∆

p, Nn,

η

o w funkcji wydajno

ś

ci

wentylatora.

Wydajno

ść

wentylatora regulujemy przez d

і

awienie zasuw

ą

Zs4 (dla 5 ró

ż

nych

po

і

o

ż

e

с

zasuwy), lub poprzez zmian

ę

pr

ę

dko

ś

ci wentylatora W1 (dla 5 ró

ż

nych

pr

ę

dko

ś

ci). Pomiaru wydajno

ś

ci dokona

ć

przy pomocy anemometru na wlocie

wentylatora W1.

4.2 Badanie wentylatora ss

ą

co-tłocz

ą

cego W2.

Przed przyst

ą

pieniem do wykonywania pomiarów otworzy

ć

zasuwy

regulacyjne Zs1, Zs2, Zs4, a zamkn

ąć

Zs3. Zasuwa Z2 powinna by

ć

zamkni

ę

ta,

a Z1 otwarta.

Przy badaniu wentylatora nale

ż

y:

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora przez pomiar szybko

ś

ci rurk

ą

Prandtla w

pkt. P3,

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora przez pomiar szybko

ś

ci anemometrem na

wlocie do zasuwy Z1,

- wyznaczy

ć

rozkład pr

ę

dko

ś

ci w przekroju ruroci

ą

gu w pkt. P3,

- wyznaczy

ć

rozkład ci

ś

nienia statycznego w ruroci

ą

gu w pkt. 1-5,7,8,

- wyznaczy

ć

charakterystyki

∆

pc,

∆

p, Nn,

η

o w funkcji wydajno

ś

ci

wentylatora.

Wydajno

ść

wentylatora regulujemy przez dławienie zasuw

ą

Zs4 lub Zs2 (dla 5

ró

ż

nych poło

ż

e

ń

zasuwy). Pomiaru wydajno

ś

ci dokona

ć

przy pomocy

anemometru na wlocie zasuwy Z1.

8

4.3 Praca równoległa wentylatorów.

Przed przyst

ą

pieniem do wykonywania pomiar

у

w otworzy

ć

zasuwy

regulacyjne Zs1, Zs3, Zs4, a zamkn

ąć

Zs2. Zasuwa Z2 powinna by

ć

otwarta, a

Z1 zamkni

ę

ta.

Przy badaniu wentylatora nale

ż

y:

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylator

у

w przez pomiar szybko

ś

ci rurk

ą

Prandtla w

pkt. P3,

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatorów przez pomiar szybko

ś

ci anemometrem

na wlocie do wentylatora W1 i zasuwy Z2.

- wyznaczy

ć

rozkład ci

ś

nienia statycznego w ruroci

ą

gu w pkt. 1-3,6-8,

- wyznaczy

ć

charakterystyki

∆

pc,

∆

p, Nn,

η

o w funkcji wydajno

ś

ci

wentylatorów.

Wydajno

ść

wentylatorów regulujemy przez dławienie zasuw

ą

Zs4 (dla 5 ró

ż

nych

poło

ż

e

ń

zasuwy), lub poprzez zmian

ę

pr

ę

dko

ś

ci wentylatora W1 (dla 5 ró

ż

nych

pr

ę

dko

ś

ci). Pomiaru wydajno

ś

ci dokona

ć

przy pomocy anemometru na wlocie

wentylatora W1 i zasuwie Z2.

4.4 Praca szeregowa wentylatorów.

Przed przyst

ą

pieniem do wykonywania pomiarów otworzy

ć

zasuwy

regulacyjne Zs1, Zs2, Zs4, a zamkn

ąć

Zs3. Zasuwy Z1 i Z2 powinny by

ć

ca

і

kowicie zamkni

ę

te.

Przy badaniu wentylatora nale

ż

y:

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora przez pomiar szybko

ś

ci rurk

ą

Prandtla w

pkt. P3,

9

- okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora przez pomiar szybko

ś

ci anemometrem na

wlocie do wentylatora W1,

- wyznaczy

ć

rozkład ci

ś

nienia statycznego w ruroci

ą

gu w pkt. 1-5,7,8,

- wyznaczy

ć

charakterystyki

∆

pc,

∆

p, Nn,

η

o w funkcji wydajno

ś

ci

wentylatora.

Wydajno

ść

wentylatora regulujemy przez dławienie zasuw

ą

Zs4 (dla 5 ró

ż

nych

poło

ż

e

ń

zasuwy), lub poprzez zmian

ę

pr

ę

dko

ś

ci wentylatora W1 (dla 5 ró

ż

nych

pr

ę

dko

ś

ci). Pomiaru wydajno

ś

ci dokona

ć

przy pomocy anemometru na wlocie

wentylatora W1.

5. Analiza i wnioski z przeprowadzonych

ć

wicze

ń

.

W dwóch pierwszych

ć

wiczeniach nale

ż

y okre

ś

li

ć

wydajno

ść

wentylatora

obiema metodami i porówna

ć

otrzymane wyniki. Nast

ę

pnie wykona

ć

wykres

rozkładu pr

ę

dko

ś

ci strugi gazu w przekroju ruroci

ą

gu.

Dla wszystkich

ć

wicze

ń

nale

ż

y wykre

ś

li

ć

rozkład ci

ś

nienia statycznego w

ruroci

ą

gu, oraz wyznaczy

ć

charakterystyki

∆

pc,

∆

p, Nn,

η

o w funkcji wydajno

ś

ci

wentylatora.

Uzasadni

ć

otrzymane

charakterystyki

oraz

umie

ś

ci

ć

w

sprawozdaniu

wyczerpuj

ą

ce wnioski.