POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ
DZEC
ENERGETYCZNYCH
Badanie wentylatora
Laboratorium Pomiarów Maszyn Cieplnych
(PM-3)
Opracował: dr inż. Daniel Węcel
Sprawdził:
Zatwierdził: dr hab. inż. Janusz Kotowicz, prof. nzw. w Pol.Śl.
www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape
1
1. Wprowadzenie
1.1. Podstawowe wielkości charakteryzujące pracę wentylatorów
Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi pracę wentylatorów są:
-ð natężenie przepÅ‚ywu: masowe qm okreÅ›lajÄ…ce masÄ™ gazu przepÅ‚ywajÄ…cego w jednostce
czasu [kg/s], lub objętościowe qv określające objętość czynnika przepływającego
w jednostce czasu [m3/s] przez przekrój wlotowy wentylatora, określone dla warunków
normalnych, tj. temperatury 20ºC i ciÅ›nienia 101325 Pa;
-ð przyrost ciÅ›nienia (spiÄ™trzenie) "p lub stosunek ciÅ›nieÅ„ (spręż) p2/p1, okreÅ›lajÄ…ce
różnicę lub stosunek ciśnień panujących w przekroju wlotowym i wylotowym
wentylatora. Ciśnienia podaje się w [Pa]. Określa się spiętrzenie: statyczne, dynamiczne i
całkowite, odnoszące się odpowiednio do ciśnienia statycznego, dynamicznego i
całkowitego;
-ð moc użyteczna Pu [W]: przyrost użytecznej postaci energii gazu przepÅ‚ywajÄ…cego przez
wentylator w jednostce czasu  określonej iloczynem całkowitej pracy sprężania i
strumienia objętości gazu;
-ð moc wentylatora (efektywna) Pef [W]: moc przekazana na waÅ‚ wentylatora;
-ð prÄ™dkość obrotowa wentylatora n [obr/min] to liczba obrotów wirnika w ciÄ…gu
jednostki czasu;
-ð sprawność wentylatora ·w wyrażajÄ…ca stosunek zapotrzebowanej mocy maszyny w
warunkach wyidealizowanych do mocy rzeczywiście pobieranej.
1.2. Wskaz
niki bezwymiarowe
W celu porównania różnych wentylatorów bardzo często sprowadza się ich wielkości
charakterystyczne do wspólnego odniesienia, wyrażając je w postaci bezwymiarowych
wskaz
ników.
-ð wskaz
nik strumienia objętości (wskaz
nik wydajności objętościowej) Ć* - stosunek
strumienia objętości do iloczynu powierzchni koła o średnicy odniesienia i prędkości
odniesienia (prędkość obwodowa koła wirnikowego) wyrażony wzorem:
qv
jð*ð =ð
pð
D2 ×ð uz
z
4
-ð wskaz
nik spiętrzenia (wskaz
nik ciÅ›nienia caÅ‚kowitego) È - iloraz spiÄ™trzenia
całkowitego i ciśnienia dynamicznego czynnika przepływającego z prędkością
odniesienia:
Dðpc
yð =ð
1
2
rð ×ðuz
2
-ð wskaz
nik mocy  - iloraz iloczynu wskaz
nika strumienia objętości gazu Ć i wskaz
nika
spiÄ™trzenia È do sprawnoÅ›ci wentylatora ·:
jð*ð ×ð yð
lð =ð
hð
1.3. Rodzaje charakterystyk wentylatorów.
Przyrost ciśnienia, sprawność i moc pobierana przez wentylator przy stałych obrotach zmienia
się wraz z jego wydajnością. Zależność przyrostu ciśnienia, zużycia mocy oraz sprawności od
wydajności objętościowej lub masowej przy niezmiennej prędkości obrotowej i niezmiennych
parametrach termodynamicznych nazywamy pełną charakterystyką wentylatora.
2
Pełna charakterystyka wentylatora składa się więc z trzech charakterystyk: z charakterystyki
podstawowej Dð pc =ð f (ðqv )ð , zwanej krzywÄ… charakterystycznÄ…, charakterystyki sprawnoÅ›ci
hðw =ð f (ðqv )ð oraz charakterystyki mocy Nef =ð f (ðqv )ð. Charakterystyki te można wyznaczyć na
drodze doświadczalnej lub analitycznej. Doświadczalnie wyznacza się charakterystyki
wentylatorów, mierzÄ…c ich wydajność qv, przyrost ciÅ›nienia "p oraz przeliczajÄ…c sprawność · przy
różnych położeniach przepustnicy wbudowanej w przewód tłoczny.
Charakterystyka aerodynamiczna wentylatora dzieli siÄ™ na dwa zakresy pracy: stateczny i
niestateczny (pkt A na rys. 1). Użyteczny zakres pracy jest stateczny, gdy wraz ze zmniejszeniem
się strumienia objętości gazu wzrasta jego spiętrzenie. Zakres pracy od strumienia objętości qv = 0
do odpowiadającej maksymalnemu spiętrzeniu "pc max nazywa się niestatecznym. Praca
wentylatora w tym zakresie nie jest wskazana, ze względu na niską sprawność, skłonność do
powstawania pulsacji przepływającego czynnika, oraz możliwości wystąpienia silnych drgań
elementów wentylatora zagrażających ich wytrzymałości.
Rys.1. Przykładowe charakterystyki aerodynamiczne wentylatora
1.4. Metody regulacji wydajności wentylatorów.
Dla zapewnienia prawidłowego przebiegu procesu technologicznego, w który włączony jest
wentylator, wymaga się, by ciśnienie końcowe sprężenia lub wydajność były stałe lub zmieniały
się w ograniczonych przedziałach przy zmiennych wartościach pozostałych parametrów.
W zależności od potrzeb odbiorców sprężonego gazu wyróżnia się dwa zasadnicze zadania, które
winna wypełniać regulacja:
-ð utrzymanie staÅ‚ego ciÅ›nienia koÅ„cowego przy zmiennej wydajnoÅ›ci,
-ð utrzymanie staÅ‚ej wydajnoÅ›ci przy zmieniajÄ…cych siÄ™ oporach w sieci.
Wymienione zadania mogą być realizowane przy zastosowaniu szeregu sposobów regulacji:
1) zmiana liczby obrotów silnika napędowego,
2) zmiana kątów ustawienia łopatek roboczych kół wirnikowych,
3) zmiana kątów ustawienia łopatek kierowniczych,
4) dławienie czynnika po stronie ssania,
5) dławienie czynnika po stronie tłoczenia,
6) wydmuch gazu do atmosfery lub recyrkulacja nadmiaru gazu do króćca ssawnego.
3
2. Cel i zakres badania.
Celem badania jest zapoznanie siÄ™ z metodÄ… pomiaru charakterystyk wentylatora oraz
wyznaczenie, przy stałej prędkości obrotowej wirnika, charakterystyk wentylatora określających
spiÄ™trzenie Dðpc, moc efektywnÄ… Nef i sprawność hðw w funkcji jego wydatku qv.
3. Przedmiot badania.
Wentylator : typ WP 20/0,75; promieniowy, niskoprężny
wydajność objętościowa qv = 0,55 [m3/s]
spiÄ™trzenie statyczne Dðp = 180 [kG/m2]
moc efektywna Pef = ... [kW]
producent: Malborska Fabryka Wentylatorów
rok produkcji 1975
Silnik napędowy: typ elektryczny, trójfazowy, asynchroniczny
moc nominalna Pel = 2,2 [kW]
sprawność silnika hðs = 0,81
częstość obrotów n = 2870 [1/min].
Współczynnik mocy cosĆ = 0,85
Pomiary dokonano na stanowisku pomiarowym wyposażonym w wentylator wraz z
rurociągiem o średnicy D = 200 mm. Rurociąg posiada wbudowaną kryzę pomiarową (średnica
otworu d = 160 mm) oraz przepustnicę do dławienia przepływu. Wentylator promieniowy
napędzany jest silnikiem trójfazowym. Zasilanie silnika jest realizowane poprzez przemiennik
częstotliwości, służący do płynnej regulacji obrotów (poprzez zmianę częstotliwości napięcia
zasilającego) dzięki czemu można regulować wydajność wentylatora. Moc elektryczna silnika jest
wyznaczana na podstawie pomiaru napięcia i natężenia prądu.
Należy wykonać 6 kolejnych pomiarów dla różnego stopnia przesłonięcia kanału tłoczącego
przepustnicą, mierząc następujące wielkości:
-ð przyrost ciÅ›nienia na wentylatorze Dðps
-ð ciÅ›nienie absolutne w rurociÄ…gu p1,
-ð ciÅ›nienie różnicowe na kryzie Dðp1,
-ð temperaturÄ™ w rurociÄ…gu t1,
-ð obroty silnika n,
-ð natężenie prÄ…du Icz (czynne),
-ð napiÄ™cie U,
-ð wilgotność powietrza jð,
Pomierzone wielkości zapisać na karcie pomiarowej.
4
4. Schemat instalacji badawczej
Przetwornica
częstotliwości
U, I, n
T1
dp1 p1
fi
Kryza
dps
Wentylator
Silnik
V
Rys.2. Schemat stanowiska do badania wentylatora
5. Algorytm obliczeń:
Gęstość powietrza w rurociągu
(ðp1 -ðjð ×ð pp)ð×ðTn
rð1 =ð rðn +ð jð ×ð rð" [kg/m3]
pn ×ðT1
Tn = 273,15 K
Pn = 101325 Pa
rðn = 1,292923 kg/m3
Ciśnienie pary wodnej nasyconej pp [kPa] w temperaturze T1, PN-93/M-53950
1809,85
lg p =ð 7,345 -ð
p
T1 -ð 33,72
GÄ™stość pary wodnej nasyconej rð [kg/m3] w temperaturze T1
1652,67
"
lg rð =ð 4,723 -ð
T1 -ð 38,32
Wydajność
2
pð ×ð d 2 ×ð Dðp1
qv =ð að ×ð eð1 [m3/s]
4 rð1
C1
að =ð H" 0,78
(ð1-ð bð14)ð
d
bð1 =ð = 0,8
D
5
0,75
6
éð Å‚ð
10
2,1 8 2,5
C =ð 0,5959 +ð 0,0312bð -ð 0,1840bð +ð 0,0029bð ×ð H" 0,59
1 1 1 1 Ä™ðRe Å›ð
ëð D ûð
w1 ×ð D
ReD =ð

Dðp1
4
eð1 =ð 1-ð (0,41+ð 0,35bð1 ) H" 0,99
kð ×ð p1
d = 0,16 m, ½ = 15,06·10-6 m2/s (przy t = 20 oC)
º  wykÅ‚adnik izentropy
Całkowity przyrost ciśnienia
1
Dðpc =ð Dðps +ð rð1 ×ð w12 [Pa]
2
Prędkość w rurociągu tłoczącym
4 ×ð qv
w1 =ð [m/s]
pð ×ð D2
D = 0,2 m
Moc użyteczna
Pu =ð qv ×ð Dðpc [W]
Dla badanego wentylatora spręż jest na tyle mały, że zmiany gęstości gazu można traktować
jako pomijalne, i iloraz "p/p1 jest mniejszy od 0.07 dlatego można skorzystać z powyższej
zależności.
Moc efektywna na wale wentylatora
Pef =ð Pel ×ð hðs [W]
Moc elektryczna pobierana przez silnik
Pel =ð 3 ×ð Icz ×ðU [W]
Sprawność silnika elektrycznego hðs=0.81
Sprawność wentylatora
Pu
hðw =ð ×ð100 [%]
Pef
Na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń sporządzić charakterystyki wentylatora:
Dð pc =ð f (ðqv )ð; Pef =ð f (ðqv )ð; hðw =ð f (ðqv )ð
6. Sprawozdanie.
Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Stronę tytułową.
2. Schemat stanowiska pomiarowego wraz z zaznaczonymi miejscami pomiaru
określonych wielkości.
3. Tabelę wyników pomiarowych i obliczeń oraz wzory używane do obliczeń.
4. Charakterystyki wentylatora promieniowego.
5. Uwagi i wnioski.
6
7. Literatura
1. Praca zbiorowa: Pomiary cieplne cz.II, WNT, Warszawa 1993.
2. WITKOWSKI Andrzej: Sprężarki wirnikowe, Skrypty uczelniane nr 1539, Gliwice 1990.
3. TULISZKA Edmund: Sprężarki, dmuchawy i wentylatory, Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne 1969.
7
8. Karta pomiarowa
A. Wielkości mierzone.
f = ................. Hz; pot = ................. Pa; tot = ................. oC
Stopień przysłonięcia kanału
Wielkość Jednostka
Lp.
I II III IV V VI
mierzona
1. p1 [Pa]
2. U [V]
3. Icz [A]
4. t1 [oC]
5. "p1 [Pa]
6. "ps [Pa]
7. Ć [%]
B. Wielkości obliczane.
Wielkość Jednostka
Lp.
I II III IV V VI
obliczana
[kg/m3]
rð
1.
[m3/s]
2. qv
3. Re
4. Ä…
[Pa]
5. "pc
[m/s]
6. w1
[W]
7. Pu
[W]
8. Pel
[W]
9. Pef
[%]
10.
hðw
Do sprawozdania zaÅ‚Ä…czyć wykresy zależnoÅ›ci: Dð pc =ð f (ðqv )ð; Pef =ð f (ðqv )ð; hðw =ð f (ðqv )ð
8