CHARAKTERYSTYKA WENTYLATORA I SIECI
1. Wprowadzenie
Wentylatory stanowią grupę maszyn przepływowych służących do przetłaczania
gazów pomiędzy przestrzeniami, w których panują ciśnienia równe lub różniące się
nieznacznie. Maszyny te o różnej konstrukcji znajdują szerokie zastosowanie w wielu
gałęziach przemysłu i ochrony środowiska. Ze względu na kierunek przepływu tło-
czonego gazu przez wirnik , wyróżnia się wentylatory promieniowe i osiowe. Biorąc
zaś za kryterium podziału wytwarzany przyrost ciśnienia (spręż), klasyfikacja wenty-
latorów jest następująca: niskoprężne ( �1kPa), średnioprężne (1kPa�3kPa ), wy-
sokoprężne (3kPa�10kPa). Uzyskanie niskiego i średniego sprężu zapewniają wenty-
latory promieniowe i osiowe, natomiast jako wysokoprężne występują jedynie wenty-
latory promieniowe.
W wentylatorach promieniowych spotyka się bardzo zróżnicowane profile wirnika
i kształt łopatek. Najczęściej stosowanymi są wirniki płaskie, stożkowe i bębnowe.
Wirniki płaskie i stożkowe to dwie tarcze połączone łopatkami rozmieszczonymi
symetrycznie do osi wirnika. Gaz opuszczający wirnik wpływa do spirali zbior-
czej o przekroju zwykle prostokątnym, która stanowi wyposażenie komory wentylato-
ra promieniowego i jest zakończona dyfuzorem dla wersji średnio- i wysokoprężnej.
Pracę wentylatora charakteryzują związki objętościowego natężenia przepływu tło-
czonego powietrza z wytwarzanym ciśnieniem, z zapotrzebowaniem mocy i ze spraw-
nością działania. Szczególne znaczenie ma charakterystyka wentylatora wiążąca wy-
twarzane ciśnienie z objętościowym natężeniem przepływu, ponieważ jest łączona z
charakterystyką sieci (instalacji). Charakterystykę sieci stanowi zależność sumy opo-
rów przepływu, ciśnienia dynamicznego oraz różnicy ciśnień w przestrzeni zasysania i
wytłaczania powiększonej o ciśnienie słupa powietrza w instalacji od objętościowego
natężenia przepływu. Połączenie obydwu charakterystyk daje punkt pracy wentylatora
w danej sieci, tzn. określa natężenie przepływu i różnicę ciśnień niezbędną do jego
uzyskania. Charakterystyka zespołu sieć-wentylator przedstawiona jest na rysunku 1.
Wentylator ma najczęściej charakterystykę o przebiegu parabolicznym, która może
być aproksymowana funkcją kwadratową:
2
�"
(1)
"p = A - BV
gdzie: A,B  stałe dla danego wentylatora  Pa, Pa s2/m6,
"p  ciśnienie wytwarzane przez wentylator  Pa,
&
.
V  objętościowe natężenie przepływu  m3/s.
Paraboliczny przebieg ma również charakterystyka sieci, gdyż wszystkie opory
przepływu i ciśnienie dynamiczne są proporcjonalne do kwadratu objętościowego
�"
natężenia przepływu:
2
"p = a + bV
(2)
gdzie: a,b  stale dla danej sieci  Pa, Pa s2/m6
"p  całkowite zapotrzebowanie ciśnienia  Pa.
"p
2
P
1
.
V
Rys. 1. Charakterystyka zespołu sieć  wentylator
1  charakterystyka sieci, 2  charakterystyka wentylatora, P  punkt pracy
Ciśnienie wytwarzane przez wentylator można zapisać następującymi wzorami:
"p = ("pop + "pom + "pd ) + "ps (3)
"p = ( pst,t + pd ,t ) - ( pst,s + pd ,s )
(4)
gdzie: pd  ciśnienie dynamiczne  Pa,
pd,s, pd,t  ciśnienia dynamiczne przed i za wentylatorem  Pa,
pst,s, pst,t  ciśnienia statyczne przed i za wentylatorem  Pa,
"pop  strata ciśnienia w prostych odcinkach sieci  Pa,
"pom  strata ciśnienia na oporach miejscowych  Pa,
"ps  różnica ciśnień w przestrzeni zasysania i wytłaczania połączona z
ciśnieniem słupa w instalacji  Pa.
Zależność (3) jest specyfikacją zapotrzebowania ciśnienia na podstawie analizy sieci,
w której ma się odbywać przepływ z określonym natężeniem. Natomiast zgodnie z za-
leżnością (4), wytwarzane ciśnienie stanowi różnicę ciśnień całkowitych w strumie-
niu powietrza na tłoczeniu i ssaniu, istniejących w zadanych warunkach przepływu.
2. Cel ćwiczenia
Zadaniem do wykonania jest doświadczalne wyznaczenie charakterystyki sieci i
wentylatora, a następnie określenie parametrów punktu pracy tego zespołu.
3. Aparatura doświadczalna
Instalacja do zdejmowania obydwu charakterystyk przedstawiona jest schema-
tycznie na rysunku 2.
+
4
_
8
11
6
9
7
10
_
+
5
3
1
2
Rys. 2. Schemat aparatury doświadczalnej
1  wentylator, 2  silnik, 3  rurociąg ssący, 4  rurociąg tłoczący, 5 i 6  rurki Pitota
7  mikromanometr, 8 i 9  U-rurki, 10  blok zasilania, 11 - autotransformator
Tworzą ją następujące elementy składowe: 1  wentylator promieniowy, 2 
zmiennoobrotowy silnik prądu stałego, 3  rurociąg ssący o średnicy wewnętrznej
0.1m, 4  rurociąg tłoczący o średnicy wewnętrznej 0.1m, 5  rurka Pitota w prze-
wodzie ssącym, 6  rurka Pitota w przewodzie tłoczącym, 7  mikromanometr z
rurką pomiarową o zmiennym kącie nachylenia, 8  U-rurka do pomiaru różnicy ci-
śnień w instalacji, 9  U-rurka do pomiaru podciśnienia w przewodzie ssącym, 10 -
autotransformator, 11  blok zasilania napędu wentylatora. Jako wyposażenie, do sta-
nowiska doświadczalnego należą przesłony o różnej średnicy otworów, mocowane w
przekroju wylotowym przewodu tłoczącego.
4. Metodyka prowadzenia doświadczeń
Rozpoczęcie doświadczeń poprzedza się rozpoznaniem zakresu pomiarowego mie-
rników zamontowanych w instalacji. Pomiary prowadzone są w dwu seriach, aby o-
trzymać w każdej z nich odnośną charakterystykę.
Wyznaczanie charakterystyki sieci sprowadza się do pomiarów spadku ciśnienia
powstających w niej w związku z różnym objętościowym natężeniem przepływu
powietrza. Procedura wykonania jest następująca:
1. Za pomocą autotransformatora (11) połączonego z blokiem zasilania nastawia się
liczbę obrotów wentylatora uzyskując w ten sposób określone natężenie przepły-
wu powietrza w sieci,
2. Przez otwarcie zaworu na mikromanometrze (7) z metanolem ( przekręcenie z po-
zycji  Z do pozycji  P ) i odchylenie rurki pomiarowej od ustawienia pionowe-
go do jednego z możliwych położeń ukośnych, mierzy się ciśnienie dynamiczne
(mm CH3OH) w przekroju zamocowania rurki Pitota (5) w przewodzie ssącym,
3. Manometr różnicowy (U-rurka (8) napełniona wodą) i połączona z dodatnimi koń-
cówkami rurek Pitota ( 5,6 ) umieszczonymi w przewodzie ssącym i tłoczącym,
wskazuje bezpośrednio spadek ciśnienia odpowiadający przepływowi z zadanym
natężeniem.
Zmieniając kilkakrotnie obroty wentylatora i notując dla każdego stanu wskazania U-
rurki i mikromanometru otrzymuje się dane do sporządzenia charakterystyki sieci.
Charakterystykę wentylatora stanowi zależność ciśnienia wytwarzanego przez
wentylator dla stałej liczby obrotów od objętościowego natężenia przepływu powie-
trza. Zależność tę wyznacza się w następujący sposób:
1. Autotransformatorem (11) nastawia się wybraną liczbę obrotów wentylatora,
2. Mikromanometrem (7) mierzy się ciśnienie dynamiczne w strumieniu przepływają-
cego powietrza,
3. Z U-rurki (8) odczytuje się różnicę ciśnień w przewodzie tłoczącym i ssącym jako
ciśnienie wytwarzane przez wentylator,
4. Po wyłączeniu wentylatora umieszcza się na wylocie z przewodu tłoczącego prze-
słonę z otworem, aby zmienić natężenie przepływu,
5. Ponowne uruchomienie wentylatora i nastawienie takiej samej liczby obrotów daje
możliwość określenia wartości natężenia przepływu i różnicy ciśnienia.
.
Mocowanie kolejnych przesłon o różnej średnicy otworu powoduje zmianę  "p i  V
dla stałej liczby obrotów, co odpowiada wyznaczaniu kolejnych punktów charaktery-
styki wentylatora.
5. Opracowanie wyników doświadczeń
Po zakończeniu pomiarów dysponuje się gotowym do wykorzystania zestawieniem
wartości "p(mmH2O) jako rzędnych punktów charakterystyki wentylatora i sieci. Po
szczególnym wartościom  "p w obydwu seriach należy przyporządkować odpo-
wiednią wartość objętościowego natężenia przepływu powietrza w instalacji. Sposób
obliczania tej wielkości na podstawie pomiarów za pomocą rurki Pitota współpracu-
jącej z mikromanometrem jest następujący:
1  określenie ciśnienia dynamicznego  h (mmCH3OH) w strumieniu powietrza w
przewodzie ssącym z bezpośredniego odczytu wskazania manometru  hod (mm
CH3OH) przy ustawionym nachyleniu rurki  k :
(5)
k < 1,
h = khod ,
2  przeliczenie wartości ciśnienia dynamicznego w (mmCH3OH) na wartości w (Pa):
(6)
pd = 10-3 �mgh,
3  obliczenie liniowej prędkości powietrza z formuły definicyjnej ciśnienia dyna-
micznego:
2 pd
(7)
w = ,
�
p
4  obliczenie objętościowego natężenia przepływu powietrza w instalacji traktując
znalezioną prędkość  w w rurociągu ssącym jako średnią i znając jego
przekrój poprzeczny (średnica: d=0.1m):
�"
2 (8)
V = 0,785d w.
Gęstość metanolu i powietrza (�m., �p  kg/m3 ) do wykonania powyższych obliczeń
przyjmuje wartości w temperaturze otoczenia. Ciśnienie bezwzględne w przewodzie
ssącym wynikające ze wskazań manometru (9) jest w przybliżeniu równe ciśnieniu
otoczenia.
Mając zależności różnicy ciśnień w instalacji od objętościowego natężenia przepływu
powietrza dla obydwu serii pomiarowych, można następnie przedstawić je na wykre-
sie ("p, V) i określić z niego parametry otrzymanego punktu pracy.
.
Opracowanie ma zawierać tabelaryczne zestawienie wszystkich wielkości mierzo-
nych i obliczonych oraz wykres z charakterystyką wentylatora i sieci, a także wartości
współrzędnych punktu pracy.
6. Literatura
1. S. Kuczewski  Wentylatory, WNT Warszawa 1878.
2. R. Kramkowski  Laboratorium inżynierii procesowej, WPWr., Wrocław 1981.