Zdejmowanie charakterystyk wentylatora.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zdjęcie charakterystyk wentylatora.

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 [°C]

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

• ciśnienie: p =1010 [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.

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.

Vp[m/s]	del p[Pa]	Wa,N [W]	Vrz	Q [m3/s]	Vs [m/s]	del pd [Pa]	del pc[Pa]	Nu [W]	sprawnosc [%]
1,1	500	150	0,55	0,000125	0,9185	0,002956	499,9979	0,062425	0,041616
1,266667	470	152	0,65	0,000148	1,0855	0,00392	469,9971	0,069348	0,045624
1,7	363	154	52	0,011804	86,84	0,00706	344,5769	4,067386	2,641159
1,783333	341	162	0,866667	0,000197	1,447333	0,007769	340,9949	0,067085	0,041411
2,016667	292	164	0,916667	0,000208	1,530833	0,009936	291,9943	0,060759	0,037048
2,366667	179	166	1,166667	0,000265	1,948333	0,013684	178,9907	0,047403	0,028556

Vp[m/s]

del p[Pa]

Wa,N [W]

Vrz

Q [m3/s]

Vs [m/s]

del pd [Pa]

del pc[Pa]

Nu [W]

sprawnosc [%]

0,916667

350

90

0,466667

0,000106

0,779333

0,002053

349,9985

0,037077

0,041196

1,083333

328

92

0,616667

0,00014

1,029833

0,002867

327,9974

0,045914

0,049907

1,466667

255

96

0,8

0,000182

1,336

0,005255

254,9956

0,046307

0,048237

1,6

212

98

1,016667

0,000231

1,697833

0,006254

211,993

0,048924

0,049923

1,783333

167

100

1,133333

0,000257

1,892667

0,007769

166,9912

0,042961

0,042961

2

110

100

1,216667

0,000276

2,031833

0,009772

109,9899

0,030377

0,030377

---