Wykonali:

Iwona Drożdż

Janusz Romanowski

LABORATORIUM z AEROLOGI GÓRNICZEJ

Zdejmowanie charakterystyki wentylatora

1. WPROWAZENIE

Charakterystyka wentylatora wyraża zależności między spiętrzeniem całkowitym Δp_c, mocą N oraz sprawnością η, a wydajnością Q wentylatora, prze czym zwykle jako wydajność przyjmuje się objętościowe natężenie przepływu powietrza o gęstości ρ=1,20 kg/m³ przepływającego przez płaszczyznę wlotu lub wylotu wentylatora.

Zdejmowanie charakterystyki wentylatora przeprowadza się zgodnie z normą PN-70/G-04161- „Wentylatory kopalniane główne. Badania podstawowych parametrów pracy”. Przy zdejmowaniu indywidualnej charakterystyki wentylatora głównego, do zmiany jego parametrów pracy, wykorzystuje się zasuwę w kanale wentylacyjnym. Pomiary wykonuje się przy kilku położeniach zasuwy.

Przy każdym położeniu zasuwy wyznacza się:

- spiętrzenie statyczne (Δp_st) i całkowite (Δp_c) za pomocą rurki Prandtla zabudowanej w kanale wentylacyjnym połączonej wężami grubościennymi z momentem wodnym (U-rurka), umieszczonym na zewnątrz kanału.

- średnie prędkości przepływu powietrza u wylotu dyfuzora za pomocą anemometru (dla uzyskania dokładniejszych wyników pomiarów pole wylotu dyfuzora dzieli się na pole elementarne).

- temperaturę powietrza za pomocą termometru suchego (t_s) i termometru wilgotnego (t_m).

- ciśnienie powietrza za pomocą baroluksu.

- moc elektryczną za pomocą watomierza.

- liczbę obrotów wirnika wentylatora.

Zdejmowanie charakterystyki wykonuje się przy stałej liczbie obrotów wirnika wentylatora. W przypadku zmiany liczby obrotów należy skorygować wyznaczone wielkości, przy czym zależności między liczbą obrotów n, wydajnością Q, spiętrzeniem Δp_c i mocą N są następujące:

Q₂=

Δp_c2=

N₂=

W przypadku, gdy gęstość powietrza ρ_d dopływającego do wentylatora jest inna niż 1,20 kg/m³ (ale nie więcej niż 50%), należy uwzględnić korektę (k) dla pomierzonego spiętrzenia i mocy, stosując wzory:

k =

N= k · Np.

Δp_c= k · Δp_cp

Δp_st = k · Δp_stp

Gdzie:

Np. - moc pomierzona na zaciskach silnika (kW)

Δp_cp - pomierzone spiętrzenie całkowite (N/m²)

Δp_stp - pomierzone spiętrzenie statyczne (N/m²)

Zadaniem wentylatora jest przekazanie powietrzu energii wystarczającej na pokonanie oporów ruchu w przewodzie (kopalni) oraz nadanie powietrzu odpowiedniej energii kinetycznej.

Wentylator może współpracować z przewodem w następujący sposób:

1. przez zasysanie powietrza z sieci położonej w całości po stronie ssącej wentylatora, (przewietrzanie ssące)

2. przez doprowadzenie powietrza do sieci znajdującej się po stronie tłoczącej wentylatora (przewietrzanie tłoczące)

3. przez zasysanie powietrza z jednego elementu sieci i tłoczenie do kolejnego elementu (przewietrzanie ssąco - tłoczące).

Całkowite spiętrzenie wentylatora jest równe różnicy całkowitych ciśnień absolutnych na wylocie p_t i wylocie p_s wentylatora:

Δp_c= p_t - p_s

W przypadku przewietrzania ssącego powietrze wpływa do kopalni z atmosfery zewnętrznej i w punkcie końcowym ( przed wentylatorem) ma prędkość ν_s.

Wobec tego spiętrzenie całkowite wynosi:

Δp_c=

Natomiast w przypadku przewietrzania tłoczącego, powietrze wpływa do atmosfery zewnętrznej na wylocie z kopalni i prędkość w końcowej części przewodu przyjmuje wartość równą zeru.

W wyniku tego spiętrzenie całkowite wynosi:

Δp_c=

Gdzie:

Δp_st - spiętrzenie statyczne zmierzona sondą statyczną umieszczoną między wentylatorem i zasuwą (N/m²)

Δp_d - spiętrzenie dynamiczne (N/m²)

Δp_d =

Moc użyteczną wentylatora obliczamy z wzoru:

N_u = Q · Δp_c (W)

Straty wynikające z z oporów ruchu przy przejściu powietrza przez wentylator oraz oporów mechanicznych silnika i wentylatora charakteryzuje współczynnik sprawności.

Sprawność η (%) urządzenia wentylacyjnego, obejmującego silnik i wentylator, oblicza się wg następującego wzoru:

η =
(%)

W czasie zdejmowania charakterystyki wentylatorów głównego przewietrzania należy określić tzw. wskaźnik rewersyjności, który zdefiniowany jest wzorem:

W_r =

Wskaźnik rewersyjności jest wystarczający, jeżeli jest mniejszy od 0,7, tj. jeżeli jest spełnione kryterium:

W_r ≥ 0,70

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Zdejmowanie charakterystyki wentylatora wykonano na modelu kanału wentylacyjnego.

Kanał wentylacyjny umożliwia wykonanie charakterystyki przy stałej liczbie obrotów:

• pojedynczego wentylatora w układzie ssącym,

• współpracy szeregowej i równoległej wentylatorów w układzie ssącym,

• pracy pojedynczego wentylatora w układzie tłoczącym (przy rewersji wentylacji),

• współpracy szeregowej wentylatorów w układzie tłoczącym (przy rewersji wentylacji),

1. Wykonanie charakterystyki na modelu kanału wentylacyjnego

W ćwiczeniu wykonano pomiary przy sześciu położeniach zasuwy Z umieszczonej w kanale wentylacyjnym .

Zakres pomiarów sprowadzał się do określenia:

• temperatury suchej i wilgotnej oraz ciśnienia powietrza na stanowisku pomiarowym

• prędkości powietrza ν_p mierzonej anemometrem w przekroju dyfuzora A_s i prędkości rzeczywistej ν_rz

• spiętrzenia statycznego wentylatora na U - rurce U₂

• mocy pobranej przez wentylator na watomierzu W

Wyniki pomiarów należy umieścić w tabeli zawierającej wielkości zmierzone i obliczone.

Prędkość powietrza mierzona jest anemometrem, co powoduje w przypadku tak małego przekroju dyfuzora wystąpienie błędu pomiarowego.

W celu eliminacji tego błędu wykonano wykres, który pozwala na przeliczenie prędkości odczytanej ν_p na anemometrze na prędkość rzeczywistą ν_rz.

Zestawienie wyników pomiarów i obliczonych wielkości do wykonania charakterystyki wentylatorów.

Parametry powietrza na stanowisku:

• Temperatura sucha t_s= 21,2 ^oC

• Temperatura wilgotna t_w = 13,6 ˚C

• Wilgotność = 61 (%)

• Ciśnienie atmosferyczne p = 1001 (hPa)

• Gęstość powietrza ρ = 1,20 (kg/m³)

2,2,Opracowanie wyników

Po wykonaniu pomiarów należy określić:

a). Gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym z zależności:

ρ =
(kg/m³)

b). Wydatek objętościowy powietrza ze wzoru:

Q = 0,0002227 · v_rz (m³/s)

c). Spiętrzenie dynamiczne ze wzoru:

∆p_d =
(N/m²)

d). Spiętrzenie całkowite ze wzoru:

∆p_c = ∆p_st -
(N/m²)

e). Moc użyteczną wentylatora ze wzoru:

N_u = Q · ∆p_c

f). Sprawność wentylatora ze wzoru:

η =
(%)

g) prędkość średnią w kanale wentylacyjnym K_w ze wzoru:

V_s= 1,67 ⋅V_rz (m/s)

WNIOSKI:

Charakterystyki są do siebie podobne w następujących aspektach:

1. przy obydwu wentylatorach można rozróżnić charakterystyczne wielkości

• W każdym z tych przypadków krzywe opisujące η(Q), i N(Q) są prawie poziome, z niewielkimi odchyleniami.

• Krzywa opisująca ∆p_c(Q) jak wynika z wykresu, następuje spadek wartości, a krzywa opisująca tą wielkość regularnie zbliża się do zera , a nawet do wartości ujemnych.

2. uzyskane wyniki nie odpowiadają w pełni charakterystyce teoretycznej z tego powodu, że przekrój modelu kanału wentylacyjnego jest niewielki a długość zbyt mała, co umożliwiło powstanie wirów i innych zjawisk niekorzystnie wpływających na otrzymane wyniki w przeprowadzonym doświadczeniu.

lp	Wielkości zmierzone				Wielkości obliczone
		Prędkość powietrza (m/min)		U Δpst (N/m^2)	N (W)	Vśr (m/s)	Q (m^3/s)		Δpd (N/m^2)	Δpc (N/m^2)	Nu (W)	η (%)
		zmierzona	z wykresu
1	16.2	7	5101,2	58	0,20	0.26x10^-4		0.03	5101,2	0,13	0,22
2	39.6	20	4316,4	62	00,55	0.74x10^-4		0.18	4316,2	0,32	0,52
3	60.6	32.5	3531,6	63	0,90	1.20x10^-4		0.49	3531,1	0,42	0,51
4	85.2	42.5	2550,6	64	1,19	1.58x10^-4		0,85	2549,8	0,40	0,66
5	97.8	50	1962	65	1,39	1.85x10^-4		1.16	1960,8	0,36	0,55
6	115.2	58	981	66	1,62	2.20x10^-4		1,58	979,42	0,22	0,33
Dla jednego wentylatora
1	50.4	26	4512,6	63	0,72		0,96x10^-4	0.31	4512,3	0,43	0,69
2	63	33	3924	64	0,92		1.23x10^-4	0.51	3923,5	0,2	0,31
3	82.2	43	2943	66.4	1,2		1.6x10^-4	0.87	2942,1	0,47	0,71
4	96	48	1962	67	1,34		1,78x10^-4	1,08	1960,9	0,35	0,52
5	111	57	981	67	1,59		2,12x10^-4	1,52	979,5	0,21	0,31
6	127,2	83	196,2	65	2,31		3,08x10^-4	3,2	193	0,06	0,10
Dla dwóch wentylatorów

---