AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA, KRAKÓW WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I ROBOTYKI KATEDRA SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH I URZĄDZEŃ OCHRONY ŚRODOWISKA	Filip PACZKOWSKI
	Rok: IIIA
	Grupa: E2
	Rok akademicki: 2010/11
	Data: 04.04.2011r.

LABORATORIUM Z MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

Ćwiczenie nr 3

Temat: WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI WENTYLATORA PROMIENIOWEGO

Ćwiczenie odrobiono:		Ćwiczenie zaliczono:
Data:		Ocena: Data:
Podpis prowadzącego:		Podpis prowadzącego:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie podstawowych charakterystyk wentylatora o stopniu promieniowym.

1. Schemat i opis stanowiska doświadczalnego:

N_el − moc silnika elektrycznego przekazywana do wentylatora,    

 A_s(t) − pole przekroju rurociagu ssacego (tlocznego),  

e_m − odleglosc miedzy miejscami pomiaru na przewodzie ssawnym i tlocznym,

 h_s − wysokosc slupka cieczy manonetrycznej na ssaniu,     

h_t − wysokosc slupka cieczy manonetrycznej na tloczeniu,

h − roznica wysokosci slupka cieczy manometrycznej

1. Wielkości wyjściowe i podstawowe wzory obliczeniowe:

• Pomiar wydajności wentylatora o stopniu promieniowym za pomocą przepływowej kryzy ISA d = 80 mm,

• Średnica rurociągu ssawnego i tłocznego D = 100 mm,

• Przewężenie p = 0,75,

• Gęstość powietrza:

$$\mathbf{\rho}_{\mathbf{1sr}}\mathbf{=}\mathbf{\rho}_{\mathbf{n}}\mathbf{*}\frac{\left( \mathbf{p}_{\mathbf{1sr}}\mathbf{- \varphi}\mathbf{*p}_{\mathbf{p}}^{\mathbf{'}} \right)\mathbf{*}\mathbf{T}_{\mathbf{n}}}{\mathbf{p}_{\mathbf{n}}\mathbf{*}\mathbf{T}_{\mathbf{1sr}}}\mathbf{+ \varphi*}\mathbf{p}_{\mathbf{p}}^{\mathbf{''}}\mathbf{\text{\ \ \ }}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack$$

$$p_{1sr} = p_{b}*\rho_{m}*g*h_{sr},\ \ p_{n} = 10000\ Pa,\ \ \ \ \ \rho_{n} = 1,2\frac{\text{kg}}{m^{3}},\ \ \ \ \ T_{n} = 273,15K,\ \ $$

 T_1sr = 27, 225,       p_p^′ = 3620 Pa,      p_p^″ = 0, 02550,      φ = 0, 75,      p_1sr = 99066 Pa

$$\rho_{1sr} = 1,2*\frac{\left( 99066 - 0,75*3620 \right)*273,15}{100000*300,375} + 0,75*0,02550 = 1,07\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Wydajność wentylatora:

$$\dot{V_{1}} = \frac{c}{\sqrt{1 - \beta^{4}}}*\frac{\pi d^{4}}{4}*\varepsilon*\sqrt{2}*\sqrt{\frac{p}{\rho_{1sr}}}$$

c = 0, 791,      β = 0, 8,      d = 0, 08,     ε = 0, 996,  

$$K_{1} = \frac{c}{\sqrt{1 - \beta^{4}}}*\frac{\pi d^{4}}{4}*\varepsilon*\sqrt{2} = \frac{0,791}{\sqrt{1 - {0,8}^{4}}}*\frac{\pi\left( 0,08 \right)^{2}}{4}*0,996*\sqrt{2} = 0,00726$$

p = ρ_m * g * h = 10³ * 9, 81 * h_mm * 10⁻³ [Pa]

$$\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{1}}}\mathbf{=}\mathbf{K}_{\mathbf{1}}\mathbf{*}\sqrt{\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\rho}_{\mathbf{1sr}}}}\mathbf{*}\sqrt{\mathbf{}\mathbf{h}_{\mathbf{\text{mm}}}}\mathbf{\text{\ \ \ \ \ }}\left\lbrack \frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}} \right\rbrack\mathbf{\rightarrow \ *3600\lbrack}\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{h}}\mathbf{\rbrack}$$

• Przyrost ciśnienia:

p_c = p_s + p_d

$$p_{d} = \frac{c_{t}^{2} - c_{s}^{2}}{2}*\rho_{1sr} \rightarrow c_{t} = c_{s} \rightarrow p_{d} = 0$$

p_c = p_s = p_t − p_s

p_c=(h_t+h_s)*ρ_m*g   [Pa]

• Moc użyteczna (efektywna):

$$\mathbf{N}_{\mathbf{u}}\mathbf{=}\mathbf{p}_{\mathbf{c}}\mathbf{*}\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{1}}}\mathbf{\ \ \ \lbrack W\rbrack}$$

• Sprawność całkowita:

$$\eta = \frac{N_{u}}{N_{\begin{matrix} w \\ \\ \end{matrix}}} = \frac{N_{u}}{N_{\text{silnika}}*\eta_{\text{mechaniczna}}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\mathbf{\eta =}\frac{\mathbf{N}_{\mathbf{u}}}{\mathbf{N}_{\begin{matrix} \mathbf{s} \\ \\ \end{matrix}}\mathbf{*}\mathbf{\eta}_{\mathbf{m}}}$$

η_mechaniczna = 0, 75,      N_s = 3 x 5 * W (ilosc dzialek)

1. Tabela wielkości zmierzonych:

Lp	Parametr	Ozn.	Jednostka	1	2	3	4	5	6	7	8	Śr.
1.	Podciśnienie ssania	hs	mmH2O	31	28	23	18	12	7	5	2	----
2.	Nadciśnienie tłoczenia	ht	mmH2O	55	84	95	134	169	204	215	232	----
3.	Spadek ciśnienia na kryzie	h	mmH2O	60	47	39	30	17	10	7	1	----
4.	Nadciśnienie przed kryzą	h1	mmH2O	31	65	95	126	171	203	215	242	143,5
5.	Temperatura pow. przed kryzą	t1		26,2	26,8	27	27,4	27,4	27,6	27,6	27,8	27,225
6.	Wskazania watomierza	Ns	W	37	35	34	33	30	27	26	22	----

1. Obliczenia wzorcowe dla wybranego punktu (pkt. 2):

• Wydajność wentylatora:

$$\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{1\ }}}\mathbf{=}\mathbf{K}_{\mathbf{1}}\mathbf{*}\sqrt{\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\rho}_{\mathbf{1sr}}}}\mathbf{*}\sqrt{\mathbf{}\mathbf{h}_{\mathbf{\text{mm}}}}\mathbf{= 0,0219*}\sqrt{\mathbf{}\mathbf{h}_{\mathbf{\text{mm}}}}\mathbf{\text{\ \ \ \ \ }}\left\lbrack \frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}} \right\rbrack$$

$$\dot{V_{1\ p2}} = 0,00726*\sqrt{\frac{9,81}{1,07}}*\sqrt{47} = 0,151\frac{m^{3}}{s} = 542\frac{m^{3}}{h}$$

• Przyrost ciśnienia:

p_c=(h_t+h_s)*ρ_m*g   [Pa]

p_c p2 = (84+28) * 10³ * 9, 81 * 10⁻³ = 1098, 72 Pa

• Moc użyteczna (efektywna):

$$\mathbf{N}_{\mathbf{u}}\mathbf{=}\mathbf{p}_{\mathbf{c}}\mathbf{*}\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{1}}}\mathbf{\ \ \ \lbrack W\rbrack}$$

N_u p2 = 1098, 72 * 0, 151 = 165, 91 W

• Sprawność całkowita:

$$\mathbf{\eta =}\frac{\mathbf{N}_{\mathbf{u}}}{\mathbf{N}_{\begin{matrix} \mathbf{s} \\ \\ \end{matrix}}\mathbf{*}\mathbf{\eta}_{\mathbf{m}}}$$

$$\eta_{p2} = \frac{165,91}{35*15*0,75} = 0,421$$

1. Zestawienie wyników pomiarów:

Lp	Parametr	Ozn.	Jednostka	1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Gęstość powietrza	ρ1sr	kg/m^3	1,07	1,07	1,07	1,07	1,07	1,07	1,07	1,07
2.	Wydajność	$$\dot{V_{1\ }}$$	m^3/s	0,170	0,151	0,137	0,120	0,091	0,069	0,058	0,022
			m^3/h	612,9	542,5	494,2	433,4	326,3	250,2	209,4	79,13
3.	Przyrost ciśnienia	pc	Pa	843,7	1098,7	1157,6	1491,1	1775,6	2069,9	2158,2	2295,5
4.	Moc	Nu	W	143,64	165,91	158,9	179,52	160,92	143,88	125,51	50,46
		Nw	W	416,25	393,75	382,5	371,25	337,5	303,75	292,5	247,5
5.	Sprawność całkowita	η		0,345	0,421	0,415	0,484	0,477	0,474	0,429	0,204

1. Charakterystyki wentylatora:

• Krzywa spiętrzenia całkowitego:

$$p_{c} = f(\dot{V_{1\ }})$$

• Krzywa mocy użytecznej:

$$N_{u} = f(\dot{V_{1\ }})$$

• Krzywa sprawności:

$$\eta = f(\dot{V_{1\ }})$$

1. Wnioski:

Analizując otrzymane na drodze doświadczenia laboratoryjnego wyniki, możemy stwierdzić, iż wentylator o stopniu promieniowym odznacza się stateczną charakterystyką przepływu (łagodny, niezaburzony spadek). Jest to dobra oznaka, gdyż gwarantuje to dość dobrą płynność pracy, bez nagłych zmian wydajności, co może mieć miejsce gdyby charakterystyka tegoż wentylatora była niestateczna. Przyjmuje się, iż zakres dobrego dobrania maszyny do rurociągu zawiera się w przedziale ograniczonym od spodu prostą o równaniu 0,8 η_max. Jak można zauważyć zaznaczony przedział ma dosyć szeroki zakres, co świadczy o bardzo dobrym doborze badanego urządzenia do rurociągu. Doświadczenie zobrazowało nam zależność spiętrzenie całkowitego wentylatora od jego wydajności. Jeżeli zależy nam na dużym ciśnieniu, musimy pogodzić się ze słabą, niską wydajnością. Z kolei w odwrotnej sytuacji, gdy pożądana jest duża wydajność, wielkość ciśnienia (spiętrzenia całkowitego) jaką możemy uzyskać jest kilkakrotnie niższa. Optymalne warunki pracy pompy występują dla wydajności przy której osiągana jest maksymalna sprawność (ok. 400 m3/h). Badania laboratoryjne wszelkiego rodzaju wentylatorów, pomp czy innych maszyn energetycznych mają właśnie na celu znalezienie optymalnych warunków pracy, przy których funkcja którą będzie spełniać będzie wykorzystywan jak najlepiej i jak w największym stopniu.