Arkadiusz Kubik

WIMiR gr.P3,

AGH rok III B

SPRAWOZDANIE Z PRZEDMIOTU

Maszyny i Urządzenia Energetyczne

Temat: WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI WENTYLATORA PROMIENIOWEGO

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 d = 75 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,  

$$K_{1} = \frac{c}{\sqrt{1 - \beta^{4}}}*\frac{\pi d^{4}}{4}*\varepsilon*\sqrt{2} = \frac{0,791}{\sqrt{1 - {0,8}^{4}}}*\frac{\pi\left( 0,075 \right)^{2}}{4}*0,996*\sqrt{2} = 0,0064$$

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
1.	Podciśnienie ssania	hs	mmH2O	31	26	22	18	11	7	3	1
2.	Nadciśnienie tłoczenia	ht	mmH2O	50	81	105	133	173	225	237	242
3.	Spadek ciśnienia na kryzie	h	mmH2O	59	46	37	28	25	6	2	1
4.	Wskazania watomierza	Ns	W	40	38	37	35	32	29	25	24

1. Obliczenia wzorcowe dla wybranego punktu (pkt. 4):

• Wydajność na kryzie:

$$\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{1\ }}}\mathbf{=}\mathbf{K}_{\mathbf{1}}\mathbf{*}\sqrt{\mathbf{}\mathbf{h}_{\mathbf{\text{mm}}}}\mathbf{= 47*}\sqrt{\mathbf{}\mathbf{h}_{\mathbf{\text{mm}}}}\mathbf{\text{\ \ \ \ \ }}\left\lbrack \frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}} \right\rbrack$$

$$\dot{V_{1\ p4}} = 47*\sqrt{28} = 0,069\frac{m^{3}}{s} = 248,7\frac{m^{3}}{h}$$

• Wydajność wentylatora:

$$\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{\text{S\ }}}}\mathbf{= 1,07*}\dot{\mathbf{V}_{\mathbf{1\ }}}\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{h}}\mathbf{\rbrack}$$

$$\dot{V_{S\ p4\ }} = 1,07*\dot{V_{1\ } =}256,16\ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

• Przyrost ciśnienia:

p_c=(h_s+h_t)*ρ_m*g   [Pa]

p_c p4 = (18+133) * 10³ * 9, 81 * 10⁻³ = 1481, 3 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 p4 = 1481, 3 * 0, 069 = 102, 21 W

• Moc wewnętrzna przeliczona:

N_w=N_el*3 * 5 * 0, 75 [W]

N_w p4 = 35 * 3 * 5 * 0, 75 = 393, 75 [W]

• Sprawność

$$\mathbf{\eta =}\frac{\mathbf{N}_{\mathbf{u}}}{\mathbf{N}_{\mathbf{W}}}$$

$$\eta_{p4} = \frac{102,21}{393,75} = 0,2596$$

1. Zestawienie wyników pomiarów:

Lp	Parametr	Ozn.	Jednostka	1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Wydajność	$$\dot{V_{1\ }}$$	$$\frac{m^{3}}{s}$$	0,1	0,088	0,079	0,069	0,065	0,032	0,018	0,013
			m^3/h	361,01	318,76	285,89	248,7	235	115,13	66,47	47
2.	Wydajność wentylatora	$$\dot{V_{\text{s\ }}}$$	m^3/h	371,84	328,32	294,47	256,16	242,05	118,58	68,46	48,41
3.	Przyrost ciśnienia	pc	Pa	794,61	1049,67	1245,87	1481,3	1805,04	2275,92	2354,4	2383,83
4.	Moc	Nu	W	79,46	92,37	98,42	102,2	117,33	72,83	42,38	30,99
		Nw	W	450	427,5	416,25	393,75	360	326,25	281,25	270
5.	Sprawność całkowita	η		0,18	0,22	0,24	0,26	0,33	0,23	0,15	0,11

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 wyniki otrzymane w trakcie przeprowadzania doświadczenia laboratoryjnego, możemy stwierdzić, iż wentylator odznacza się stateczną charakterystyką przepływu. Jest to dobra oznaka, gdyż zapewnia to dość dobrą płynność pracy, bez nagłych zmian wydajności, co mogło by mieć miejsce gdyby charakterystyka wentylatora była niestateczna. Przyjmuje się, iż zakres prawidłowego 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 uwidoczniło nam zależność spiętrzenia całkowitego wentylatora od jego wydajności. Jeżeli zależy nam na dużym ciśnieniu, musimy pogodzić się z niską wydajnością. Z kolei w odwrotnej sytuacji, gdy pożądana jest wysoka 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. 250 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 wykorzystywana jak najlepiej i w jak największym stopniu.