Instrukcja wentylatory.docx

Akademia Górniczo- Hutnicza

Im. Stanisława Staszica w Krakowie

              Badanie wentylatorów przemysłowych

i ich układów pracy

Prowadzący:

mgr inż. Tomasz Siwek

siwek@agh.edu.pl

1.     Wprowadzenie teoretyczne

1.1.           Definicja wentylatora

Wentylator jest maszyną z grupy maszyn przepływowych, która pobiera energię mechaniczną od silnika i za pomocą jednego lub kilku wirników łopatkowych przekazuje ją do powietrza lub innego gazu, przy czym jednostkowa praca przekazana czynnikowi nie przekracza 25000 [J/kg]. Jeżeli pracę jednostkową pomnożymy przez umowną gęstość ρ=1,2 [kg/m3], wówczas maksymalna wartość przyrostu ciśnienia w wentylatorze, zwanego spiętrzeniem całkowitym, wynosi
ΔPc = 30000 [Pa].

Przyrost energii w wentylatorach może być wyrażony za pomocą jednostkowej pracy przekazanej czynnikowi bądź spiętrzenia całkowitego odniesionego do umownej gęstości powietrza. W wentylatorach nie stosuje się, używanego w sprężarkach, pojęcia sprężu. Definicyjny przyrost ciśnienia w wentylatorze odpowiada sprężowi

ε=PtPs=Ps+30000Ps=1,3                                                      (1)

Gdzie:  Pt – absolutne ciśnienie całkowite na tłoczeniu,

                 Ps – absolutne ciśnienie całkowite na ssaniu.

1.2.           Wielkości charakteryzujące pracę wentylatora

Spiętrzeniem całkowitym wentylatora ΔPc nazywamy różnicę ciśnień całkowitych Pc zmierzonych w przekrojach wylotowym At na tłoczeniu i wlotowym As na ssaniu.

∆Pc=Pct-Pcs                                                                          (2)

Po przekształceniu tego wzoru spiętrzenie całkowite można wyrazić jako sumę algebraiczną spiętrzenia statycznego ∆Ps i spiętrzenia dynamicznego ∆Pd.

∆Pc=Pct-Pcs=Pst+12ρtct2-Pss+12ρscs2                                    (3)

∆Pc=Pst-Pss+12ρśrct2-cs2                                             (3a)

Gdzie przyrost ciśnienia statycznego wyrażony jest w postaci różnicy ciśnień statycznych na tłoczeniu i ssaniu wentylatora

∆Ps=Pst-Pss                                                                         (4)

Analogicznie wyrażamy przyrost ciśnienia dynamicznego

∆Pd=Pdt-Pds=12ρśrct2-cs2                                                     (5)

∆Pd= 12ρśrVs21At2-1As2                                                        (5a)

Zamiast spiętrzenia całkowitego można używać jednostkowej pracy przekazanej do czynnika Δlu [J/kg]. Jest to użyteczny przyrost energii 1 [kg] masy gazu uzyskany między przekrojami wlotu i wylotu wentylatora.

Rys.1. Wielkości charakteryzujące wentylator promieniowy w układzie przepływowym i napędowym

Strumieniem objętości albo wydajnością wentylatora Vs nazywamy objętość gazu przepływającą w jednostce czasu przez płaszczyznę wlotu do wentylatora.

Trzecią wielkością charakteryzującą pracę wentylatora jest moc wewnętrzna Ni dostarczona do wentylatora. Moc tę oblicza się na podstawie zmierzonej mocy na wale silnika napędowego Ns oraz strat mocy w elementach konstrukcyjnych przenoszenia napędu Nm wg wzoru

Ni=Ns-Nm                                                                          (6)

Gdzie: Ns – moc na wale silnika przed sprzęgłem,

              Nm – straty mocy w układzie przenoszenia napędu od silnika do wirnika.

Część mocy Ni dostarczonej do wentylatora jest przekazana do gazu w postaci tzw. mocy użytecznej Nu, którą obliczamy według wzoru:

Nu=∆Pc∙V∙f                                                                      (7)

gdzie f jest współczynnikiem ściśliwości przybliżającym pracę użyteczną do pracy procesu izentropowego. Współczynnik ten w wentylatorach o spiętrzeniu małym jest równy jeden. Dla większych spiętrzeń dobiera się go z odpowiedniego wykresu [1 str. 27].

              Stosunek mocy użytecznej Nu do mocy wewnętrznej Ni określa sprawność wewnętrzną wentylatora. Obliczamy ją wg wzoru

ηi=NuNi                                                                              (8)

Sprawność wewnętrzna ujmuje straty energii podczas konwersji energii mechanicznej dostarczonej do wirnika na ciśnienie.  W procesie tym możemy wyróżnić trzy rodzaje strat:

·         straty przepływowe Np:

o       strata w leju wlotowym,

o       strata zmiany kierunku,

o       strata tarcia,

o       strata niestycznego napływu,

o       strata w obudowie,

o       strata przepływów powrotnych,

·         straty brodzenia Nb,

·         straty wolumetryczne Nv

Związek pomiędzy mocą użyteczną a wewnętrzną wyrazić można również w postaci równania:

Nu=Ni-Np-Nb-Nv                                                              (9)

              Kolejną istotną wielkością z punkty widzenia oceny całościowej energochłonności maszyny jest sprawność całkowita, definiowana jako stosunek mocy użytecznej do mocy elektrycznej pobieranej przez silnik elektryczny stanowiący napęd maszyny.   

ηc=NuNel                                                                              (8.a)

Wielkości przepływowe opisane powyżej zwane są osiągami wentylatora, w ujęciu graficznym przedstawiane są w formie charakterystyk przepływowych wentylatora, tj. zależności spiętrzenia całkowitego ∆Pc, mocy wewnętrznej Ni i sprawności wewnętrznej ηi (lub całkowitej ηc) od wydajności wentylatora V.

W celu umożliwienia porównywania maszyn podobnych geometrycznie lecz o zróżnicowanych wymiarach, korzystając z teorii podobieństwa, wprowadzono zestaw liczb i wskaźników bezwymiarowych.