M12 RADIÁLIS VENTILÁTOR VIZSGÁLATA

Átírás

1 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK M1 RADIÁLIS VENTILÁTOR VIZSGÁLATA 1. A mérés aktualitása, mérés célja A mérés célja egy radiális entilátor jellemzőinek, agyis a q szállított térfogatáram függényében a létrehozott pö össznyomás-nöekedés meghatározása a jelleggörbe-sereg és a P h hasznos teljesítmény görbék felétele több, különböző n fordulatszám esetén. A radiális entilátor szíóoldali áramlása előperdítő elemmel áltozatható, tehát állandó fordulatszám mellett izsgálható az előperdítés szögének a entilátor P h hasznos teljesítményére gyakorolt hatása is. A gyakorlatban leegő, illete általában gáznemű közeg szállítására nagyon sokszor entilátort használnak. A számtalan lehetőség közül csak néhányat említe, például helyiségek szellőztetésénél, kazánok leegő ellátásánál és füstgáz elezetésénél, számítógép tápegységének, illete nagyobb teljesítményű processzorának hűtésére. Fontos jellemzője a entilátoroknak, hogy kis össznyomás-nöekedést ( pö Pa) hoznak létre. Nagyobb össznyomás-nöekedés létrehozására fúót, illete kompresszort használnak. Ventilátorok áramlástani jellemzőinek meghatározására számtalan esetben lehet szükség. Így például új gép legyártása után a terezési adatok teljesülésének mértékét ellenőrizni, esetleg adattábla nélküli entilátor jellemzőinek meghatározásánál, agy rosszul működő légtechnikai rendszerben üzemelő entilátor működési paramétereinek ellenőrzésénél. 1

2 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK Jelen mérési feladat a entilátorokkal kapcsolatos áramlástani alapmérések gyakorlati megismerésére ad lehetőséget laboratóriumi körülmények között.. A mérőberendezés leírása A entilátorok jellemzően a szállítandó közeg be- és kiezetését szolgáló szíó- és nyomócsonkból, a folyadék össznyomás-nöelésében kulcsszerepet játszó radiális lapátozású járókerékből, a járókereket magába foglaló házból és a járókerék hajtását szolgáló illamos motorból áll. Attól függően, hogy a entilátor járókerekét a leegő milyen irányból közelíti meg és hagyja el, axiális, félaxiális, radiális és keresztáramú típusú entilátorokat különböztetünk meg. Radiális típusú gépeknél a járókerékbe közeg a járókerék tengelyéel párhuzamos irányból lép be, és tengelyre merőlegesen, a járókerék forgása irányában eltéríte hagyja azt el. (Ventilátorokról toábbi részletek az [1]-es irodalom as fejezetében alamint a []-es irodalomban találhatók.) A jelenlegi mérés alkalmáal a radiális entilátor ( p ö ; q V ) jelleggörbéjének és a beömlési sebességprofiljának megáltoztatásáal a entilátor P h hasznos teljesítményére gyakorolt hatásának meghatározására alkalmas teljes mérési kialakítás a köetkező fő részekből áll: a szíó- és nyomócsőel felépített radiális entilátor; illamos motor és a hozzá tartozó fordulatszám szabályozó; áltoztatható szögű előperdítő elem; a entilátor áramlástani jellemzőinek izsgálatára alkalmas berendezések: szíóoldali térfogatáram mérőtorok, statikus nyomásmérő körezetékek, nyomóoldali fojtóelem. A mérőberendezés a rajta átáramló leegő haladási iránya mentén az 1. ábrának megfelelően a köetkező részekből áll.

3 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK ábra: A mérőberendezés ázlata Jelmagyarázat: 1. Térfogatáram mérésre alkalmas beszíó mérőtorok.. Nyomásmérési hely: a mérőtorok kúpos beezető része után található kis keresztmetszetű furathoz csatlakozó cső. Az itt mérhető nyomásból a térfogatáram meghatározására nyílik lehetőség. 3. A leegőt az előperdítőbe beezető szíócső. 4. Ferdecsöes mikromanométer agy digitális nyomásmérő. Ld. [3]-as, [5]-ös irodalom. 5. Az előperdítő elem. 6. A mérés tárgyát képező radiális entilátor. 7. Háromfázisú aszinkron elektromos motor (takarásban), tirisztoros fordulatszámszabályzóal. 8. A entilátorból kilépő leegő elezetésére szolgáló nyomócső. 9. A szíó- és nyomócső entilátor felőli égénél található nyomásmérési helyek. Segítségükkel a entilátor szíó- és nyomócsonkjában mérhető statikus nyomások különbsége határozható meg. 10. A nyomócső égén szabályozható fojtás található. A fojtás segítségéel a entilátorhoz csatlakozó nyomócső hidraulikai ellenállását lehet megáltoztatni. Erre a entilátor jelleggörbéjének meghatározásához szükséges különböző munkapontok beállításánál an szükség. Az előzőekben leírt alap-mérőberendezés mellett más kiegészítő berendezésekre is szükség lesz a mérés során. Így például barométerre, hőmérőre, mérőszalagra, fordulatszám-mérőre. 3

4 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK 3. A mérési feladat részletes leírása, alapető izsgálati és a kiértékelési szempontok Legalább három különböző, n=áll. fordulatszám mellett a entilátor ( p ö ; q V ) jelleggörbét kell kimérni, és minden mérési pontban meghatározni a P h hasznos teljesítményt. Az állandó fordulatszámot fordulatszabályozóal állíthatjuk be. A fordulatszámot minden mérési pontban kézi fordulatszámmérőel (Jacket-indikátorral), a motor tengelyen mérjük. A fordulatszámot minden munkapontban ellenőrizzük, mert nagy fojtás esetén a fordulatszámot után kell állítani! A különböző térfogatáramú munkapontokat a entilátorhoz kapcsolódó nyomócső hidraulikai ellenállásának áltoztatásáal, agyis a fojtóelem helyzetének módosításáal állítjuk be. Minden egyes üzemi pontban mérni kell a entilátoron átáramló térfogatáramot a mérőtorokkal, illete a létrehozott pö össznyomás-nöekedést. Az egyes üzemi pontokban meghatározott térfogatáramokhoz tartozó össznyomás-nöekedés értékeket diagramban ábrázola a entilátor adott n=áll. fordulatszámhoz tartozó jelleggörbéit kapjuk. A legalább három n=áll. fordulatszámnál felett jelleggörbe-sereget egy közös diagramban kell ábrázolni, célszerűen a hasznos teljesítmény adatokkal együtt. Toábbá egy kiálasztott fordulatszám esetén az előperdítő elem legalább két különböző állásszöge mellett is fel kell enni a entilátor jelleggörbéjét a fent meghatározott módon A mérési feladat elkezdése A mérést a berendezés összeállításának ellenőrzéséel, az előperdítő elem beállításáal és beszereléséel, és a manométerek bekötéséel célszerű kezdeni. Térfogatáram méréshez a szíócső elején, közetlenül a mérőtorok után található megcsapolás csatlakozó csöét ékony szilikoncsőel kötjük össze a nyomásmérő megfelelő kiezetéséel. A nyomásmérő másik kiezetését légköri nyomásra kell megnyitni (agyis szabadon kell hagyni). Általában a nyomásmérésről illete nyomásmérőkről toábbi részleteket a [], [5] szakirodalomban található leírás. A entilátor szíó- és nyomócsonkjában mérhető statikus nyomások közötti különbséget úgy lehet megmérni, hogy a szíó- és nyomócső entilátor felőli égénél található nyomásmérési helyeket a nyomásmérő megfelelő kietéseire csatlakoztatjuk, így közetlenül a statikus nyomáskülönbség olasható le. Ügyelni kell a megfelelő bekötésekre (a entilátor az össznyomást nöeli, a statikus nyomás a szíó- és nyomoldal között nő). Ezt köetően a entilátort be lehet indítani, és ha az adott mérési pont beállt, azaz a műszerek által jelzett értékek már nem áltoznak (a műszer és a mért jellemző jellegétől függően apró ingadozásoktól eltekinte), akkor a jelzett értékeket a műszerekről le kell olasni, és fel kell jegyezni. Általában egy jól használható jelleggörbe megrajzolásához legalább 10 mérési pont, agyis beállított üzemi pont szükséges. A feladat jellegét figyelembe ée azonban a mérési pontok száma jelen esetben ne legyen több 15-nél. Minden egyes üzemi pontban meg kell mérni a entilátor fordulatszámát és szükség esetén korrigálni kell a kíánt szintre. Először egy adott fordulatszámnál a maximális (100%) térfogatáramhoz (nyitott nyomóoldali fojtóelemhez) tartozó nyomást érdemes megmérni, és ehhez iszonyíta a térfogatáramot 10%-os lépésekben csökkenteni az egyes munkapontok beállításához. A 3.-es pontban jól látható, hogy a nyomás négyzetgyöke egyenesen arányos a térfogatárammal, illete a térfogatáram négyzete egyenesen arányos a nyomással, tehát pl. a 90%-os térfogatáram beállításához az azzal arányos mérőperem nyomást figyele 81%-ra kell beállítani a 100%- hoz képest. 4

5 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK A entilátor jelleggörbéjét a mért mennyiségekből az alábbi módon határozhatjuk meg. - a mérőtoroknál mért nyomásesés: pmp - a entilátor által szállított térfogatáram: q - a entilátor nyomó- és szíócsonkjában mérhető statikus nyomások különbsége: pst, ny pst, sz - a entilátor hasznos teljesítménye: P h 3.. A térfogatáram meghatározása A q térfogatáramot a radiális entilátor szíócsöéhez csatlakozó beszíó mérőtorokkal határozzuk meg. A beszíócső elején koncentrikusan elhelyezett mérőtorkon léő nyomásmegcsapolásnál mérjük a légköri p 0 nyomáshoz képesti p mp nyomáskülönbséget. A p mp függényében a q térfogatáramot az alábbi összefüggés segítségéel határozhatjuk meg: q d π = k 4 p ρ le mp (1) ahol q m 3 s a entilátor által szállított térfogatáram. k [-] beömlési tényező, amelynek értékét kísérletek alapján a köetkező értékben határozták meg: ν m s az áramló közeg kinematikai iszkozitása. (A leegő kinematikai 5 iszkozitása 1 bar nyomáson és 0 C hőmérsékleten ν = m s. Ettől eltérő hőmérsékelten és nyomáson a kinematikai iszkozitás értékét anyagtáblázatok agy a [] irodalomban található képlet segítségéel határozhatjuk meg.) d [m] a beszíó mérőtorok kúp alakú részét köető hengeres csőszakasz (szíóoldali csőszakasz) belső átmérője. p mp [Pa] a mérőtorkon kialakuló nyomásesés nagysága. p 0 ρ le = kg m 3 RT t p 0 [Pa] légköri nyomás. az áramló közeg sűrűsége. R= 87 J kgk a leegő specifikus gázállandója. T t [K] A mérőberendezést is tartalmazó teremben mérhető abszolút hőmérséklet. A térfogatáram mérésről toábbi részleteket az [5]-ös irodalomban találhatunk A entilátor által a közegen létrehozott össznyomás nöekedés meghatározása A entilátor járókerék lapátjai közötti részt, ahol a leegő a járókeréken átáramlik, lapátcsatornának híjuk. A járókerék lapátok a környezetükben haladó leegőrészecskékre dinamikai kényszert fejtenek ki, agyis erőhatást gyakorolnak rájuk. Így a lapátcsatorna hossza mentén áthaladó leegőrészecskék forgásirányban eltérülnek, munkaégző képességük megnő. Ennek a nöekedésnek a mértékét a entilátor nyomó- és szíócsonkjában léő 5

6 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK össznyomás különbségéel jellemezhetjük. A entilátor által létrehozott össznyomás nöekedés: ahol: p ö = p = p ρ + p ρ + le le ö, ny pö, sz st, ny ny st, sz sz pö [Pa] a entilátor által létrehozott össznyomás nöekedés. p st, ny illete st sz p, [Pa] a entilátor szíó- illete nyomócsonkjában mérhető statikus nyomások. A fenti kifejezésben szereplő különbségüket mérés segítségéel határozzuk meg. q q ny = illete sz = [m/s] a entilátor nyomó- illete szíócsonkjában a közeg A A ny sz átlagsebessége. Értéküket az A ny és () A sz m a entilátor nyomó- és szíócsonk áramlásra merőleges keresztmetszetének ismeretében számítással határozzuk meg. (A számítás során feltételezzük, hogy a mérőrendszerbe leegő csak beszíó mérőtorkon keresztül jut be, és a nyomócső égén lép ki. A mérőkialakítás egyéb részeit légtömörnek tekintjük, így a sűrűség állandósága miatt a mérőrendszer bármely keresztmetszetében az átáramló térfogatáramok jó közelítéssel azonosak.) 3.4. A entilátor hasznos teljesítménye pö össznyomás- A entilátor P h hasznos teljesítménye a q szállított térfogatáram és a nöekedés szorzata. Ph = q pö A entilátor hasznos teljesítménye a radiális járókerékre aló rááramlási iszonyoktól jelentősen függ, amelyet a mérőberendezésen áltoztatni tudunk az ún. előperdítő elemmel (1. ábra (5) jelű elem). Az előperdítő elem a entilátor szíóoldalán elhelyezett csőszakasz kerülete mentén 8, adott állásszögben rögzíthető kis, trapéz alakú lapátból áll. A szíóoldali áramlás előperdülete a lapátok állásszögének áltoztatásáal állítható be. Az állásszög beállítása szögbeállító lapocskákkal lehetséges úgy, hogy az előperdítő elemet kiszereljük a szíóoldali csőszakaszból, és a lapáttengelyek csaarjainak meglazítás után minden lapátot a szögbeállító lapocskákkal kimére ugyanolyan állásszögbe forgatjuk Kiértékelés Az elégzett izsgálatokról a mérési jegyzőkönyet a [3]-es irodalomban leírtak alapján kell elkészíteni. A mérési módszerekről és az elméleti háttérről bőebb információ a []-es irodalomban található. Amennyiben az oktató másképpen nem rendelkezik, a kiértékelésnek tartalmaznia kell a entilátor jelleggörbe-seregét, azaz az össznyomás-nöekedést kell ábrázolni a térfogatáram függényében. A legalább 3 mért, különböző fordulatszám mellett felett jelleggörbéket egy közös diagramban kell ábrázolni. Toábbá, az egyik adott fordulatszámon beállított két különböző előperdület esetén mért jelleggörbéket is együtt kell ábrázolni egy másik közös diagramban. 6

7 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK Minden esetben a P h hasznos teljesítményt is kell tartalmaznia kell a diagramoknak. Diagramban kell ábrázolni nyomásszámot a mennyiségi szám függényében, izsgála az egyes görbék egyezőségét. Mennyiségi szám: q Φ, nyomásszám: = D π 4 u p Ψ = ö, ρ u ahol D [m] a járókerék átmérője (D=340mm), u [m/s] a járókerék kilépő élének kerületi sebessége. Minden diagramhoz táblázatos formában is meg kell adni minden mért és számított adatot, képletekkel együtt. A kapott eredményeket össze kell hasonlítani az irodalmi adatokkal [1],[]. Hibaszámítás Egy kiálasztott jelleggörbe minden mért pontjára hibaszámítást (abszolút és relatí hiba meghatározását) kell elégezni, és azokat az adott (q V, p ö ) jelleggörbéel és P h görbéel együtt egy külön diagramban kell ábrázolni. A hibaszámítást a P h hasznos teljesítmény számított mennyiségre kell elégezni, amely mennyiség az össznyomás-nöekedéstől és a térfogatáramtól függ. A honlapon található hibaszámítási segédlet jelöléseit használa a p ö és q mennyiségekkel arányos mért X i mért adatokból kiszámított mennyiség az R=P h hasznos teljesítmény. A hasznos teljesítmény kifejezése: abszolút hiba számítása: relatí hiba: Ph = qv pö δ Ph = n P h δph δx i =? i= 1 X i Ph ahol az X i mért mennyiségek és a hozzájuk kapcsolódó mérési hibák: X 1 =p 0, illete a nyomásmérés hibája δp 0 =100 Pa X =T 0, illete a hőmérsékletmérés hibája δτ 0 = 1K illete a EMB-001 típ. digitális nyomásmérő hibája δ p=pa Minden, a kézi digitális nyomásmérőel mért nyomáskülönbség a δ p=pa értékű hibáal terhelt, tehát X 3 = p mp, illete X 4 = p ö. A leolasási hibáal terhelt adatoknak (X i -nek) explicit kell szerepelniük a p ö és a q képleteiel számolt P h kifejezésben, amelyet a hibaszámítás képletében alkalmaznunk kell. A geometriai pontatlanságból, hibás beállításból, agy az áramkép áltozásából (instacioner hatásokból) fakadó hibákat toábbi izsgálatokkal lehetne megállapítani és kiszűrni, de ezekkel a fenti hibaszámítás során nem esszük figyelembe. A mérés során nem szabad megfeledkezni - A mérőberendezés bekapcsolása előtt, illete általában a mérőberendezés üzeme során mindig meg kell győződni a balesetmentes használat feltételeinek teljesüléséről. A bekapcsolásról, illete a mérés közben égrehajtott áltoztatásokról a berendezés környezetében dolgozókat figyelmeztetni kell. - Minden mérési alkalommal a légköri nyomás és teremhőmérséklet feljegyzéséről! 7

8 M1. MÉRÉSI SEGÉDLET ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK - A felhasznált mérőműszerekről leolasott értékek mértékegységének és a rájuk onatkozó egyéb tényezők (Például a mintaételezés sebessége, a nullpontok ellenőrzésének időpontja.) feljegyezéséről. - A felhasznált mérőműszerek típusának, gyártási számának feljegyezéséről! - A mérőműszerről leolasott mennyiségek és a toábbi számításoknál felhasznált mennyiségek mértékegységének egyeztetéséről. - A folyadékkal töltött mikromanométerek csak megfelelően kiízszinteze használhatók. - A nyomásmérő bekötésénél figyelmesen kell eljárni a csatlakozók "+" illete "-" ágának és a méréshatár kiálasztásánál. Általában mindegyik manométer típusnál, de kiemelten a ferdecsöes manométernél, figyelni kell arra, hogy a nyomásmérő csatlakozó csonkjaira a szilikoncsöet óatosan, "ráközelíte", a mérőfolyadék szál iselkedését figyelemmel kísére kell felhelyezni. Ha bekötőcsöek tömör rögzítése előtt a mérőfolyadék szál kitérése megközelíti a maximális kitérést, úgy ha lehet méréshatárt kell áltoztatni a műszeren, ha ez nem segít, akkor nagyobb nyomások mérésére alkalmas műszert kell álasztani a méréshez. Ellenkező esetben a mérőfolyadék egy része a bekötőcsőbe áramlik meghamisíta, esetleg teljesen lehetetlenné tée a mérést. - A entilátorhoz csatlakozó csatorna összeállításánál igyázni kell a légtömör szerelésre, mert az esetlegesen kialakuló réseken táozó illete beáramló leegő jelentősen elronthatja a mérések eredményeit. Irodalom [1] Gruber és szerzőtársai: Ventilátorok, Műszaki Könykiadó, Budapest, [] Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai; Műegyetemi kiadó, 004; Jegyzet azonosító: 45O7. [3] EMB 001 digitális nyomásmérő leírás ( [4] A mérési jegyzőköny formai és tartalmi köetelményei ( [5] Hibaszámítási segédlet ( 8