Ciklon mérése. 1. A mérés célja. 2. A berendezés leírása

Átírás

1 Ciklon mérése. A mérés célja Ciklont az iar számos területén (élelmiszeriar, vegyiar, éítőiar, energiaiar) használnak különböző szemcsés, oros anyagok levegőből való eltávolítására. A mérés során a hallgatók feladata a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék laboratóriumában megéített ciklonvizsgáló berendezés megismerése és a ciklon alábbi jellemzőinek megmérése: co =f (v cső ) Ciklon üresjárási nyomásesése a légsebesség függvényében c =f (v cső ) Ciklon nyomásesése a légsebesség függvényében anyagszállításkor v t =f (R) Ciklon tangenciális sebességeloszlása a sugár mentén A fenti jelölések: co, c : a ciklon nyomásesése üresjáráskor ill. anyagszállítás közben v t : tangenciális sebesség a ciklonban v cső : sebesség a ciklon bemenő csonkjában R: ciklon sugár koordinátája 2. A berendezés leírása A berendezés vázlatos rajza az. ábrán látható. A rendszerbe, a ventilátor () szívóhatására az adagolónál (2) lévő csövön lé be a levegő és az anyag keveréke, amely csővezetéken keresztül a ciklonba (3) tangenciálisan érkezik. Beléés után a ciklon fala mentén lefelé áramlik, miközben a centrifugális erőtér hatására a orszemcsék kiválnak a vivő-közegből és összegyűlnek a berendezés alján lévő tartályba. A vivő-közeg a ciklon kiléő csonkján felfelé áramlik, majd csővezetéken keresztül a szűrőbe (5) kerül, ahol a maradék szemcsék (finom orfrakció) is leválasztódnak. A szűrőből a mérőeremen (6) keresztül jut a közeg a ventilátorba, onnan edig a illangószeleen (7) keresztül a szabadba. A rendszerben a különböző áramlási sebességeket (levegő tömegáramot) a illangószele nyitásával, illetve zárásával lehet beállítani.

2 3. A berendezés műszaki adatai Ventilátor Tíusa: KNV 50 Gyártási száma: 4930 Adagolót hajtó elektromotor Tíusa: HZFP-63B-4DR/206- Gyártási száma: Manométer Tíusa: ROSENMÜLLER Gyártási száma: Mérőerem Csőátmérő: D=80 [mm] Fojtónyílás átmérője: d=50 [mm] 4. A mérésben szerelő mennyiségek mérése, számítása 4.. Nyomásesés a ciklonon A ciklon c nyomásesésének meghatározása a ciklon beléő és kiléőcsonkja közé kötött U csöves manométer segítségével történik. A manométerről leolvasott h c kitérés értékéből a nyomásesés az alábbi módon határozható meg: h = h h [m] c c cj víz cb = ρ g h [Pa] ahol h c [m]: a manométer teljes kitérése c [Pa]: a ciklon nyomásesése g [m/s 2 ]: gravitációs állandó g=9,8m/s 2 ρ víz : mérőfolyadék sűrűsége ρ víz = 000 kg/m 3 c 2

3 4. 2 Térfogatáram mérése Térfogatáram mérése β = d / D = 50/80 = 0, 625 átmérőviszonyú gyűrűkamrás mérőerem segítségével történik. A mérőeremhez csatlakoztatott ROSENMÜLLER tíusú ferdecsöves manométer mérőcsövét az üresjárási mérésnél és az anyagszállítási mérésnél is függőleges helyzetbe kell állítani. Ekkor sinα=. A leolvasott kitérés értékéből a mérőeremen mért nyomáskülönbség számítható az alábbi módon: = ρalkohol g l sinγ [Pa] ahol [Pa]: nyomáskülönbség a mérőerem megcsaolásai között ρ alkohol : az alkohol mérőfolyadék sűrűsége ρ alkohol = 800 kg/m 3 l [m]: a manométerről leolvasott kitérés γ: a manométer állítható mérőcsövének vízszintessel bezárt szöge A mérőeremen átfolyó térfogatáram arányos a kivezetésein mért nyomásesés gyökével: d π Q = α ε ρ levegő ahol d [m]: a mérőerem fojtónyílásának átmérője α: az átfolyási szám ε: az exanziós szám (ennek értéke a kis nyomásviszony miatt ε ) ρ levegő : levegő sűrűsége (a mérőerem beléő oldali állaotában, azaz abszolút nyomáson és T hőmérsékleten) ρ = ρ lev a számítás során a T hőmérséklet értéke a környezeti, laboratóriumi T 0 hőmérséklettel azonosra választható T = 273 K b = 760 mmhgo = 0396 Pa ρ =,293 kg/m 3 T T 3

4 Az α átfolyási szám az MSZ ISO 567- szabvány szerint az alábbi módon számítható: α = C /( β Ahol C az átfolyási tényező. Az átfolyási tényezőt a Stolz-féle formulával lehet kiszámítani: C 4 ) 0,5 2, 8 2, 5 6 = 0, , 032 β 0,84 β + 0, 0029 β (0 / Re A fenti egyenletben szerelő Reynolds-szám: ahol D V ν [m]: a mérőerem csőátmérője [m/s]: az átáramló közeg sebessége v D Re = ν [m 2 /s]: a közeg kinematikai viszkozitása A fent leírt összefüggésekkel a térfogatáram meghatározása iteratív úton történhet. Első közelítésben felveszünk egy v közegsebességet majd ezzel kiszámítjuk a Re-szám értékét, azzal edig a C tényezőt, ezután edig meghatározzuk az átfolyási számot. Az átfolyási számmal számítható a sebesség második közelítése: ) 0,75 v 2 = α 2 ρ levegő A kaott sebességgel a fenti műveletet addig folytatjuk, amíg két egymás utáni iterációban számított sebességek relatív hibája % alá nem csökken. Amikor a hiba egy százalékos küszöb alá esik, akkor a fent bemutatott módon számíthatjuk a térfogatáramot. Tetszőleges állaotban a nyomás és hőmérséklet mért értékeihez tartozó sűrűség és viszkozitás: ρ levegő = ρ T T 6 6 ( 0 υ + 0, ) 0 υ = t és T és T t - az abszolút nyomások [Pa]-ban - az abszolút hőmérsékletek [K]-ben - a hőmérséklet [ C]-ban 4

5 ν = 3,3*0-6 m 2 /s A ciklon nyomásesés görbéit a ciklon beléő sebessége (v cső ) függvényében ábrázoljuk. Ehhez a mérőerem átfolyási egyenletéből számított térfogatáram értékét át kell számítani a ciklon beléő csonkján mért nyomáshoz ( be ) tartozó állaotra, azaz ahol be Q be = Q be = + g hc 0 ρ víz Ezek után a ciklon beléő sebessége, a D be =55mm-es csőátmérő adatával számítható v cső = Qbe D 2 beπ Tangenciális sebességeloszlás mérése a ciklonban A sebességeloszlás mérése mérőszondával történik. A szonda közéső kivezető csonkját összekötjük a ROSENMÜLLER manométer ozitív kivezetésével, a másik két csonkját összekötjük egymással, illetve a műszer negatív kivezetésével, így a szonda áramlási irányra merőleges furata és a ferde furatok közötti nyomáskülönbséget mérjük. Állandó térfogatáramú levegő (teljesen nyitott illangószele állás) mellett a szondát 5 milliméterenként kihúzva leolvassuk a manométer által mutatott kitérést. (a szonda közéső furata az áramlás irányába nézzen és minden mérésnél azonos helyzetben legyen) A mérés alatt a ferdecsöves manométer ½ állásban legyen (ekkor sinα=0.5) A ROSENMÜLLER manométeren leolvasott kitérését a 2. ábrán bemutatott kalibrálási diagram segítségével helyesbítjük, azaz a diagramból meghatározzuk azt a kitérést amelyet a PRANDTL cső mutatott volna, ha szonda helyett a PRANDTL cső lenne beéítve. A manométer kitéréséből a nyomáskülönbség illetve a sebesség előzőekben ismertetett módon számítható. A PRANDTL cső randtl [Pa] nyomáskülönbségéből a v t tangenciális sebesség az alábbi összefüggéssel számítható: ρ levegő 2 = vt randtl 2 5

6 4. 4 A ciklon után beéített zsákos szűrő nyomásesésének számítása A rendszer tartalmaz a ciklonon kívül egy zsákos orszűrőt is. A zsákos szűrő azért van a ciklon után sorba kötve, hogy a ciklon által le nem választott finom ort felfogva, ne engedje azt a ventillátoron átáramolva a laboratórium légterébe jutni. A orszűrő ki és bemenő csonkjára egy U-csöves manométer van kötve, így a berendezésen meghatározható a nyomásesés: h sz sz = h = ρ víz szb h szj g h Ha ez a nyomáskülönbség egy meghatározott értéket meghalad, akkor a szűrőzsákokat tisztítani kell. sz 5. A mérőberendezés üzembe helyezése - a manométer beállítása és az alkohol mérőfolyadék 0 szintjének ellenőrzése - a ventilátor nyomócsonkjának lezárása a illangószeleel (kis teljesítményfelvétel miatt) - ventilátor indítása 6. Mérési ontok felvétele 6. Ciklon jelleggörbéjének mérése (üresjárás, anyagszállítás). Pillangószele segítségével különböző üzemállaotok beállítása (0-5 mérési helyzet felvétele az üzemi szakaszon és ezek úgy legyenek elosztva, hogy körülbelül azonos kitérésváltozások tartozzanak hozzájuk a mérőeremre kötött ROSENMÜLLER manométeren.) 2. Minden illangószele állásnál az U-csöves manométerek, és a ROSENMÜLLER manométer leolvasása 3. Mérési eredmények feljegyzése 4. Amennyiben anyagszállítás is van a ciklonban, akkor a szállítási idő valamint a szállított or tömegének mérése, és ebből az átlagos anyagtömegáram számítása 5. Mérés értékelése 6. A ciklon ellenállásának ábrázolása a beléő levegősebesség függvényében co = f(v cső ) üresjáráskor c = f(v cső ) anyagszállítás közben 6

7 6. 2 Sebességeloszlás mérése. A szonda és a manométer összekacsolása miolán csővel 2. A manométer : 5 helyzetbe való megdöntése, ontosabb leolvashatóság érdekében 3. Pillangószele nyitott helyzetbe hozása 4. Mérőszonda beállítása, hogy a mérőfurat az áramlás irányába nézzen 5. Mérőszonda 5 milliméterenkénti kihúzása, ügyelve az azonos szöghelyzetre (közéső mérőfurat áramlás irányával szembe nézzen) 6. Minden helyzetben a ROSENMÜLLER manométer leolvasása 7. Mérés értékelése 8. A tangenciális sebességeloszlás ábrázolása a sugár függvényében v t = f(r) Az ábrázoláshoz az alábbi geometriai adatok használandók: D c = 350 mm a ciklon hengeres részének átmérője D u = 85 mm a ciklonból függőlegesen kiléő levegőcső átmérő m= 23 mm a szonda sugár irányban ütközésig betolt állaotában (R= 52.5 mm) mérhető hossza (Beéítési vázlat a 3. ábrán látható) 7

8 7. Mérési táblázatok Állandó adatok: b= mmhgo t 0 = C sinα= ρ víz = 000 kg/m 3 ρ alkohol = 800 kg/m 3 Ciklon üresjárási mérése Ciklon Mérőerem Mérőerem Ciklon mérés szám h cb [mm] h cj [mm] l [mm] h b [mm] h j [mm] h cb [mm] h cj [mm]

9 Ciklon anyagszállítási mérése Ciklon Mérőerem Mérőerem Ciklon mérés szám h cb [mm] h cj [mm] l [mm] h b [mm] h j [mm] h cb [mm] h cj [mm] Állandó adatok: b= mmhgo t 0 = C sinα= ρ víz = 000 kg/m 3 ρ alkohol = 800 kg/m 3 9

10 Sebességeloszlás mérése Mérés száma Távolság [mm] l [mm] Állandó adatok: b= mmhgo t 0 = C sinα= ρ víz = 000 kg/m 3 ρ alkohol = 800 kg/m 3 0

11 8. Melléklet. ábra

12 Szonda kalibrálási diagram y = 0,489x + 5,937 R 2 = 0, D randtl [Pa] D irányszonda [Pa] 2. ábra 2

13 3 3. ábra