8. VENTILÁTOROK ÜZEMELTETÉSE

Átírás

1 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD ENTILÁTOROK ÜZEELTETÉSE 8.1. A ventilátohoz csatlakozó ensze jelleggöbéje (tehelési göbe, enszeelemek Általánosan a ensze tehelési göbéje az alábbi móon jellemezhető: p = A + B q + C q (8.1 Ahol A: a téfogatáamtól független tag. egfelel a szivattyúk statikus szállítómagasságából [1] számítható nyomáskülönbségnek. A továbbiakban statikus nyomáskülönbségnek nevezzük, nem keveenő össze a ventiláto által megvalósított statikus nyomásnövekeéssel. Többnyie a szállított és a könyezeti közeg sűűségkülönbsége miatti felhajtóeő miatt jelentkezik. Étéke negatív, ha a könyezetéhez képest kisebb sűűségű közeget felfele (pl. tüzelésből számazó foó füstgáz elszívása a kéménye ásegítő ventilátoal, 8.1. ába, vagy meleg üzemcsanokból számazó elhasznált levegő elszívása függőleges csatonán, vagy a könyezetéhez képest nagyobb sűűségű közeget lefele (pl. hűtőlevegő leáamoltatása mélyhűtő alagútba kell szállítani. Akko is létejön áamlás a eneltetésszeű szállítási iányban, ha a ventiláto nem műköik: temészetes konvekció. Étéke pozitív, ha a könyezetéhez képest kisebb sűűségű közeget lefele (pl. halastavak oxigénellátásának javítása levegő bebuboékoltatásával [9], vagy a könyezetéhez képest nagyobb sűűségű közeget felfele (pl. hűtőlevegő elszívása mélyhűtő alagútból kell szállítani ába. Huzatfokozó ventiláto [9]. A ossz huzatú kéményeknél füstgázelszívó ventilátookat alkalmaznak. A füstgáz egy észét a ventiláto injektoszeűen fújja be a kéménybe. A ventiláto automatikusan kapcsol be a füstgáz hőmésékletét ézékelő temosztát vagy egy szívónyomás-finomszabályzó segítségével [9]. ásik beépítési péla a jobb olali ábán látható, kéményfeje helyezett ventiláto [9].

2 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 B q : A téfogatáammal egyenesen aányos tag. Lamináis áamlást jellemez, pl. szűőszövetek (8.. ába. 8.. ába. LFBR szűőoboz [6] C q : A téfogatáam négyzetével aányos tag. A légtechnikai enszeekben leginkább jellemző. Általában a C tényező (~ veszteségtényező Reynols-szám függő. A veszteségek azonban légtechnikai elemekben többnyie kötőnek a leválási jelenségekhez (pl. lamellák, zsaluzat. Ha má levált az áamlás, kevésbé ézékeny a veszteségtényező a Reynols-száma. Ezét C étékét jó közelítéssel állanónak tekinthetjük aott eleme. Pl. lamellás szűők (8.3. ába ába. KLF légszűő [6] További pélák az ilyen enszeelemeke (8.4. ába, 8.5. ába [9]: Csappantyúk: fojtásos téfogatáam-változtatáshoz Iőjáás ellen véő zsaluk: az eső és a maaak légcsatonákba való bejutása ellen. Fűthető kivitelben is, a jégképzőés megakaályozása céljából. isszacsapó csappantyúk: a légvezetékben létejövő foított áamlási iány esetén (pl. páhuzamosan kapcsolt ventilátook üzemzavaa ezeket önműköően lezáják. Záócsappantyúk: állítómoto évén lezáják a csatona-keesztmetszetet kabantatás, javítás vagy üzemzava esetén. Akko is szeephez jutnak, ha ventiláto esetleges üzemzavaa esetén pl. meg akajuk akaályozni a szállított nagy potatalmú közeg

3 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 3 visszaáamlását. Pl. cementgyátás soán a felfelé szállított pelitpo a szállító ventiláto leállása esetén visszaáamolna és elöntené az üzemet [3]. Túlnyomás-levezető csappantyúk: a készülékek, csatonák és helyiségek falaiba beépítve önműköően nyitnak, ha a vonatkozó szekezeti észben a nyomás meghalaja a megengeett étéket. Nomál üzem esetén nyitva vannak. Elágazó szabályozócsappantyúk: elágazásban a téfogatáam-aány befolyásolásáa Az áamlástechnikai gyakolatban szokásos egyéb elemek (könyökök, elágazások, stb. [31] 8.4. ába. Légtechnikai csővezetékek tatozékai [9]

4 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD ába. Szellőzési csővezetékek tatozékai [9]: négyszögletes záócsappantyú, túlnyomáslevezető csappanytú 8.. unkapont és annak stabilitása p a ensze jelleggöbéje (tehelési göbe p v a ventiláto jelleggöbéje munkapontban: = v v q q q q 8.6. ába. A ensze és a ventiláto együttműköése i töténik kis megzavaás hatásáa? Kis megzavaás hatása: az munkapont q, étékpáosa kismétékben móosul, tehát az üzemet (átmenetileg nem az munkapont, hanem attól kismétékben eltéő munkapont jellemzi. i lehet a kis megzavaás oka? PÉLDA 1: Ipai épület belsejében lévő technológiai téből ventiláto szívja el és az olalfalon lévő áttöésen keesztül szababa fújja ki a levegőt (8.7.a ába. Eeetileg a statikus nyomáskülönbség zéusnak tekinthető, tehát a tehelési göbe az oigóból inul. Ha az épületet az olalfallal átellenes iányból eős szél éi (8.7.b ába, az épület nyoma az olalfalon ( epessziót okoz. ivel a tehelő ensze alkatelemei közben nem változtak, a tehelési göbe ( étékkel lefelé tolóik el az oináta-tengely mentén (a epesszió megszívja az áamlást, hatása [- ( ] statikus nyomáskülönbségben nyilvánul meg. Ennek ellenkezője töténik, ha a széllökés az olalfal iányából éi az épületet (8.7.c ába. Ekko az olalfalon kialakuló ( túlnyomás a tehelési göbét ( étékkel felfelé tolja el az oináta-tengely mentén (a túlnyomás gátolja az áamlást, hatása statikus nyomáskülönbségben nyilvánul meg. (

5 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 5 inezek közben a ventiláto jelleggöbéje nem változik. (Tegyük fel, hogy a teheléstől független a gép foulatszáma, illetve a kis métékű változás miatti foulatszám-változtatás hatását elhanyagoljuk. v q q 8.7.a ába. 1 Szél - ( v q 1 ( 1 q q 8.7.b ába. Szél v ( ( q q q 8.7.c ába.

6 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 6 PÉLDA : Az munkapont szempontjából hasonlóképpen móosul a ensze tehelő göbéje, ha a enszebe iktatott fojtás csökken illetve növekszik (pl. a kifúváshoz beépített motoos zsaluzatot a beenezés szabályzó automatikája nyitja illetve zája, 8.8. ábák. A ventiláto jelleggöbéje nem változik. v q q 8.8.a ába. 1 * 1 v q 1 q q 8.8.b ába. * v q q q 8.8.c ába.

7 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 7 A 8.7.a ábán illusztált esetben igaz, hogy ( q = ( q = A + B q C q p + (8., és ezt az állapotot az ponta jellemző q téfogatáam elégíti ki. A 8.7.b ábán, a móosult 1 munkapontban olyan q + q 1 téfogatáam jellemző, amely kielégíti a p ( q q ( q A + B q ( ( q 1 = ( q + q 1 = + C q ( + q 1 = ( q + q = ( A ( + B ( q + q + C( q + q 1 (8.3 egyenletet. A eiváltak minen esetben az pontban jellemző meeekséget jelentik. A (8.3 egyenletből, a kis változások miatt q 1 feltételezéssel ( q ( q + q = ( + B q + Cq q = ( 1 ( = + q ( Amelyből átenezve ( ( ( = (8.5 ivel ( q 1 >, és a szívóhatás miatt a téfogatáam fokozóik, q 1 >, látható, hogy az 1 pontban az üzem akko képes tatósan fennmaani, ha a tehelő göbe pontbeli meeeksége nagyobb, mint a ventiláto-jelleggöbéé. Hasonló gonolatmenetet követve a 8.7.c ába esetée (a statikus nyomáskülönbség most A, az aóik, hogy ( ( ( ( ( = (8.6 q ivel itt a túlnyomás miatt a téfogatáam csökken, q <, a göbe-meeekségekkel kapcsolatban az iménti következtetést vonhatjuk le, ha az munkapont tatósan képes fennmaani. A két vizsgált esetből következik, hogy ha a ± ( visszaté az munkapontba. A 8.8.b esetben a zsalu nyitása miatt az eeeti p ( q = ( q = A + B q + C q üzemállapothoz képest a C tényező lecsökken ( C C 1 megzavaás megszűnik, a ensze (8. hasonlóan A + B q (8.7 + C q ( + q 1 = étéke. Ekko, a (8.3 egyenlethez ( q + q = A + B ( q + q + ( C C( q + q 1 1 1

8 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 8 Amelyből ( q ( q + q 1 = B q 1 Cq + ( C C q q 1 = (8.8 1 Kihasználva, hogy C >> C, átenezés után íható: ( ( C v = q (8.9 q 1 ivel az egyenlet jobb olala pozitív, a meeekségeke kapott következtetés megegyezik a koábbiakkal. A 8.8.c esete (a C tényező megnő ( C + C étéke fentiekhez hasonlóan ( ( C v = q (8.1 q a következtetés. A téfogatáamban lineáis tag tényezőjét változtatva ( B B ± szeint (pl. szűő eltömőése, ill. egeneálása, hasonló az eemény. Ha a megzavaások megszűnnek, a ensze visszaáll az eeeti munkapontba. Az eigiekben a tehelő ensze-jelleggöbe változásának hatását vizsgáltuk. i töténik, ha a ventiláto-jelleggöbe móosul? Ha pl. a foulatszám ingaozik kis métékben (pl. fekvenciaváltós foulatszám-szabályzás vagy a hálózati fekvencia ingaozása miatt, a jelleggöbe pontjai affin paabolán mozulnak el [1]: Az ponthoz tatozó affin paabola: ( q D q p = (8.11 Ahol D a gép jellemzője. Az n foulatszám ( n ± n változása hatásáa a téfogatáam a foulatszámmal aányosan ( q ± étéke változik. A megváltozott munkapontoka ( q : q ( q q = D ( q ± q = Dq ± Dq q = A + B( q ± q + C( q q p ± ± (8.1 Amelyből, figyelembe véve, hogy ( q = A + Bq Cq Dq = p + és q, íható: Dq ( = amelyből nem aóik újabb kitéium. Ha a közeg sűűsége csökken illetve növekszik (pl. a technológiai folyamat évén a levegő iővel melegszik illetve hűl, a tehelő göbe és a jelleggöbe meeeksége egyaánt változik, e elatív meeekségük csak kis métékben, tehát az eigi következtetések mévaóak. ÖSSZEFOGLALÓAN: Egy munkapont stabil (vagyis kis megzavaása, maj annak megszűnte után visszaáll az eeeti üzemállapot, ha az munkapontban a tehelési göbe meeeksége nagyobb, mint a ventiláto jelleggöbéje:

9 ( ( > v D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 9 Hasonló következtetés szeepel az [1][] szakioalmakban, alapvetően más szemlélettel. ivel a tehelő göbe iánytangense minig pozitív, labilis (nem állanósítható munkapont kialakulásának veszélye csak a ventiláto-jelleggöbe emelkeő szakaszán áll fenn Stabilitási poblémák önállóan üzemelő ventiláto esetén Axiális ventiláto Axiális ventilátook esetén jellemző, hogy a gépet egy össznyomás-növekeési csúcshoz tatozó téfogatáamnál kisebb téfogatáama fojtva visszahajló (labilis jelleggöbe-ág aóik (8.9. ába. A lapátozás sajátosságaiból aóóan még kisebb téfogatáamot előiézve a jelleggöbe ismét emelkeik (8.1. ába. Temészetesen a ventiláto-gyátók a katalógusban csak a stabil jelleggöbe-tatományt (az össznyomáscsúcshoz tatozó téfogatáamnál nagyobb téfogatáamú tatományt, biztonsági tatalékkal ajánlják fel a vásálóknak. Azonban előfoul, hogy a felhasználó a gépet a stabil tatományon kívüli üzemállapotba kényszeíti ába. Axiálventiláto-jelleggöbék [14] 8.1. ába. Axiálventilátook teljes fojtási göbéje [3]

10 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD PÉLDA: Axiálventilátot építünk be egy légtechnikai enszebe. Annak éekében, hogy a téfogatáam esetleges változtathatósága éekében legyen beavatkozási lehetőségünk helyesen, a enszebe beépítünk egy motoal állítható zsalut (8.11. ába. Ez a zsalu automatikusan műköik a ventiláto teljesítmény-elektonikájával összhangban. Pl. amíg a ventiláto nem foog, a zsalu teljesen nyitva van. A ventiláto-motot az inítóáam-lökés csökkentésée csillag-elta mószeel inítják [33]. Inításnál az állóésztekecseket a vezélő elektonika csillagba, az inítás befejezése után (az üzemi foulatszám elééseko eltába kapcsolja. A eltába kapcsolással egyiejűleg kezi meg az elektonika a zsalumoto vezélését. A zsaluzatot a moto az általunk előe megszabott zátsági állapotba hozza. Így a fojtás fokozásával akajuk eléni a kívánt q téfogatáamot (8.1. ába. A zsaluzat szükséges zátsági állapotát a zsaluzat kaakteisztikájának ismeetében, a csatlakozó ensze hiaulikai veszteségének előszámításával szabjuk meg. Nyitott zsaluzattal a tehelő göbe legyen a p göbe. Tegyük fel, hogy hibásan ítéltük meg a csatlakozó ensze ellenállását: az a valóságban nagyobb, mint az általunk kiszámított (pl. egy enszeelem veszteségét nem vettük figyelembe. Emiatt a motoos zsalu a záás soán a tehelő göbét a kívánt q téfogatáam munkapontján átfutva a 1göbébe viszi, ahol a nyomásnövekeési csúcs eléésével, q1 téfogatáamon, az 1 munkapontban azonnal labilis üzemállapot jön léte (a tehelő göbe meeeksége kisebb, mint a jelleggöbéé. A téfogatáam ugásszeűen leesik a kívánt q étéknél jelentősen kisebb q étéke, ahol stabil munkapont alakul ki. Sőt, ha iőközben a zsaluzat tovább zá, a még kisebb q 3 téfogatáam fog stabilizálóni ( 3 munkapont, p 3 tehelési göbe. EGOLDÁS: felül kell bíálni a zsaluzat koábban elenelt zátsági állapotát. A fojtást mésékelni kell annak éekében, hogy a tehelési göbe a p állapotból a szükséges állapotba jusson, és ne halajon túl az ponton. Látható, hogy nyitott zsaluzattal inítva a enszet a labilis üzem elkeülhető.

11 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD ába. Péla axiálventiláto és motoos zsaluzat beépítésée v q q 3 q q 1 q 8.1. ába.. PÉLDA: Az előbbihez hasonló elenezésben helytelenül zát zsaluzattal inítunk (8.13. ába. A fojtás csökkentésével, a zsalu nyitásával akajuk eléni a kívánt q téfogatáamot. A motoos zsalu a nyitás soán a tehelő göbét a 1göbébe viszi, ahol q 1 téfogatáamon, az 1 munkapontban labilis üzemállapot jön léte. A téfogatáam ugásszeűen megnő a kívánt q étéknél nagyobb q étéke, ahol stabil munkapont alakul ki. Sőt, ha iőközben a zsaluzat tovább nyit az általunk elenelt étékig, a még nagyobb q3 téfogatáam fog stabilizálóni ( 3 munkapont, p 3 tehelési göbe. Ezután külön intézkeést kellene tenni, hogy a zsalu zájon vissza, hogy a kapjuk. Iányítástechnikai bonyolítás, feleslegesen! tehelési göbét

12 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 1 EGOLDÁS: ennek a totúának az elkeülésée nyitott zsaluzattal kell inítani, és csak a szükséges métékben záni (lás 1. péla. Axiálventilátot tehát nem célszeű zát állapotban inítani hacsak a technológia különlegességei azt meg nem követelik v q q 1 q q q ába. 3. PÉLDA: A fenti két péla vezéelt enszee vonatkozott, azaz a zsaluzat mozgatásáa kiaja az elektonika a paancsot, e visszajelzés nem ékezik a téfogatáamól. Szabályzott ensze esetén a stabilitási poblémák hatása fokozottan jelentkezik. együk alapul az 1. pélában szeeplő enszet. Tegyük fel, hogy a ventilátot fekete oboznak tekintve (jelleggöbéjét nem ismeve, szabályzott téfogatáamot akaunk megvalósítani, amely a q 1 és q étékek közé esik. Alapgonolatunk az, hogy méjük a téfogatáamot ill. egy azzal szoosan összefüggő mennyiséget (pl. csőfali epessziót. Ha a mét éték alapján a téfogatáam túl kevésnek bizonyul, a zsalut a szabályzás nyitja, ha túl nagynak, akko zája. A köztes jeleggöbe-tatomány labilitása miatt a megcélzott téfogatáama nem tu a ensze áállni. A zsaluzat folyamatosan nyit és zá, a téfogatáam a labilis tatományban ingaozik, ami megakaályozza a megbízható, folyamatos üzemet és a szeeplő beenezések élettatamának csökkenését okozza. A fenti pélákban említett poblémák bonyolultságát fokozza, hogy az axiálgépek hiszteézissel enelkeznek, vagyis eltéő jelleggöbéket kapunk, ha a gépet teljesen fojtott állapotból nyitva, vagy teljesen nyitott állapotból fojtva méjük (8.14. ába. q ába. Hiszteézis 4. PÉLDA: Pumpálás (8.15. ába.

13 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 13

14 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD ába. entiláto / kompesszo és ensze együttműköése [34] A labilis jelleggöbe-ágon üzemelő nagynyomású ventiláto / kompesszo és az inuktív, kapacitív és isszipatív tagokat (azaz pl. csővezeték, helyiség, fojtás tatalmazó ensze együtt lengő enszet alkotnak. Ez üzemvitel szempontjából és akusztikailag egyaánt káos. Pl. amíg kicsi a csővezetékben a sebesség, a csősúlóás is kicsi. A labilis üzemű ventiláto a csőben elkezi gyosítani a közeget (téfogatáam-növelés, és közeget szállít a helyiségbe. Az ennek hatásáa a csőben megnövekeett sebesség miatt nő a csősúlóás, ez lassító hatást fejt ki. A helyiségbe szállított közeg hatásáa a helyiségben megnő a nyomás, ez a hhatás légugóként szintén lassítja a közeget. A téfogatáam lecsökken, emiatt a lassító hatások is csökkennek. A közeg úja gyosulni kez stb Előehajló lapátozású aiális ventiláto Kis szállításoknál visszahajló jelleggöbe-ággal enelkeznek. Ez önmagában nem okoz labilis üzemállapotot, csak akko, ha a tehelő ensze jelleggöbéje magasabban kezőik, mint a ventiláto zéus szállított mennyiséghez tatozó nyomásnövekeése. Emiatt az előehajló lapátozású gépeket a teljes üzemállapot-tatománya ajánlja a legtöbb katalógus. PÉLDA: Aeob fementációs folyamat elősegítésée kisméetű femento (8.16., ába alján csőlíán keesztül levegőt buboékoltatunk be. A légszállítást foulatszám-szabályzású nagynyomású (előehajló lapátozású ventilátoal oljuk meg. Névleges foulatszámon a ventiláto jelleggöbéje p (8.18. ába. Ezen a foulatszámon a szállítás el sem inul! (A zéus téfogatáamhoz tatozó statikus nyomásnövekeés kisebb, mint a tehelő ensze statikus nyomáskülönbsége. A foulatszámot növelve eljut a gép a p 1 jelleggöbéhez, amelyen azonnal 1 labilis munkapont aóik, amelyből a ensze ugásszeűen átugik az stabil munkapontba. A kívánt q téfogatáam eléésée visszacsökkentjük a foulatszámot. E mósze hibái: A hitelen meginuló levegőáam fokozza a fementlé habosoását, A foulatszám-szabályzás költséges. Kevezőbb megolás a megkeüléses (by-pass szabályzás (8.19. ába, amellyel az eeeti (névleges foulatszámú géppel eléhető a q téfogatáam, kezeti levegőlökés nélkül. Ezzel a megolással egy a fementotól független ágon fojtással (B szelep beállítjuk az munkapontot ( tehelő göbe. Ez az alensze a fementoól le van választva egy B

15 D. a János: Ipai légtechnika BEGEÁTOD3 15 állítható S fojtással (kezetben teljesen záva. Fojtott állapotban kell inítanunk a ventilátot, a hajtó moto túltehelésének elkeülésée. iután az munkapont kialakult, fokozatosan nyitjuk az S fojtást a femento felé és fokozatosan zájuk a B fojtást a mellékágon. Az alensze és a femento páhuzamosan kapcsolt, tehát eeő tehelési göbéjükön az azonos nyomáskülönbséghez tatozó téfogatáamok összegzőnek. Ha a fementoban a fementlé szintje változhat, a foulatszám-szabályzás elkeülhetetlennek látszik ába. Aeob femento [35] ába. Aeob vegyipai fementoban lejátszóó keveési folyamat 1 F B 1 S q q B ába ába. By-pass szabályzás Hátahajló lapátozású aiális ventiláto Önállóan üzemelő gép esetén nem meül fel stabilitási pobléma, met a jelleggöbe végig negatív meeekségű.