VÍZGYŰRŰS VÁKUUMSZIVATTYÚ MÉRÉSE

Átírás

1 Áramlástechnikai Géek VÍZGYŰRŰS VÁKUUMSZIVATTYÚ MÉRÉSE A vákuumszivattyúk lyan géek, amelyek egy zárt térből gázt távlítanak el, és ezzel részleges vákuumt hznak létre.. A mérés célja Meghatárzandók egy EV 40/80 tíusú vákuumszivattyú jelleggörbéi. A jelleggörbék független aramétereiként vákuumgéek esetén a létesített vákuumnymást, / sűrítési visznyt vagy a relatív vákuumt szkás használni. Így tehát l. a, a P = = izt f Q f és az η ö = f 3 függvénykacslatk adják a jelleggörbéket.. Elméleti alak Vízgyűrűs vákuumszivattyú A hengeres házban excentrikusan elhelyezett laáts frgórész a házat nem teljesen kitöltő vizet gyűrű alakban történő frgásra kényszeríti. Ily módn eridikusan váltzó növekvő, illetve csökkenő kamratérfgatk keletkeznek (lásd. ábrát). Ha növekvő kamratérfgathz tartzó ldalra a szívó, a csökkenő térfgatkhz tartzó ldalra edig a nymócsnkt kötjük, akkr a szivattyú gázszállításra válik alkalmassá. A járókerék és az álló ház súrlódó felületeit a szivattyúban lévő vízgyűrű keni. Az összesűrített gáz hőmérséklete a sűrítés alatt - mivel a gáz a vízgyűrűvel érintkezik - nem váltzik meg lényegesen, ezért a kmresszió iztermikusnak tekinthető. A keletkező kismértékű hőmérsékletemelkedés a vízgyűrű állandó cseréjével tvább csökkenthető. Állatváltzás állandó hőmérsékleten Amennyiben egy állatváltzás igen lassan flyik le, úgy a közegnek alkalma van arra, hgy az állatváltzás srán mindvégig termikus egyensúlyban maradjn környezetével, tehát a környezetéből megfelelő mennyiségű hőt vegyen fel, vagy adjn le. Igy az állatváltzásban résztvevő közeg hőmérséklete mindvégig azns maradhat a környezet hőmérsékletével. Ilyen állatváltzás esetén az ideális gázk állategyenlete értelmében v = v = RT = állandó.

2 Áramlástechnikai Géek. ábra Az iztermikus állatváltzás -v diagramban egy egyenlőszárú hierblával ábrázlható, melynek helyzetét az állatváltzás hőmérséklete határzza meg. Ideális gáz esetében, ha a hőmérséklet állandó, a fajlags haszns munka a kezdeti (-es index, szívócsnk) és végállat (-es index, nymócsnk) ismeretében a következők szerint számítható: J W, = RT ln, kg illetve az ideális gázk állategyenletét alkalmazva: J W, = v ln. kg A Q térfgatáramú gázra a teljesítmény J P = Q ln = [W] s.

3 3. A mérőberendezés leírása Áramlástechnikai Géek A mérőberendezést az. és. ké, a mérőállmás vázlatát a. ábra szemlélteti. A 3 fázisú aszinkrn mtr (M) gumidugós tengelykacslón (Tk) keresztül hajtja a vízgyűrűs vákuumszivattyút (V.sz.). A mtrba bevezetett villams teljesítményt mérőbőröndbe (Mb) éített 3 fázisú wattmérővel mérjük. A berendezés névleges aszinkrn frdulatszáma nnévl = 900/min.. ké. ábra 3

4 Áramlástechnikai Géek. ké d 5 A beszívtt légáram mérésére β = = szűkítésű ISO709/3-nak D 53 megfelelő beéítésű mérőerem (M) szlgál. A mérőeremet megelőző csőszakasz az l 30D, a követő szakasz az l 5D, szabványban előírt követelményeknek megfelel. A mérőerem mérőnymását ( h) egy U- csöves, vízzel töltött differenciálmanméter méri. A relatív mérőnymás kis értéke miatt az exanziós szám értéke jó közelítéssel -nek vehető (ε ). A szívótrkban levő vákuumt egyik végén nyittt U-csöves higanys manméter jelzi. Tekintettel arra, hgy itt a közvetítő közeg levegő ρ << ρ ) a mért nymáskülönbség függetlennek tekinthető a manméter ( lev Hg magassági elhelyezésétől, így a ( ) nymáskülönbség közvetlenül a higanyszint különbségekből adódik ( h ). Az üzemállatk beállítására egy csa (Sz) szlgál. A fjtás mértékének növelésével a szívótrkban 4

5 Áramlástechnikai Géek levő nymás csökken. A megkerülő vezetékbe éített glyóscsa (Sz) használatával a kis nymásk tartmányában a fjtás mértékét finman lehet szabályzni. A szivattyú a szabad levegőről szív és a szearátrba, vagy vízleválasztóba (Sz) szállít. A szearátr túlflyója (Tf) a felesleges vizet hivattt elvezetni. A szivattyúba vezetendő víz a hűtésre, a kis nymás miatti kiárlgás ótlására és a tömítés funkciójának betöltésére szlgál. Itt kell megjegyezni, hgy a hálózatból hzzávezetett víz nymásváltzására a gé igen érzékeny. Több, állandó h érték mellett végzett mérés eredményeként különböző η ö max értéket kaunk. A h víznymás araméter és az η ö max hatásfkgörbe maximumk függvény-kacslatában szélsőérték van, amelyet a 3. ábra szemléltet. 3. ábra A maximális hatásfkk legnagybbika esetünkben h = 0,4 att (~bar) hálózati víznymásnál van. Ezért célszerű mérésünket e araméter állandósága mellett elvégezni. Érdekességként megemlíthető, hgy h növelésével tendenciájában a végvákuum és a bevezetett teljesítmény nő, míg a beszívtt térfgatáram csökken, ez a már elvégzett mérési srzatk taasztataiból leszűrhető. A h araméter állandó értéken tartását a beéített glyóscsa (Gcs) állításával érjük el, knkrét értékét dbzts manméter (Dm) jelzi. Ha a méréseket rendre különböző frdulatszámkn megismételnénk és a hatásfkgörbék azns értékű ntjait összekötnénk, jutnánk a gé ún. kagylódiagramjáhz, amely a belső tulajdnságk tendenciáit még szerteágazóbban mutatná. Mivel egyrészt az alkalmaztt aszinkrn mtrs hajtás a frdulatszám váltztatásra nem ad lehetőséget, másrészt a kagylódiagram felvétele a hallgatói mérésre rendelkezésre álló időben nem végezhető el, így csak a névleges fdulatszámhz tartzó hatásfkgörbe mérhető ki. 5

6 Áramlástechnikai Géek 4. A jelleggörbékben szerelő mennyiségek számítása 4.. Vákuumnymás () Az U-csöves higanys manméter közvetlenül a ( ) értéket méri [Hg mm]-ben. A barmetrikus nymás ( ) mérésével (egyszer mért mennyiség) a, h g nρ Hg hn / és = = független váltzók könnyen kéezhetők. bρ g b ahl Hg A légköri nymás az alábbi összefüggés segítségével határzható meg: = ρ g b, ρhg = [kg/m 3 ], g = 9,8 [m/s ], b [Hg m] a barméterállás. 4.. Térfgatáram (Q) Hg A térfgatáram a d π Q = α ε 4 ρ lev összefüggésből határzható meg, ahl: d = 5 [mm] a mérőerem nyílásátmérője, ε = [-] az exanziós szám, ρlev [kg/m 3 ] a levegő sűrűsége, ρlev = ρ(t), t [ C] a környezeti hőfk (egyszer mért mennyiség), [Pa] a mérőerem mérőnymása, = ρvíz g h, ρvíz = 000 [kg/m 3 ] a manméter mérőflyadék sűrűsége, h [mm] a differenciálmanméter kitérése, α [-] az átflyási szám. A α átflyási szám meghatárzása iterációval történik az Örvényszivattyú A mérés leírása alaján, de az áramló közeg levegő, ennek a jellemzői (l. kinematikai viszkzitás a Reynlds-számhz) a Ventilátr mérés leírásában találhatóak. A tanszéki hnlan elérhető, a tantárgyhz kacslódó feladatgyüjtemény 3. fejezetében lévő kidlgztt élda megtekintése segítséget nyújt a számításhz. 6

7 Áramlástechnikai Géek 4.3. Bevezetett teljesítmény (Pvill), tengelyteljesítmény (Pteng) A bevezetett teljesítmény az alábbi összefüggésből számítható: P vill w vill = C P, ahl Pvill [ ] a wattmérőről lelvastt sztás fkkban (lásd 3. ké), Cw = 8 [W/sztás] a műszerállandó. 3. ké A villams mtr által leadtt (a vákuumszivattyúba bevezetett) teljesítmény (Pteng) a 4. ábrán látható diagram segítségével határzható meg. A diagramból kikeresett terhelés (x) ismeretében a tengelyteljesítmény P = x, teng P névl ahl Pnévl = 5500 [W] (a villamsmtr adattáblájáról). A Pvill x diagramt mérlegdinamó segítségével, méréssel határztuk meg. 7

8 Áramlástechnikai Géek 4.4. Iztermikus teljesítmény (Piz), hatásfk (ηö) Ha a sűrítési flyamat srán iztermikus állatváltzást tételezünk fel (amit jó közelítéssel megtehetünk), akkr az iztermikus teljesítményt az. fejezetben megismert módn számíthatjuk, azaz: Pizt = Q ln, ahl és Q összetartzó értékárk, és abszlút nymásk. A vákuumszivattyú összhatásfkát az Pizt η ö = P hányads adja. teng 4. ábra A kélet ezen frmájának levezetése a mellékletben megtalálható. 8

9 5. A mérőberendezés névleges adatai Vákuumszivattyú: tíus: EV 40/80 II. vízgyűrűs, Q = 50 [m 3 /h], n = 900 [/min], t = 0 [ C] (vnatkztatási hőmérséklet), relatív vákuum: [%]. Hajtómtr: tíus: VZ 4/, hármfázisú aszinkrn mtr, nnévl = 880 [/min], Pnévl = 5500 [W]. Mérőerem: d = 5 mm, D = 53 mm. 6. A mérés 6.. Előkészület a méréshez Áramlástechnikai Géek. A wattmérő (Mb) méréshatár kacslóját állítsuk maximumra, hgy az indítási áramlökés ne tegye tönkre a műszert.. Nyissuk az (Sz) csat, így nem frdulhat elő a higany esetleges hirtelen "beszívása". 3. Ellenőrizzük a manméterek üzemkées állatát. 4. Üzembe helyezés után a méréshatár-kacslót állítsuk a megfelelő (Cw = 8 [W/sztás]) értékre. 5. Leállás előtt újra nyissuk ki az (Sz) csat, mst a higany esetleges "kilövésének" elkerülése miatt. 6.. A mérési ntk felvétele Kb. 5 mérési nt jó és megbízható görbemenetet ad. A higanys manméter 0 és közötti tartmányát közel aránysan 5 részre sszuk be. A gé üzeme egyes szakaszkban "nyugtalan". Ez a tény a vízgyűrű instabilitására vezethető vissza. Ilyenkr tvább időzve egy állatnál a becsült közéérték fgadható el mérési eredménynek. 7. Felkészülés a mérésre A mérési gyakrlatra az alábbiak szerint kell előkészülni: Ismerni kell ezt a mérési tájékztatót! A mérési tájékztató ismeretét a mérés kezdetekr beugró ZH frmájában ellenőrizzük. Mivel a mérésvezetőnek a mérés utáni hétben jegyzőkönyvet kell készítenie, ezért szükség van minden szükséges adat rögzítésére: az tthn előkészítendő táblázat-űrla fejlécét elő kell készíteni a mérési eredmények feljegyzéséhez és kiértékeléséhez. A táblázatnak legalább 5 sra legyen! 9

10 Áramlástechnikai Géek A mérés srán ellenőrző diagramt is készíteni kell, hgy már a mérés srán követhetőek legyenek a görbemenetek, valamint az esetleges mérési hibák "visszaméréssel" történő krrigálására legyen lehetőség. Az ellenőrző diagram feléítését az 5. ábra szemlélteti. Ábrázlásáhz egy A4- es milliméter aírt (vagy egy exceltáblát latn) a tengelyek és sztásk felvételével tthn elő kell készíteni! 5. ábra 8. Ellenőrző kérdések. Melyek a vákuumszivattyúk leggyakrabban alkalmaztt jelleggörbéi? Ismertessen hármat!. Röviden ismertesse a vízgyűrűs vákuumszivattyúk működési elvét! Rajzljn ábrát! 3. Hgyan mérjük a vákuumszivattyú által szállíttt térfgatáramt? Melyek a kiértékelés léései? Ismertesse a lgikai srrendet is! 4. Hgyan számítjuk ki a vákuumszivattyú haszns teljesítményét? Mit kell ehhez mérni? 5. Sematikusan vázlja fel a mérőberendezést! 6. Írja fel ideális gáz esetén a vízgyűrűs vákuumszivattyú iztermikus haszns munkájának összefüggését! 7. Egy vákuumszivattyú jelleggörbe mérése srán 0,006 m 3 /s levegő szállíásakr a szívócsnkba kötött higanytöltésű, U csöves manméteren 390 mm kitérés adódtt. A légköri nymás 004 mbar. Mekkra az iztermikus teljesítmény? 0

11 Áramlástechnikai Géek 8. Egy vákuumszivattyú iztermikus teljesítménye 454 W. Ekkr a szivattyú-mtr gécsrt felvett villams teljesítménye 450 W. A hajtómtr névleges teljesítménye 5,5 kw, bevezetett teljesítménye és terhelési fka között az alábbi kacslat áll fenn: 4 [ ] =,753 0 P [ W ] 0,53[ ] x vill. Mekkra a vákuumszivattyú összhatásfka? 9. Írja fel a vákuumszivattyú összhatásfkának összefüggését! Ismertesse a nevezőben szerelő teljesítmény meghatárzásának menetét! 0. Rajzlja fel jelleghelyesen a vákuumszivattyú összhatásfkát a távíznymás függvényében! Miért fnts ez a diagram? 9. Méréshez kacslódó tthni feladatk. A mérés tárgyát kéező vízgyűrűs vákuumszivattyú ηö((-)/) jelleggörbéjének ntjait a) harmadfkú, b) másdfkú linmmal közelítve határzza meg az timális üzemi nt jellemzőit (t, Qt, ηö,t)!. Számítsa ki az iztermikus haszns teljesítmény, a térfgatáram és az összhatásfk értékét, ha a relatív vákuum értéke c) 45, 55%; d) 70, 80%! 3. Egy tartályban 0,35 bar állandó abszlút nymású 7 ºC hőmérsékletű levegő van. Mennyi idő alatt szállít el a vákuumszivattyú ebből a tartályból a) 0,45 m 3 7 C hőmérsékletű, b) 0,8 m 3 7 C hőmérsékletű, bar abszlút nymású levegőt?

12 Áramlástechnikai Géek Melléklet Az iztemrikus teljesítmény alakjának levezetése Az iztermikus teljesítmény: P = Q, ln ahl az és indexek rendre a szívó- és nymócsnk adatait jelölik. Az iztermikus állatváltzás egyenletét felhasználva a szívócsnkbeli sűrűség: v = v vagy sűrűséggel =. ρ ρ Ebből ρ = ρ. Felírva a kntinuitási egyenletet, kifejezhető a nymócsnk térfgatárama a szívócsnki függvényében: m& m& Q = = = Q. ρ ρ Ezzel P = = Q ln = Q ln Q ln. A mérőberendezésben = 0 és Q a légköri állatú levegő térfgatáram, azaz Piz = Q ln, tehát a kélet jó!