1.5. VENTILÁTOR MÉRÉS

Átírás

1 1.5. VENTILÁTOR MÉRÉS A mérés célja A mérés célja egy ventilátorból és a vele összeépített háromfázisú aszinkron motorból álló gépcsoport üzemi jelleggörbéinek felvétele. Ez a következő függvénykapcsolatok meghatározását jelenti: p ö = f(q) - az össznyomás növekedés p st = f(q) η MV = f(q) - a statikus nyomásnövekedés - a motor-ventilátor gépcsoport hatásfoka a térfogatáram függvényében Elméleti alapok Ventilátoroknál a tömegegységre eső Y fajlagos munka helyett a térfogategységre jutó fajlagos munka, az ún. össznyomás növekedés használata szokásos (jele p ö, p ö = Y). Mivel a helyzeti energia megváltozása elhanyagolható, az össznyomás növekedést a p ö = pn + cn ps + cs = p nö p sö Bernoulli-entalpiaváltozásként lehet kiszámítani. A ventilátorból távozó levegő fajlagos mozgási energiája, a cn nyomás gyakran veszteségként értékelhető, ez indokolja a dinamikus p st = pö cn = pn ps cs statikus nyomásnövekedés bevezetését. A laboratóriumi mérőberendezésben a szívó- és nyomócsonk keresztmetszete A s és A n különbözik, így c s = Q/A s és c n = Q/A n is különbözik. p ö számításakor a dinamikus nyomások tehát nem esnek ki. A ventilátor a szabadból szív, ott az össznyomás p o, ez alalkul át veszteség mellett ps + cs -té, majd a ventilátorban

2 p ö -vel nő, azaz pn + cs lesz. A nyomócső, pillangószelep veszteségei és a távozó cn fajlagos mozgási energia levonása után a (statikus) nyomás ismét p o. Egy áramvonal mentén a statikus és össznyomás változása az 1. ábra szerinti 1.ábra Ventilátorok hasznos teljesítménye a térfogategységre jutó fajlagos munka ( p ö ) és a térfogatáram (Q) szorzata P h = Q p ö A Q, p ö üzemi paramétereket gyakran ϕ mennyiségi, ill. ψ ö nyomásszámként dimenziótlan alakban adják meg, definíciójuk ϕ = u Q D π 4 ψ ö = p u ö ahol u = D πn a járókerék kerületi sebessége. A ventilátor típusát a ϕ = ψ 1/ σ 3/ 4 ö fordulatszámtényező, vagy a 1/ 4 ψö = átmérőtényező 1/ ϕ δ számértékével szokás jellemezni. A mérési tapasztalatok szerint a jó hatásfokú gépek σ-δ értékpárjai egy σ = σ(δ) görbe körüli keskeny sávban helyezkednek el, ez az ún. Cordier-diagram (lásd a. ábrát).

3 nq 00 σ 1 Kaplan-turbina, Propeller szivattyú Axiálkompresszor 100 Axiális gázturbina 0,5 0,4 Félaxiális ventilátor ,3 Félaxiális szivattyú 0, Francis-turbina 0,1 1 Centrifugális ventilátor Centrifugálkompresszor Radiális szivattyú Pelton-turbina δ 0, ábra Dq A hatásfok mellett - gyakran annál fontosabb - jellemzője a ventilátornak a kibocsátott hangteljesítményszint, L w. A hangteljesítményszint az akusztikai hangteljesítmény 10-es alapú logaritmusának 10-szerese db (decibel) mértékegységben megadva. Tapasztalat szerint a kibocsátott hangteljesítményszint függ a ventilátor típusától, szerkezeti kialakításától, a teljesítményveszteségtől és a Mach (Ma) számtól. L w = A Pveszt + 10 lg + B Pho lg( Ma) [ db] P P veszt Ph 1 1 = Pbe Ph = Ph = Ph 1 = Q p ö 1 η η η 3 m = Q0 pö0 = 1 1 Pa W továbbá s h0 = 1 3

4 u Ma =, a kerületi sebesség és a hangsebesség hányadosa (a =340 m/s) légköri a körülmények között. A típusra, szerkezeti kialakításra utaló A és B számok néhány gyakori esetben: 1. táblázat típus/kialakítás A B radiális átömlésű/hátrahajló lapátozású 8,5 15,3 előrehajló lapátozású 85, 15,6 axiális átömlésű/terelőlapát nélkül 90,4 15,6 utóterelő lapáttal 96,6 31, A mérőberendezés leírása A mérőberendezés vázlatát a 3. ábrán láthatjuk. A mérendő gép a V jelű hátrahajló lapátozású, radiális átömlésű lemezventilátor. A hajtógép az M jelű n = 1440/min = 4/s névleges fordulatszámú háromfázisú aszinkron motor. A mérési elrendezés olyan, hogy mind a szívó-, mind a nyomóoldalon egy-egy egyenes hengeres csőszakasz kapcsolódik a ventilátorhoz. A térfogatáram mérésére a szívócső belépő keresztmetszetébe helyezett "mp" jelű beszívó mérőperem szolgál (1. kép). A mérőperemen eső nyomást egy U-csöves manométerrel, illetve egy párhuzamosan kötött Rosenmüller típusú ferde csöves, vízzel töltött manométerrel mérjük (3. és 4. kép). A ferde csöves manométer 1: állásban (azaz 30 -os döntési szög mellett) a teljes mérési tartományban használható. Figyelem: ekkor a ferde csőben leolvasott l kitérés (0,5)-szöröse a h mp érték. 4

5 3. ábra A különböző üzemállapotok beállítása fojtással történik, ami a nyomócső végére felszerelt "Psz" jelű pillangószeleppel valósítható meg (. kép). A szívó és a nyomócsonkban uralkodó nyomások különbsége a csonkok közé kapcsolt U-csöves, víztöltésű, Pa-ban skálázott manométerrel mérhető (3. ábra) A motor bevezetett teljesítményének mérésére mérőbőrönd van a motor áramköréhez kapcsolva A berendezés műszaki adatai A ventilátor típusa: VHf 56, gyártási száma:* A motor típusa: VZ /4 gyártási száma:* A mérőbőrönd típusa:* gyártási száma:* A mérőperem d = 300 mm furatátmérőjű beszívó mérőperem A szívócső D s =378 mm átmérőjű, hossza 4800 mm. A nyomócső D n = 400 mm átmérőjű és hossza 000 mm. 5

6 1.5.5 A jelleggörbéken szereplő mennyiségek mérése és számítása Fordulatszám (n) A fordulatszámot a motortengely szabad végén Jacquet indikátorral kell mérni minden üzemállapotban. Bevezetett teljesítmény (P be ) A motor felvett teljesítményét mérőbőrönddel mérjük. P be [kw] Térfogatáram (Q) Az áramló közeg levegő. (A levegő sűrűségét és kinematikai viszkozitását néhány hőmérsékleten a. táblázat adja meg.) A térfogatáram meghatározásához mérni kell a p mp nyomásesést a mérőperemen. A perem előtti nyomás egyenlő a légköri nyomással, a perem utáni nyomást a peremtől 1/ D s távolságban elhelyezett megcsapoló furatokon mérhető átlagnyomás adja. A térfogatáram a π Q d = α ε 4 p mp összefüggésből számítható, ahol d - a perem legkisebb átmérője (d = 300 mm). ε - az expanziós szám, értéke a kis nyomásesés miatt ε = 1, - a levegő sűrűsége (1. táblázat). A térfogatáram meghatározásához szükséges átfolyási szám (α) beszívó mérőperem esetén α 0,6 a keresztmetszettől gyakorlatilag függetlenül [1]. Az átfolyási szám (α) meghatározása méréssel Amennyiben a mérőperem szabvány előírás szerinti beépítése nem biztosított, a szállított közegmennyiséget egy keresztmetszetben a sebességeloszlás Prandtlcsővel történő kimérésével határozhatjuk meg []. Statikus és össznyomáskülönbség ( p st, p ö ) 6

7 A statikus nyomáskülönbség p st = ( p p ) c n A (p n - p s ) nyomáskülönbséget U-csöves víztöltésű differenciál-manométerrel mérjük, nyomásközvetítőként a levegő szolgál. Az U-cső két szára a szívó-, ill. nyomócsövön elhelyezett 4-4 statikus nyomásmérő furat átlagnyomására van kapcsolva. A manométerskála Pa beosztású. A szívóoldali dinamikus nyomáshoz szükséges c s ismerete, ami a térfogatáramból számítható. Az össznyomáskülönbség p ö = p st s + c ahol a nyomócsőben áramló levegő c n átlagsebessége a kontinuitás alapján számítható c s -ből, vagy Q-ból. n s A mérőberendezés üzembe helyezése 1. A pillangószelepet teljesen zárjuk.. A manométerek üzemképes állapotát ellenőrizzük, a Rosenmüller ferdecsöves mikromanométer üvegcsövét függőleges állásba helyezzük. 3. A motorkapcsoló zöld indítógombját benyomjuk. 4. Ha a motor elérte névleges fordulatszámát, a mérőbőröndöt bekapcsoljuk A mérési pontok felvétele A jelleggörbe mérésénél a pillangószelep fokozatos állításával különböző üzemállapotokat hozunk létre és leolvassuk a műszereket. Célszerű a pillangószelepet úgy beállítani az egyes mérési pontokhoz, hogy a mérőperemhez kapcsolt manométer h mp kitérésének gyöke, hmp egyenletes lépésekben változzék. 7

8 1.5.8 A mérési eredmények feldolgozása A honlapon a "Mérési jegyzőkönyv követelményei" címszó alatt foglaltak figyelembevételével mérési jegyzőkönyvet kell készíteni Felkészülés a méréshez a) A mérési eredmények feljegyzéséhez táblázatot kell előkészíteni. b) Elő kell készíteni egy A4 méretű milliméterpapíron az ellenőrző diagram koordináta-rendszerét. Az ellenőrző diagramban a következő mennyiségeket ábrázoljuk: vízszintes tengelyen a mérőperemre kötött manométer kitéréséből vont négyzetgyök ( hmp ) értékét, mint a Q térfogatárammal arányos mennyiséget, a függőleges tengelyen a ventilátor szívó- és nyomócsövének megcsapolásai közé kapcsolt manométer kitérését ( p v =p n -p s ), és a mérőbőröndről leolvasott P be teljesítményt. Maximális értékek a lépték megválasztásához: hmp = 10 mm alk. o. ( ) ( p ) max = 1500 Pa ( ) = 100 W P be v max max. táblázat A levegő sűrűsége és ν kinematikai viszkozitása 760 Hgmm nyomáson t C kg/m 3 1,5 1,06 1,186 ν m /s 14, , Irodalom : [1] Dr. Gruber József és szerzőtársai : Ventilátorok. Műszaki könyvkiadó, Budapest, javított, bővített kiadás. 10. oldal 8

9 1. kép. kép 9

10 3. kép 4. kép 10