GROX huzatszabályzók szélcsatorna vizsgálata

Átírás

1 GROX huzatszabályzók szélcsatorna vizsgálata 1. Előzmények Megbízást kaptunk a Gróf kereskedelmi és Szolgáltató kft-től (H-9653 Répcelak, Petőfi Sándor u. 84.) hogy a huzatszabályzó (két különböző méretű) fantázia nevű kéménysapka szélcsatorna vizsgálatát végezzük el. A vizsgálatot a Kitorkoló idomdarab aerodinamikai viselkedése szélterhelés esetén MSZ- EN-1859-es [1] Msz-EN-1856-os [2] szabványok erre vonatkozó részlete alapján végeztük és vizsgáltuk. (A 200 mm-es huzatszabályzón már korábban is végeztünk hasonló méréseket 2009-ben. Azokat az eredményeket is felhasználtuk, pontosítottuk és kiegészítettük.) A következőkben ennek a mérésnek az eredményeit közöljük. 2. A huzatszabályzó adatai 1. ábra huzatfokozó Az 1. ábrán a huzatszabályzó fényképe látható. A szerkezet felső része lapdiffúzoros áramlást hoz létre, hasonlóan a Meidinger-tárcsához, csak itt gyűrű alakú kiáramlási keresztmetszetben több hengerpalást alakú elemet helyeztek el. Ezek feladata a kiáramló levegő vagy égéstermék egyenletesebb elosztása a kiáramló keresztmetszetben. A kialakított elem megakadályozza a bukószél visszatorlasztó hatását. Hasonló jellegű kéményvégződéseket már régebben is készítettek betonból, téglából.

2 2./a 200 mm-es huzatszabályzó 2./b 150 mm-es huzatszabályzó 2. ábra huzatszabályzók A kétféle méretű huzatszabályzó geometriailag nem teljesen hasonló, mint az a 2. ábrán látható. Az a kismértékű geometriai eltérés azt eredményezheti, hogy nem teljesen egyforma az áramlástani viselkedése a két különböző méretű huzatszabályzónak. Így mind a kettőt külön meg kell vizsgálni. 3. A szélcsatorna mérőrendszer leírása A vizsgálatot a 3. ábrán látható szélcsatornában végeztük. Ennek mérőtér-keresztmetszete 1800x1600 mm. A szélsebesség a ventilátor fordulatszámával változtatható. A huzatszabályzóban létre kell hozni egy állandó és pontosan mérhető 2 m/s sebességet. Az MSZ-EN-1859 szabványnak megfelelően a 200 mm-es huzatszabályzóhoz vele azonos átmérőjű 200 mm-es 2 m hosszú toldatot helyeztünk (ld. 4. ábra). A 150 mm-eshez 150 mmes 2 m-es toldatot illesztettünk. A szabvány szerint ebben a csőben 2 m/s állandó sebességet kell biztosítani a mérés egész ideje alatt és ebben a csőben kell mérni a külső térhez képesti nyomáskülönbséget legalább három helyen. A toldaton a kéménysapkától 600, 1200 és 1800 mm távolságra (min. 3 szoros átmérő) helyeztük el az 1, 2 és 3-al jelzett statikus nyomás mérő-helyeket. A 2 méteres toldathoz flexibilis csövet csatlakoztattunk, és azon keresztül fújtunk be levegőt 2 m/s sebességgel változtatható fordulatszámú ventilátorral. A ventilátor szívó oldalára 2 m-es szívócsövet és annak végére beszívó mérőperemet helyeztünk. A mérőperemmel tudtuk mérni és beállítani a csőben áramló 2 m/s sebességet. Az 5. ábra mutatja az így létrehozott kéménymodell behelyezését a szélcsatornába. Az oldalfalon lévő ablakon keresztül toltuk be a mérőcsövet a megfelelő szögben. A szélcsatorna tengelyére merőleges iránytól mértük a szabványban előírt szögeket. Ha a szél a kéménymodellt alulról fújta meg, akkor az α irányszög negatív, ha felülről (bukószél esetén), akkor az α irányszög pozitív. A mérést +90 és -45 fok közötti megfúvási irányokra végeztük

3 7,5 fokos lépésekben. Minden pozícióban mértük az 1, 2 és hármas pontokban a szélcsatorna belső teréhez (a szélhez) képesti statikus nyomáskülönbséget. Eredményeinket 1-4. táblázatokban foglaltuk össze. A táblázatban az 1,2 és 3 pontok nyomáskülönbsége olvasható a szélcsatornában uralkodó statikus nyomáshoz viszonyítva (a kettő különbsége). Ennek az értéke pozitív, ha a kéményben nagyobb a nyomás, mint a szélcsatorna térében, és negatív, ha a kéményben depresszió uralkodik. 3. ábra A szélcsatorna Áramlási irány Mérőperem φ 100 Huzatszabályzó φ 200 (150) Ventilátor Flexibilis cső ábra levegő befúvó egység

4 α Huzatszabályzó 4. A mérés körülményei A mérés helye: Gödöllő, Mérést végezték: Statikus nyomás kivezetése 5. ábra Mérés elrendezése a szélcsatornában Dr. Szlivka Ferenc Egyetemi tanár, okl. gépészmérnök, műszaki szakértő (F5-3(101)88. ÉVM 78/1988), a műsz. tud. kand. fokozat okl. száma: , Dr. Molnár Ildikó Egyetemi adjunktus A mérőműszerek típusa: TSL Légsebességmérő TSL Model 8345-M-GB Wind Tunnel Calibration System Serial No. 102 TESTO 521 Nyomásmérő Seriel No.: Ferdecsöves mikromanométer 5. A 150 mm-es huzatszabályzó mérési eredményei A kéményben lévő nyomás és a zavartalan áramláshoz tartozó statikus nyomás különbségét: p R = p p [Pa] mutatják a táblázatok. Ennek az értéke pozitív, ha a kéményben nagyobb a nyomás, mint a külső térben, és negatív, ha a kéményben depresszió uralkodik. Annak érdekében, hogy a diagramok egymással és egyéb irodalmi adatokkal jobban összevethetők legyenek, ezt a nyomáskülönbséget osztottuk a zavartalan megfúvási szélsebességből (v [m/s]) és az áramló levegő ρ=1,2 [kg/m 3 ] sűrűségéből számolt dinamikus nyomással,

5 p p p = ρ 2 v 2 és így a nyomástényezőt kaptuk. (A levegő sűrűsége a mérések idején gyakorlatilag nem változott. A nyomástényezővel kapcsolatban a [3] és [4] jelű irodalmakban található bővebb információ.) A mérés eredményeit az 1. és a 2. táblázatban találjuk. A nyomástényezőt az 6. ábrán láthatjuk. A fent idézett szabványokban a kémény végelem veszteségtényezőjét is meg kell határozni. Ennek során szélmentes esetben mértük a kémény-modellen átáramló légmennyiséget a fent leírt módon, mérőperemmel. És 2 és 4 m/s csősebességnél mértük a végelem veszteségét, p p p' p' -t. Ezután kiszámítottuk a veszteségtényezőjét, ζ = = ρ 2 ρ 2 vcs v cs 2 2 Ez formailag nagyon hasonló a nyomástényezőhöz, csak itt nem a szélsebesség, hanem a csőbeli sebességből számított dinamikus nyomás szerepel a nevezőben. Az eredményeket az 1. táblázatban láthatjuk. Az átlagos veszteségtényező ζ = 09. átlag 0, Ami azt jelenti, hogy a több tárcsás kialakítás olyan szerencsés, hogy a kisebb 150 mm-es átmérőjű huzatszabályzó kicsit segít a kéményből történő kiáramlásnak. Kismértékű depressziót hoz létre a kéményben. (Itt jegyezzük meg, hogy az áramlási ellenállásnak a mérése igen nehéz, mert tized Pascal nyomásokat kell pontosan mérni, ami nem szokványos feladat, akár elektronikus nyomásmérővel, akár hagyományos ferdecsöves mikromanométerrel! ld.1. táblázat Szélsebesség 0 )

6 1. táblázat 150 mm-es huzatszabályzó mérések 0, 3 és 6 m/s szélben Huzatszabályzó mérések 150 mm-es Szélcsatorna kalibrálása Mérőperem beállítása ρ 1,2 [kg/m 3 ] D 200 [mm] v [m/s] v cs 2 [m/s] din. nyomás [Pa] 5,4 21,6 48,6 86,4 d 100 [mm] Fordulatszám [1/perc] p m 15,2 [Pa] Szélsebesség 0 [m/s] -0,3-0,1-0,2 Szélsebesség 3 [m/s] Szélsebesség 6 [m/s] Alkohol 0,8 Alkohol 0,8 Manométer 0,1-0,04 Manométer 0,1-0,04 α α -45,0 2,3 2,2 2,4-45,0 8,5 8,7 8,9-37,5 2,6 2,4 2,4-37,5 9,2 9,1 9,0-30,0 2,7 2,7 3,1-30,0 8,3 8,1 8,1-22,5 2,5 2,8 2,7-22,5 8,0 7,9 7,8-15,0 2,2 2,2 2,2-15,0 8,0 8,0 7,8-7,5 1,8 1,9 1,9-7,5 6,4 6,9 6,2 0,0 1,7 1 0,9 0,0 4,1 4,2 4,0 7,5 1,5 1,3 1,3 7,5 3,6 3,6 3,3 15,0 1,4 0,9 1 15,0 4,1 4,6 4,2 22,5 1,6 1,6 1,8 22,5 5,2 5,4 5,7 30,0 1,9 2 2,1 30,0 5,5 5,6 5,5 37,5 1,9 2 2,1 37,5 5,9 5,8 5,6 45,0 1, ,0 5,8 5,4 5,6 52,5 2,2 2 2,1 52,5 6,2 6,4 6,1 60,0 2,2 2 2,2 60,0 7,1 7,0 6,9 67,5 2 2,1 2,2 67,5 7,4 7,4 7,3 75,0 2,1 2,1 2,1 75,0 7,7 7,8 7,4 82,5 2 2,2 2,4 82,5 8,0 8,2 7,8 90,0 2,1 2,1 2,2 90,0 8,0 8,1 7,6

7 2. táblázat 150-es huzatszabályzó mérések 9 és 12 m/s szélben Szélsebesség 9 [m/s] Szélsebesség 12 [m/s] Alkohol 0,8 Alkohol 0,8 Manométer 0,1 Manométer 0,1 α α -45, ,3 16,8-45,0 21,5 21,6 21,8-37,5 18,1 17,8 17,6-37,5 21,9 22,7 24,1-30,0 14,6 15,3 15,1-30,0 20,5 23,2 23,6-22,5 12,7 14,1 13,6-22,5 17,3 16,8 16,9-15,0 11,8 11, ,0 15,5 15,7 15,9-7,5 9,1 10,4 10,5-7,5 12,3 14,3 15,6 0,0 8 8,9 8,9 0,0 12, ,5 7,6 7,7 7,8 7,5 12,2 12,6 12,8 15,0 7,6 7,8 8 15,0 12,3 12,2 13,5 22,5 7,6 7,8 7,2 22,5 12,6 12, ,0 7,7 7 6,7 30,0 13,5 14,1 13,9 37,5 8,5 8,1 8 37,5 14,1 15,3 14,8 45,0 8,7 8,3 8,4 45,0 14,5 14,8 14,5 52,5 8,4 8,4 8,6 52,5 14,3 14,5 14,5 60,0 8,5 8,2 8,1 60,0 14,2 14,2 13,8 67,5 9,1 9,1 9,2 67,5 13,6 13,9 13,9 75,0 9,2 8,8 9,2 75,0 12,6 13,5 13,6 82,5 9,1 8,8 9,1 82,5 12,6 12,9 11,6 90,0 8,8 8,2 8,3 90,0 11,4 11,4 11,5 GROX huzatszabályzó 150 mm 0,6 0,5 Nyomástényező 0,4 0,3 0,2 0, Megfúvási szög [fok] 3 m/s 6 m/s 9 m/s 12 m/s 6. ábra A 150 mm-es huzatszabályzó nyomástényezőjének alakulása

8 6. A 200 mm-es huzatszabályzó mérési eredményei A mérési adatok feldolgozása teljesen hasonló a 150 mm-es huzatszabályzó kiértékeléséhez. A kéményben lévő nyomás és a zavartalan áramláshoz tartozó statikus nyomás különbségét: p R = p p [Pa] tartalmazzák a táblázatok. Ennek az értéke pozitív, ha a kéményben nagyobb a nyomás, mint a külső térben, és negatív, ha a kéményben depresszió uralkodik. Az eredményeket itt is az irodalommal jobban összevethető dimenziótlan nyomástényező kiszámításával is bemutatjuk. A mérés eredményeit a 3. és a 4. táblázatban találjuk. A nyomástényezőt a 7. ábrán láthatjuk. Kiszámítottuk a szél nélküli állapotban 2, és 4 m/s csősebességnél a huzatszabályzó p p p' veszteségét, p' -t. Ezután kiszámítottuk a veszteségtényezőjét, ζ = = ρ 2 ρ 2 vcs v cs 2 2 Az átlagos veszteségtényező: ζ átlag = 0, 14. Ami azt jelenti, hogy a 200 mm-es változatnál a több tárcsás kialakítás kismértékű áramlási ellenállást okoz. A 200 mm-es átmérőjű huzatszabályzó kismértékben gátolja az áramlást. Itt jegyezzük meg, hogy a gyakran alkalmazott Meidinger-tárcsa is okoz kismértékű áramlási ellenállást. (Itt is el kell mondani, hogy az áramlási ellenállásnak a mérése igen nehéz, mert tized Pascal nyomásokat kell pontosan mérni, ami nem rutin feladat, akár elektronikus nyomásmérővel, akár hagyományos ferdecsöves manométerrel! ld.3. táblázat Szélsebesség 0 )

9 3. táblázat 200 mm-es huzatszabályzó 0 m/s, 3 m/s és 6 m/s szélben Huzatszabályzó mérések 200 mm-es. Szélcsatorna kalibrálása Mérőperem beállítása ρ 1,2 [kg/m 3 ] D 200 [mm] v [m/s] v cs 2 [m/s] Dinamikus nyomás [Pa] 5,4 21,6 48,6 86,4 d 100 [mm] Fordulatszám [1/perc] p m 26,7 [Pa] Szélsebesség 0 [m/s] 0,5 0,3 0,2 Szélsebesség 3 [m/s] Szélsebesség 6 [m/s] Alkohol 0,8 Alkohol 0,8 Manométer 0,1-0,04 Manométer 0,1-0,04 α α -45,0 2,7 2,3 2,4-45,0 9,4 8,9 9,8-37,5 2,9 2,7 2,7-37,5 10,1 9,5 9,4-30,0 3,1 2,9 3,2-30,0 8,9 9,0 8,4-22,5 2,7 2,8 2,8-22,5 8,6 7,9 8,5-15,0 2,6 2,5 2,5-15,0 8,0 8,9 8,0-7,5 2,2 2,0 2,3-7,5 6,5 7,4 6,6 0,0 2,0 1,3 0,9 0,0 4,9 4,4 4,7 7,5 1,6 1,5 1,6 7,5 4,4 3,6 3,8 15,0 1,5 1,1 1,4 15,0 4,2 4,8 4,6 22,5 1,7 2,0 2,2 22,5 5,7 6,0 6,4 30,0 2,2 2,0 2,3 30,0 5,7 5,8 6,0 37,5 2,1 2,1 2,1 37,5 6,4 6,0 5,8 45,0 2,1 2,1 2,3 45,0 5,9 6,0 5,8 52,5 2,5 2,2 2,3 52,5 6,3 7,1 6,4 60,0 2,3 2,3 2,2 60,0 7,2 8,0 7,5 67,5 2,4 2,4 2,2 67,5 8,0 8,2 7,5 75,0 2,2 2,4 2,2 75,0 8,5 8,7 7,4 82,5 2,4 2,5 2,5 82,5 8,5 8,2 8,2 90,0 2,3 2,2 2,3 90,0 8,9 8,2 8,3

10 4. táblázat 200 mm-es huzatszabályzó 9 m/s és 12 m/s szélben α Szélsebesség 9 [m/s] Szélsebesség 12 [m/s] Alkohol 0,8 Alkohol 0,8 Manométer 0,1 Manométer 0,1 α -45,0 17,7 17,7 17,3-45,0 21,5 22,3 22,4-37,5 18,6 18,7 17,9-37,5 21,9 22,9 24,6-30,0 14,8 15,9 15,2-30,0 21,3 23,2 24,5-22,5 12,7 14,8 13,6-22,5 17,3 16,9 17,0-15,0 12,3 11,7 11,3-15,0 16,1 16,0 16,7-7,5 9,4 10,9 10,5-7,5 12,6 14,8 16,2 0,0 9,0 9,4 9,1 0,0 12,3 13,6 13,3 7,5 7,9 8,6 7,8 7,5 12,9 13,3 13,2 15,0 8,4 8,0 8,9 15,0 12,7 12,5 14,4 22,5 8,0 8,1 7,8 22,5 13,4 12,9 13,6 30,0 8,5 7,8 7,3 30,0 13,6 14,1 14,7 37,5 8,5 8,7 8,4 37,5 14,2 15,6 15,2 45,0 9,6 8,3 9,4 45,0 15,3 15,3 15,0 52,5 9,2 8,6 8,9 52,5 14,3 14,5 15,0 60,0 9,3 8,3 9,0 60,0 14,7 14,9 13,8 67,5 9,7 9,8 10,0 67,5 14,5 14,0 14,5 75,0 10,0 9,5 9,8 75,0 13,2 14,0 13,7 82,5 9,3 9,1 9,3 82,5 13,3 13,0 12,5 90,0 9,0 8,7 8,7 90,0 12,2 11,7 12,2 GROX huzatszabályzó 200 mm 0,7 0,6 Nyomástényező 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Megfúvási szög [fok] 3 m/s 6 m/s 9 m/s 12 m/s 7. ábra A 200 mm-es huzatszabályzó nyomástényezőjének alakulása

11 Összefoglalás Az MSZ-EN-1859 szabványban a kiértékelés szempontjaira nincsen utalás. Az MSZ EN 1856 szabvány a nyomásveszteség és a veszteségtényező kiszámítását tartalmazza. (Illetve tartalmaz még a kiértékelésre vonatkozó egyéb instrukciókat is, de azok számunkra nem értelmezhetők egyértelműen, ezért elhagytuk.) Szélmentes esetben 200 mm-es huzatszabályzó kb. 0,4 Pa áramlási ellenállást okoz 2 m/s kémény-sebességbél a csatlakozó csővezetékben, kéményben, amely nagyon kicsi ellenállás. A 150 mm-es enyhe depressziót hoz létre -0,1 Pa. (Nagyobb kéménysebességnél természetesen a mérés sokkal pontosabban végezhető, ezért 4 m/s-nál is elvégeztük a veszteségtényező meghatározását. A fent kiszámított veszteségtényezőket így kaptuk.) A nyomástényező alakulása mindkét huzatszabályzónál hasonlóan alakul. A 0 és 10 fokos megfúvásnál minimuma van a nyomástényezőnek. Ez egy előnyös tulajdonsága a huzatszabályzónak, mert kémények nagy részénél a leggyakoribb szélirány ebben a tartományban alakul ki. Negatív megfúvásnál (alulról jövő szél pl. tetőgerinc hatása) növekszik a nyomástényező, így a visszatorlasztó hatás is. Ez a visszatorlasztó hatás teljesen hasonló a Meidinger-tárcsák esetében is (ld. [3]). Bukó szélnél a huzatszabályzó sokat segít a kéménybeli áramláson a szabad csővéghez (ld. [3]) képest. Nagyban csökkenti a visszatorlasztó hatást. Mindkét huzatszabályzónál a 3 m/s sebességnél a mért eredmények ingadozása nagyobb, mint a nagyobb szélsebességeknél. Ennek oka, nyomásmérésben rejlik. Itt a mérendő nyomáskülönbségek 1-2 Pa nagyságúak. A nagyobb szélsebességeknél 9 és 12 m/s-nál, a kapott görbék kisimulnak, mivel a mérendő nyomás-különbségek nagyságrenddel nőnek. Mindkét huzatszabályzó alkalmasnak látszik a szélesebb körű felhasználásra. Eddigi helyszíni kísérleti beépítési tapasztalatok is pozitívak. Felhasznált irodalom: [1] MSZ EN 1859 Égéstermék-elvezető berendezések. Fém égéstermék-elvezető berendezések, Vizsgálati módszerek [2] MSZ EN 1856 Fém égéstermék-elvezető berendezések követelményei [3] Prof. Lajos Tamás, dr. Barna Lajos, Ambrózi Gergely: Kitorkollás-módosító szerkezetek vizsgálata. Magyar Épületgépészet, LIX. Évf. (2010) 3. szám, p [4] Szlivka F.: Áramlástan, Gödöllő, 1989 Gödöllő Dr. Szlivka Ferenc egyetemi tanár műszaki szakértő Dr. Molnár Ildikó egyetemi adjunktus