Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 1 5. AXIÁLIS ÁTÖMLÉSŰ VENTILÁTOROK 5.1. Konsrkió 5.1. ábra. Az Áramásan Tanszék áa kiejesze nagy veőávoságú axiáveniáor prooípsa emezapáos járókerékke és ompa aggya 5.. ábra. Az Áramásan Tanszék áa kiejesze nagy veőávoságú axiáveniáor prooípsa égömb aakú orrkúppa, eő- és hánézeben (közveen hajás, óereő) 5.3. ábra. Teszeés közben
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 5.4. ábra. Az Áramásan Tanszék áa kiejesze szésaorna-veniáor járókereke (égömb orrkúp, proios apáozás) és óereő-apáozása (proios apáozás); ékszíjhajás 5.5. ábra. Lemezapáos járókerék [10] 5.6. ábra. Áíhaó szögű proios apáozású ereő néküi veniáor [6]
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 3 5.7. ábra. Közvee hajású óereős ipari veniáor [10] 5.8. ábra. HELIOS RADAX VAR 400 és 1000 [6] 5.9. ábra. Szésaorna-veniáor speiáis orrkúppa és agydiúzorra [10] 5.10. ábra. Eőereős erendezés diúzor nékü, agydiúzorra, küső és agydiúzorra, vaamin küső diúzorra és agydiúzor nékü [] Lemezapáos Proios apáos Tereő néküi Eő- vagy óereős Orrkúppa (orgó vagy áó) Orrkúp nékü Légrésse égrés nékü Közveen közvee hajású Diúzor nékü agydiúzorra és / vagy küső diúzorra Az orrkúp ideáis eseben eipszoid (gyorsó áramás mérséke eváássa), de sokszor égömb aakúra gyárják. Az áó orrkúpo az eőereő apáozás rögzíhei a saornaahoz. Orrkúp: 1 % haások-javás. Az eőereő apáozás kisebb méreekné áaában emezapáozás. Az óereő sok eseben a mooraró bordákbó aakíják ki. Maga a
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 4 mooraró borda (dúproi vagy evágo sőbő szerkesze eem) is működhe óereőkén, ha megeeő szög aa épíik be a járókerék mögé. Uóereőkén a emezapáozás akamazása kerüendő, ha a zaj mérsékése onos szempon (eváik raja az áramás). A járókereke és a ereőapáozás az egymásrahaás miai zaj és ükeő mehanikai erheés mérsékése érdekében észerű kb. 1 oszás-ávoságnyira eheyezni egymásó. Áaában: emez heye proios apáozás akamazása: áramásehnikai okokbó (küönée üzemáapookra a orópon az íve beépő éen vándoroni d, így a eváási veszeség sökkenheő) szerkezei okokbó (mehanikai eherbírás) 5.. Küönée erendezések működése Eer-rbinaegyene: p öid ( ) ρ (1.9) 11 I r 1 r, 1, és így ( ) ρ pöid ρ 1 (5.1) 5.11. ábra. a/ Tereő néküi, b/ Uóereős, / Eőereős erendezés sebességi ábrái [] Tereőapá néküi veniáorok háránya: a evegő orogva hagyja e a gépe és így veszendőbe menő mozgási energiá aramaz (a hasznos ejesímény 10 %-á is kiehei). A ereőapáozás szinén veszeségorrás, de ha ez a veszeség jeenősen kisebb, min a orgási veszeség, akamazása megonoandó. Nagyobb ejesíményné i. ha az akamazás megköveei (p. kismérékben széaró evegősgár érehozása), érdemes ereőapáozás akamazni.
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 5 Az, hogy eő- vagy óereős apáozás akamaznak, aó ügg, hogy az ado üzemáapora meyik ereőapáozás ehe megbízhaóan (eváásmenes üzemre) ervezni. A járókerék sebességi háromszögei a ereőapáozásó üggően küönböznek (11. ábra). Tereőapá néküi (a/) és óereős (b/) esere: w a + (5.a) és a β ar g (5.b) Eőereős (/) esere: w a + + (5.3a) és a β ar g (5.3b) + w : zavaraan áramás reaív sebessége β : zavaraan áramás szöge A járókerék-apáozás assíó rás: a kiépő reaív sebesség kisebb, min a beépő. Ebben a diúzoros áramásban a apáozás méreezésekor igyeemme ke enni a eváás veszéyére. Uóereős apáozásná az óereő is assíó rás: a kiépő abszoú sebesség kisebb, min a beépő. (A orgás áa képvise dinamiks nyomás-öbbee diúzoros áramás révén saiks nyomásnövekedéssé aakíja.) Emia eváás szemponjábó eenőrizendő. A járókerékre viszon kisebb saiks nyomásnövekedés esik. A reakióok: τ p s / p ö (4.3) Mive a ereőapá megszünei a perdüee, ovábbá a be- és kiépő gyűrűkereszmeszeek azonossága mia a be- és kiépő axiásebességek azonosak, az össznyomás-növekedés megegyezik a saiks nyomásnövekedésse. Uóereős apáozásra τ ( p s járókerék + p s óereő )/ p s összes (5.3) Ameybő áhaó, hogy óereő eseén a járókerék reakióoka 1-né kisebb. Eőereős apáozásná a ereőapáozás gyorsíó apáozás: a kiépő abszoú sebesség kisebb, min a beépő. Így i eváási veszéy ninsen (ezér is eégedheünk meg kisebb méreekné a emezapáozássa). A gyorsíás azonban nyomássökkenésse jár és így a járókeréken a saiks nyomás növekedése nagyobb, min az össznyomás-növekedés. Eőereős apáozásra τ ( p s járókerék - p s eőereő )/ p s összes (5.4)
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 6 Ameybő áhaó, hogy eőereő eseén a járókerék reakióoka 1-né nagyobb. Ugyanakkor w éréke is megnövekszik, ami mia ado kerüei sebességge nagyobb össznyomásnövekedés áíhaó eő. (Bár a járókeréken okozo a saiks nyomásnövekedés, a megnövekede reaív sebesség mia az ennek megeeő diúzorhaás mérséke.) 5.3. A apámeszeek működése. Az eemi apárás mnkaegyenee. 5.1. ábra. Eemi rész-kerék kijeöése ereő néküi járókeréken [] Feéeezzük, hogy az áramsövek a járókerékben hengeresek. Kijeöünk egy eemi áramsöve (5.1. ábra) és a benne ogaao eemi rész-járókereke. Feírjk az impzsnyomaéki ée az 1 (beépő) síkban évő vaamin a (kiépő) síkban évő, r sgarú, dr széességű körgyűrűk vaamin a széükön áhaadó hengereüeek áa haáro evegőömegre. Ehanyagojk a paáseüeeken a súródásbó származó nyomaéko. A kapo eredmény: dq r ρ π r dr r dm (5.5) m a Vagyis az eemi ömegáram és a perdüe megváozásának szorzaa megegyezik a apáok áa a vizsgá evegőömegnek áado eemi nyomaékka. Máseő eírhajk a dm nyomaéko az eemi apáokra haó erők segíségéve is. 5.13. ábra. Megszerkeszjük a reaív sebességeke, vaamin a apá eői és mögöi reaív sebesség vekori áagá, amey ráserendezésben évő apáokná az egyedüáó szárny megúvási sebességének ee meg. A apáeeme a w sebességge jeemze irányhoz képes ke a megeeő α áásszög (megúvási szög) aa eheyezni ahhoz, hogy raja az eőáíandó -höz szükséges df ehajóerő keekezzék. p ö A apáeemen keekező df r erőnek w -re merőeges df összeevője a ejhajóerő, azza párhzamos összeevője a df e eenááserő, és e keő viszonya df df e g δ (5.6) e a sikószám reiprok éréke. A e és a apámesze eenáás- ieve ehajóerő-ényezői, ameyekke p. a ehajóerő df ρ w dr (5.7)
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 7 Mián a df e eenááserő a df ehajóerőhöz képes kisiny, haó nyomaék df df, a apáeemekre ρ dm N r dfr sin( β + δ ) N r w dr sin( β + δ ) (5.8) Aho N a apáok és így a apáeemek száma. Az (5.5) és (5.8) egyeneeke egyenővé éve, vaamin bevezeve a π r (5.9) N apáoszás, a szárnyrásokná szokásos a w sin ( β + δ ) Ez az eemi apárás mnkaegyenee. erőényező adódik: (5.10) r 5.13. ábra. Lapámesze aerodinamikai viszonyai []
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 8 Jeen árgyaásmód szinjén ogadjk e az aábbi közeíés, ehasznáva, hogy δ << β : a w sin β w (5.11) Jó áhaó, hogy a mnkaegyene megogamazza: eőír üzemi köveeményeke (, w ) miyen jeemzőjű részkerékke (, ún. apásűrűség) ehe megvaósíani. P. kassziks ervezési módszer: sgár menén áandó pö össznyomás-növekedésre örénő ervezés. Ez sgár menén áandó a axiásebessége is eredményez. Megváaszo kerüei sebesség eseén az üzemieg megkövee ervezési pö össznyomás-növekedésbő az Eer-rbinaegyenee számíhaó, a hidraikai haások besése mee: pö (5.1) η ρ h A a axiásebessége megváaszo saorna- és agyámérő eseén az üzemieg megkövee ervezési q V érogaárambó származahajk: 4 qv a (5.13) ( D d )π Feniek ismereében w számíhaó: w a + Így az erőényező számíásához a szükséges adaok rendekezésre ának. (5.14) 5.4. A méreezés evi aapjai Az aábbi péda egy eheséges (a BME Áramásan Tanszéken eerjed, a bri hagyományoka köveő) ev, p. ereő néküi járókerék ervezésére. Viágszere számos, eseenkén egyedi ervezési módszer erjed e, üggően a rendekezésre áó empiiks adabázisó sb. P. amerikai ervezési módszer: NACA szárnyrásmérések aapján sb. 1/ Adoak a ervezési üzemi körümények: áagos pö, q V. / Tapaszaai úon, p. a Cordier-diagram vagy korábbi ervezési apaszaaok aapján ezekhez megváaszjk a járókerék küső ámérőjé, az agyviszony, a ordaszámo. 3/ Eőírjk, hogy a apá magassága menén miyen ideáis össznyomás-növekedési eoszás vaósíson meg. Ez a később ismeree evek szerin meghaározza az axiáis sebesség sgár meni eoszásá is. Ezen eoszásoknak oyanoknak ke enniük, hogy a hidraikai haások besése mee kiadják az áagos ervezési üzemi eőírásoka: p q ö, V P. Kassziks, sgár menén áandó ideáis össznyomás-növekedésre örénő ervezés (nins eőperdíő, ):
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 9 () r áandó ρ () r ρ ( r) p (5.15) ö Mive a sgár menén ineárisan növekszik, -nek sgárra hiperboiksan sökkennie ke: () r pö 1 ρ ω r (5.16) A sgárra hiperboiksan sökkenő angeniáis sebesség egy poeniáos örvény sebességerének ee meg (Free Vorex Design). Megmahaó (a későbbiekben meg is majk), hogy sgár menén áandó ideáis össznyomás-növekedésre ervezés eseén eméeieg az axiásebesség is áandó a gyűrűkereszmeszeben a sgár menén. 4 qv a (5.13) ( D d )π 4/ A apáozás részkerekekre bonjk és az egyes részkerekekre a heyieg érvényes kerüei sebesség, vaamin a és a aapján, (5.14) és (5.11) segíségéve számíjk a erőényező. 5/ Empiriks adabázis váasznk, amey aapján az egyes részkerekek apámeszeeinek aakjá opimaizáhajk. P. RAF 6 proi egyedüáó D szárny-mérési eredményei, 5.14. ábra. (Lehe még: íve emez, egyéb proiok, szárnyrás-mérések sb.) 6/ Úgy váaszjk meg opimáis éréké minden részkerékre, hogy az energeikaiag kedvező egyen: a gép a egjobb haásoko adja. Megmahaó, hogy az energeikai opimm a maximáis sikószám eseén adódik. Ez meghaározza az α megúvási szöge is, ameyre a apámeszee be ke áíannk ado sgáron az o számío zavaraan megúvási irányhoz képes. 7/ Az opimáis és az erőényező érékekbő opimáis apásűrűsége számínk. Eenőriznünk ke, hogy ez az ada összhangban á-e a váaszo empiriks adabázissa. P. a RAF 6 mérés eseén ha ú nagy (kb. 0.7 eei), a apáok már jeenősen egymásra hanak és nem igaz, hogy az egyedüáó szárny mérési eredménye mérvadó esz. Ezeseben kompromisszmo ke könünk: módosíannk ke éréké vagy más empiriks adabázishoz ke oyamodnnk (szárnyrás-mérési adaok). 8/ N apászámo váasznk. Kis számú, nagy húrhosszú apá kedvezőbb (nagyobb Reynods-szám). 9/ Az opimáis érékbő a apászám ismereében számíjk az ado sgáron szükséges húrhossza.
Dr. Vad János: Ipari égehnika BMEGEÁTMOD3 10 5.14. ábra. RAF 6E szárnymesze erőényezői és koordináái (egyedüáó szárny) []