До виконання лабораторних робіт по курсу

Методичні вказівки

Випробування відцентрового вентилятора

До виконання лабораторних робіт по курсу

Методичні вказівки

Випробування відцентрового вентилятора

«Нагнітачі та теплові двигуни»

для студентів теплоенергетичних спеціальносте й

Випробування відцентрового вентилятора: Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Нагнітачі та теплові двигуни» для студентів теплоенергетичних спеціальностей / Уклад.: М.З. Абдулін, О.А. Сірий. – К.: НТУУ «КПІ», 2013.‑26.

«Нагнітачі та теплові двигуни»

для студентів теплоенергетичних спеціальностей

Укладачі: Абдулін Михайло Загретдинович

Сірий Олександр Анатолійович

Відповідальний

редактор: Борисенко А.В., д-р. техн. наук., ст.наук. співр.

Рецензент: С.О. Хавін, канд. техн. наук., доц.

І ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ, МЕТА ВИПРОБУВАННЯ

Мета випробування гідравлічних машин – визначити їх аеродинамічні параметри: подачу (продуктивність), повний та статичний тиск, корисну та споживану потужність, ККД, а також отримати відповідні характеристики машини – індивідуальні, безрозмірні та універсальні.

Графічні залежності повного та статичного тиску, споживаної потужності та ККД від подачі при постійній частоті обертання називаються індивідуальними характеристиками нагнітача. При використанні безрозмірних параметрів, отримані характеристики називаються безрозмірними характеристиками.

Універсальні характеристики являють собою сукупність індивідуальних, побудованих для певного діапазону частот обертання. Дані характеристики будуються у координатах: тиск – подача, з нанесенням кривих тиску та постійних ККД для різних частот обертання.

Загальна методика визначення характеристик більшості гідравлічних машин складається з експериментального випробування нагнітача, приєднаного до трубопроводу (мережі), з регульованим опором (засувка, шибер, клапан). Підтримуючи постійну частоту обертання робочого колеса, вимірюють (не менше 5 разів) всі необхідні для аналізу параметри при кожному положенні регулюючого органу.

Весь цикл випробувань можна розбити на етапи занесення характеристик:

1. напірної (лабораторна робота №1);

2. потужності та К.К.Д. (лабораторна робота №2);

3. безрозмірних характеристик. (лабораторна робота №3);

4. перерахунок аеродинамічних характеристик на іншу частоту обертання робочого колеса (лабораторна робота №4).

2 ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ

Принципова схема вентиляторної установки, що складається з малогабаритного вентилятору суміщеного з електродвигуном постійного струму, робочу ділянку мережі разом з дросельною засувкою, а також відповідних датчиків та вторинних приладів, показана на мал.1 Коротка характеристика, призначення і функціональні можливості основних підсистем експериментального стенду наведені далі.

Рис. 2.1 Схема експериментального стенду: 1 – вентилятор; 2 – електродвигун; 3 – блок світло діоду, фотоприймача та формувача прямокутних імпульсів; 4 – блок живлення, 5 – частотомір; 6 – перетворювач струму; 7 – прилад вимірювання температур; 8 – барометр; 9 – цифровий вольтметр; 10 – амперметр; 11 – робоча ділянка мережі; 12 – дросельна заслінка; 13, 14 – датчики статичного та повного напорів; 15 – U-подібні водяні манометри

2.1 Фіксація заданої частоти обертання робочого колеса машини відбувається регулятором перетворювача струму 6, який дозволяє задавати та підтримувати на заданому рівні частоти обертання від 2100 до 7200 об/хв. (35…120 Гц).

2.2 Зміна ступеню дроселювання на лінії нагнітання шибером (12) від 5 до 95%, дозволяє у наведеному діапазоні частот обертання змінювати подачу та повний тиск машини в інтервалах 10…100 л/с та 100…2400 Па.

2.3 Робоча ділянка мережі 11 із вбудованими датчиками 13, 14, та шибером 12, виконаний із прозорого матеріалу, має постійний прохідний переріз (46×47,5 мм) і призначений для вимірювання повного та статичного напорів, а також температури повітря, що відповідають заданій подачі вентилятору. Формальне обчислення значень останньої, як добуток середньо витратної швидкості в каналі 11 на його площу, можливе завдяки виконанню в якості датчика повного напору інтегруючої трубки 14. При цьому на манометр 15 потрапляє різницевий імпульс динамічного напору .

2.4 Підсистема датчиків/температур повітря на вході та виході, повного та статичного тисків, кількість імпульсів від фотоприймача за 1 с і відповідних вторинних приладів дозволяють разом з описаними регулюючими приладами стенду проводити повні аеродинамічні випробування вентилятору.

2.5 Малогабаритний центробіжний вентилятор 1 типу ДВ‑1КМ, виконаний по моноблочній схемі з консольно закріпленим до литої спіральної камери електродвигуном постійного струму 2, забезпечує подачу 600 м³/год при параметрах електроживлення 27 В, 30 А.

Діаметр робочого колеса дорівнює 148 мм. Аеродинамічна схема вентилятору показана на рис. 2, універсально характеристика для п’яти фіксованих частот – рис. 4.

2.6 Принцип вимірювання частоти обертання колеса складається у наступному. Поміж точковим джерелом світла, розміщеними в корпусі електродвигуна та фотоприймачем, розміщеним на зовнішній стороні кришки двигуна, розміщений жорстко з’єднаний з валом обертальний диск, в якому співвісно джерелу світла та фотоприймачу виконаний один отвір. Таким чином, за один оберт валу двигуна відбувається одне спрацьовування фотоприймача, який формує один прямокутний імпульс. Кількість імпульсів, потрапивши від фотоприймача за 1 с, реєструється електронним частотоміром і в цифровому вигляді виводиться на табло.

Електрична схема блоку реєстрації частоти показана на рис. 3. В якості приймально ‑ передавального пристрою використані: випромінювач типу НСМ – 50 та фотоприймач типу ФД ‑ 256.Для приймання потоку випромінювача використовується схема фото приймального пристрою на базі операційного підсилювача ДА1 типу К140 486, на інвертуючий вхід якого потрапляє сигнал від фотодіоду, який задіяний у фотогальванічному режимі.

Живлення операційного підсилювача забезпечується біполярним параметричним стабілізатором, зібраних на елементах С1 – R1 – vD5 – C3 –(15 В) та С2 – R2 – vD6 – C4 (15 В).

Рис.2.2 Аеродинамічна схема центр обіжного вентилятора ДВ – ІКМ: 1 – робоче колесо, 2 – спіральна камера, 3, 4 – всмоктуючий та нагнітальний патрубки

Рис. 2.3 Електрична схема блоку регістрації частоти

Для забезпечення стійкої роботи підсилювача і зниження перешкод промислової частоти, підсилювач оснащений від’ємним зворотнім зв’язком по постійному (R4) та змінному (C5) струмам.

Рис. 2.4 Універсальна характеристика ЦБВ ДВ-ІКМ

3 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

1. Подають живлення 220 В на стенд, включають прилади 4, 5, 6, 7, 9. За допомогою регулятора 6 (див. рис. 1), встановлюють мінімальну частоту обертання електродвигуна 2.

2. Записують показання барометру Р_а та температуру повітря на вході . Останні не змінюються протягом випробовувань.

3. Встановлюють дросель 12 в положення N:0, прилад 7 налаштовують на прийом сигналу від датчика температури повітря на виході з вентилятору .

4. За допомогою регулятора 6 встановлюють і підтримують в процесі виконання роботи задану для бригади частоту обертання робочого колеса машини , Гц.

5. Заносять температуру повітря в протокол.

6. Далі вимірюють та заносять до протоколу показання манометра, амперметра та вольтметра: , мм вод. ст. та

7. У відповідності з підрозділами 3‑6 виконують процедури по визначенню всіх характеристик роботи вентилятору для шести режимів роботи вентилятора.

8. Знижують навантаження та вимикають живлення 220 В приладу 6. Показання амперметру множать на 2.

Лабораторна робота №1

«Визначення напірних характеристик центробіжного вентилятору»

Продуктивність , м3/с; повний , статичний та динамічними тиски визначають у відповідністі з ГОСТ 10921-74 «Вентилятори радіальні та осьові. Методи аеродинамічних випробувань».У зв’язку з малим ступенем стиснення () та () необхідні розрахункові співвідношення записуються наступним чином:

де ‑ відповідно середньо витратна швидкість та густина повітря в каналі; ‑ площина каналу, ‑ відповідно повний та статичний тиск.

При цьому частота обертання робочого колеса вентилятора, хв^-1:

Отримані значення напорів для шести режимів випробування вентилятору заносяться до таблиці та будуються відповідні характеристики.

Лабораторна робота №2

«Визначення характеристик потужності та ККД центробіжного вентилятору»

Повна, статична та електрична потужності вентилятору визначаються по нижченаведеним формулам:

Прорахунок виконують для всіх шести режимів випробування вентилятору. Данні заносять до таблиці та будують відповідні характеристики потужності. ККД визначають наступним чином:

Лабораторна робота №3

«Визначення безрозмірних аеродинамічних характеристик центр обіжного вентилятору»

Безрозмірні аеродинамічні характеристики визначають у відповідності з ГОСТ 10921-74:

Коефіцієнт продуктивності

Де ‑ відповідно окружна швидкість, м/с, та діаметр робочого колеса вентилятора, м;

Коефіцієнти повного, статичного та динамічного тисків

Коефіцієнт потужності

Поряд з безрозмірними параметрами у вентиляторобудуванні використовуються розмірні-швидкохідність та габаритність :

Де -повний напір кгс/м².

Відповідно до 3.8 швидкохідність є частотою обертання (об/хв) еталонного вентилятора, подібного даному, який працює в режимі максимального ККД і який забезпечує одиничні параметри: виробнича продуктивність Q ' =1 м³/с та напір Н ' =1 мм вод.ст. Габаритність ‑ діаметр робочого колеса вентилятора (м) того ж еталонного вентилятора подібного даному і який забезпечує ті ж одиничні параметри в режимі максимального ККД.

Оскільки величини та входять в безрозмірні параметри та , то швидкохідність та габаритність, виражені через останні, мають вигляд:

Приклад обробки результатів випробування центробіжного вентилятора наведений у таблиці 1.

Лабораторна робота №4

«Перерахунок аеродинамічних показників роботи центробіжного вентилятора на задану частоту обертання робочого колеса»

1. Значення температури повітря на виході з машини приймаються такими ж як при частоті

2. Оскільки під час випробувань опір на виході задавався за допогою одних і тих же діафрагм, то значення критеріїв (n_y)_і та (D_y)_і в кожному і- стані будуть однаковими при любій частоті.

3. Вирази для швидкохідності та габаритності (див. формули 3.8) мають вигляд:

Де об/хв., Q м³/с, мм в.ст., D₂=0,148 м– діаметр робочого колеса вентилятора.

4. Підстановка величини з виразу для D_y у вираз для n_y дає значення , а значення Q знаходиться потім з виразу для D_y

(3.11)

5. Швидкість повітря в каналі та динамічний напір знаходяться з виразу для Q

(3.12)

6. З отриманих результатів розраховується: статичний напір; повний, статичний та динамічний тиск і корисна повна та статична потужності.

7. Споживана електрична потужність визначається виходячи з подібності центробіжних машин

8. Безрозмірні аеродинамічні параметри визначаються у відповідності з формулами (3.5), (3.6), (3.7) з врахуванням:

Результати перерахунку заносяться до таблиці 2.

Приклад виконання лабораторної роботи для частоти обертання робочого колеса вентилятора 120 Гц.

Вихідні дані:тип вентилятору - DВ – ІКМ, атмосферний тиск PA=99800 Па, температура навколишнього середовища та частота обертання робочого колеса .

Таблиця 3.1

Найменування величини	Позначення	Одиниця	Положення дроселя
	0,5
Повний напір		Мм вод. ст.	225,0	236,0	240,0	238,0	216,0	207,0
Динамічний. напір		Мм вод. ст	2,0	6,0	20,0	54,0	103,0	124,0
Температура на виході			27,0	26,8	25,8	25,8	25,8	25,8
Сила струму		А	12,5	13,5	15,2	17,6	19,5	20,4
Напруга		В	20,1	20,4	21,4	22,9	24,3	24,5
Результати розрахунків
Густина повітря	ρ2	кг/м^3	1,185	1,186	1,189	1,185	1,177	1,173
Швидкість в каналі	С2	м/с	5,76	9,96	18,17	29,90	41,44	45,54
Подача	Q	м^3/с	0,0126	0,0218	0,0397	0,0653	0,0905	0,0995
Повний тиск	Р0	Па
Статичний тиск	РS	Па
Динамічний тиск	Pd	Па
Корисна потужність	N0	Вт	27,8	50,4	93,5	152,6	191,9	202,0
Статична потужність	Ns	Вт	27,5	49,1	85,7	117,9	100,4	81,0
Електрична потужність	Ne	Вт	251,3	275,4	325,3	403,0	473,9	499,8
Повний ККД	η0	%	11,0	18,3	28,7	37,9	40,5	40,4
Статичний ККД	ηs	%	10,9	17,8	26,3	29,3	21,2	16,2
Коефіцієнт подачі	ϕ		0,013	0,023	0,041	0,068	0,094	0,104
Коефіцієнт тиску	Ψ0		1,208	1,267	1,289	1,278	1,160	1,112
Коефіцієнт статичного тиску	Ψs		1,198	1,235	1,181	0,988	0,607	0,446
Коефіцієнт динамічного тиску	ψd		0,011	0,032	0,107	0,290	0,553	0,666
Коефіцієнт потужності	λ		0,143	0,157	0,186	0,230	0,271	0,285
Швидкохідність	ny		13,90	17,64	23,53	30,37	38,45	41,62
Габаритність	Dy		5,11	3,93	2,92	2,27	1,89	1,78

Рис. 3.1 Індивідуальна характеристика тиску

Рис. 3.2 Індивідуальна характеристика потужності

Рис. 3.3 Індивідуальна характеристика ККД

Рис. 3.4 Безрозмірні аеродинамічні характеристики

Рис. 3.5 Безрозмірні аеродинамічні характеристики

Результати випробування вентилятора DВ – ІКМ (перерахунок)

Вихідні дані приймаються відповідно до даних по результатам випробувань: PA=99800 Па,

Таблиця 3.2

Найменування величини	Позначення	Одиниця	Положення дроселя
	0,5
Статичний напір		Мм вод. ст.	241,5	248,1	233,7	185,8	95,2	56,6
Динамічний. напір		Мм вод. ст	2,7	8,0	26,7	72,5	139,2	168,0
Температура на виході				26,8	25,8	25,8	25,8	25,8
Сила струму		А	‑	‑	‑	‑	‑	‑
Напруга		В	‑	‑	‑	‑	‑	‑
Результати розрахунків
Густина повітря	ρ2	кг/м^3	1,187	1,188	1,191	1,185	1,175	1,170
Швидкість в каналі	С2	м/с	6,68	11,55	21,07	34,68	48,06	52,81
Подача	Q	м^3/с	0,0131	0,0227	0,0413	0,0681	0,0943	0,1036
Повний тиск	Р0	Па	2395,02	2512,11	2554,69	2533,40	2299,22	2203,42
Статичний тиск	РS	Па	2368,79	2433,48	2292,34	1822,59	934,07	555,13
Динамічний тиск	Pd	Па	26,23	78,63	262,35	710,80	1365,15	1648,29
Корисна потужність	N0	Вт	31,37	56,96	105,63	172,43	216,87	228,37
Статична потужність	Ns	Вт	31,03	55,18	94,79	124,05	88,10	57,54
Електрична потужність	Ne	Вт	270,1	296,0	349,6	433,2	509,3	537,2
Повний ККД	η0	%	11,6	19,2	30,2	39,8	42,6	42,5
Статичний ККД	ηs	%	11,5	18,6	27,1	28,6	17,3	10,7
Коефіцієнт подачі	ϕ		0,013	0,023	0,041	0,068	0,094	0,104
Коефіцієнт тиску	Ψ0		1,208	1,267	1,289	1,278	1,160	1,112
Коефіцієнт статичного тиску	Ψs		1,195	1,228	1,157	0,920	0,471	0,280
Коефіцієнт динамічного тиску	ψd		0,013	0,040	0,132	0,359	0,689	0,832
Коефіцієнт потужності	λ		0,136	0,150	0,177	0,219	0,257	0,27
Швидкохідність	ny		13,90	17,64	23,53	30,37	38,45	41,62
Габаритність	Dy		5,11	3,93	2,92	2,27	1,89	1,78

Рис. 3.6 Індивідуальна характеристика тиску (перерахунок)

Рис. 3.7 Індивідуальна характеристика потужності (перерахунок)

Рис. 3.8 Індивідуальна характеристика ККД (перерахунок)

Рис. 3.9 Безрозмірні аеродинамічні характеристики (перерахунок)

Рис. 3.10 Безрозмірні аеродинамічні характеристики (перерахунок)

4 ОФОРМЛЕННЯ ПРОТОКОЛУ ПО ВИКОНАНИХ ЛАБОРАТОРНИХ РОБОТАХ

Виконується у відповідності з вимогами ЄСКД. При цьому таблиці та малюнки (у тому числі графіки) мають бути виконані на окремих листах без суміщення їх з текстовою частиною.

4.1 Результати вимірювань, виконані у відповідності з розділом 3 та характеристики вентилятора, розраховані для кожного положення дроселя входять до таблиці.

4.2 За табличними даними будують індивідуальні характеристики тиску, потужності, ККД та безрозмірні характеристики.

4.3 Об’єм протоколу складає 8-12сторінок формату А4. У тому числі: титульний лист, зведена таблиця результатів вимірювань, таблиця результатів перерахунку на іншу частоту та висновки – рекомендована область режимів роботи вентилятора на даній частоті.

5 КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Устрій датчиків повного, статичного напорів та частоти обертання робочого колеса вентилятора.

2. Характерні особливості аеродинамічної схеми вентилятора та конструкція робочого колеса (D0, D1, D2, b1, b2,z, кут beta2)?

3. Фізична суть величин швидкохідності та габаритності?

4. Які з отриманих індивідуальних характеристик можна використати для аеродинамічно подібного вентилятора з більшим або меншим діаметром робочого колеса:

5. Вкажіть рекомендовану область режимів роботи випробуваного вентилятора. Які при цьому будуть інтервали значень подачі, повного тиску, корисної та споживаної потужностей,швидкохідності та габаритності?

6. Чим пояснюється зростання ККД вентилятора зі зростанням частоти обертання при тому ж ступені дроселювання.

Література

1. В.Я. Карелин, А.В. Минаев Насосы и насосные станции.‑М:СТРОЙИЗДАТ,1986.‑320с.

2. И.З. Зайченко, Л.М. Мышлевский Пластинчатые насосы и гидромоторы.‑М: 1970.‑233с.

3. В.Ф. Чебаевский, К.П. Вишневский Проектирование насосных станций и испытание насосных установок.‑М: 2000.‑376с.

4. А.К. Михайлов, В.В. Малюшенко Лопастные насосы теория расчет и конструирование.‑ М: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1977.‑288с.

5. Б.Ф. Ламаев Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988.‑ 256с.

6. В.М. Черкасский Насосы, вентиляторы, компрессоры.‑М: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, ‑1984. – 416с.

7. Э.В. Залуцкий, А.И. Петрухно Насосные станции. – К:Вища шк.,1987.‑ 166 с.

Дата добавления: 2015-07-02