ventilatorul centrifugal

VENTILATOARE RADIALE

55


1 NOIUNI TEORETICE. MRIMI CARACTERISTICE VENTILATOARELOR

Ventilatoarele sunt pneumogeneratoare ce funcioneaz cu medii gazoase. n acest scop ele transform energia mecanic, preluat de la motorul de antrenare, n energie pneumatic, manifestat sub forma creterii presiunii totale a gazului ntre aspiraie i refulare. Ventilatoare radiale acoper un domeniu larg de debite i presiuni, utilizarea acestora impunndu-se n aplicaiile unde este necesar o funcionare silenioas. Denumirea este dat de sensul de circulaie al fluidului de lucru, n direcie radial.

11 Parametrii geometrici i cinematici Principalii parametri geometrici i cinematici ce caracterizeaz ventilatoarele (radiale) din punct de vedere constructiv sunt prezentai n figura 1:

Fig. 1 r,ad diametrul racordului de aspiraie, respectiv refulare;

r,aA ariile seciunilor de aspiraie, respectiv refulare, determinate la nivelul racordurilor ce delimiteaz ventilatorul de instalaia n care este integrat;

r,a viteza medie normal pe seciunea de aspiraie, respectiv refulare;

2,1D diametrul de intrare n rotor, respectiv ieire din rotor;

2,1b limea paletelor rotorului la intrarea n rotor, respectiv la ieirea din rotor;

2,1 viteza absolut a gazului la intrarea n rotor, respectiv la ieirea din rotor, fa de un punct fix (de exemplu fa de carcas);

2,1u viteza tangenial la intrarea n rotor, respectiv la ieirea din rotor; se determin conform relaiei (1);

2,1w viteza relativ a gazului la intrarea n rotor, respectiv la ieirea din rotor, fa de un punct n micare (de exemplu fa de canalele rotorului).

60)n D (

u 2,12,1= , (1)

unde: [rot/min] n turaia ventilatorului.

12 Parametrii funcionali Debitul masic (sau volumic) se definete ca fiind fluxul vectorului vitez prin seciunea de

aspiraie aS sau refulare rS n unitatea de timp: =S

r,anr,am )dS ()Q( , (2) unde: n viteza fluidului prin seciunea de calcul, pe direcia normal;

A A-A

Detaliu rotorA

va

d a D2

D1

MAINI HIDROPNEUMATICE

56

densitatea gazului. Presiunea total totp a ventilatorului reprezint creterea presiunii gazului la trecerea prin ventilator, adic diferena dintre presiunea total medie la refulare i presiunea total medie la aspiraie:

adinstrdinstatotrtottot )pp()pp()p()p(p ++== , (3) unde: a,rst )p( - presiunile statice la refulare, respectiv aspiraie; a,rdin )p( - presiunile dinamice medii la refulare, respectiv aspiraie.

n aplicaiile practice, presiunea total se determin cu relaia:

a

2

str

2

sttot )2p()

2p(p ++= . (4)

Din punct de vedere energetic, totp este puterea transferat de ventilator gazului

vehiculat, raportat la debitul volumic, deci puterea util uP (partea de putere primit la arborele rotorului = MPc valorificat sub form de putere hidraulic):

totu p QP = . (5) Randamentul ventilatorului se calculeaz conform relaiei (7):

c

uPP= , (6)

unde: cP puterea consumat, sau la arborele motorului de antrenare. MPc = , (7) unde: M momentul transmis la arborele rotorului; viteza unghiular.

13 Coeficienii funcionali adimensionali Reprezint relaii ntre parametrii funcionali (debit, presiune, putere) i cei geometrici,

respectivi cinematici (dimensiuni caracteristice, viteza gazului, turaie). Principalii coeficieni adimensionali ce caracterizeaz funcionarea ventilatoarelor i relaiile de calcul corespunztoare acestora sunt:

- coeficientul de debit

222 uD4

Q = ; (8)

- coeficientul de presiune

2up

22

tot

= ;

(9)

- coeficientul de putere

== 22

32

c

D4

u2

P ; (10)

- turaia specific n

np

Q20n 4/3tot

2/1

s

= ; (11)

Toate ventilatoarele care au aceeai turaiei specific i care sunt asemenea geometric,

formeaz o familie de ventilatoare.


57

14 CURBE CARACTERISTICE Pentru a caracteriza modul de funcionare al unui ventilator este necesar cunoaterea

dependenelor dintre parametrii funcionali ai acestuia: debit Q , presiunea total totp , putere util uP , puterea consumat cP , randament .

Caracteristicile simple reprezint dependenele dintre parametrii funcionali (debit, presiune, putere, randament): )Q(fptot = , )Q(fPc = , )Q(f= . Se obin n urma ncercrilor de laborator pe standuri speciale i caracterizeaz comportamentul ventilatoarelor n exploatare.

Caracteristicile adimensionale reprezint dependenele dintre coeficienii funcionali adimensionali: )(f = , )(f = , )(f = . Este preferabil utilizarea acestora ntruct dau informaii despre ventilatoarele din aceeai familie i nu depind de turaie sau de dimensiunile caracteristice ale ventilatoarelor.

Formele curbelor caracteristice ventilatoarelor radiale sunt prezentate n figura 4. 2 APLICAIE PRACTIC

RIDICAREA CARACTERISTICII INTERIOARE A UNUI VENTILATOR RADIAL

Se urmrete trasarea pe cale experimental a curbei caracteristice (caracteristica interioar) a unui ventilator centrifugal cu simplu flux (monoaspirant), monoetajat, pentru o turaie i temperatur constante. De asemenea mai sunt prezentate:

organizarea constructiv a ventilatorului studiat; determinarea vitezelor cu ajutorul tuburilor Pitt.

21 Descrierea instalaiei. Principiul experimentului

Din punct de vedere constructiv, ventilatorul radial studiat este compus din urmtoarele subansamble (vezi figura 2):

Fig. 2 Ventilatorul radial - vedere 3D Carcas 1 Este constituit din camera 1 i racordul de refulare 3. Camera de refulare, tip

spiral, are seciunea radial dreptunghiular, cu lime constant. Rotor 2 Reprezint locul transferului de energie. Este de tip nchis, format dintr-o coroan

circular 5, solidar cu butucul, dintr-un inel 4 i mai multe palete 6, curbate, nclinate napoi fa de sensul de rotire. Sunt fixate de coroan i inel prin nituire. Avantajele acestui tip de rotor constau ntr-o mai bun conducere a gazului, prin evitarea vrtejurilor cauzate de desprinderi. n consecin, realizeaz randamente

3 4 5 6 7

8 129


58

mai bune i au caracteristici de presiune stabile. Principalul inconvenient ce le limiteaz domeniul de utilizare este debitul, relativ mic, de fluid circulat.

Ajutaj de Este profilat astfel nct s realizeze o conducere favorabil a gazului spre rotor. Se aspiraie 8 fixeaz de carcas prin intermediul unei flane. Este dotat cu o sit, 9. Electromotor Este fixat n exterior prin intermediul unui suport solidar cu carcasa. Lucrarea urmrete trasarea pe cale experimental a caracteristicii simple )Q(fptot = i/sau a caracteristicii adimensionale )(f = pentru ventilatorul 10 (vezi figura 3). Totul se realizeaz pentru mai multe regimuri staionare de curgere pe conducta de refulare 11 (pentru mai multe valori ale debitului) obinute prin poziionri diferite ale vanei 13. Ulterior, pentru fiecare regim de curgere se calculeaz valoarea puterii utile a ventilatorului.

Fig. 3 Vedere de ansamblu a instalaiei Presiunea static se msoar cu ajutorul unui piezometru diferenial 14 conectat la o priz

de presiune static 12 practicat la nivelul seciunii 2S . Pentru determinarea vitezelor medii ale aerului prin tubulatura conductei de refulare, se utilizeaz o sond Pitt 15 plasat la nivelul seciunii de ieire 3S , conectat la un piezometru diferenial, care poate fi o baterie piezometric 16, sau un micromanometru cu bra nclinat 17.

22 Relaii de calcul

Debitul volumic Q de aer circulat prin conducta de refulare se determin din ecuaia de continuitate, aplicat fluidelor incompresibile:

]s/[m SSSQ 3332211 === , (12) unde: 321 ,, vitezele medii ale aerului prin seciunile de calcul.

Din formula sondei Pitt utilizat pentru determinarea vitezei unui fluid n micare turbulent:

1615 14

100

13

12

11

1017

185

S

175

145

d200

Dh

1

S2

S3

t

Dhst


59

( ) [m/s] h1g2 85.0v 85.0v taer

lpSmax3 3

== , (13)

unde: ( ) [m/s] v

3Smax viteza maxim a curentului n seciunea 3S , msurat n axa

conductei de evacuare; ][m/s 9.81g 2= acceleraia gravitaional; ][kg/m 3lp densitatea lichidului piezometric utilizat; [m] ht diferena de nivel de lichid piezometric indicat de piezometrul 16.

n cazul n care sonda Pitt este conectat la micromanometrul cu bra nclinat 17, th se calculeaz cu relaia:

[m] klh ttt = , (14) unde: [m] lt lungimea de lichid piezometric, citit pe braul micromanometrului; [-] kt constant ce depinde de nclinarea braului micromanometrului i

natura lichidului piezometric; Vitezele medii n seciunile 1S i 2S se determin din ecuaia de continuitate:

]s/[m SS

SQ

31

33

11 == , ]s/[m S

S

SQ

32

33

22 == . (15)

Pentru ventilatorul studiat relaia (4) devine:

( ) ( ) ( )2122aerstlp2122aer1 st2 sttot vv2h g vv2ppp +=+= . (16) Calculul densitii aerului, la momentul efecturii lucrrii aer , se face conform relaiei:

][kg/m TT

pp 3

aer

aer0

aer0

aeraer0aer = . (17)

23 Desfurarea experimentului se poziioneaz tubul Pitt n axa conductei de evacuare; dac la tubul Pitt este conectat

micromanometrul cu bra nclinat, acesta se verific din punct de vedere al orizontalitii planului de aezare (se aduce la zero dac e necesar); n cazul utilizrii bateriei piezometrice se verific nivelul lichidului piezometric (se completeaz dac este necesar);

se verific dac vana de reglare a debitului este nchis; se verific ajutajul de admisie; acesta nu trebuie s fie obturat cu corpuri strine;

se citesc valorile aeraer t ,p i se calculeaz valoarea aer cu relaia (17), pentru condiiile concrete de temperatur i presiune atmosferic; valorile obinute se trec n tabelul 1;

se pornete instalaia i se stabilete un regim de curgere prin poziionarea vanei de reglare a debitului;

se fac citiri la cele dou piezometre: sth pentru cel conectat la priza de presiune static, th pentru cel conectat la tubul Pitt, respectiv tl n cazul utilizrii micromanometrului cu bra nclinat; valorile acestora se trec n tabelul 2;

se fac msurtori pentru cel puin opt regimuri de curgere, centralizndu-se apoi datele; pentru fiecare regim studiat se calculeaz: th cu relaia (14), n cazul utilizrii

micromanometrului cu bra nclinat, 3v cu relaia (13), 1v i 2v cu relaia (15), Q cu relaia (12), totp cu relaia (16), uP cu relaia (5), coeficientul de debit cu relaia (8) i coeficientul de presiune cu relaia (9);

se reprezint grafic (pe hrtie milimetric) dependenele: )Q(fptot = i/sau )(f = ; aspectul acestora este prezentat n figura 4.


60

CONSTANTE FIZICE UTILIZATE I DIMENSIUNI CARACTERISTICE

3aer0 m/kg 293.1 = densitatea aerului n condiii fizice normale de presiune i temperatur: mmHg 760p aer0 = , respectiv K 15.273T aer0 = ;

kg/m1000 3lp = n cazul utilizrii apei ca lichid piezometric; kg/m3 800 lp = n cazul utilizrii alcoolului ca lichid piezometric. mm140 D1 = diametrul de intrare n rotor; mm 320D2 = diametrul de ieire din rotor;

rot/min 2850n = turaia electromotorului (rotorului). Pentru dimensiuni caracteristice tubulaturii de evacuare, vezi figura 3. TABELE DE DATE

aerp aerT aer

[mmHg]] [K] [kg/m3]

tk tl th sth 3v 2v 1v Q totp uP Nr crt. [ - ] [mm] [m] [m] [m/s] [m/s] [m/s] [m3/s] [N/m2] [kW] [ - ] [ - ]

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

p [Pa]

CP [kW]

3Q [m /s]

tot

( )

( )( )

Fig. 4

ventilatorul centrifugal

Documents