VENTILATOARE AXIALE

61

VENTILATOARE AXIALE

1 NOIUNI TEORETICE

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. Ventilatoarele axiale se utilizeaz pentru vehiculat debite mari la presiuni mici. Pentru detalii referitoare la parametrii geometrici, cinematici i coeficienii funcionali adimensionali ce caracterizeaz ventilatoarele vezi lucrarea Trasarea caracteristicii interioare a unui generator aerodinamic radial. Caracteristica interioar a unui ventilator reprezint dependena dintre presiunea total

totp a ventilatorului i debitul masic mQ (sau debitul volumic Q ) al acestuia, )Q(fp mtot = , (sau )Q(fptot = ) i caracterizeaz comportamentul acestuia n exploatare.

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( , (1) unde: n - viteza fluidului prin seciunea de calcul, pe direcia normal.

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 ++== (2) unde: a,rst )p( presiunile statice la refulare, respectiv aspiraie; a,rdin )p( presiunile dinamice medii la refulare, respectiv aspiraie.

De multe ori, n aplicaiile practice, presiunea total se determin cu relaia:

a

2

str

2

sttot )2p()

2p(p ++= , (3)

unde: a,r)( - vitezele medii n seciunile de refulare i aspiraie;

Avnd n vedere c puterea util uP a ventilatorului este definit ca puterea net transferat gazului vehiculat, rezult c din punct de vedere energetic totp reprezint puterea transferat de ventilator gazului vehiculat, raportat la debitul volumic. Aadar:

totu pQP = . (4) 2 APLICAIE PRACTIC

TRASAREA CARACTERISTICII INTERIOARE A UNUI VENTILATOR AXIAL

Se urmrete trasarea pe cale experimental a curbei caracteristice (caracteristica interioar) a unui ventilator axial cu simplu flux (monoaspirant), monoetajat, pentru o turaie i o temperatura constant. De asemenea mai sunt prezentate: modul de utilizare a unei diafragme etalonate ca instrument de msurare a debitelor

(construcia i utilizarea diafragmelor ca instrumente de msur a debitelor este reglementat conform STAS 7347-83);

msurarea presiunii totale cu ajutorul tubului Pitt.

21 Descrierea instalaiei. Principiul experimentului Din punct de vedere constructiv (vezi figura 1), ventilatorul axial studiat este compus din urmtoarele subansamble:

MAINI HIDROPNEUMATICE

62

Carcas: compus dintr-un tub cilindric 1, prevzut cu flane la capete i echipat n interior cu un paletaj statoric fix 2, plasat dup rotor, n scopul diminurii turbulenei aerului la ieirea din ventilator.

Statorul: plasat n faa rotorului, este format din patru palete profilate 3, prinse la un capt de carcas, iar la cellalt de un butuc ce servete i ca suport pentru lagre. Are rolul de a atenua efectul de rotaie al curentului i de conducere favorabil a acestuia spre paletele rotorului.

Rotorul: este constituit dintr-un butuc i un ansamblu de patru palete profilate aerodinamic 4. Electromotor: este fixat n interiorul carcasei prin intermediul unui suport 6. Ajutaje: de aspiraie 7, i refulare 8; sunt prinse de carcas prin intermediul flanelor i au

form tronconic.

Fig. 1 Ventilatorul axial vedere 3D Lucrarea urmrete trasarea pe cale experimental a dependenei dintre presiunea total

totp i debitul masic mQ ale aerului refulat de ventilatorul 9 prin conducta 10 (vezi figura 2). Totul se realizeaz pentru mai multe regimuri staionare de curgere, adic pentru mai multe valori ale debitului pe conducta de refulare, obinute prin poziionri diferite ale clapetei fluture 14. Ulterior, pentru fiecare regim al conductei se calculeaz valoarea puterii utile a ventilatorului. Pentru determinarea debitului masic se utilizeaz o diafragm standardizat 11, a crei curb de etalonare, prezentat n figura 4 (pentru detalii vezi lucrarea Etalonarea diafragmelor cu ajutorul tuburilor Pitt-Prandtl).

Presiunea total se msoar cu ajutorul unei sonde Pitt 12 conectat la un micromanometru cu bra nclinat 13.

22 Relaii de calcul Pentru determinarea debitului masic de aer circulat prin conducta de refulare, pe curba de etalonare a diafragmei se va citi valoarea [kg/s] Qm corespunztoare diferenei de nivel de lichid piezometric [mm] hd corespunztoare micromanometrului cu bra nclinat conectat la diafragm.

[m] klh ddd = , (5) unde: [m] ld lungimea de lichid piezometric, citit pe braul micromanometrului conectat

la diafragm; [m] kd constant ce depinde de nclinarea braului micromanometrului i de natura

lichidului piezometric.

1

7

5 6 2 4 3

8

VENTILATOARE AXIALE

63

Fig.

2

Ved

ere

de a

nsam

blu

a in

stal

aie

i

hdl

t(l )

d(

h )

t

9 - V

entil

ator

axi

al10

- C

ondu

ct d

e re

fula

re

11 -

Dia

fragm

12

- Tu

b P

itt

13 -

Mic

rom

anom

etru

cu

bra

ncl

inat

14

- C

lape

t re

glar

e de

bit

15 -

Rig

l m

sura

re

12 10

14

15

9

13

12D

ETA

LIU

DE

TALI

U

13

tot

p

=

tot

p

11

=

MAINI HIDROPNEUMATICE

64

Pentru calculul debitului volumic Q se utilizeaz relaia:

/s][m QQ 3aer

m= . (6)

Calculul densitii aerului, la momentul efecturii lucrrii, aer , se face conform relaiei:

][kg/m TT

pp 3

aer

aer0

aer0

aeraer0aer = . (7)

Determinarea presiunii totale, utiliznd un tub Pitt plasat pe axa conductei de refulare i

conectat la un alt micromanometru cu bra nclinat, se face conform relaiei: ][N/m hgp 2tlptot = , (8)

unde: ][m/s 9.81g 2= lungimea de lichid piezometric, citit pe braul micromanometrului conectat la diafragm;

][kg/m 3lp densitatea lichidului piezometric utilizat; [m] ht diferena de nivel de lichid piezometric indicat de micromanometrul

conectat la tubul Pitt. Similar ca n relaia (5):

[m] klh ttt = , (9) unde: [m]lt lungimea de lichid piezometric, citit pe braul micromanometrului

conectat la tubul Pitt; ]- [kt constant ce depinde de nclinarea braului micromanometrului i de

natura lichidului piezometric. Calculul puterii utile a ventilatorului se face conform relaiei (4). 23 Desfurarea experimentului se verific micromanometrele din punct de vedere al orizontalitii planului de aezare (se aduc

la zero dac e necesar); deoarece tubul utilizat pentru msurarea totp este unul Pitt-Prandtl, se va deconecta priza

de presiune static, urmnd ca dup aceast operaie, tubul s funcioneze ca unul Pitt clasic; se citesc valorile aerp , aert i se calculeaz valoarea aer pentru condiiile concrete

(temperatur i presiune) de efectuare a lucrrii cu relaia (7); se stabilete un regim de curgere prin poziionarea clapetei de reglare a debitului i se

pornete instalaia; se fac citiri la cele dou micromanometre: dl la cel ataat diafragmei, respectiv tl la cel ataat

tubului Pitt; se calculeaz: dh cu relaia (5), th cu relaia (9) i se trec valorile obinute n tabelul de

nscriere a rezultatelor; pentru valorile dh calculate se citesc valorile mQ din curba de etalonare a diafragmei (vezi

figura 4); se calculeaz Q cu relaia (6); se calculeaz totp conform relaiei (8); se calculeaz uP conform relaiei (4); se repet operaiile anterioare pentru cel puin nc apte regimuri de curgere, centralizndu-se

apoi datele; se reprezint grafic (pe hrtie milimetric) dependena )Q(fp mtot = ; aspectul acesteia este

prezentat n figura 3.

VENTILATOARE AXIALE

65

Fig. 3 Aspectul caracteristicii interioare a ventilatorului axial

Fig. 4 Curba de etalonare a diafragmei VENTILATORUL AXIAL CONSTANTE FIZICE UTILIZATE

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.

0.20.1 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Q [kg/s]m

200

400

600

p [Pa]tot

0

Dh [mm ap ]Dh [mm alcool]

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

Q [kg/s]

Alcool

Ap

m

dd

MAINI HIDROPNEUMATICE

66

TABELE DE DATE

aerp aerT aer [mmHg] [K] [kg/m3]

dk dl dh mQ Q tk tl th tp uP Reglaj

clapet [ - ] [mm] [m] [kg/s] [m3/s] [ - ] [mm] [m] [N/m2] [W]

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12