Модуль 7
Министерство образования и науки РФ
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Испытания центробежного вентилятора
Методические указания к лабораторной работе проекту по дисциплине «Нагнетатели и тепловые двигатели»
для студентов всех форм обучения направления
140100 - Теплоэнергетика и теплотехника профилей:
140104 - Промышленная теплоэнергетика
140106 - Энергообеспечение предприятий
Екатеринбург 2011
УДК 621.635
Составитель: А.С. Колпаков
Научный редактор проф., д-р техн. наук В.А. Мунц
Испытания центробежного вентилятора: Методические указания к виртуальной лабораторной работе по дисциплине «Нагнетатели и тепловые двигатели»
/А.С. Колпаков, Екатеринбург: УрФУ, 2011. 9 с.
Изложен порядок проведения испытаний центробежных вентиляторов и методика обработки результатов опытов виртуальной лабораторной работы.
Библиогр.: 5 назв. Рис. 5. Табл. 3.
Подготовлено кафедрой «Промышленная теплоэнергетика».
Ó Уральский федеральный университет, 2011
Цель работы: приобретение навыков экспериментального определения характеристик вентилятора при выполнении виртуальной лабораторной работы.
Теоретическая часть
Центробежный вентилятор (Рис. 1) – машина, предназначенная для перемещения газов в вентиляционном тракте. Центробежные вентиляторы делятся на вентиляторы низкого давления (Р < 1 кПа), среднего давления (Р = 1÷3 кПа) и высокого давления (Р = 3÷12 кПа). Характеристики вентилятора служат для подбора вентиляторов при проектировании вентиляционных систем и определения параметров в рабочей точке – точке пересечения характеристики вентилятора с характеристикой сети (вентиляционного тракта).
Рис. 1. Схема вентилятора
1- рабочее колесо; 2 – улитка; 3 – всасывающий патрубок (конфузор);
4 – нагнетательный патрубок (диффузор)
Подбор вентиляторов осуществляют таким образом, чтобы в расчетном режиме КПД вентилятора η был близок к максимальному значению. Расчетный режим обычно соответствует максимальной подаче вентилятора при работе на данную сеть.
Рабочими характеристиками вентилятора называются графические зависимости H=f 1(Q), N=f 2(Q), η=f 3(Q), полученные при постоянном числе оборотов рабочего колеса.
Объемная подача вентилятора Q [м3/с] определяется объемом воздуха, подаваемым вентилятором в единицу времени.
Напор H [м] пропорционален энергии, которая сообщается вентилятором перемещаемому воздуху.
Полезная мощность N п [Вт],затрачиваемая вентилятором на перемещение воздуха и создание напора, равна:
N п = ρ в ɡ Q H [Вт],
где ρ в – плотность воздуха [кг/м3]; ɡ - ускорение свободного падения [м/с2], Q – объемная подача вентилятора [м3/с], H – напор вентилятора [м].
Мощность на валу вентилятора N в [Вт] равна:
N в = N п / η,
где η – КПД вентилятора.
Мощность электропривода определяется как:
N э л = N в / η эл,
где η эл – КПД электродвигателя.
Описание установки
Установка (рис. 2) состоит из центробежного вентилятора 1, смонтированного на одном валу с электродвигателем 2.
К вентилятору присоединены трубы: всасывающая 11 и нагнетательная 3 одинакового диаметра (d = 0,150 м.). В выходном отверстии нагнетательной трубы можно устанавливать диафрагмы 5 разного сечения, позволяющие изменять площадь выходного отверстия и, следовательно, изменять сопротивление нагнетательного трубопровода.
При испытании трубопровода замеряют объемную подачу, развиваемый напор и потребляемую мощность.
Объемную подачу и напор замеряют с помощью скоростной пневмометрической трубки Пито-Прандтля (рис. 3), мощность - электросчетчиком 9.
Рис. 2.
1 – вентилятор; 2 – электродвигатель; 3 – нагнетательный трубопровод; 4 – трубка полного напора; 5 – диафрагма; 6 – щит управления; 7 – пусковая кнопка; 8 – дифманометр полного напора; 9 – счетчик электроэнергии; 10 – дифманометр скоростного напора; 11 – всасывающий трубопровод; 12 – распределенное сопротивление; 13 – трубка статического напора во всасывающем трубопроводе; 14 - трубка полного напора во всасывающем трубопроводе
На рис. 3 приведена схема скоростной (пневмометрической) трубки Пито - Прандтля.
Рис. 3. Трубка Пито-Прандтля
Включить вентилятор, нажав пусковую кнопку 7. На выходе из нагнетательного трубопровода или на входе во всасывающий трубопровод установить последовательно диафрагмы (рис. 2), которые, дросселируя поток воздуха, изменяют режим работы установки.
Для каждого режима работы установки необходимо записать показания U- образных дифманометров, фиксирующих полный H и скоростной h напоры вентилятора.
С помощью секундомера определить частоту вращения диска электросчетчика ν, с -1.
Все измерения надо выполнять "на ходу", не выключая вентилятор при замене диафрагм. Все замеры необходимо провести не менее чем для семи режимов работы вентилятора (без диафрагмы и с последовательной установкой шести диафрагм).
Результаты работы занести в табл.1.
Таблица 1
Результаты опытов
| № диафрагмы | H [м в.ст.] | h [м в.ст.] | n, число оборотов диска | τ, с | ν = n /τ, с -1 |
Обработка результатов эксперимента
1. Объемную подачу вентилятора Q [м3/с], рассчитывают по формуле;
Q = wS,
где: w [м/с]- средняя скорость движения воздуха в трубопроводе:
формула
Здесь: ρ = 1000 [кг/м3] - плотность воды, заполняющей дифманометры; ρ 0 = 1.29 кг/м3 - плотность воздуха при нормальных условиях; h - скоростной напор [м вод. Ст.]; g- ускорение свободного падения [м/с2]; S- площадь сечения воздуховода [м2]. Диаметр воздуховода равен 0,15 м.
2. Мощность, затрачиваемую вентилятором, т.е. мощность электродвигателя, вычисляют по формуле:
, [м/с2]
где частота вращения диска электросчетчика ν, с -1 (450 оборотов счетчика соответствуют 1 кВтч); η эл = 0,95– КПД электродвигателя.
3. Полезную мощность определяют из уравнения:
, [кВт]
где Q – объемная подача вентилятора [м3/с], H – напор вентилятора [м вод. ст.], ρ = 1000 [кг/м3] - плотность воды.
4. Коэффициент полезного действия вентиляторного агрегата η [%] находят по формуле:
, [%]
Результаты расчетов заносят в таблицу 2.
Таблица 2
Результаты расчетов
| № опыта | H [м в.ст.] | N п [кВт] | Q [м3/с] | η [%] |
По экспериментальным данным необходимо построить характеристики центробежного вентилятора. По оси абсцисс откладывают объемную подачу. По оси ординат - напор, полезную мощность и КПД. Графики строятся на миллиметровой бумаге с обязательным нанесением всех расчетных точек.
