ÁRAMLÁS-ÉS HİTECHNIKAI MÉRÉSEK BMEGEÁTAG02 Dr. Vad János www.ara.bme.hu / oktatás / tantárgylista / BMEGEÁTAG02 Téma 1.
Kérdıívek kitöltése. Problémafelvetés, ipari gépészeti fejlesztési feladat. Ipari esettanulmányok. A feladat témája: Hőtés- és klímatechnikában alkalmazott axiális átömléső ipari ventilátorok összehasonlító vizsgálata. Ipari fejlesztési igény, mérési igények, kívánalmak, elıírások, kihívások, kompromisszumok. Ipari esettanulmány.
2.
Feladatkörök meghatározása a kérdıívek alapján: 2 X 6 fı: 1/ projektvezetı, 2/ tervezı-konstruktır + szerelési munkálatok felelıse, 3/ mőszertechnikai felelıs, 4/ mérı- és kiértékelı felelıs, 5/ mőszaki jelentés felelıse, 6/ prezentációs felelıs. Áramlásmérési módszerek és elvek összefoglalása.
3.
Nyomás, hımérséklet, sebesség, fordulatszám mérése. Laboratóriumi bemutató.
4.
Szőkítıelemes és sebességmérésre visszavezetett térfogatárammérés; összehasonlításuk. Speciális áramlásmérık. Laboratóriumi bemutató.
5.
„Brainstorming:”A mérési koncepció és a mérıberendezés részleteinek közös körvonalazása. Egyéni beszámolók, irodalom feldolgozása alapján. Érvek és ellenérvek megvitatása. Laboratóriumi bejárás és bemutató, elıkészületek. A részletek véglegesítése, döntéshozatal.
6.
A berendezés kialakítása, próbaüzem. Mérések és kiértékelés 1. (Excel táblázat elıkészítve)
7.
Mérések és kiértékelés 2. (Pótlólagos mérések). A mőszaki jelentés elsı verziójának bemutatása.
8.
Kiértékelés, összefoglaló fejlesztımérnöki támpontok megfogalmazása. Mőszaki jelentés beadása. Az eredmények PowerPoint prezentációja. A csoporttagok munkájának értékelése: oktató + projektvezetı.
1. BEVEZETÉS: ÁRAMLÁSTECHNIKAI GÉPEK 1.1.
Osztályozás, a tématerület korlátozása
Munkaközeg: • Gáz • (Cseppfolyós közeg) • (Többfázisú közeg) Teljesítmény bevitel / kivitel: • Munkagépek • (Erıgépek) Mőködési elv: • Euler-elv (áramlástechnikai elv): FORGÓGÉPEK. • (Térfogat-kiszorítási, volumetrikus elv)
1.2. Áramlástechnikai forgó munkagépek osztályozása Átáramlás iránya a forgástengelyhez képest:
Nyomásnövekedés, nyomásviszony:
A/ p2/p1 < 1.1 (1.2) ρ ≈ állandó, ∆T ≈ 0
ventilátorok
B/
1.1 < p2/p1 < 3 fúvók ρ ≠ állandó, ∆T > 0, de még elegendı a természetes hőlés. C/
3 < p2/p1 kompresszorok ρ ≠ állandó, ∆T >> 0, mesterséges hőtés szükséges.
1.3. Ventilátorok munkafolyamata
Ideális (veszteségmentes) esetre: 2
P Q v p − = + gh + U + = iö 2 − iö1 qm qm 2 ρ 1 2
Q = 0, ∆U= 0, és gh általában nem játszik szerepet 2
2
v v p P = qm + = qV ρ + p = qV ∆pöid 2 ρ 1 2 1 2
2
Közegsúrlódási veszteségek:
∆pö < ∆pöid
Hasznos teljesítmény:
Ph = qV ∆pö
Összesített hatásfok:
η összes
Ph = Pvill
Össznyomás-növekedés:
v2 2 v1 2 ∆pö = ρ + p 2 − ρ + p1 2 2 Ahol v1 = qV /A1 , v2 = qV /A2
Statikus nyomásnövekedés: 2 v1 2 v2 ∆p st = p 2 − ρ + p1 = ∆pö − ρ 2 2
1.4.
Axiális ventilátorok alapvetı konstrukciója
1.5. Ventilátor-elrendezések: technológia- és geometriafüggı! Pl. csıbıl szabadba
2 2 v2 2 v1 2 v2 v1 ∆pö = ρ + p0 − ρ + ( p0 − ∆p1 ) = ∆p1 + ρ −ρ 2 2 2 2
2
2
v2 v1 ∆p st = ∆pö − ρ = ∆p1 − ρ 2 2
1.6. Jelleggörbe: példa
Terhelı rsz. jelleggörbe
2. IPARI PÉLDA A JELLEGGÖRBE ISMERETÉNEK FONTOSSÁGÁRA Erımővi kazán égésilevegı nyomóventilátorok áramlástechnikai, energetikai vizsgálata. Blokkonként 2 db párhuzamosan üzemelı, elıperdítıs, ∅ 2820 radiális ventilátor. Névleges üzemi adatok VENTILÁTOROK (adattáblázat): Térfogatáram:
107 m3/s
Légsőrőség:
1.2 kg/m3
Statikus ny. növ.:
9 960 Pa
Tengelytelj.:
1330 kW (≈1800 LE!)
Fordulatszám:
990 1/min
(1 MW = 1360 LE)
Az elıperdület változtatása
Névleges munkapont Teljesen zárt elıperdítı: -90°
Teljesen nyitott elıperdítı: 0°
Névleges üzemi adatokból vent. hatásfok: 80 % √
Névleges üzemi adatok HAJTÓ MOTOROK (adattáblázat): Áramfelvétel:
210 A
Vonali fesz.:
6000 V
Fázistényezı:
cos ϕ = 0.89
Tengelytelj.:
1800 kW (ventilátor névleges igénye: 1330 kW)
Ezekbıl számítva: Villamos telj.:
1940 kW
Motor hatásfok: 93 %
Pvill = 3 U I cos ϕ
Mért üzemi adatok 1.
Térfogatáram
1. Vent.
2. Vent.
Névl.
26 m3/s
35 m3/s
107 m3/s
Statikus ny. növ. 22.5 mbar 23.6 mbar 99,6 mbar
N
1. 2.
Mért és számított üzemi adatok 2.
1. Vent.
2. Vent.
Névl.
Motor áramfelvétel
77.6 A
88.0 A
210 A
Fordulatszám
998 1/min 996 1/min 990 1/min
Számított vent. hatásfok
≈9%!
≈ 11 % !
80 %
Elıperdítı zártsági állapot
-87°!
-84°!
-30°
N
1. 2.
≈ 10 % √
√
Zártabb elıperdítı, kisebb hatásfok
Gazdasági számítás 2 db ventilátorra: a jelenlegi állapot Térfogatáram: Stat. nyomásnöv.: Hasznos légtechnikai telj.: Hatásfok: Veszteségi teljesítmény:
≈ 65 m3/s ≈ 2400 Pa ≈ 160 kW ≈ 10 % ≈ 1.4 MW
A veszteségre fordított villamos energia ára, 24 üzemórára, 30 Ft/kWh árral közelítve: ≈ 1 millió Ft
ÖSSZEFOGLALÁS • A perdületszabályozók teljesen zárthoz közeli állapota: „fojtó zsaluzat” • Hatásfok ≈ 10 % • Légtechnikai fejlesztés ⇒ ventilátorpáronként és naponta több 100 ezer Ft megtakarítás
• Javaslattétel Üzemviteli módosítások (≈ ≈ 0 befektetés) Pl. csak egy gép üzemeljen Konstrukciós módosítások Pl. lapátszám csökkentése Szabályzástechnikai módosítások Frekvenciaváltós fordulatszám-szabályzás (≈ ≈200 MFt) • Az erımő ellenérvei: menetrendtartó erımő (teljesítmény változtatása ⇔ fogyasztói igények követése), készenlét
3. IPARI FEJLESZTÉSI IGÉNY Hőtés- és klímatechnikában alkalmazott axiális átömléső ipari ventilátorok összehasonlító vizsgálata
•Csıbıl szabadba szállító •Kereskedelmi forgalomban: védırács ⇒ „félig burkolt” konfiguráció
•Félig burkolt: a légtechnikai teljesítmény kevésnek bizonyul •A védırács áttervezése ⇒ „teljesen burkolt” konfiguráció – HOGYAN MÓDOSÍTJA A LÉGTECHNIKAI TELJESÍTMÉNYT? ELİNYÖK, HÁTRÁNYOK?
Félig burkolt
Teljesen burkolt
ÖSSZEHASONLÍTÓ •JELLEGGÖRBE- ÉS HATÁSFOKMÉRÉSEK •ÁRAMLÁS-SZERKEZETI VIZSGÁLATOK •AKUSZTIKAI VIZSGÁLATOK
Mérendı illetve számítandó: •Térfogatáram qV •Statikus nyomásnövekedés ∆pst
•Légsőrőség ρ •Fordulatszám n •Motor által felvett villamos teljesítmény Pvill •A-súlyozott hangnyomásszint Lp
Egyszerő, gyors, költségkímélı mérés Megvalósíthatóság, kompromisszumos megoldások •Csak összehasonlító céllal (nem szükséges szabványos mérés) •Belsı használatra
SZABVÁNYOS VENTILÁTOR-MÉRİBERENDEZÉSEK
