Badania charakterystyk przepływowych wentylatora poprzecznego ze względu na rodzaj tworzywa sztucznego oraz chropowatość powierzchni

(1)

ZE SZ Y T Y N A U K O W E P O LITEC H N IK I ŚLĄ SKIEJ Seria: E N ER G ET Y K A z. 130

1998 N r kol. 1397

Jolanta STA C H A R S K A - TA R G O SZ Andrzej PŁA C H E T K O

Politechnika K rakow ska, K raków

B A D A N I A C H A R A K T E R Y S T Y K P R Z E P Ł Y W O W Y C H W E N T Y L A T O  R A P O P R Z E C Z N E G O Z E W Z G L Ę D U N A R O D Z A J T W O R Z Y W A S Z T U C Z N E G O O R A Z C H R O P O W A T O Ś Ć P O W I E R Z C H N I

S treszczenie. Problem oddziaływ ania rodzaju pow ierzchni elem entów w entylatora poprzecznego, w ykonanych z tw orzyw sztucznych, pojaw ił się podczas w eryfikacji dośw iadczalnej doboru tw orzyw ja k o m ateriałów konstrukcyjnych tej w irnikow ej m aszyny przepływ ow ej zam iast tradycyjnie stosow anych metali.

Z decydow anie niższe w artości param etrów przepływ ow ych uzyskane dla w entylatorów , w ykonanych z tw orzyw , skłoniły autorów do poszukiw ania i w yelim inow ania przyczyn pow staw ania niekorzystnych zjaw isk przepływ ow ych.

A naliza w yników badań charakterystyk aerodynam icznych modeli w entylatorów poprzec

znych, w y k onanych z różnych tw orzyw sztucznych, w skazała na w ystępow anie w pływ u rodzaju m ateriału konstrukcyjnego na uzyskiw ane w artości param etrów .

P odjęto próbę ilościow ej oceny w pływ u chropow atości pow ierzchni poprzez analizę prze

biegu krzyw ych vgc = f (<p) i r| = f (cp) (wartości w skaźnika spiętrzenia całkow itego i wartości spraw ności), u zyskanych dla w entylatorów poprzecznych, których elem enty w ykonano w praw dzie z je d n eg o rodzaju tw orzyw a, tzn. polichlorku w inylu, lecz o zróżnicow anych chropow atościach pow ierzchni.

IN V E ST IG A T IO N S OF THE CROSS FLOW FA N PERFO RM A NCES FOR DIFFERENT PL A STIC S A N D DIFFERENT SURFAC E R O U G H N E SS

Sum m ary. The problem o f the surface effects appeared in the experim ental verification o f plastics selection used as the constructional m aterials instead o f traditional m etals for the cross flow fans elem ents.

The low er values o f the flow param eters obtained for the cross flow fans m ade o f plastics induced the search o f the causes o f diadvantageous flow phenom ena.

The analysis o f the cross flow fan perform ances for the m odels m ade o f different plastics indicated the influence o f the kind o f constructional m aterial on the obtained param eter val

ues.

T he qualitative estim ation o f the surface roughness influence on the cross flow perfor- mences w as carried out for the cross flow fan m odels m ade o f polyvinyl chloride having the different surface roughness.

(2)

66 J. Stacharska-Targosz, A. Płachetko

1. W PR O W A D ZEN IE

Tendencja zastępow ania m etalow ych m ateriałów konstrukcyjnych m ateriałam i niem eta

low ym i je s t konsekw encją dynam icznego rozw oju technologii przetw órstw a tw orzyw sztucznych.

Stosow anie tw orzyw sztucznych, posiadających odpow iednie w łasności fizyko- mechaniczne, pozw alające na tw orzenie konstrukcji o wym aganej w ytrzym ałości m echanic

znej i term icznej, charakteryzujących się zdecydow anie m niejszą w artością gęstości w porów naniu z m ateriałam i m etalow ym i, stw arza możliw ości uzyskiw ania lżejszych kon

strukcji o zbliżonych param etrach w ytrzym ałościow ych [1 ].

W eryfikację dośw iadczalną hipotezy w ystępow ania niekorzystnego zjaw iska przepły

w ow ego ja k o konsekw encji oddziaływ ania pola elektrostatycznego, pow stającego na pow ierzchniach elem entów tw orzyw ow ych, przeprow adzono badając kilka m odeli w entyla

torów poprzecznych, w ykonanych z różnych tw orzyw sztucznych.

W ytw arzanie m ałego strum ienia objętości pow ietrza przepływ ającego przez w entylator poprzeczny, w ykonany ze zm odyfikow anego polichlorku w inylu, było rezultatem zróżnicow anego oddziaływ ania pola elektrostatycznego. Przy niskich prędkościach obrotow ych w irnika w pływ ten był stosunkow o niew ielki - rzędu 5 - 25% i zdecydow anie rósł przy w zroście pręd

kości obrotow ej pow odując w ytw arzanie strumieni objętości pow ietrza, różniących się od 100% do 300% .

Z aistniałe zjaw isko próbow ano w ytłum aczyć faktem "przyklejania się" dodatnio naładow a

nego pow ietrza zasysanego przez w entylator poprzeczny do pow ierzchni w ykonanych z tw orzyw sztucznych, posiadających nierów nom ierny rozkład ładunków ujem nych [2], Zatem tylko część strum ienia pow ietrza w pływ ającego do w irnika w ypływ ała z niego do strefy tłoczenia, a je g o w ielkość uzależniona była od nagrom adzenia ładunków na pow ierzchniach elem entów w ykonanych z tw orzyw i odw rotnie proporcjonalna do natężenia pola elek

trostatycznego.

Efekt "przyklejania się" w arstw y pow ietrza m ógł w ystępow ać w strefie ssania i tłoczenia w entylatora, bow iem zarówno obudowa, ja k i ściany boczne były w ykonane z tw orzyw a sztucznego.

W sytuacji, gdy skupione na pow ierzchni tw orzyw a ładunki posiadały taki sam znak jak pow ietrze naładow ane ujem nie, w ystępow ało zjaw isko "odpychania się" jednoim iennych ładunków. Z assana do w nętrza w irnika struga powietrza, odpychana przez w irujący wieniec

(3)

B adania ch arakterystyk przepływ ow ych.. 67

łopatkow y, tw o rzy ła w ew nątrz w irnika duży w ir kołow y, krążący w kierunku zgodnym z obrotam i w irnika. P ow ietrze znajdujące się w ew nątrz w irnika nie m iało m ożliw ości w ypływ u na zew nątrz i tylk o niew ielki strum ień objętości, odw rotnie proporcjonalny do natężenia pola elektrostatycznego, przepływ ał przez w entylator.

A naliza m ożliw ych źródeł pow staw ania nieustalonych zjaw isk przepływ ow ych, istotnie w pływ ających zarów no na w ielkość strum ienia objętości pow ietrza tłoczonego, ja k i na spraw ność w en tylatora poprzecznego, m iała na celu ich identyfikację nie tylko jakościow ą, ale rów nież podjęcie próby oceny ilościowej.

M ając na uw adze bardzo często w ystępujące zjaw isko elektryzow ania się tw orzyw sztuc

znych, zależne w znacznym stopniu od rodzaju tw orzyw a i składu chem icznego, zm ienianego w w yniku dodaw ania m odyfikatorów , podjęto badania m odelu funkcjonalnego w entylatora poprzecznego, w którym zm ieniano m ateriał tw orzyw ow y obudowy.

Je d n ą z p rzyczyn pow staw ania sił elektrostatycznych na pow ierzchni obojętnego elek

trycznie tw orzyw a należy upatryw ać w tarciu w ystępującym podczas m ieszania się, na skutek silnych stre f turbulencji, przepływ ającej strugi powietrza.

W eryfikację d ośw iadczalną stosow ania tw orzyw sztucznych na elem enty w entylatora poprzecznego przeprow adzono dw uetapow o, koncentrując się na określeniu:

• w pływ u rodzaju tw orzyw a sztucznego oraz

• oddziaływ ania chropow atości pow ierzchni na charakterystyki przepływ ow e.

B adano w entylator poprzeczny, przedstaw iony na ry s .l, zbudow any z cylindrycznego, ułopatkow anego w irnika o łopatkach zakrzyw ionych do przodu oraz obudow y w yprofilow anej w sposób pozw alający n a przepływ strugi pow ietrza przez w nętrze w irnika na całej jego długości.

R y s. 1. S c h e m a t w e n ty la to ra p o p rz e c z n e g o W P U 4 5 0 /1 0 0 z tw o rz y w a s z tu c z n e g o F i g .l . C ro s s flo w fan W P U 4 5 0 /1 0 0 m a d e o f p la stics

(4)

R ozw iązanie konstrukcyjne w entylatora poprzecznego W PU 450/100 , o długości wirnika L = 450 m m i średnicy zew nętrznej D2 =100 mm, powstało w w yniku kilkunastoletnich badań eksperym entalnych, m ających m iędzy innym i na celu optym alizację geom etrii [3].

2. B A D A N IA W E N TY LA TO R A POPRZECZN EG O , W Y K O N AN EG O Z RÓŻNYCH TW O R ZY W SZTU C ZN Y C H

Badano w entylatory poprzeczne o identycznej geom etrii obudow y i tym sam ym wirniku, w ykonanym z polichlorku w inylu, różniące się tw orzyw em zastosow anym na elem enty obu

dow y oraz ściany boczne [5]. W ariantowość konstrukcyjno-m ateriałow ą badanych modeli w entylatorów poprzecznych W PU 450/100 przedstaw iono w tablicy 1.

T ablica 1 Specyfikacja stosow anych tw orzyw sztucznych

W ariant Tw orzywa na obudow y i ściany boczne I Zm odyfikow any polichlorek w inylu w zm ocniony w łók

nem szklanym PVC-M II Polichlorek w inylu PVC-G III Polietylen

IV Akryl

B adania charakterystyk w szystkich w ariantów w entylatora poprzecznego przeprow adzono na stanow isku przedstaw ionym schem atycznie na rys.2, przy ustalonej prędkości obrotowej wirnika, m ierząc bezpośrednio lub określając pośrednio wartości następujących wielkości:

spiętrzenia statycznego Aps, spiętrzenia całkow itego Apc, m ocy na w ale w entylatora N, stru

m ienia objętości pow ietrza V [4],

(5)

B adania charakterystyk przepływ ow ych. 69

1 - ty ry sto ro w a p rz e tw o rn ic a częstotliw ości, 2 - siln ik , 3 - p rz e tw o rn ik częstości o b ro tó w M L 103 i m o m entu obrotow ego T G 1/B-P, 4 - w en ty la to r po p rzeczn y W PU 450/100, 5 - m iern ik m om entu obrotow ego, 6 - m ie rn ik częs

tości o b ro tó w , 7 - p ro sto w n ica p rzep ły w u , 8 - k ry za ISA z pom iarem "v en a c o n tra c ta " , 9 - m ik ro m an o m e tr F C 0 1 2 , 10 - je d e n a s to k a n a ło w y p rz e łą cz n ik F C 0 9 1 M k l l , 11 - w e n ty la to r w sp o m ag ający

R y s.2 . S c h e m a t s ta n o w is k a b a d a w c z e g o F ig .2 . E x p e rim e n ta l s ta n d

Ilościow ą ocenę w pływ u rodzaju tw orzyw a sztucznego dokonano na podstaw ie analizy bezw ym iarow ych charakterystyk w entylatora poprzecznego, tzn. w skaźnika spiętrzenia całkow itego \gc, w skaźnika spiętrzenia statycznego ą/s oraz spraw ności r) w funkcji w skaźnika przepływ u q> [5]:

M'c = / ( < p ) , M's = / ( q > ) , B = / ( q > ) . A- = /(< P )-

C harakterystyki, zam ieszczone na ry s.3, przedstaw iają zm ianę w skaźnika spiętrzenia całkow itego w funkcji w skaźnika przepływ u dla w szystkich badanych w ariantów w entylatora przy stałej prędkości obrotow ej n = 1000 l/m in.

K rzyw e V|/c = f ((p) dla w entylatorów poprzecznych o obudow ach i ścianach bocznych w ykonanych z polichlorku w inylu, akrylu, polietylenu oraz zm odyfikow anego włóknem szklanym polichlorku w inylu posiadają w praw dzie podobny przebieg, lecz rozrzut uzys

kanych w artości w skaźników spiętrzenia całkow itego w skazuje na zróżnicow ane w łasności tworzyw.

(6)

R y s.3 . W y k re s z m ia n y w s k a ź n ik a s p ię trz e n ia c a łk o w ite g o w fu n k c ji w s k a ź n ik a p rz e p ły w u d la w y b ra n y c h tw o rz y w s z tu c z n y c h

F ig .3 . T o ta l p re s s u re c o e ffic ie n t in fu n c tio n o f flo w c o e ffic ie n t fo r se le c te d p la stics

N ajw y ż szą w artość w skaźnika spiętrzenia uzyskano dła w entylatora w ykonanego z akrylu, lecz w zakresie bardzo m ałych w skaźników przepływ u, natom iast dla w entylatora poprzecz

nego, w ykonanego z polichlorku w inylu o dużej gładkości pow ierzchni, osiągnięto w artość

\|/c = 3.25 (dla cp = 0.7).

W stosow anym najczęściej w praktyce zakresie zm iany w skaźnika przepływ u <p = 0.7 - 1.2 otrzym ane w artości w skaźników spiętrzenia całkow itego m ożna uznać za w pełni zad

owalające. Strom y przebieg charakterystyk \J/C = f (<p), w skazujący na uzyskanie, przy niezbyt dużej zm ianie w skaźnika przepływ u <p, znacznych różnic wartości spiętrzenia całkowitego, pozw ala na rozszerzenie aplikacji tego typu m aszyny przepływowej [6],

(7)

B adania charakterystyk przepływ ow ych.. 71

<P

R y s.4 . W y k re s z m ia n y s p ra w n o ś c i w fu n k c ji w s k a ź n ik a p rz e p ły w u d la w y b ra n y c h tw o rz y w s z tu c z n y c h F ig .4 . E ffic ie n c y v e rs u s flo w c o e f fic ie n t fo r th e se le c te d p la stics

W ykresy spraw ności w funkcji w skaźnika przepływ u dla w entylatorów poprzecznych o obudow ach w ykonanych z różnych tw orzyw sztucznych zam ieszczono na rys.4. N ajw yższe spraw ności w zakresie zm iany w skaźnika przepływ u tp = 0.7 - 1.4 uzyskano dla w entylatora poprzecznego o obudow ie z polichlorku w inylu o gładkiej pow ierzchni i kolejno dla w enty

latora z ob u d o w ą w y k o n an ą z polietylenu oraz podobne dla w entylatorów z obudow am i z ak

rylu i polichlorku w inylu w zm acnianego w łóknem szklanym .

W tablicy 2 zestaw iono w artości spraw ności dla w ybranych w skaźników przepływu, uzyskane podczas badań w entylatorów poprzecznych o obudow ach i ścianach bocznych w ykonanych z w yspecyfikow anych tw orzyw sztucznych.

P rzeprow adzona analiza w yników pozw oliła na w yłonienie spośród badanych tw orzyw sztucznych, zastosow anych na elem enty konstrukcyjne w irnikow ej m aszyny przepływ ow ej, polichlorku w inylu o w ysokiej gładkości pow ierzchni jako m ateriału uzyskującego akcep

tow alne w artości w skaźników charakteryzujących w łaściw ą pracę w entylatora.

(8)

Tablicy 2 W ybrane w artości spraw ności w entylatorów poprzecznych

S p r a w n o ś ć r) %

cp-> 0.5 0.7 0.8 0.9 *—< O 1.1 1.2

PV C -M 30.6 27.3 24.6 27.7 18.1 15 11.3

P V C -G . 27.7 33.08 33.5 32.1 29.1 24.7 18.9

Polietylen 32.4 32.7 31 28.5 25.4 21.4 17

Akryl 25.7 28.2 26.8 23.7 19.2 14.3 -

W entylator poprzeczny o obudow ie i ścianach bocznych w ykonanych z akrylu uzyskał zdecydow anie niższe spraw ności, zatem m ożna wysnuć przypuszczenie, że w iększa chro

pow atość pow ierzchni akrylow ej m iała znaczny w pływ na obniżenie sprawności wentylatora.

Należy dom niem ać, iż zaistniała sytuacja m ogła m ieć związek ze wzrostem tarcia pow ierzchniow ego i je g o ujem nego w pływ u n a strukturę przepływ u pow ietrza, zwłaszcza przy niew ielkich w artościach w skaźnika przepływ u (p = 0.2 - 0.6.

3. B A D A N IA W EN TY LA TO R Ó W POPRZECZN Y CH W Y K O N A N Y CH Z PO L IC H L O R K U W IN Y LU O R Ó ŻN Y CH CH R OPO W A TOŚCIA CH

W zakresie m niejszych strum ieni objętości przebieg charakterystyk rj = f (tp) w skazuje na obniżanie się w artości spraw ności w entylatorów poprzecznych ze wzrostem chropowatości pow ierzchni elem entów w ykonanych z tw orzyw , co m oże być rezultatem pow staw ania zaw i

row ań przy pow ierzchni o dużej chropow atości, pow odujących szybsze oderwanie strugi pow ietrza od ścianek obudow y.

M ożna zatem pokusić się o pew ne przypuszczenie, iż przy niższych strum ieniach ob

jętości pow ietrza, uw idacznia się w pływ tarcia pow ierzchniow ego, obniżający sprawność m aszyny przepływ ow ej.

W celu określenia w ielkości i rodzaju w pływ u chropow atości pow ierzchni na charak

terystyki przepływ ow e w entylatora poprzecznego w ykonanego z tw orzyw sztucznych, przeprow adzono badania dośw iadczalne koncentrując się na jednym rodzaju tw orzyw a, tzn.

na polichlorku w inylu o różnych chropow atościach powierzchni.

(9)

3.1. W yzn aczanie param etrów chropow atości powierzchni

C hropow atość pow ierzchni tw orzyw ow ych w yznaczano m etodą stykow ą, polegającą na pom iarze w artości liczbow ych param etrów profilu chropow atości [7], Zastosow ano profilo- metr PM -02B - przenośny przyrząd, pozw alający na pom iar z dokładnością 2 - 10%

param etrów chropow atości pow ierzchni:

• R a - średniego arytm etycznego odchylenia profilu chropow atości i

• R m- m aksym alnej w ysokości chropow atości.

E lem ent pom iarow y profilom etru stanow i odw zorow ujące diam entow e ostrze, posiadające stożkow ą końców kę o prom ieniu zaokrąglenia w ierzchołka r = 10 + 2 pm , um ieszczone w ślizgaczu w raz z piezoelektrycznym przetw ornikiem zam ieniającym w ielkość przem ieszc

zenia pionow ego ostrza na sygnał elektryczny.

Biorąc pod uw agę fakt, że chropow atość pow ierzchni, stanow iąca zbiór w szystkich nierów ności w ynikających z procesu obróbki, tworzy struktury zgodnie z przyjętym i normami określane ja k o :

• izotropow e - nie posiadające uprzyw ilejow anych kierunków.

• anizotropow e - posiadające uprzyw ilejow ane kierunki,

• ortotropow e - o prostolinijnych, rów noległych śladach obróbki,

podjęto próbę odpow iedniego zaszeregow ania pow ierzchni elem entów w entylatora poprzec

znego w ykonanego z tw orzyw sztucznych. Z pew nym przybliżeniem m ożna zaliczyć struk

turę pow ierzchni polichlorku w inylu oznaczonego PVC.4 i PVC.5 do izotropow ych, PVC.3 do ortotropow ych oraz P V C .l i PVC ,2 do struktur anizotropowych.

D la każdego tw orzyw a sztucznego przeprow adzono 12 pom iarów średniego arytm e

tycznego o d chylenia profilu chropow atości R a m ierzonego w kierunku podłużnym (PD) i poprzecznym (PP) pola pow ierzchni próbki.

W yniki pom iarów zam ieszczono w tablicy 3 uszeregow ując rosnąco od tw orzyw a PVC.4 o najbardziej gładkiej pow ierzchni do tw orzyw a PVC.2, charakteryzującego się największą chropow atością m ie rzo n ą uśrednioną w artością (Ra)śr pararam etru w ysokościow ego chro

pow atości pow ierzchni badanego tw orzyw a.

(10)

Tablica 3 P om iar chropow atości pow ierzchni badanych tw orzyw sztucznych

R O D Z A J T W O R Z Y W A

P om iar / 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (R .)ir

PVC.4

odmiana kierunkowości:

nieuporządkowana

PP 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 PD 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

PVC.5

nieuporządkowana

PP 6 5.2 5.6 5.4 5 5 5.8 5.4 5.6 5.2 5.1 5.32

PD 6.4 5.6 5.4 5.8 5 5.8 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5.22

PYC.3

prostopadła

PP 7.2 4.8 5.6 5.2 5 5.6 6.6 6.8 6.4 5.2 5.6 5.87

PD 1.3 1.3 1.3 1 1.4 1.2 1.3 1.1 1.3 1.2 1.3 1.25

PVC 1.

skrzyżowana

PP 8.8 7.2 6.8 9.6 7.4 7.2 6 6 6 5.6 6.6 7.08

PD 8.2 6.6 6.6 7.2 6 6 6.6 5.6 6 7.4 8.2 7.02

p v r z

skrzyżowana

PP 8.6 7.6 9 9.2 8.4 8.2 9.4 8.6 7 9 8.6 8.5

PD 3.2 3 3 2.8 2.8 3.2 3.0 2.8 2.8 3 3.2 3.03

(11)

Badania charakterystyk przepływ ow ych. 75

3.2. A naliza w yników badań

W w yniku przeprow adzonych badań w entylatorów poprzecznych o obudow ach i ścianach bocznych w y k onanych z polichlorku w inylu o różnej chropow atości pow ierzchni uzyskano charakterystyki przedstaw ione na rys.5 i 6 dla ustalonej częstości obrotów n = 800 ł/m in.

3.0 . 2.8 2.6 2 .4 - 2.2 2

.

⁰

.

1.8

C 1.6

1.4 1.2- 1.0- 0 .8 -

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 M 1^2 ń 3 Ï A

<p

F ig .5 . Z m ia n a w s k a ź n ik a s p ię trz e n ia c a łk o w ite g o w fu n k c ji w s k a ź n ik a p rz e p ły w u d la P V C o ró ż n y c h c h ro p o w a to ś c ia c h p o w ie rz c h n i

F ig .5 . T o ta l p re s s u re c o e f f ic ie n t v e rs u s flo w c o e ffic ie n t fo r P V C w ith d iffé re n t su rfa c e ro u g h n e s s

A naliza krzyw ych \p c = f (cp), zam ieszczonych na rys.5, pozw ala na stw ierdzenie sto

sunkow o m ałego w pływ u chropow atości pow ierzchni na ich przebieg oraz na uzyskiw ane w artości m aksym alne w skaźników spiętrzenia całkowitego. D la w entylatorów poprzecznych, w ykonanych z polichlorku w inylu o chropow atości pow ierzchni, m ierzonej średnią w artością param etru w ysokościow ego, zm ieniającego się w zakresie ( R a)śr = 0.5 - 8.5, w artości \pc m ieszczą się w przedziale od 2.25 do 2.63 dla w skaźnika przepływ u cp = 0.4 - 0.5 .

Z estaw ienie w ybranych w artości w skaźników spiętrzenia całkow itego uzyskanych dla w entylatorów poprzecznych, w ykonanych z analizow anych tw orzyw sztucznych, przed

staw iono w celach porów naw czych w tabeli 4.

(12)

Tablica 4 W artości vj/ c dla w entylatorów poprzecznych w ykonanych z

PVC o różnych chropow atościach powierzchni dla <p = 0.45

TWORZYWO PVC.5 PYC.4 PVC.3 PVC.2 PVC.l

(R « )śr podłużna 5.32 0.5 5.87 8.5 7.08

( R B)śr poprzeczna 5.22 0.5 1.25 3.03 7.02

Vpc 2.64 2.58 2.54 2.47 2.33

Odchyłka od 0 %

u .

2 . 3 % 3 . 8 %

.

6.5 % 11.7%

W szerokim zakresie zm iany w skaźnika przepływ u cp = 0.6 - 1.1 różnica pom iędzy m ak

sym alnym i w artościam i w skaźników spiętrzenia całkowitego, uzyskanym i dla w entylatorów poprzecznych w ykonanych z tw orzyw sztucznych o różnych chropow atościach powierzchni, utrzym uje w przybliżeniu w artość A y c = 0.2. Należy zauw ażyć, że różnica w artości vpc , od

pow iadająca m aksym alnej spraw ności przy cp = 0.45, obliczona w procentach, w ynosi 15.2%.

D la stałej w artości w skaźnika przepływ u cp = 1 różnica pom iędzy w artością m aksym alną vpc (P V C .l) = 1.66 i m inim alnąvpc (PVC.4) = 1.45 wynosi 12.6% .

Przedstaw ione na rys.6 w ykresy spraw ności w funkcji w skaźnika przepływ u charak

te ry z u ją się nie ty lko zróżnicow anym przebiegiem krzyw ych, ale przede w szystkim zdecy

dow anie w artościam i spraw ności uzyskiw anym i dla różnych chropow atości powierzchni elem entów badanych w entylatorów poprzecznych.

A naliza położenia charakterystyk pozw ala na stw ierdzenie, że najw yższe sprawności otrzym ano d la w entylatora zbudow anego z tw orzyw a o najbardziej gładkiej powierzchni, niższe dla w entylatorów z tw orzyw o zróżnicow anych ale bardziej chropow atych pow ierzchniach, a najniższe w entylator o pow ierzchni charakteryzującej się najw yższą chro

pow atością

(13)

B adania charakterystyk przepływ ow ych. 77

c

55 -

5 0 -

4 5 -

4 0 -

3 5 -

3 0 -

25- 20-

1 5 -

10-

R y s.6 . W y k re s s p ra w n o ś c i w fu n k c ji w s k a ź n ik a p rz e p ły w u d la P V C o ró ż n e j c h ro p o w a to śc i p o w ie rz c h n i F ig .6 . E ffic ie n c y v e rs u s flo w c o e f fic ie n t fo r P V C w ith d iffe re n t su rfa c e ro u g h n e ss

P rzebieg krzyw ych w skazuje w praw dzie na w ystępow anie pew nych różnic wartości spraw ności dla w entylatorów w ykonanych z polichlorku w inylu o określonej chropowatości pow ierzchni, lecz w szerokim zakresie zm iany w skaźnika przepływ u różnice m aleją lub w ręcz w artości p o k ry w a ją się. Pow tarzalność w yników m ożna uznać w zasadzie za zado

w alającą, z w yjątkiem w yników dla PVC.4 w zakresie zm iany (p 0.4 -0.7.

N iezależnie od rodzaju pow ierzchni, najw yższe w artości spraw ności uzyskano dla w skaźnika przepływ u w zakresie tp = 0.4 - 0.5.

U zyskane w yniki badań dośw iadczalnych pozw alają na dokonanie porównania ilościow ego w pływ u chropow atości pow ierzchni elem entów w ykonanych z tw orzyw a na spraw ność w entylatora poprzecznego.

W ybrane rezultaty przedstaw iono w tablicy 5.

(14)

Tablica 5 P orów nanie spraw ności w entylatorów w ykonanych z PVC o różnej

chropow atości pow ierzchni dla w ybranych wartości cp.

S P R A W N O Ś Ć %

(p—> ’ ■ 0,3 0,4 0.5 0.6 0.7 0.8

42.0 50.0 50.2 45.9 39.2 32.5

30.2 35.4 34.7 32.8 29.4 25.5

28.4 32.2 31.3 28.2 24.6 21.3

25.5 29.2 29.8 29.2 27.6 24.8

23.8 26.4 26.7 25.7 23.6 20.2

W entylator poprzeczny, zbudow any z polichlorku w inylu PVC.4, charakteryzujący się w artością średniego arytm etycznego odchylenia profilu chropow atości, m ierzonego w kierunku poprzecznym i podłużnym próbki, rów nym (Ra)śr = 0.5 , uzyskał najw yższą w ar

tość spraw ności r| = 5 1 % .

Porów nanie w artości spraw ności dla ustalonych w skaźników przepływ u, uzyskiw anych w w entylatorach w ykonanych z polichlorku w inylu o m inim alnej i m aksym alnej chropowatości pow ierzchni w śród badanych m odeli prowadzi do stw ierdzenia różnicy, dochodzącej do 25 punktów spraw ności.

Pow yższe sform ułow ania pozw alają w ysnuć wniosek, że zwiększanie gładkości pow ier

zchni obudow y oraz ścian bocznych w pływ a w sposób istotny na podniesienie sprawności w entylatora poprzecznego.

4. W N IO SK I

P rzeprow adzone badania dośw iadczalne kilku w ariantów w entylatora poprzecznego, różniących się rodzajem tw orzyw a sztucznego, zastosow anego do konstrukcji elem entów obudow y, pozw oliły na w ytypow anie polichlorku w inylu o gładkiej pow ierzchni jako m ate

riału konstrukcyjnego, dla którego uzyskano najw yższą spraw ność m aszyny przepływ owej o zadanej geom etrii.

O trzym ane charakterystyki dla badanych w ariantów w entylatora poprzecznego um ożli

wiły przeprow adzenie klasyfikacji rozpatryw anych tw orzyw sztucznych z punktu widzenia ich przydatności ja k o m ateriałów konstrukcyjnych elem entów tej m aszyny przepływ owej.

(15)

Ilościow a ocena w pływ u chropow atości pow ierzchni na charakterystyki przepływ owe w entylatorów poprzecznych, w ykonanych z tw orzyw sztucznych, prowadzi do w niosku, że zw iększanie gładkości pow ierzchni elem entów pow oduje podniesienie spraw ności tej m aszyny przepływ ow ej.

R ezultaty badań eksperym entalnych um ożliw iły nie tylko jakościow ą, ale przede w szyst

kim ilościow ą ocenę zastosow anego tw orzyw a sztucznego na obudow ę oraz ściany boczne w entylatora. Z decydow anie najw yższe param etry przepływ ow e uzyskał w entylator wykonany z polichlorku w inylu o bardzo gładkiej powierzchni.

Potw ierdzono celow ość zastępow ania tradycyjnych m ateriałów m etalow ych tworzyw am i sztucznym i w skazując na konieczność ich doboru z uw zględnieniem nie tylko właściw ości w ytrzym ałościow ych, m echanicznych, cieplnych, ale rów nież oddziaływ ania pow ierzchni elem entu w ykonanego z tw orzyw a na strukturę przepływ ającej strugi pow ietrza - m ającego istotny w pływ na uzyskiw ane charakterystyki w entylatora poprzecznego.

SPIS W A ŻN IEJSZY C H O ZN A C ZEŃ

d2 - średnica zew nętrzna w irnika, m

L - długość w irnika, m

n - prędkość obrotow a, l/m in

N w - m oc na w ale w entylatora, W

P - ciśnienie, Pa

Ap - spiętrzenie, Pa

U2 - prędkość obw odow a m ierzona na średnicy zew nętrznej

w irnika m/s

V - strum ień objętości, m 3/s

- spraw ność, = ( V Ap) / N w, %

X - w skaźnik m ocy, = 2 N w / (D 2 L p u 22 ), -

P - g ę s to ś ć , kg/m 3

<P - w skaźnik przepływ u, = V / (D 2 L u2 ), - - w skaźnik spiętrzenia, = 2Ap / (p u22 ), -

Indeksy: c - całkow ity, s - statyczny

(16)

LITER A TU R A

1. Łączyński B .: T w orzyw a sztuczne i ich przetwórstwo. PW N, W arszawa 1980.

2. Stacharska-T argosz J: W pływ w łasności elektrostatycznych tw orzyw sztucznych na charakterystyki przepływ ow e w entylatora poprzecznego, Mat. Konf. VII Seminarium

"Tw orzyw a sztuczne w budow ie m aszyn", K raków 1994, 353-358.

3. Stacharska-T argosz J.: Identyfikacja przepływ ów w w entylatorach poprzecznych metodą eksperym entu sekw encyjnego. M onografia 117, K raków 1991.

4. S tacharska-T argosz J., G ołogórski J.: Badania eksperym entalne w entylatora poprzecznego W PU 450/100, M echanika z. 1- M /l995, 157-166.

5. Stacharska-T argosz J., Płachetko A.: A naliza w pływ u w ybranych tw orzyw sztucznych na charakterystyki w entylatora poprzecznego, Prace N aukow e, M onografie, Konferencje.

Z. 1, G liw ice, 1 9 9 7 , 2 7 5 - 2 8 2 .

6. Stacharska-T argosz J., Płachetko A.: W eryfikacja w pływ u w ybranych tw orzyw sztu

cznych na spraw ność w entylatora poprzecznego. Część II: Badania eksperym entalne.

M ateriały K onferencyjne V III Sem inarium "Tw orzyw a sztuczne w budowie maszyn".

K raków 1997, 397 - 4 0 4

7. N ow icki B.: Struktura geom etryczna. C hropow atość i falistość pow ierzchni. WNT, W ar

szawa, 1991.

Recenzent: D oc.dr inż. Jan Kędzierzawski

W płynęło do Redakcji: 02.04.1998 r.

A bstract

Experim enatl investigations carried out for serval m odels od cross flow fan w ith elements m ade o f different plastics have indicated polyvinyl chloride w ith very sm ooth surface as a constructional m aterial for w hich teh highest values o f the cross flow fan efficiency have been obtained.

(17)

The classification o f selected plastics considering their constructional suitability has been m ade by use o f analyse o f the perform ances achieved for the tested m odels o f cross flow fan.

The quantitative estim ation o f the influence o f the surface roughness on the cross flow fan perform ances fan perform ances has led to the following conclusion: the increase in teh elem ents surface quality causes the increase in the efficiency o f this flow machine.

The results o f investigations have show n a possibility o f the qyalitative and quantitative estim atons o f plastics usability as m aterials for casings and side w alls o f the tested cross flow fans so the confirm ation o f traditional m etalic m aterials substituting by some select plastics has been pointed out.

The rem arkable influence o f surface roughness on the cross flow fan perfprm ance and on the air flow structures has indicated the necessity to consider this m aterial property beside the strenght o f m aterial, m echanical and therm al properties.