Jo achim OTTE Ja ro sław DZIUBA
P olitechnika Śląska, Gliwice
BADANIA PRZEPŁYWOWE WENTYLATORÓW PRZEZNACZONYCH DO PRACY PRZY CZYNNIKU WYSOKOZAPYLONYM
S treszczen ie. W artyku le przedstaw iono koncepcję w en ty latora o swobodnym przepływie czynnika. Opisano program b a d ań i p rze d sta wiono wyniki badań ch arak tery sty k przepływowych.
FLOW RESEARCHES OF FA N S FO R WORK IN HIGH - DU ST ENVIRONM ENT
Sum m ary. In the article h a s been p resen ted th e idea of free-flow fan. Research project h a s been described an d flow characteristics has been presented.
LEISTUNGSVERSUCHEN VO N VENTILATOREN FÜ R STAUBFÖRDERUNG
Zusam m enfassung. Es w urde h ier das K onstruktionsprinzip von Freistrom ventilatoren dargestellt. A usserdem w urde der versuchspro- gram m und die geom etrie des V entilato r beschrieben. Einige M eßergebnisse wurden dargestellt.
W STĘP
W różnego rodzaju procesach technologicznych m am y do czynienia z konie
cznością przetłaczania wysokozapylonych gazów, przy czym często je s t to m ieszan ina pyłowo-gazowa. W tym momencie pow staje problem doboru odpo-
152 Joachim Otte, Jarosław Dziuba
Rys. 1. Charakterystyka wentylatora o swobodnym przepływie według badań BATOWENT-u [1]
Fig. 1. Characteristic of free—flow fan from BAROWENT [1] researches
w iedniego w entylatora, który z jednej strony zapew niałby bezaw aryjną eks
ploatację instalacji, a z drugiej strony byłby odpowiednio spraw ny.
W praktyce przemysłowej najczęściej stosow ane są w irniki ty p u prom ienio
wego o łopatkach prostych promieniowych. Przy dużych zapyleniach n a stę p u je ta k szybko postępująca ich erozja, że staw ian e je s t pytanie o inne k o n stru kcje wirników, bardziej odpornych n a erozję.
Rozszerzanie zakresu zadań stawianych wentylatorom spowodowało powsta
nie nowych konstrukcji, szczególnie predystynowanych do transpo rtu mieszanki pyłowo-gazowej. Są to wentylatory o sw ob od n ym p rzep ływ ie. Znam ienną cechą tych wentylatorów jest swobodna przestrzeń przepływowa utworzona mię
dzy otwartym wirnikiem a przednią ścianką obudowy w entylatora.
W k raju b adania tego typu w entylatorów zostały po raz pierw szy przepro
w adzone przez Radwańskiego. Stwierdzono je d n a k ich stosunkow o niew ysoką spraw ność. I ta k w opracowaniu B arow entu [1] stw ierdzono m aksy m alną spraw ność modelu ą = 0,475. U zyskane ch arak terystyki przedstaw iono n a rys. 1.
Poglądy na mechanizm przepływu i działania wentylatorów (a także pomp) o swobodnym przepływie są dosyć kontrowersyjne. W entylatory te są stosunkowo mało poznane, co dowodzi celowości podejmowania badań w tym zakresie.
2. PROGRAM BADAŃ
J e d n ą z bardziej istotnych cech konstrukcyjnych wpływających n a sp raw ność w entylatorów o swobodnym przepływie je s t szerokość obudowy spiralnej.
W celu przeprow adzenia badań określających wpływ szerokości tej obudowy n a charaktery sty ki pracy wykonano serię pom iarów dla pięciu położeń rucho
mej płyty n a przedniej ściance obudowy spiralnej (rys. 2).
B ad an ia powtórzono przy w ysuniętym o A = 20 m m w irn ik u z wnęki.
N ależy podkreślić, że wychodząc z założenia o stałości składowej obwodowej prędkości w spirali, uzasadnionego siln ą tu rb u len cją i m ieszaniem strug, k s z ta łt spirali zaprojektowano w edług zależności:
154 Joachim Otte, Jarosław Dziuba
gdzie:
D - średnica zew nętrzna w irnika, cp - k ą t bieżący spirali,
A - rozwarcie spirali,
k - współczynnik poprawkowy.
Rys. 2. Schemat wentylatora użytego do badań Fig. 2. Flow scheme of model-fan
W yniki b adań ch arakterystyk pracy przedstaw iono w formie bezwymiaro
wej:
Tl=f((p), V|/ = f(<p), 1ls = f(<p), 9s = f(<P)
gdzie:
9 - liczba wydajności,
R - spraw ność całkow ita (w ewnętrzna), V - liczba przyrostu ciśnienia,
Rs - spraw ność statyczna (przy założeniu że energia kinetyczna czynnika n a wylocie je s t tracona),
- liczba przyrostu ciśnienia (przy powyższym założeniu).
Rys. 3. Charakterystyki prac wentylatora o swobodnym przepływie przy zmianie szeroko
ści obudowy spiralnej
Fig. 3. Performance characteristic of free-flow fan for different widths of spiral casing
156 Joachim Otte, Jarosław Dziuba
c p —
Rys. 4. Charakterystyki pracy (statyczne) badanego wentylatora o swobodnym przepływie Fig. 4. Static performance characteristic of free-flow fan
¥
Rys. 5. Charakterystyki pracy wentylatora z wysuniętym wirnikiem Fig. 5. Performance characteristic of fan with displaced rotor
158 Joachim Otte, Jarosław Dziuba
3. WYNIKI BADAŃ
N a rys. 3 przedstaw iono charak tery sty k i przepływowe przy 5 szerokościach obudowy spiralnej. W yraźnie tu widać, że im m niejsza szerokość obudowy, tym lepsze osiągi w entylatora. W tablicy 1 zestawiono w artości liczb chara
kterystycznych dla w arunk u m aksym alnej spraw ności całkowitej przy po
szczególnych szerokościach spirali (B = b/D2). M aksym alne w artości sprawno
ści całkowitych są rzędu 54%, n ato m ia st spraw ności statycznych ok. 48%.
T ab lica 1
W56sp A = 0
Lp. B V ^Timax Om ax O sm ax V s
1 0,27 1,051 0,051 54,57 48,74 0,994
2 0,3 1,028 0,053 53,34 48,45 0,972
3 0,35 1,014 0,049 51,43 47,42 0,982
4 0,38 0,993 0,050 50,05 46,53 0,963
5 0,42 0,961 0,054 49,28 47,05 0,931
N a rys. 4 przedstaw iono przebiegi ch arak tery sty k statycznych.
Analogiczny przebieg charakterystyk zaobserwować można n a rys. 5, dla przypadku lekko wysuniętego z wnęki wirnika. Widać stąd, że niewielkie wysu
nięcie w irnika z wnęki o 20 mm (A = 0,032) nie daje specjalnych korzyści.
4. ZAGADNIENIA OBLICZANIA CHARAKTERYSTYK WENTYLATORA PRZY PRACY NA CZYNNIKU ZAPYLONYM
Doświadczenia przeprowadzone n a w entylatorach promieniowych w skazu
ją , że w w ypadku czynnika roboczego w postaci m ieszaniny gazu i cząstek stałych otrzym uje się spiętrzenia tak ie sam e, jak b y przepływ ał czysty gaz, n ato m iast moc pobierana n a napęd rośnie.
B rak je s t wyczerpujących bad ań n a ten tem at. Wiadomo jed n ak , że tory cząstek stałych nie są identyczne z toram i gazu i łatw o to wytłumaczyć różnicą sił masowych działających n a cząstki stałe i cząstki gazu. W doświad
czeniach m ożna obserwować lub domyślać się po widocznych śladach erozji, że grom adzenie się pyłu w ystępuje w wyraźnych pasm ach.
Je śli przyjąć przybliżenie dla m ałych koncentracji pyłu, że tory cząstek gazu i zanieczyszczeń mało różnią się od torów przy przepływ ie czystego gazu i po wtóre, że stra ty przepływu samego gazu są tak ie sam e ja k dla czynnika bez zanieczyszczeń, to w obliczeniach spiętrzeń m ożna posługiwać się w zora
m i wyprowadzonymi poprzednio dla czystego gazu.
Jeżeli koncentrację pyłu w stru m ien iu oznaczymy przez stopień masowej koncentracji pyłu p zdefiniowany następująco:
m p m g
gdzie:
m p - stru m ień masy pyłu,
m g - stru m ień masy gazu (czystego).
G ęstość m ieszaniny wynosi:
m p + m g
G ęstość gazu bez pyłu:
m„
vg
J e s t oczywiste, że wydajności p raktycznie niew iele się różnią:
V - Vv g
s tą d więc w ynika zależność:
Pm = Pg (1 + P)
Bezpośrednim efektem tej zależności mógłby być zw iązek pozwalający okre
ślić moc w entylatora przetłaczającego m ieszaninę:
N m = N g ^ = N g ( l + ii) Pg
160 Joachim Otte, Jarosław Dziuba
W przepływie m ieszaniny przez w irnik tory cząstek gazu i to ry cząstek pyłu nie pokryw ają się. Cząstki pyłu uderzając w powierzchnie w irn ik a powodują, że p otrzebna je s t w iększa moc do przetłaczania m ieszaniny, aniżeli to wynika z powyższego związku. Stosownie do przeprow adzonych b a d a ń często stosuje się w tym względzie zależność:
N m = N g ( l + &N p)
Jednocześnie obserwuje się pewne zm niejszenie uzyskiw anego przyrostu ciś
nienia zgodnie z empirycznym związkiem:
Apm = Apg ( l - £ p p)
W spółczynniki korekcyjne w przypadku cząstek dużych (ok. 0,5 mm) wynoszą:
A:p = 0 ,1 - 0 ,4 5 Ajj = 1,5 — 1,7
Powyższe zależności pozw alają bezpośrednio określić spraw ność wentylatora przetłaczającego m ieszaninę:
j m A P m 1 - f r p h lm N m g 1 + &N p
4. WNIOSKI
W yniki b adań jednoznacznie w skazują, że w entylator ze swobodnym prze
pływem czynnika charakteryzuje się stosunkowo n isk ą sprawnością
(r lm ax ~ 54%). Wydaje się, że dalsze b adania wpływu liczby łopatek, geometrii
spirali mogłyby przynieść jeszcze paroprocentow ą popraw ę sprawności.
Jeżeli przyjąć, że zasadniczym kry terium stosow ania tego typu w entylato
rów w w aru n k ach silnego zapylenia je s t niezawodność pracy i pewność rucho
wa, to w szeregu przypadkach zastosow anie tej konstrukcji będzie celowe.
LITERATURA
[1] Radwański J., Polok J., Pniok J . : W ykonanie pom iarów prototypu w enty
latora RT 300/960. Opracowanie BAROWENT 531/III, 1984.
A bstract
In th e article th e idea of th e free-flow fan h a s been presented. Research project was described and floe characteristics w ere given.
O ne of the m ost im p o rtan t construction fea tu re s w hich h a s an influence on th e free-flow fan efficiency is th e w id th of sp iral casing. Series of m easurem ents w ere carried out in order to determ ine th e influence of th e w id th of spiral casing on th e w orking characteristics. T here are five positions of a movable plate on th e frontal p a rt of sp iral casing (fig. 2). The m easurem ents w ere rep eated for a rotor moved by 20 mm.
R esults of m easurem ents are presen ted in th e n o n -dim ensional diagram s (fig. 3, 4, 5). In th e table 1 w ere p resented th e values of characteristics n u m b ers for th e m axim al velocity condition. The re su lts indicate th a t th e free-flow fan efficiency m ay achieve th e order of 54%.
