AXIÁLNY VENTILÁTOR NA DOPRAVU VZDUCHU

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STROJNÍCKA FAKULTA AXIÁLNY VENTILÁTOR NA DOPRAVU VZDUCHU Bakalárska práca Evidenčné číslo: SJF Študijný program: ENERGETICKÉ STROJÁRSTVO Študijný odbor: energetika Školiace stredisko: Tlmače Vedúci bakalárskej práce: doc. Ing. František Ridzoň, PhD. Bratislava 2011 Roman Majling

2

3 Čestné prehlásenie Vyhlasujem, že som záverečnú prácu vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry. Bratislava, 8. júna Vlastnoručný podpis

4 Ďakujem vedúcemu bakalárskej práce, doc. Ing. František Ridzoň, PhD., za odbornú pomoc pri vypracovaní bakalárskej práce. Bratislava, 8. júna 2011 Roman Majling

5 ABSTRAKT Názov práce: Axiálny ventilátor na dopravu vzduchu Kľúčové slová: axiálny ventilátor, schéma výpočtu axiálneho ventilátora, vznik a vývoj axiálneho ventilátora Abstrakt: V bakalárskej práci je vypracovaný princíp práce axiálneho ventilátora na dopravu vzduchu. V úvodnej časti sa zaoberám vznikom a vývojom ventilátora. V ďalšej časti je obsiahnuté rozdelenie ventilátorov a ich použitie. Hlavná časť je venovaná princípu práce ventilátorov, výpočet axiálneho ventilátora podľa zadaných parametrov. ABSTRAKT Title: The axial fan on the transport the air Keywords: the axial fan air, calculation off the axial fan air, inception and progression the axial fan air Abstract: In this work is developed principle of work to transport the axial fan air. In recital is drawn emergence and development fan. In next section is included distribution of fans and their use. Home part is the principles of work of fans, and calculating the axial according to given parameters.

6 OBSAH ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV...7 ÚVOD VÝVOJ, ZÁKLADNÉ ROZDELENIE VENTILÁTOROV Rozdelenie ventilátorov Konštrukcia a funkcia axiálneho ventilátora AXIÁLNE VENTILÁTORY (USPORIADANIE, PRINCÍP PRÁCE) Princíp práce axiálneho ventilátora Axiálne ventilátory pre vetraciu techniku Axiálne ventilátory pre priemyselné aplikácie Smer prúdenia vo ventilátoroch Pomerové číslo náboja Spôsob pohonu ZÁKLADNÉ VÝPOČTOVÉ VZŤAHY A RÝCHLOSTNÉ TROJUHOLNÍKY Bernoulliho rovnica Rovnica kontinuality Tlaková strata Rýchlostné trojuholníky ZOSTAVENIE SCHÉMY NÁVRHU AXIÁLNEHO VENTILÁTORA VÝPOČET...32 ZÁVER...37 POUŽITÁ LITERATÚRA

7 ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV a dĺžkový rozmer b dĺžkový rozmer m m c absolútna rýchlosť m.s -1 d priemer m l dĺžkový rozmer m m hmotnosť kg n frekvencia otáčania s -1 pc celkový tlak Pa ps statický tlak Pa pd dynamický tlak Pa r polomer m s hrúbka m t teplota C u obvodová rýchlosť m s -1 w relatívna rýchlosť m s -1 z počet lopatiek E energia J M krútiaci moment N m P príkon W α uhol nábehu Qv objemový prietok m 3 s -1 S plocha m 2 T absolútna teplota K α uhol ξ súčiniteľ odporu η účinnosť μ dynamická viskozita N s m -2 υ nábojový pomer ρ hustota kg m -3 prietokový súčiniteľ ψ tlakový súčiniteľ ω uhlová rýchlosť Δp celkový rozdiel tlaku Pa 7

8 ÚVOD V roku 1885 objavil Nikola Tesla otáčavé magnetické pole, prišiel na konštrukciu trojfázových generátor a elektromotorov, ktoré boli výrobne neuveriteľne jednoduché, účinné a spoľahlivé. Zvláštnosťou je, že veľkú popularitu Teslovi a tým aj jeho riešeniu elektroenergetiky na trojfázovej báze urobili ventilátory. Ventilátor je v dnešnej dobe bežne používaný prístroj nielen v priemysle, poľnohospodárstve, ale aj v stavebníctve, dokonca aj v domácnostiach. Ventilátor je prúdový stroj, ktorý transformuje prácu do plynného média. Jeho úlohou je transportovať objemový prietok plynného média, najčastejšie vzdušniny cez systém zariadenia (potrubný systém spájajúci technologické alebo procesné zariadenia). Systém zariadenia bráni pohybu objemového prietoku vlastným tlakovým odporom, ktorý musí ventilátor prekonávať prostredníctvom nárastu tlaku, nazývaným ako celkový rozdiel tlaku p (Pa). Istou mierou predstavuje hodnota p,ktorú je ventilátor schopný vyvinúť, rozhodujúci technický udaj. Ventilátory slúžia napríklad na výmenu vzduchu v miestnostiach. Pri klimatizácii privádzame príslušne upravený vzduch, takže sa miestnosť vykuruje a vetrá, inokedy zase chladí a podobne. Parné kotly si dnes nemožno predstaviť bez umelého ťahu vytvoreného ventilátormi. Kotlové ventilátory pracujú v mimoriadnych a zložitých podmienkach. Musia zaručiť správny chod kotla pri veľmi širokom rozsahu výkonu a ich reguláciu musí byť veľmi pružná. Sú vystavené značne nepriaznivému pôsobeniu teplôt, chemickým vplyvom prostredia a vysokej abrazivite prostredia. U mlynských ventilátorov musí byť udržaný stály tlak pri minimálnom výkone kotla. V prevádzke sú pracovné podmienky v entilátora podmienené premenlivosťou teploty, prebytkom vzduchu, účinkom komína a podobnými okolnosťami. Ventilátory v parných elektrárňach je možné nazvať pľúcami kotla. Taktiež do kuplových pecí, kováčskych vyhní, plynových generátorov, dopravujeme potrebný vzduch pomocou ventilátorov alebo dúchadiel. Prúdom vzduchu dopravujeme aj ľahké sypké hmoty. Chladenie väčších elektrických strojov zabezpečujú jednoduché ventilátory, ktoré sú umiestnené na rotore motora. V súčasnosti vyrábané ventilátory sú dobre konštrukčne prepracované a dosahujú väčšiu účinnosť než 80%. 8

9 Najväčšie ventilátory boli skonštruované a dodané pre odvetrávanie baní. Pretože spotreba elektrickej energie banských ventilátorov, ktoré musia pracovať nepretržite, je veľmi veľká, musela byť venovaná zvláštna pozornosť konštrukcii a zlepšenej účinnosti. Napriek svojej veľkosti sú dobre regulovateľné, preto sa pomerne jednoducho prispôsobujú prevádzkovým potrebám a podmienkam. 9

10 1 VÝVOJ, ZÁKLADNÉ ROZDELENIE VENTILÁTOROV 1.1 Rozdelenie ventilátorov Dôležitým cieľom pri konštrukcii ventilátorov je, navrhnúť ventilátor pre požadované účely a podmienky, s čo možno najvyššou účinnosťou, aby boli energetické nároky pohonu čo možno najnižšie. V podstate poznáme štyri základné druhy ventilátorov, ktorých označenie sa odvíja od priebehu spojnice smeru prúdenia cez obežné koleso: Obrázok č. 1 Axiálny ventilátor; (6) Spojnica smeru prúdenia prebieha axiálne priamo cez obežné koleso. Obrázok č. 2 Poloaxiálny ventilátor; (6) 10

11 Tento druh je kombináciou axiálneho a radiálneho ventilátora, spojnica smeru prúdenia prebieha zakrivene cez obežné koleso. Obrázok č. 3 Radiálny ventilátor; (6) Spojnica smeru prúdenia prebieha v radiálnom smere (kolmo k osi kolesa) priamo cez obežné koleso. Obrázok č. 4 Axiálny ventilátor bez špirálovej skrine; (4) Spojnica smeru prúdenia prebieha takmer ako pri radiálnom ventilátore so špirálovou skriňou. 11

12 1.2 Konštrukcia a funkcia axiálneho ventilátora Usporiadanie axiálnych ventilátorov: - motor - plášť - držiak motora - lopatka - dýza Sacia dýza má za úlohu zaistiť po celom priereze pred obežným kolesom homogénne rýchlostné pole. V obežnom kolese dochádza k prenosu energie, ktorá má zložku statickú a dynamickú. Za obežným kolesom sa tvorí silné vírivé špirálovité prúdenie, to znamená, že z kolesa odtekajúca vzdušnina má rýchlostnú zložku tangenciálneho (obvodového) smeru. K zmene týchto neužitočných zložiek dynamickej tlakovej energie na statickú tlakovú energiu sa nasadzujú usmerňovače. Sú to do skrine, v smere prúdenia pred alebo za obežným kolesom zaradené vence s usmerňovacími lopatkami. Zodpovedajúc tomu sa nazývajú predné usmerňovače alebo zadné usmerňovače. Spôsobujú zahnutie prúdenia v tom zmysle, že prúdenie za ventilátorom je orientované axiálne. Obrázok č. 5 Radiálny ventilátor bez špirálovej skrine; (6) Ventilátor má obežné koleso vytvorené nábojom a lopatkami a pred ním, alebo aj za ním sú lopatky statora. Náboj má odtokovú časť, pri pretlakových strojoch aj nábehovú časť. Pred obežným kolesom je 12

13 nasávacie hrdlo. Za kolesom je difúzor. Veľké ventilátory sú na strane výtlaku opatrené difúzorom pre hospodárnu transformáciu veľkého dynamického tlaku na statický tlak. Vyhotovenie difúzorov je rôznorodé, závisí od toho, či je použitý zadný usmerňovač alebo nie. Usmerňovače sú vence s usmerňovacími lopatkami zaradené do skrine v smere prúdenia pred alebo za obežným kolesom. Podľa toho rozlišujeme predné alebo zadné usmerňovače. Difúzor mení čas dynamického pretlaku plynu za obežným kolesom na statický pretlak, a preto musí byť jeho tvar dobre vyriešený. Výhodnejšie je vytvoriť difúzor rozšírením plášťa, než zúžením odtokovej časti náboja, od ktorého sa prúd ľahko odtrhuje. Strata vplyvom náhlej zmeny prierezu na konci náboja je menšia, ako pri zakončení náboja vretenovým tvarom. 13

14 2 AXIÁLNE VENTILÁTORY (USPORIADANIE, PRINCÍP PRÁCE) 2.1 Princíp práce axiálneho ventilátora Axiálny ventilátor využívame vtedy, keď ho je možné zabudovať priamo do smeru prúdenia vzduchu. Je v zásade rovnakej konštrukcie ako veterné mlyny (ktoré nie sú poháňané vzduchom, majú vlastný pohon a uvádzajú vzduch do pohybu) alebo ako vrtule lietadla s väčším počtom lopatiek. Pôvodne našli využitie pri malých pretlakoch a výkonoch, dnes sa konštruujú pre zvýšenie pretlaku využívajúc dvojité obežné kolesá tak, že pred obežné koleso sa vkladá rozvádzacie koleso, ktoré slúži nielen k usmerňovaniu, ale aj k regulácii množstva vzduchu. Toto docielime natáčaním rozvodových lopatiek. Takýto spôsob regulácie je veľkou výhodou pre voľbu poháňacieho motora, ktorý nemusí mať premenné otáčky, ale môže byť zostrojený s kotvou nakrátko. Pri návrhu axiálnych ventilátorov je najdôležitejšie stanoviť čo najvhodnejší aerodynamický tvar lopatiek, tzv. profil, ktorý je charakterizovaný tvarom svojho priečneho rezu. Aerodynamika lopatky je definovaná tvarom strednice (tetivou profilu). Jednotliví výrobcovia si vytvorili na základe dlhodobých výskumov vlastné súbory profilov, z ktorých si vyberajú pri návrhu konkrétnej lopatkovej mreže. Často sa využívajú poznatky z aerodynamiky lietadiel. 2.2 Axiálne ventilátory pre vetraciu techniku Usporiadanie rozvádzacieho kolesa: Axiálny ventilátor bez usmerňovača Axiálny ventilátor s predným usmerňovačom Axiálny ventilátor so zadným usmerňovačom Usporiadanie obežných lopatiek: Axiálne ventilátory s pevnými, nenastaviteľnými lopatkami obežného kolesa majú iba nemennú charakteristickú krivku pre dané otáčky. 14

15 Axiálne ventilátory s nastaviteľnými lopatkami obežného kolesa majú viacero charakteristických kriviek, ktoré sa zobrazujú v závislosti od uhla natočenia lopatky. Ich výhodou je zvlášť možnosť doladenia na rôzne prevádzkové podmienky. Štandardným je usporiadanie s lopatkami nastaviteľnými počas odstávky a zadným usmerňovačom. Pre jednoduché vetranie nízke tlaky sa nasadzujú aj usporiadania s lopatkami nastaviteľnými počas odstávky bez usmerňovača. Obrázok č.6 Axiálny ventilátor bez špirálovej skrine; (4) 2.3 Axiálne ventilátory pre priemyselné aplikácie Pri týchto axiálnych ventilátoroch rozlišujeme v praxi tri nasledovné podstatné vyhotovenia: Axiálny ventilátor s nastaviteľnými obežnými lopatkami a pevným zadným usmerňovačom Tieto axiálne ventilátory sú k dispozícii: - S jednotlivo nastaviteľnými lopatkami počas odstávky - S centrálne nastaviteľnými lopatkami počas odstávky 15

16 - So spoločne počas prevádzky regulovateľnými lopatkami obežného kolesa. Toto vyhotovenie ponúka výhody pri regulovaní objemového prietoku a poskytuje veľmi rozsiahly pracovný priestor s dobrou reakciou pri čiastočnom zaťažení. Hydraulické riadenie nastavenia obežných lopatiek je z hľadiska stavu dnešnej techniky bežné. Obrázok č.7 Axiálny ventilátor s nastaviteľnými obežnými lopatkami; (4) Axiálny ventilátor s nastaviteľným predným usmerňovačom a pevnými obežnými lopatkami Vlastnosti tohto axiálneho ventilátora pri čiastočnom zaťažení sú vo väčšine prípadov horšie ako pri axiálnych ventilátoroch 16

17 s regulovateľnými obežnými lopatkami. Výnimočne kvôli svojej robustnej konštrukcii je tento typ prednostne nasadzovaný pre extrémne prevádzkové podmienky ako napríklad: vyššia teplota a vysoký podiel prachu vo vzdušnine. Obrázok č.8 Axiálny ventilátor s nastaviteľným predným usmerňovačom; (4) Axiálne ventilátory s reguláciou otáčok Vďaka dnešnému stavu možnosti regulácie otáčok elektromotorov prostredníctvom frekvenčných meničov je kombinácia s ventilátorom veľmi priaznivá. Zvlášť pri axiálnych ventilátoroch s jednotlivo nastaviteľnými lopatkami s elektromotorom, s nastaviteľnými otáčkami pomocou riadenia frekvenčným meničom, sa dosahujú pozoruhodné výhody: - Priaznivé umiestnenie prevádzkového bodu na charakteristickej krivke axiálneho ventilátora 17

18 - Veľmi dobré vlastnosti pri čiastočnom zaťažení pri zariadeniach s charakteristickou krivkou s kvadratickým priebehom - Priaznivá akustika v rozsahu čiastočného zaťaženia - Jednoduchá mechanická konštrukcia je zárukou bezporuchovej prevádzky Obrázok č.9 Axiálny ventilátor s nastaviteľnými otáčkami; (4) 2.4 Smer prúdenia vo ventilátoroch Smer prúdenia v axiálnom ventilátore je spravidla od obežného kolesa a usmerňovača cez motor, prípadne ložiskovú sústavu. Všetky charakteristické krivky spočívajú na tomto usporiadaní. Môžu však existovať zariadenia, prípadne technologické dôvody, ktoré si vyžadujú umiestnenie motora na strane nasávania. Prednostný smer prúdenia D, pretože pri smere prúdenia S musí byť charakteristická krivka devalvovaná a tým klesá účinnosť. 18

19 Obrázok č.10 Štandardné prevedenie (výtlak cez motor); (2) Obrázok č.11 Zvláštne prevedenie (nasávanie cez motor); (2) 2.5 Pomerové číslo náboja Pod pojmom pomerové číslo náboja sa rozumie pomer priemeru náboja obežného kolesa k vonkajšiemu priemeru obežného kolesa. Pri axiálnych ventilátoroch ležia hodnoty pomerov približne medzi 0,25 až 0,63. 19

20 2.6 Spôsob pohonu Obrázok č.12 Axiálny ventilátor s priamym pohonom; (4) Axiálny ventilátor v normálnom prevedení s priamym pohonom. Prevedenie: obežné koleso na hriadeli motora. Obrázok č.13 Axiálny ventilátor s pohonom cez remeňový prevod ; (4) 20

21 Axiálny ventilátor s pohonom cez remeňový prevod (motor namontovaný na skrini ventilátora) v ľahkom prevedení pre vetraciu techniku. Vyhotovenie: obežné koleso hnané cez remeňový prevod. Obrázok č.14 Axiálny ventilátor s pohonom cez remeňový prevod; (4) Axiálny ventilátor s pohonom cez remeňový prevod ( motor separátne na základovom ráme). Vyhotovenie: obežné koleso hnané cez remeňový prevod. Veľký axiálny ventilátor dvojstupňový so spoločným dvojitým uložením s priamym pohonom cez spojku a medzihriadeľ. Umiestnenie motora je mimo prúdenia vzdušniny. Obrázok č.15 Veľký axiálny ventilátor; (4) 21

22 Veľký axiálny ventilátor jednostupňový s dvojitým uložením s priamym pohonom cez spojku a medzihriadeľ. Umiestnenie motora je vertikálne, mimo prúdenia vzdušniny. Obrázok č.16 Vertikálna zostava; (4) Veľký axiálny ventilátor jednostupňový, obežné koleso na hriadeli motora. Elektromotor v priestore prúdenia vzdušniny. Obrázok č.17 Vertikálna zostava; (4) 22

23 3 ZÁKLADNÉ VÝPOČTOVÉ VZŤAHY A RÝCHLOSTNÉ TROJUHOLNÍKY 3.1 Bernoulliho rovnica Veličiny ideálneho prúdenia /Bernoulliho rovnica/ Prúdenie je definované hodnotami rýchlosti, statického tlaku a geodetickej výšky. To sú veličiny, ktoré sú navzájom spojené prostredníctvom Bernoulliho rovnice. Vyjadruje, že pre každý bod prúdenia je súčet rýchlostnej, tlakovej a výškovej energie rovnaký: 2. c ps. g. h 2 = konštanta [1] ρ = hustota v kg.m -3 c = stredná rýchlosť prúdenia v m.s -1 ps = statický tlak v Pa g = tiažové zrýchlenie = 9,81 m.s -2 h = geodetická výška v m Pri prúdení vzduchu sa výškový člen rovnice ρ.g.h, tzn. hmotnosť stĺpca vzduchu kvôli zanedbateľným hodnotám vynecháva. Po úprave má rovnica nasledovný tvar: (ρ/2). c 2 +ps = konštanta. Člen (ρ/2). c 2 sa nazýva rýchlostný tlak alebo dynamický tlak pd a súčet dynamického a statického tlaku nazývame ako celkový tlak pt pt =. c 2 2 p s p d p s [2] Beurnolliho rovnica vypovedá o tom, že celkový tlak je v každom mi ešte prúdenia rovnako veľký. Jednoduchým príkladom pre objasnenie je prúdenie cez kanál s meniacim sa prierezom. 23

24 Obrázok č.18 Kanál s meniacim sa prierezom; (2) 3.2 Rovnica kontinuality Druhou základnou rovnicou je rovnica kontinuality. Hovorí, že v každom mieste nerozvetveného potrubného systému je objemový prietok (pri konštantnej mernej hmotnosti) rovnako veľký. V = c. A = konštanta [3] V = objemový prietok v m 3. s -1 c = rýchlosť prúdenia v m.s -1 A = prietoková plocha v m 2 24

25 3.3 Tlaková strata V protiklade k ideálnemu prúdeniu vznikajú pri reálnom prúdení tlakové straty, ktoré musí ventilátor v zariadení prekonávať. Rozoznávame dva rôzne odpory: a) Trecí odpor b) Tvarový odpor (nazývaný tiež tlakový odpor) Tlakové straty zapríčinené trecím odporom Tieto tlakové straty, ako je už podľa názvu zrejmé sú zapríčinené trením prúdiaceho vzduchu, kde pre výpočet platí nasledovná rovnica: Pre potrubie kruhového prierezu: l pv =.. pd [4] d p označuje rozdiel tlaku, medzi dvoma miestami potrubia zo vzájomnou vzdialenosťou l. Pre kanály ľubovolného prierezu: l pv =.. pd [5] d h dh = A 4. [6] U λ = koeficient trenia l = dĺžka potrubia v m d = priemer potrubia v m 25

26 dh = hydraulický priemer potrubia v m A = prierezová plocha v m 2 U = zmáčaný obvod v m Hodnoty koeficientov trenia λ sú zobrazené v diagramoch a sú závislé od drsnosti povrchu steny kanála a Reynoldovho čísla prúdenia: Re = c.d [7] γ je kinematická viskozita tekutiny, pre vzduch pri teplote 20 C je γ = m 2.s -1 Tlakové straty zapríčinené tlakovým odporom Tlakové straty zapríčinené tlakovým odporom môžu mať rôzne príčiny, napríklad ohyby, rozvetvenia, zmeny prierezu a prietokovej plochy, regulačné orgány, vstavané dielce ako ohrievače, chladiče, filtre, atď. Ich výpočet je stanovený nasledovným vzťahom: pv = 2..c.p [8] d 2 ξ = súčiniteľ odporu Straty zapríčinené zväčšením prierezu Jedným z dôležitých tvarových odporov, ktorý sa dá dostatočne presne vypočítať je skokové zväčšenie prierezu. Strata, ktorá vzniká spomalením prúdenia z rýchlosti c1 na c2 sa nazýva skoková strata. Môže byť vyjadrená nasledovnou rovnicou: 2 pv =ξ.. c c = ξ. 2 2 A1. c1. 1 [9] A 2 2 Bernoulliho rovnica pre reálne prúdenie 26

27 Bernoulliho rovnica sa dá prostredníctvom člena trecích a tvarových strán rozšíriť pre použitie na reálne prúdenie. Pre dva body prúdenia potom platí: n m 2 2 i. c 1 p1. c2 p2 i. pdi i 1 i 1 d i l p di [10] Pričom n i 1 m i 1. p = súčet všetkých tvarových odporov i i di l i.. pdi = súčet všetkých trecích odporov d 3.4 Rýchlostné trojuholníky Priebehy prúdenia vo ventilátore sa dajú názorne vyjadriť pomocou rýchlostných trojuholníkov. Pričom: index 0 nábeh predného usmerňovača index 1R nábeh obežného kolesa, prípadne výstup predného usmerňovača (kruhový prierez) index 2 výstup obežného kolesa, prípadne nábeh zadného usmerňovača index 3 výstup zadného usmerňovača c w u absolútna rýchlosť relatívna rýchlosť obvodová rýchlosť obvodového kolesa Absolútna rýchlosť prúdenia c je vždy vektorovým súčtom obvodovej rýchlosti u a relatívnej rýchlosti prúdenia. c = u + w c1r je bezvírivá absolútna nábehová rýchlosť do obežného kolesa ( kruhový prierez je podmienkou). 27

28 Smer otáčania obežného kolesa Obrázok č.19 Rýchlostné trojuholníky; (2) a) Axiálny ventilátor bez usmerňovača 28

29 Obrázok č.20 Rýchlostné trojuholníky axiálny ventilátor bez usmerňovača; (2) b) Axiálny ventilátor so zadným usmerňovačom Obrázok č.21 Rýchlostné trojuholníky axiálny ventilátor so zadným usmerňovačom; (2) c) Axiálny ventilátor s predným usmerňovačom 29

30 Obrázok č.22 Rýchlostné trojuholníky axiálny ventilátor s predným usmerňovačom; (2) d) Axiálny ventilátor s protibežnými kolesami Pre dosiahnutie vyšších tlakov môžu byť niektoré axiálne ventilátory osadené protibežnými kolesami. K tomu sú potrebné dva kompletné ventilátory, každý s motorom, ktoré sa otáčajú protibežne, inštalované tak, aby obe obežné kolesá boli zoradené priamo proti sebe. Protibežné ventilátory nevykazujú v porovnaní s dvojstupňovými súbežnými axiálnymi ventilátormi aerodynamicky žiadne významné rozdiely. Vývin hluku je však pri protichodných axiálnych ventilátoroch značne nevýhodnejší ako pri dvojstupňových súbežných axiálnych ventilátoroch. u je obvodová rýchlosť obežného kolesa, ktorá vyplýva z otáčok obežného kolesa: u = d d.. n = [11] ω uhlová rýchlosť obežného kolesa v s -1 u obvodová rýchlosť v m.s -1 d priemer na priereze lopatiek v m n otáčky obežného kolesa v min -1 w1 je relatívna nábehová rýchlosť prúdenia na lopatke. Vyplýva z vektorového súčtu vstupnej rýchlosti c1 a obvodovej rýchlosti u. Dĺžka vektora je pritom rovná absolútnej hodnote rýchlosti. Zmena z w1 na w2 sa uskutočňuje prostredníctvom zakrivenia a lopatkového tvaru kanála. c2 je absolútna rýchlosť na výstupe z lopatkovej mriežky a zároveň aj vstupná zložka pre zadný usmerňovač. 30

31 4. ZOSTAVENIE SCHÉMY NÁVRHU AXIÁLNEHO VENTILÁTORA Schéma výpočtu axiálneho ventilátora Zadané Q, p,n,μq,μm,ρ,t Zvolíme prietokový súčiniteľ φ a tlakový súčiniteľ ψ Z prietokového alebo tlakového súčiniteľa vypočítame d2, d1 zvolíme nábojový pomer d 2 Vypočítame axiálnu rýchlosť Vypočítame cu a z rýchlostného trojuholníka w s Zvolíme počet lopatiek z Zvolíme typ profilu Vypočítame priebeh c l. l Vypočítame dĺžku tetivy l zo súčinu c l. l Určí sa α a uhol nastavenia profilu Vypočítame príkon ventilátora 31

32 5. VÝPOČET PARAMETROV Zadané parametre: Q 4.2 m 3.s -1 p 400 Pa N 1460 min -1 μq 0,78 μm 0,98 ρ 1,2 kg.m -3 Zvolíme prietokový a tlakový súčiniteľ φ = 0,2-0,3 volím φ = 0,28 ψ = 0,2-0,5 volím ψ =0,25 Z prietokového alebo tlakového súčiniteľa vypočítame d2 d - zvolíme nábojový pomer υ= d 1 2 a zvolíme výpočtové polomery d/2. Eck empirický vzťah υ = 0,5 z toho d1 =0,33 4 φ = 2. Q 3 z toho d2 = 3 d 2 4Q 2.. N. = 0,6298 m 2 ψ = 2 p /. 2 2 d 2. N z toho d2 = 2 p / = 0, N 2. d2 volím 0,63 32

33 Axiálna rýchlosť Q Cax = 2 2 / 4. d d 2 1 4,2 = 2 / 4. 0,63 0,31 2 Cax = 17,77 = 18 [ m.s -1 ] Vypočítame cu a z rýchlostného trojuholníka ws. cu = p. u. q = 400 = 17,74 22,54 Ws 2 = cax 2 + ( π.d.n- c u ) 2 2 Ws = 18 + ( 14,095 7,865) Ws = ,23 Ws = 24,23 [ m.s -1 ] U[ m.s -1 ] R [ m ] cu [ m.s -1 ] Ws [ m.s 1 ] 24,08 0, ,74 24,23 30,1 0, ,58 29,85 36,12 0, ,49 35,74 42,14 0, ,99 41,73 48,16 0,315 9,86 47,75 Zvolím počet lopatiek z - aby pomerný rozstup s/l ležal medzi 0,5 na d1 a 1,5 na d2 ( rozsah 0,75 1,25). Volím počet lopatiek z = 8. 33

34 Volím profil lopatky 623 Pre profil 623 je cl = 0, ,032 ω. ω je uhol medzi ws a tetivou profilu. Pre ω = -4,5 je cl 0. Profil lopatky 623 a grafické zobrazenie priebehu Vypočítame priebeh cl.l Z rovnice cl.l = polomeroch: 4. p w s... z. q sa vypočíta priebeh cl.l po výpočtových CL.l = CL.l = 4.. p w s... z. q = 0, ,23.1,2.156,97.0,78 34

35 R [m ] CL.l 0,1575 0,1764 0,1978 0,1432 0,2372 0,1196 0,2766 0,1024 0,315 0,0895 Vypočítame dĺžku tetivy l Pre zvolený profil a jeho závislosť cl = f ( ) sa zvolí priebeh cl.l na výpočtových polomeroch. Na d1 0,9 a na d2 0,45. Potom je možné vypočítať dĺžku tetivy l zo súčinu cl.l. R [ m ] CL.l [ m ] CL [ - ] l [ m ] s/l [ - ] 0,1575 0,1764 0,9 0,178 0,705 0,1978 0,1432 0,7324 0,178 0,8276 0,2372 0,1196 0,6118 0,178 1,0534 0,2766 0,1024 0,5236 0,178 1,2271 0,315 0,0895 0,4579 0,178 1,395 35

36 Určí sa α uhol nastavenia profilu c Na každom polomere sa vypočíta s = arcos w = f ( ) a uhol nastavenia profilu v mreži s -. ax s zo vzťahu cl s = arcos c w ax s s = 18 24,23 = 42,02 s s - 42,02 5,25 36,77 47,98 52,91 3,43 49,48 37,09 59,76 2,12 57,64 30,24 64,45 1,16 63,29 25,55 67,85 0,45 67,40 22,15 Príkon ventilátora - t.j. pohon musí zabezpečiť : P = P = Q. p m 4, ,98 [ W ] = 1714 W = 2 kw. 36

37 ZÁVER Cieľom mojej bakalárskej práce bolo popísať vývoj a základné rozdelenie ventilátorov. V jednotlivých kapitolách práci sa venujem definícii axiálnych ventilátorov. Zameriavam sa najmä na usporiadanie a princíp činnosti axiálnych ventilátorov, základných výpočtových vzťahov a rýchlostným trojuholníkom. Posledná kapitola práce je venovaná výpočtu axiálneho ventilátora podľa zadaných parametrov. 37

38 POUŽITÁ LITERATÚRA 1. BACK,O. Ventilátory, Praha SNTL, III - 4 B2 L13 2. ČERMÁK,J. Ventilátory, Praha SNTL, ISBN ČERNÝ, F. Kotelní ventilátory, Praha SNTL, L-12-B3-4-II 4. GRUNDMANN, R. Ventilátory, Aachen, voľný preklad 5. KOŘÍNEK, B. Čerpadla, kompresory, dmychadla a ventilátory, Ostrava: ESVB NOVÝ, R. Ventilátory, Praha ČVUT, ISBN TOMÁŠEK, J. Stroje, Praha: SNTL,