regulacja_wydajnosci_wentylatora_1.pdf

POLITECHNIKA Ł ÓDZKA

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI

ZAKŁ AD ELEKTROWNI

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

REGULACJA WYDAJNOŚCI

WENTYLATORA PROMIENIOWEGO

Ł ÓDŹ 2008

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest poznanie i analiza ekonomiczno-techniczna sposobów

regulacji wydajności wentylatorów promieniowych. Metody i przyrządy pomiarowe użyte

w ćwiczeniu stanowią też dobrą ilustrację do poznania sposobów pomiaru natężenia

przepływu oraz ciśnienia statycznego i dynamicznego.

WSTĘP

Zastosowanie wentylatorów w elektrowniach cieplnych jest dość szerokie. Obok

pomp hydraulicznych stanowią one największą grupę urządzeń pomocniczych zarówno

pod względem liczby, jak i sumarycznej mocy. Do największych i najważniejszych

wentylatorów stosowanych w elektrowniach należą wentylatory powietrza (podmuchu)

oraz wentylatory spalin (ciągu). Ponadto wyróżnić można wentylatory młynowe,

wentylatory stosowane w tzw. chłodniach wentylatorowych do chłodzenia skraplaczy

turbin, wentylatory w układach odpopielania pneumatycznego oraz szereg wentylatorów

stosowanych w różnych układach chłodzenia: (generatorów, transformatorów itp.).

Do najważniejszych układów automatycznej regulacji, w których wentylatory są

elementami wykonawczymi, zaliczamy:

• UAR podmuchu,

• UAR ciągu,

• UAR młynów węglowych.

W układach tych wentylatory pracują w rytmie pracy bloku energetycznego (kotła), zatem

przy zmianach obciążenia turbozespołu, zachodzi konieczność zmiany ich wydajności.

Wentylatory zalicza się do wirnikowych maszyn roboczych, służących do

przetłaczania gazów i par. Mogą one pracować jako urządzenia wyciągowe, podmuchowe

lub jako ssąco-tłoczące.

Wielkości charakteryzujące pracę wentylatorów, to:

• wydajność masowa, strumień masy - masa czynnika przepływającego w jednostce

czasu przez płaszczyznę wlotu wentylatora ssącego lub ssąco-tłoczącego lub przez

płaszczyznę wylotu wentylatora tłoczącego, kg/s;

• wydajność objętościowa, strumień objętości - objętość czynnika przepływającego

w jednostce czasu przez wentylator, określona ilorazem wydajności masowej i gęstości

czynnika w płaszczyźnie wlotu wentylatora ssącego lub ssąco-tłoczącego lub

płaszczyźnie wylotu wentylatora tłoczącego, m

3 /s;

• przyrost ciśnienia statycznego, spiętrzenie statyczne Δ p - różnica ciśnienia

statycznego w płaszczyźnie wlotu i wylotu wentylatora, Pa;

• przyrost ciśnienia dynamicznego, spiętrzenie dynamiczne Δ p d - różnica ciśnienia

dynamicznego w płaszczyźnie wlotu i wylotu wentylatora, Pa;

• przyrost ciśnienia całkowitego, spiętrzenie całkowite Δ p c - suma przyrostu ciśnienia

statycznego i dynamicznego wentylatora, Pa;

• moc pobierana przez maszynę P - moc na sprzęgle (wale) wentylatora, W;

• moc użyteczna P u - przyrost użytecznej postaci energii czynnika przenoszonego

w jednostce czasu, W. W przypadku gdy przetłaczany czynnik traktuje się jako gaz

nieściśliwy, a więc jego gęstość przyjmuje jako stałą, moc użyteczną można obliczyć ze

wzoru:

= ⋅ & ; (1)

• Prędkość obrotowa wentylatora n - liczba obrotów wirnika w jednostce czasu, obr/s;

u PV c

• Sprawność całkowita wentylatora η c :

η =

(2)

Wyżej wymienione wielkości podaje się na ogół dla znamionowej wydajności wentylatora.

W przypadku, gdy wentylator pracuje przy innej wydajności, wielkości charakterystyczne

określa się na podstawie tzw. charakterystyk graficznych. Najważniejszą z nich jest tzw.

c harakterystyka wentylatora , czyli zależność przyrostu ciśnienia całkowitego w

zależności od wydajności przy stałej prędkości obrotowej:

Δ= & (3)

Na wspólnym wykresie nanosi się zwykle jeszcze dwie zależności: mocy pobieranej przez

wentylator w zależności od wydajności oraz sprawności całkowitej w funkcji wydajności:

( )

c pf

( )

(4)

( )

η =

(5)

Na rys. 1 przedstawiono przykładowe charakterystyki wentylatora.

550

500

450

400

350

Δ p c

300

Δη c

250

200

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

3100

3300

Rysunek 1. Charakterystyki wentylatora

Wentylator przetłaczając czynnik przez rurociąg lub kanał musi pokonać opory

przepływu, które zależą od kształtu rurociągu lub kanału oraz od natężenia przepływu

czynnika. Na ogół opory te określa się ilościowo na podstawie tzw. charakterystyki

oporów, czyli graficznie przedstawionej zależności określającej całkowity spadek

ciśnienia na skutek pokonywania oporów rurociągu w zależności od natężenia przepływu

czynnika:

( )

Δ= & (6)

Przy ustalonej pracy wentylatora (stały przepływ czynnika), występuje równowaga

między przyrostem energii czynnika w wirniku, a stratą energii czynnika w rurociągu na

skutek tarcia, co wyraża się równością przyrostu ciśnienia w wentylatorze i spadku

ciśnienia w rurociągu:

r pf

Δ =Δ . (7)

Na rys. 2 pokazano graficznie sytuację opisaną wzorem (7). Punkt przecięcia

charakterystyki wentylatora i oporów rurociągu nazywany jest punktem pracy wentylatora.

Określa on aktualną wartość przyrostu ciśnienia i natężenie przepływu czynnika w

wentylatorze.

550

500

450

Δ p r

400

Δ p 1

350

Δ p c

300

250

200

V 1

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

3100

3300

Rysunek 2. Punkt pracy wentylatora.

Charakterystyki wentylatorów i oporów sieci przedstawiane są zawsze dla ustalonej

umownej gęstości powietrza ρ=1,2 kg/m 3 (tzw. warunki umowne: ciśnienie 101,3 kPa,

temperatura 293,15 K). Jeżeli zachodzi konieczność przeliczenia charakterystyki na inne

warunki, można wykorzystać w pierwszym przybliżeniu równanie Clapeyrona dla gazu

doskonałego.

Z rysunku 2 wynika, że zmiana punktu pracy oznacza zmianę wydajności

wentylatora. Można to osiągnąć, zarówno poprzez zmianę charakterystyki wentylatora, jak

i rurociągu (kanału, sieci). W praktyce stosuje się trzy sposoby zmiany wydajności

wentylatora przetaczającego czynnik przez rurociąg.

1. Zmiana charakterystyki oporów poprzez dławienie przepływu w rurociągu. Jest to

najprostszy sposób regulacji wydajności, ale zarazem nieekonomiczny, ponieważ

charakterystyka wentylatora pozostaje stała - wprowadzony zostaje dodatkowy opór do

pokonania przez wentylator. Ten sposób regulacji ilustruje rys. 3.a.

2. Regulacja za pomocą zmianę prędkości obrotowej wirnika. Związana jest

z zastosowaniem napędu o zmiennej prędkości obrotowej (np. sprzęgło

hydrokinetyczne, silnik prądu stałego, silnik indukcyjny zasilany poprzez przetwornicę

częstotliwości). Jest to najbardziej ekonomiczny sposób regulacji, można go stosować

do każdego typu wentylatora bez potrzeby zmiany jego konstrukcji. Podczas tego typu

regulacji ulegają zmianie charakterystyki wentylatora (rys. 3.b.).

3. Regulacja aerodynamiczna. Polega na zmianie kształtu lub położenia elementów

konstrukcyjnych wentylatora. Mogą to być tzw. kierownice wstępne - nieruchome

łopatki połączone z obudową wentylatora. Poprzez zmianę ustawienia kąta tych

łopatek zmienia się kinematyka przepływu czynnika. Koszt wykonania takiego

mechanizmu jest nieduży, jednak zakres regulacji niewielki. Innym sposobem regulacji

aerodynamicznej jest nastawianie (podczas ruchu) łopatek wirnika. Zasada działania

jest podobna jak w przypadku kierownic wstępnych, ale koszt mechanizmów jest o

wiele większy. Regulacja ta jest bardzo czuła i można ją stosować w szerokim zakresie

zmian wydajności. W obydwu przypadkach regulacji aerodynamicznej następuje

zmiana charakterystyk wentylatora (rys. 3.b.).

Rysunek 3.

Sposoby regulacji wydajności wentylatorów: a) dławieniowa, b) przez

zmianę prędkości obrotowej i aerodynamiczna (linia przerywana)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: