integralne meritve delovnih karakteristik turbinskih...

INTEGRALNE MERITVE

DELOVNIH KARAKTERISTIK TURBINSKIH STROJEV

NA

ODPRTIH PRESKUŠEVALIŠČIH

Eksperimentalno modeliranje

vsebuje oblikovanje funkcijskih odvisnosti med spremenljivkami poljubnih procesov v strojih in napravah. Spremenljivke so največkrat dobljene z meritvami ali z numeričnimi simulacijami na različnih krajevnih in časovnih skalah

INTEGRALNE MERITVE

-delavne karakteristike strojev-meritve funkcionalnih spremenljivk na strojih in napravah-meritve spremenljivk procesov……

LOKALNE ČASOVNOSPREMENLJIVE VELIČINE

meritve časovno in prostorskovariabilnih spremenljivk:-hitrosti tekočin,-tlaka,-temperature,-koncentracij,-vibracije…….

Integralski pristop Diferencialni pristop

TESTIRANJE DELOVNIH KARAKTERISTIK TURBINSKIH STROJEV

NA ODPRTIH

PRESKUŠEVALIŠČIH

Najpogosteje se uporabljajo “ODPRTE”

eksperimentalne postaje za merjenje delovnih karakteristik ventilatorjev.Stanje na mejah opazovanega delovnega stroja določa lastnosti in sposobnost stroja.Meje delovnega stroja so določene z: geometrijskimi, snovnimi in energijskimi parametri.Postopki merjenja so standardizirani

in primerljivi med

seboj.

Načini vgradnje ventilatorja:

A-vgradnja ventilatorja v steni,B-prosta vstopna ravnina ventilatorja in izstop v tlačni cevovodC-priključena sesalna cev in prosta izstopna ravnina,D-vgradnja ventilatorja v cev

A

B C

D

Merjenje

in vrednotenje

•Merjenje absolutnega atmosferskega tlaka•Merjenje temperature (suhi , mokri termometer)•Merjenje statičnega tlaka•Izračun gostote zraka•Izračun volumskega -

masnega pretoka fluida

•Merjenje

ali izračun totalnega tlaka•Algoritmi izračuna karakteristike ventilatorja•Določanje normiranih karakteristik ventilatorja

Spremenljivke mernega

sistema:

-Ax

presek kanala na poljubni lokaciji testne sekcije-A1

vstopni presek ventilatorja-A2

izstopni presek ventilatorja-t

temperatura fluida

-absolutna temperatura fluida-td

temperatura suhega termometra-tw

temperatura vlažnega termometra-pa

atmosferski tlak-px

statični tlak -specifična gostota medija na lokaciji x

-volumski pretok na lokaciji x

15,273+= tθ

xw

xx R

pθ

ρ =

x

mVx

qqρ

=

sax ppp Δ±=


sistema:

-dinamični tlak na lokaciji x

-diferenca totalnega tlaka

-srednja gostota fluida

-specifična energija toka

-faktor razporeditve kinetične energije

22

21

2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

x

m

x

mvxdx A

qvpρ

ρ

12 ttt ppp −=Δ

221 ρρρ +

=m

22

21

1

22

212 m

Am

Am

vvppy ααρ

−+−

=

2

2

mxm

Axx

Ax vq

dAv∫∫=

ρα


sistema:

-aerodinamska

moč

ventilatorja

-n vrtilna frekvenca rotorja ventilatorja

-aerodinamski

izkoristek ventilatorja

-Re

na lokaciji x

-brezdimenzijska

števila

yqP mu =

r

u

PP

=η

x

m

x

xmxDx D

qDvπμν4Re ==

uDq

rm

m2ρ

=Φ2u

p

m

t

ρΔ

=Ψη

λ ΦΨ=

Zaznavala:Tlačna zaznavala:

Umerjanje tlačnih zaznaval se izvaja z etalonskimi

tlačnimizaznavali z merilno negotovostjo +-

0,25%

odnosno manjše 0,5 Pa.

Pozicija manometra:

L1

L2

L3

L4

L1

=L2

=L3

=L4

Konstrukcija tlačnih priključkov:

1,5 <a < 5 mm < 0,1 D

Oblika tlačnega priključka in izvrtine v steno cevovoda signifikantno vpliva na izmerjeno vrednost.Srednjo vrednost statičnega tlaka po merjenem preseku lahko izvedemo z simetrično povezavo tlačnih priključkov.

Temperaturna zaznavala:Merilna negotovost temperaturnih zaznaval je cca

±0,5 ºC po

izvedbi kalibracije

zaznavala.Če je zaznavalo vstavljeno v zračni tok, vpliva na meritev hitrost gibanja fluida. Vrednost izmerjene temperature se nahajablizu totalne temperature, ki upošteva tudi kinetični del energijeČe je hitrost toka cca

25 m/s se temperatura poveča za cca

0,31

oC

Merjenje temperatur se izvaja z:Hg

termometri, polprevodniškimi termometri

in termočleni.

Termometri so normalno postavljeni neposredno v zračni tok na 1/3 premera cevovoda. Temperaturi suhega in vlažnega termometra sta izmerjeni na vstopu v zračni kanal. “Mokri termo”

meter mora biti izpostavljen gibanju zraka (minimalna hitrost cca 3m/s)

Meritve moči:

Meritve moči na ventilatorjih so izvedene preko večparcialnih meritev. Skupna dovoljena merilna negotovost znaša ±2%-meritve moči z merjenjem sile reakcije

na ohišju el.motorja

Merilna negotovost –sila ±0,2%, dolžina ročice ±0,2%, -merilnik torzijskega momenta

–

merilna negotovost manjša od

±0,2%, Potrebna je kontrola momenta pred in po izvedbi posameznih meritev.-Meritev moči na osnovi merjenja električnih veličin

el. motorja

(napetost, tok, vrtilna frekvenca in podatkov na el.motorju

v nominalni obratovalni točki (cos

φ, izkoristek el.motorja)

Merilna negotovost (napetost ±6%, frekvenca ±1%) Priporočena je izvedba z umerjanjem el.motorja!

Meritve geometrijskih karakteristik:

Za določevanje aerodinamskih

karakteristik so izrednega pomenaizmere geometrijskih parametrov kot so (premeri cevi in oblike)-Merilna negotovost pretočne površine naj ne presega vrednosti ±1%.

Pri izmeri prečnih presekov se izbere več

ekvidistančnihmeridianskih

ravnin, kjer se izvede meritev pripadajočih premerov.

Če je prisotno odstopanje večje od ±2% , se število merilnih ravninpodvoji.

Obstajajo različni empirični algoritmi izračuna gostote:

kjer je uparjalni tlak podan z:

Pri temperaturah nižje od 23 oC

lahko uporabimo poenostavljeno obliko katere negotovost ne presega ±0,5%

( )( )a

vaa t

pp+

−=

2731000378,0484,3ρ

( )waanasv ttAppp −−=

( )a

aa t

p+

=2731000

468,3ρ

Izračun gostote zraka:

Za določevanje Re

števila je potrebno poznati viskoznost plina. Vpliv viskoznosti je signifikanten v mejni plasti in vpliva na točnost merjenja volumskega pretoka.

Izračun viskoznosti zraka:

Viskoznost zraka je značilno odvisna od temperature. V področju -20oC do 100oC se uporablja formula: ( ) 610048,01,17 −+= xtμ

Izračun volumskega toka fluida:

Obstaja več

možnih merilnih postopkov za merjenje masnega odnosno volumskega pretoka zraka. Med najpogostejše spadajometode na principu zastojnega tlaka.-merjenje z zaslonko,-venturijevimi

šobami ali cevmi

Pogoste so izvedbe z več

paralelno vgrajenimi elementi,ki omogočajo meritve v širokem merilnem področju ob Zagotavljanju majhne merilne negotovosti.Obstajajo vgradnje v cevovodih, na začetku cevovoda in naizstopu iz cevovoda.Izbor, konstrukcija in izdelava opreme na tem področju temeljiNa standardu ISO 5167-1

Pri prehodu tekočine skozi zožitev se hitrost poveča, statični tlak pa se zmanjša v skladu z gibalno -

Bernulievo

enačbo. Ta fenomen se uporablja za določevanje volumskega ali masnega pretoka za ne stisljive in stisljive tekočine.Slabost teh metod so tlačne izgube, ki so posledica ovire v pretočnem polju.Velikost izgub je pri enaki tlačni diferenci na merilniku odvisna predvsem od tipa merilnika.Tlačna izguba vpliva preko produkta z volumskim pretokom na energetske izgube, ki nastanejo pri tem.

Tlak na steni cevi Tlačne izgube

Tlak v osicevi


o

izgizg VpP Δ=

Izračun volumskega toka fluida:Splošni izraz za izračun masnega pretoka diferencialnega tlačnegaMerilnika je podan z izrazom:

pdq um Δ= ραεπ 24

2

Qm

masni

pretok fluidad

premer

merilnika na mestu zožitve

ρu

gostota

zraka pred vstopom v merilnik pretokaΔp

diferenca

statičnega tlaka na priključkih merilnika pretoka

α

koeficient

pretoka

ε

ekspanzijski

koeficient1ppΔ

=ε

Re),(mf=α

νwD

AAm == Re,

1

0

pdq um Δ= ραεπ 24

2


Pretočni -

kontrakcijski

koeficijent

αje odvisen od razmerja vstopnega preseka in preseka na mestu zožitve merilnika pretoka m, ter Re

števila,

Izračunanega na vstopnem preseku merilnika

Pri dovolj velikih Re

številih je α

konstantna za izbrano razmerje

m

m=kons

V področjih z manjšimi Re

števili je odstopanje α

večje. Standard predvideva korekcijo koeficienta

α

Rekoαα =


kRe

νwD

AAm == Re,

1

0

Volumski pretok -

konstrukcija zaslonk

Izračun izvedba in montaža zaslonk se izvaja v skladu z različnimi standardi in priporočili kot so: AGA, ASME, ASA, DIN, GOST….Pri preračunu zaslonke moramo upoštevati:(snovne lastnosti fluida, homogenost medija, Re

število,

agresivnost medija, temperatura, tlak,….)Tok fluida

mora biti brez vrtinčenja, osno simetričen in

stacionaren.Izrednega pomena so izvedba in lokacija priključkov.Pri zaslonki je pomembna oblika grla in hrapavost površine.

Standardna zaslonka je koncentrična ostroroba zaslonka.Najpogostejša izvedba zaslonke po standardu DIN 1952.Premer grla d je najpomembnejša mera, ki je kontrolirana z mikrometrom v več

ravninah. Srednja

vrednost predstavlja nominalni premer grla zaslonke.Vstopni rob zaslonke mora biti oster -

ne raziglen.

Volumski pretok-konstrukcija zaslonk

Šobe se uporabljajo za merjenje pretokov na cevovodnih sistemih premera D>50 mm in 0,05<m<0,65.Tlačne izgube na šobah so manjše kot na zaslonkah, kar predstavlja eno od osnovnih prednosti. Pri abrazivnih

tekočinah so šobe manj občutljive na

spremembo oblike zaradi erozije.

Volumski pretok-konstrukcija šob

Predstavljena je šoba izdelana po ASME priporočilih, kjer je kontura grla oblikovana po elipsi različnih goriščnih razdalji.Profil šobe se kontrolira pr izdelavi (CNC ali šablona)Položaj merjenja je mogoč

v vseh legah.

Točnost meritev je enaka pri zaslonki kot pri šobi !!


Po priporočilih ISO/TK 30 pod nazivom normalna Venturijeva

cev spada predstavljeni merilnik pretoka,

sestavljen iz: vstopnega konusa in izstopnega difuzorja

pod kotom φ

=5 do 15 o.

Vstopni konus in cilindrična cev morata biti soosna.Prednost Venturijeve

cevi je v tem, da za izstopnim

difuzorjem

ni potrebna signifikantna razdalja ravnega cevovoda.


Venturijeva

šoba je merilnik pretoka, kjer je sprednji vstopni del oblikovan kot šoba, izstopni del pa kot venturijeva

cev -

difuzor, ki zagotavlja rekuperacijo

tlaka in zmanjšuje izgube v cevovodnem sistemu. Poznamo kratke in dolge izvedbe.


Tlačne diference in izgube tlakov na različnih izvedbah merilnikov

1-

konično odnosno zaobljenoustje grla šobe2-

zaslonka

3-venturije

cev z vstopnim inizstopnim konusom

d/D

1din

izg

ppΔ

Načini

vgradnje

pretokomerilcev

•

Vgradnja

v cevovod

DD 02,05,0 ±

DD 02,05,0 ±DD 1,0±

Načini

vgradnje

pretokomerilcev

•

Vgradnja

na

izstopu

iz cevovoda

Načini

vgradnje

pretokomerilcev

•

Vgradnja

na

vstopu

v cevovod

Integralne karakteristike ventilatorjaKarakteristike ventilatorje so običajno podane pri konstantnih robnih pogojih:-izbrani vrtilni frekvenci rotorja ventilatorja no

in-izbrani nominalni gostoti fluida

( pri zraku je to največkrat ρo

=1,2 kg/m3

Karakteristika se lahko poda v obliki:Diference totalnih tlakov ali pa diference statičnega tlaka na ventilatorju v odvisnosti od volumskega pretoka fluida

-Δpt

diferenca totalnega tlaka-Δps

diferenca statičnega tlaka-qv1 volumski pretok preračunan na vstopne pogoje-P moč

na gredi ventilatorja-ηt

totalni izkoristek-ηs statični izkoristek-1 Delovno področje stroja

( )ϕψ⇒⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Δ

oVp

Karakteristike –

z vodilnikom

reguliranega aksialneg

ventilatorja

Karakteristika ventilatorja z regulacijskim vstopnim vodilnikom. S spremenjeno vstopno vrtinčnostjo

ki je dosežena s spreminjanjem vstopnega -

natočnega

kota na rotor ventilatorja,vpliva na energijske pretvorbe v ventilatorju. Vsaka od delnih karakteristik pripada izbranemu kotu vodilnih lopatic.

q –

vstopni volumski pretokΔpt–

diferenca totalnega tlakaPg

- moč

na gredi ventilatorja1-

potek moči na grdi ventilatorja2-potek diference totalnega tlaka3-potek totalnega izkoristka ventilatorja4-dinamični tlak na izstopu iz ventilatorja

Karakteristike so preračunane na nominalne vrtljaje rotorja ventilatorja no

in nominalno gostoto ρo

.. Izkoristek je podan z izolinijami

konstantnega izkoristka.

( ) konskons

oVp =

=

⇒⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Δ α

α

ϕψ

Verifikacija nominalne obratovalne točke ventilatorja

Nominalna točka običajno leži v področju največjega izkoristka.Nominalne obratovalne točke (Q, Δpt

, n) so običajno tudipodane v prospektnih

gradivih

V področju nominalne delovne točke se izvaja test delovne karakteristike, kotje prikazano na diagramu.

1.

nominalna delovnatočka

2

karakteristika ventilatorja3

sistemska uporovnakarakteristika

EKSPERIMENTALNA ANALIZA –

INTEGRALNE KARAKTERISTIKE

(1)

Merilna postaja po standardu ISO 5801:2006(2)

Odmevnica(3)

Mesto vgradnje aksialnega ventilatorja(4)

Umirjevalne

mreže(5)

Šobe za merjenje volumskega pretoka(6)

Zaznavala za merjenje temperature in relativne vlažnosti(7)

Zaznavalo za barometrski tlak(8)

Dušilniki hrupa(9)

Zračni filter(10)

Regulacija pretoka(11)

Pomožni ventilator(12)

Dušilniki hrupa(13)

Smer zračnega toka

Elementi eksperimentalnih postaj za merjenje integralnih karakteristikKinetična energija izstopnega vrtinca na izstopni strani ventilatorjase delno rekuperira

v tlačno energijo v dolgi ravni cevi , kjer je

L>100 D cevi. Kinetična energija vrtinca pa se na steni cevovoda odražakot dodatni statični tlak, ki je posledica centrifugalne silevrtinčnega toka. Ta pojav je potrebno odpraviti, da bi dosegli pravilno vrednost statičnega tlaka v cevovodu. V cevovod se vgrajujejousmerniki toka

Zvezdasti tip usmernikaCelični tip usmernika

Priključitev testiranega ventilatorja na tlačni cevovod

Da bi lahko izmerili karakteristiko ventilatorja je potrebnapriključitev ventilatorja na cevovod (na tlačni ali sesalni straniventilatorja), kar omogoča nastavitev tlačne diference in meritev volumskega pretoka zraka. V primeru priključitve ventilatorja na tlačni strani je potrebnavgradnja usmernika.

1-

merjeni ventilator2-

priključek ventilatorja na cevovod2-

4 tlačni cevovod –

šrafirano področje med ventilatorjem in mer. priključkom4-

tlačni priključek

Priključitev testiranega ventilatorja na sesalni cevovod

1 –

vstopno ustje ventilatorja –

priključek ventilatorja2 –

izstopno ustje ventilatorja3-

tlačni priključek4-

merjeni ventilator

V primeru vgradnje merjenega ventilatorja na sesalni cevovodse usmernik ne vgrajuje.V obeh primerih pa je pri izračunu karakteristike potrebnodoločiti tlačne izgube v delu cevovoda (šrafirano polje)med merilnim mestom in priključno ravnino ventilatorja

Ocena tlačnih izgub

v cevovodu med tlačnim priključkom inpriključno ravnino ventilatorja. Ta se določi na osnovi empiričnihrelacij, ki so določene s standardi.V tem primeru je potrebno upoštevati vse zahteve standarda

( ) 3,04

24 Re42,0005,0, DDv

DLp +==Δ λρλ

Tlačne izgube v prostem –

ravnem cevovodu:

Tlačne izgube v usmerniku:

( ) 12,04

24 Re95,0, −==Δ DDvp ξξρ

V primeru, da so prisotne geometrijske omejitve in ni mogočeizpolnjevati zahteve standarda, je potrebno izvesti umerjanjepriključnih elementov.

Za celični usmernik

Vgradnja merjenih ventilatorjev v steno

Vgradnja je mogoča v preskusne postaje okroglegaali pravokotnega prečnega preseka ob spoštovanju minimalnihrazmerji med premerom postaje in premerom ventilatorja

Dx

Vgradnja merjenih ventilatorjev v steno

Eksperimentalna postaja s paralelno vgrajenimi šobami Rešitev omogoča širok razpon merilnega območja pretoka.Z različnimi kombinacijami aktivnih merilnih šob (lahko tudizaslon) je dosežena zvezno merjenje pretoka z najmanjšo merilnonegotovostjo-Šobe morajo biti v merilni ravnimi razporejene simetrično-Spoštovana mora biti minimalna razdalja med njimi. Ta je določena sStandardi.

integralne meritve delovnih karakteristik turbinskih...

Documents