TESTIRANJE DELOVNIH KARAKTERISTIK TURBINSKIH STROJEV NA ODPRTIH

PRESKUŠEVALIŠČIH

Najpogosteje se uporabljajo “ODPRTE” eksperimentalnepostaje za merjenje delovnih karakteristik ventilatorjev.Stanje na mejah opazovanega delovnega stroja določalastnosti 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•Določanje gostote zraka•Merjenje volumskega pretoka zraka•Merjenje in 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-ps statični tlak-specifična gostota medija na lokaciji x

-volumski pretok na lokaciji x

15,273+= tθ

xw

xx R

pθ

ρ =

x

mVx

qqρ

=

Spremenljivke mernega 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

Spremenljivke mernega 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:

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 poizvedbi 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 cca3m/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.motorjaMerilna 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

( )waasatv 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 cevmiPogoste 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 - Bernulijevoenačbo. 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

Izračun volumskega toka fluida:

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 zožitveρu gostota zraka pred vstopom v merilnik pretokaΔp diferenca statičnega tlaka na priključkih merilnika pretokaα koeficient pretokaε ekspanzijski koeficient

νwD

AAm == Re,

1

0

pdq um Δ= ραεπ 24

2

Izračun volumskega toka fluida:

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

V področjih z manjšimi Re števili je odstopanje α večje. Standard predvideva korekcijo koeficienta α

Rekoαα =

Izračun volumskega toka fluida:

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 !!

Volumski pretok-konstrukcija šob

Po priporočilih ISO/TK 30 pod nazivom normalna Venturijeva cev spada predstavljeni merilnik pretoka, sestavljen iz: vstopnega konusa in izstopnega difuzorja pod kotom 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.

Volumski pretok-konstrukcija šob

Venturijeva šoba je merilnik pretoka, kjer je sprednji vstopni del oblikovan kot šoba, izstopni del pa kot venturijeva cev, ki izvaja rekuperacijo tlaka in zmanjšuje izgube v cevovodnem sistemu. Poznamo kratke in dolge izvedbe.

Volumski pretok-konstrukcija šob

Tlačne diference in izgube tlakov na različnih izvedbahmerilnikov

1- konično odnosno zaobljenoustje grla šobe2- zaslonka3-venturije cev z vstopnim inizstopnim konusom

Načini vgradnje pretokomerilcev

• Vgradnja v cevovod

Načini vgradnje pretokomerilcev

• Vgradnja na izstopu izcevovoda

Načini vgradnje pretokomerilcev

• Vgradnja na vstopu v cevovod