WENTYLATORY. Podstawy teoretyczne, zagadnienia konstrukcyjno-eksploatacyjne i zastosowanie

Autor: Stanisław Fortuna
Wydawca: Wydawnictwo TECHWENT
Miejsce i rok wydania: Kraków 1999
ISBN: 83-912363-0-7
Oprawa: twarda
Stron: 399
Cena: niedostępna w sprzedaży

Z "Przedmowy":
Monografia "Wentylatory. Podstawy teoretyczne, zagadnienia konstrukcyjno-eksploatacyjne i zastosowanie" powstała na podstawie skryptów wydanych w Akademii Górniczo-Hutniczej w 1994 i 1999 roku, z uwzględnieniem nowych doświadczeń konstrukcyjno-eksploatacyjnych.
Przeznaczona jest przede wszystkim dla projektantów i użytkowników instalacji transportu powietrza wentylacyjnego oraz gazów przemysłowych, pracowników ciepłowni komunalnych i przemysłowych, służb utrzymania ruchu urządzeń klimatyzacyjno-wentylacyjnych w budownictwie i przemyśle oraz dla zaplecza naukowo-badawczego i projektantów w zakładach produkcyjnych maszyn i urządzeń techniki powietrza. Studenci kierunków energetycznych i ochrony środowiska mogą ją wykorzystać jako pomoc dydaktyczną do takich przedmiotów jak: maszyny przemysłowe, eksploatacja, transport pneumatyczny.
Ułatwi im ona opanowanie metod pomiarów i obliczeń bilansu energetyczno-przepływowego, poznanie budowy i eksploatacji maszyn, pozwoli wyjaśnić niektóre zjawiska przepływowe w wentylatorach oraz wykorzystać teorię przepływu wymuszonego i teorię podobieństwa do praktyki inżynierskiej. Zakres opracowania obejmuje zagadnienia teorii maszyn przepływowych, strat przepływu, podstaw projektowania, napędu elektrycznego, współpracy wentylatora z siecią, regulacji parametrów pracy, metod pomiarowych stosowanych w wentylatorach, wyznaczania charakterystyk wentylatorów różnych typów, eksploatacji takie jak akustyka, pompaż, transport mieszanin, drgania, współpraca maszyn czy dobór do instalacji, wykorzystania teorii przepływu jednowymiarowego do obliczania osiągów maszyn oraz teorii podobieństwa do przeliczania charakterystyk typoszeregu. Szczególnego znaczenia w eksploatacji dużych rurociągów nabiera dzisiaj prawidłowy dobór optymalnej maszyny do stale powiększanych sieci, jak chociażby o instalacje chemicznego oczyszczania gazów przemysłowych. Dlatego zakres opracowania uzupełniają problemy charakterystyk rurociągów i przykłady obliczeń parametrów geometrycznych i przepływowych. Optymalny sposób eksploatacji dużych wentylatorów pracujących w licznych instalacjach we wszystkich gałęziach gospodarki nabiera obecnie dużego znaczenia ekonomicznego. Przy pisaniu książki wykorzystano literaturę monograficzną i normalizacyjną, publikacje, sprawozdania z prac badawczych oraz katalogi, które umieszczone zostały w spisie literatury. Wykorzystano również wieloletni naukowy i praktyczny dorobek własny z zakresu konstrukcji, eksploatacji, produkcji i badań wentylatorów, zwłaszcza promieniowych.


Spis treści
Przedmowa 11
Zestawienie ważniejszych oznaczeń 13

1. Wprowadzenie 15

1.1. Wstęp do maszyn 15
1.2. Podział maszyn 15
1.2.1. Maszyny technologiczne 15
1.2.2. Maszyny transportowe 16
1.2.3. Maszyny energetyczne 16
1.3. Rys historyczny rozwoju konstrukcji oraz badań wentylatorów 16

2. Podstawowe prawa przepływowe i termodynamiczne 19

2.1. Równanie Eulera wzdłuż linii prądu 19
2.2. Równanie Bernoulliego 20
2.3. Równanie ciągłości strugi 21
2.4. Zasada zachowania krętu 22
2.5. Lepkość gazów 22
2.6. Współczynnik ściśliwości przy spiętrzaniu gazu 26
2.7. Wypływ czynnika przez mały otwór 28
2.8. Pierwsza zasada termodynamiki 30
2.9. Druga zasada termodynamiki 32
2.10. Termiczne równanie stanu gazu 33
2.11. Przemiany gazowe 35
2.11.1. Izobara 36
2.11.2. Izochora 37
2.11.3. Izoterma 38
2.11.4. Adiabata 39
2.11.5. Politropa 42
2.12. Mieszaniny gazów 42
2.13. Gazy wilgotne 44

3. Podział wentylatorów i schematy aerodynamiczno-konstrukcyjne 49

3.1. Definicja wentylatora 49
3.2. Kształt powierzchni prądu stosowany w wentylatorach 50
3.3. Podział wentylatorów według kierunku przepływu przez wirnik 52
3.3.1. Wentylatory osiowe 54
3.3.2. Wentylatory diagonalne 56
3.3.3. Wentylatory promieniowe 57
3.3.4. Wentylatory osiowo-promieniowe 59
3.3.5. Wentylatory peryferalne 60
3.3.6. Wentylatory tarczowe 60
3.3.7. Wentylatory poprzeczne 61
3.4. Podział wentylatorów według innych kryteriów 62
3.5. Porównanie charakterystyk ciśnienia wentylatorów różnych typów 65
3.6. Schemat aerodynamiczny i główne wymiary
wentylatora promieniowego 67
3.6.1. Rodzaje łopatek w wirnikach promieniowych 68
3.6.2. Schemat konstrukcyjny wentylatora promieniowego 70
3.7. Schemat i parametry geometryczne wentylatora osiowego 71
3.7.1. Schemat konstrukcyjny wentylatora osiowego 74

4. Teoria wentylatorów 75

4.1. Podstawowe równanie maszyn przepływowych 75
4.2. Wydajność wentylatora promieniowego 79
4.3. Opis przepływu przez palisadę osiową 81
4.4. Kinematyka i osiągi stopnia osiowego 83
4.5. Warunek równowagi sił promieniowych 85
4.6. Określenie parametrów przepływowych wentylatora osiowego 87
4.7. Porównanie kinematyki przepływu osiowego i promieniowego 87
4.8. Udział energii potencjalnej przekazanej do gazu w wirniku 88
4.8.1. Udział wirnika promieniowego 89
4.8.2. Stopień reakcyjności wirnika osiowego 90
4.9. Wpływ krzywizny łopatek na osiągi wentylatora 91
4.10. Liczba zmniejszenia mocy 95
4.10.1. Ujęcie Stodoli 97
4.10.2. Rozwiązanie przepływu względnego według Ecka 98
4.10.3. Inne wzory na liczbę zmniejszenia mocy 102
4.10.4. Moment statyczny łopatki w przekroju wzdłużnym 104
4.11. Zwężenie kanału międzyłopatkowego przez grubość łopatki 105
4.12. Cyrkulacja wokół łopatki wirnika 107
4.13. Równanie toru cząstki wypływającej z wirnika
do przestrzeni ograniczonej 109
4.13.1. Wypływ gazu z wirnika
do dyfuzora równoległotarczowego 109
4.13.2. Wypływ gazu z wirnika do dyfuzora stożkowego 112
4.13.3. Wypływ gazu z wirnika do kolektora płaskiego 114
4.13.4. Wyprowadzenie wzoru na kąt wypływu gazu
w funkcji liczby wirnika 116

5. Termodynamiczny i mechaniczny opis procesu spiętrzania
w wentylatorze 119

5.1. Bilans masy i energii w wentylatorze 119
5.2. Praca wewnętrzna i użyteczna 121
5.3. Sprawność politropowa i wewnętrzna 124
5.4. Współczynnik korekcyjny ściśliwości
wentylatorów wysokociśnieniowych 125
5.5. Mechaniczny opis procesu spiętrzania ciśnienia w wentylatorze 126
5.5.1. Moc użyteczna i rodzaje strat 126
5.5.2. Straty ciśnienia w przepływie przez wirnik i obudowę 128
5.5.2.1. Strata w leju wlotowym 129
5.5.2.2. Strata zmiany kierunku przepływu 129
5.5.2.3. Strata tarcia w wirniku 130
5.5.2.4. Strata niestycznego napływu do wieńca 130
5.5.2.5. Strata w obudowie spiralnej 131
5.5.3. Strata brodzenia 131
5.5.4. Strata wolumetryczna 138
5.5.5. Sprawności układu przepływowo-mechanicznego
wentylatora 141

6. Eksperymentalne i teoretyczne wyznaczanie
charakterystyk aerodynamicznych 145

6.1. Omówienie metod pomiarowych w badaniach wentylatorów 145
6.1.1. Pomiar strumienia gazu za pomocą zwężek 145
6.1.2. Wyznaczanie średniej prędkości za pomocą rurki Prandtla 150
6.1.3. Pomiary ciśnień w instalacjach wentylatorowych 156
6.1.4. Pomiar mocy mechanicznej silnika 157
6.2. Eksperymentalne wyznaczanie charakterystyk wentylatorów 159
6.2.1. Znormalizowane stanowiska pomiarowe 161
6.2.2. Wyznaczanie charakterystyki wentylatora
na podstawie wyników pomiaru 164
6.2.2.1. Opis stanowiska i pomiaru 165
6.2.2.2. Zestawienie wzorów do obliczania charakterystyki 167
6.3. Teoretyczne wyznaczanie charakterystyk 171
6.3.1. Określenie strat tarcia i niestycznego napływu
oraz strat w obudowie 172
6.3.2. Wykreślenie teoretycznej krzywej spiętrzenia 175

7. Podstawy projektowania wentylatorów 177

7.1. Teoretyczne podstawy obliczania wymiarów geometrycznych wirnika promieniowego i obudowy 177
7.1.1. Obliczanie kąta łopatki u wlotu 178
7.1.2. Dobór kąta wylotowego 183
7.1.3. Dobór stosunku średnic
7.1.4. Obliczanie szerokości wirnika u wlotu i wylotu 190
7.1.5. Obliczanie ilości łopatek 192
7.1.6. Wyznaczanie kształtu łopatek 194
7.1.6.1. Krzywizna łukowa 194
7.1.6.2. Krzywizna dwułukowa 196
7.1.6.3. Metoda punktowa 196
7.1.6.4. Łopatki proste 198
7.1.6.5. Sprawdzenie przekrojów
kanału międzyłopatkowego 198
7.1.7. Geometria płaskiego kolektora spiralnego 200
7.2. Tok obliczeń projektowych wentylatora promieniowego 205
7.2.1. Dane wyjściowe do projektowania i określenie
liczb bezwymiarowych 205
7.2.2. Obliczanie średnic wirnika 205
7.2.3. Wyznaczanie szerokości łopatki 206
7.2.4. Wyznaczanie kształtu krzywizny łopatki
oraz ilości łopatek 207
7.2.5. Obliczanie szerokości i zarysu obudowy spiralnej 208
7.2.6. Przykład obliczeniowy wentylatora promieniowego 209
7.3. Wielomiany Bommesa 216
7.4. Obliczenia wytrzymałościowe 218
7.4.1. Przybliżone obliczenia naprężeń w tarczach 219
7.4.2. Naprężenia w łopatce i określanie dopuszczalnej
prędkości obwodowej 220
7.5. Projektowanie wentylatora osiowego 223

8. Teoria podobieństwa w wentylatorach 231

8.1. Podstawy teorii podobieństwa przepływów 231
8.2. Podobieństwo przepływów płynów rzeczywistych 235
8.3. Podobieństwo geometryczne wentylatorów 237
8.4. Liczby podobieństwa stosowane w wentylatorach 239
8.4.1. Liczba wydajności 239
8.4.2. Liczba ciśnienia 240
8.4.3. Liczba mocy 240
8.4.4. Liczby szybkobieżności i średnicy 241
8.5. Przeliczanie charakterystyki na inną wielkość wentylatora
i liczbę obrotów 245
8.6. Przeliczanie wydajności z uwzględnieniem sprawności
wolumetrycznych 247
8.7. Przeliczanie spiętrzenia z uwzględnieniem sprawności przepływu 248
8.8. Przeliczanie mocy 249
8.9. Budowa typoszeregu 249

9. Napęd elektryczny 253

9.1. Charakterystyki momentu maszyn roboczych 253
9.2. Silniki indukcyjne 254
9.2.1. Przyłączanie silnika 256
9.2.2. Rozruch silników klatkowych 257
9.2.2.1. Rozruch bezpośredni 257
9.2.2.2. Rozruch za pomocą przełącznika gwiazda - trójkąt 258
9.2.3. Rozruch silników pierścieniowych 258
9.2.4. Regulacja prędkości 259
9.2.4.1. Silniki wielobiegowe 259
9.2.4.2. Regulacja prędkości silników pierścieniowych 259
9.2.5. Moc, sprawność i współczynnik mocy silnika 259
9.3. Równanie ruchu układu napędowego 260
9.4. Nagrzewanie się silnika 261
9.4.1. Wyznaczanie czasu rozruchu 262
9.5. Dobór silnika napędowego do wentylatora 264
9.5.1. Dobór silników w zależności od warunków środowiska 267
9.5.2. Zabezpieczenie silników o napięciu do 1000 V 267
9.6. Pomiar mocy silnika 268
9.7. Głośność silników 271

10. Akustyka i drgania 273

10.1. Podstawowe zagadnienia akustyki 273
10.1.1. Aerodynamiczna teoria dźwięku 273
10.1.2. Mechanizmy powstawania sił łopatkowych 275
10.1.2.1. Siły stacjonarne 275
10.1.2.2. Siły niestacjonarne 275
10.1.3. Rozprzestrzenianie dźwięku w ośrodku.
Ciśnienie i moc akustyczna 277
10.1.4. Hałas kilku źródeł 280
10.1.5. Analiza spektralna hałasu 282
10.1.6. Percepcja dźwięku przez człowieka
10.2. Hałas emitowany przez wentylator
10.2.1. Przewidywanie poziomu mocy akustycznej wentylatora
10.2.2. Rozprzestrzenianie hałasu w przewodach
i pomieszczeniu
10.3. Empiryczne metody wyznaczania hałasu maszyn
10.3.1. Przybliżona charakterystyka akustyczna wentylatora
10.3.2. Kryterium oceny hałasu wentylatora
10.4. Możliwości obniżenia hałasu aerodynamicznego wentylatora
10.5. Przyczyny drgań wentylatorów
10.6. Istota reakcji dynamicznych
10.7. Wyważanie statyczne i dynamiczne
10.7.1. Klasy niewyważenia
10.8. Praca wentylatora w pobliżu rezonansu
10.9. Dopuszczalne drgania wentylatorów

11. Współpraca wentylatora z siecią i regulacja parametrów pracy

11.1. Punkt pracy i dobór wentylatora
11.1.1. Rodzaje krzywych dławienia i mocy
11.1.2. Rodzaje charakterystyk instalacji
11.2. Regulacja wydajności i przyrostu ciśnienia
11.2.1. Regulacja przez zmianę obrotów wirnika
11.2.2. Regulacja przez zmianę kąta ustawienia
łopatek wirnika
11.2.3. Regulacja przez zmianę krętu na wlocie wirnika
11.2.4. Współpraca wentylatorów
11.2.4.1. Współpraca szeregowa
11.2.4.2. Współpraca równoległa
11.2.5. Specjalne metody regulacji
11.2.6. Dławienie przepływu w instalacji
11.2.7. Regulacja obejściowa - bajpas
11.3. Zjawiska pompażowe
11.3.1. Oderwanie wirujące

12. Niezawodność i zasady instalowania wentylatorów

12.1. Niezawodność mechaniczną
12.2. Wpływ obciążeń dynamicznych na niezawodność
12.3. Odchylenia aerodynamiczne
12.4. Zasady prawidłowego instalowania wentylatorów
12.5. Sposoby monitorowania stanu technicznego wentylatorów

13. Wentylatory specjalne i małe wentylatory 361

13.1. Wentylatory przeciwwybuchowe i zagadnienia ochrony
przeciwwybuchowej 364
13.2. Wentylatory transportowe 367
13.3. Wentylatory do gazów gorących 372
13.4. Wentylatory gazoszczelne 375
13.5. Właściwości konstrukcyjno-przepływowe małych wentylatorów 376
13.5.1. Pomiary przepływowe małych wentylatorów 378
13.5.2. Rodzaje małych wentylatorów i ich zastosowanie 379
13.5.3. Wyznaczenie ilości powietrza cyrkulującego 381
13.5.4. Wymagania techniczne i akustyczne 382
13.5.5. Niezawodność i bezpieczeństwo elektryczne 384
Literatura 387
Skorowidz rzeczowy 393
Reklamy 401
Wykaz sponsorów 417

Źródło: ''