Описание конструкции лабораторного стенда

 

В качестве основного оборудования стенда используем распространенный судовой вентилятор модели РСС 6,3/10-1 со следующими техническими характеристиками:

- Мощность двигателя вентилятора: 0,55 кВт;

- Частота вращения номинальная: 2835 об/мин;

- Подача номинальная: от 220 до 820 м³/ч;

- Давление воздуха: до 1140 Па;

- Напряжение тока: 380 В.

База лабораторного стенда представляет собой конструкцию из вентилятора и воздушных труб, установленных на столе-фундаменте. Соединение элементов трубопровода осуществляется при помощи фланцев с прокладочным материалом между фланцами для снижения утечек воздуха. Для крепления воздушной трубы используются металлические стойки с размерами 40х20 и верхней полкой, к которой крепятся хомуты. Нижний конец стоек приварен ручной сваркой к столу-фундаменту.

В соответствии с рисунком 1 стол-фундамент представляет собой стальную сварную конструкцию, выполненную на шести опорах квадратного сечения размерами 50 х 50 мм с основным верхним полотном и нижней полкой. Габаритные размеры стола: 2000 х 600 х 780 мм.

Рисунок 1 – Общий вид стола-фундамента лабораторного стенда

 

Контрольно-измерительные приборы, которые используются для лабораторного стенда.

Дифференциальный манометр Testo 510 со следующими техническими характеристиками и функциями:

- отображение данных в Паскалях по всему измерительному диапазону;

- погрешность: ±0,03 гПа (0 до 0,30 гПа) / ±0,05 гПа (0,31 до 1,00 гПа);

- возможность измерения скорости потока в сочетании с трубкой Пито;

- внесён в Государственный реестр средств измерений РФ.

В соответствии с рисунком 2 дифференциальный манометр Testo-510 является цифровым дифференциальным манометром.

Рисунок 2 – Общий вид дифференциального манометра Testo-510

 

Для измерения давления воздуха окружающей среды применяется барометр серии RST05XXX с диапазоном измерения от 710 до 790 мм.рт.ст. В соответствии с рисунком 3, барометр RST05XXX имеет цену деления 1 мм.рт.ст. и позволяет снимать показания в гПа (гекто-Паскаль, 1 гПа = 100 Па). Допустимое отклонение показаний ±10 гПа.

Рисунок 3 – Общий вид барометр RST05XXX

 

Для измерения скорости потока воздуха применяется цифровой анемометр Union GM8901, который включает в себя электронный термометр с датчиком для измерения температуры воздуха.

Анемометр Union GM8901 имеет следующие технические характеристики:

- измерение скорости потока воздуха: 0…45 м/с, с погрешностью 3%, с ценой деления 0,1 м/с;

- измерение температуры потока воздуха: 0…45 ⁰С с погрешностью 2%, с ценой деления 0,2 ⁰С.

В соответствии с рисунком 4 анемометр Union GM8901 – это цифровой анемометр с цифровым табло и кнопочным управлением с выносным датчиком для измерения скорости потока и температуры.

Рисунок 4 – Общий вид анемометра Union GM8901

 

Для измерения вибрации на болтах крепления вентилятора используется портативный виброметр модели AR63A с основными техническими характеристиками виброметра:

- Диапазон измерения виброскорости: от 0,1 до 1999,9 мм/с;

- Диапазон измерения виброперемещения: от 0,001 до 1,999 мм;

- Диапазон измерения виброускорения: от 0,1 до 199,9 м/с²;

- Частотный отклик виброускорения: 10 Нz – 1 KHz (LO), 1 KHz – 15 KHz;

- Частотный отклик скорости/перемещения: 10 HKz – 1 KHz;

- Погрешность: ± 5%, ± 2 цифры.

В соответствии с рисунком 5 виброметр AR63A представляет собой цифровой прибор с дисплеем и кнопочным управлением.

Рисунок 5 – Общий вид виброметра AR63A

 

Для измерения шума вентилятора применяется шумомер «Uniontest» SM135, который имеет следующие технические характеристики:

- четырёхразрядный цифровой дисплей;

- динамический диапазон: 30 ~ 130 дБ;

- частотный диапазон: 31,5 Гц ~ 8,5 кГц;

- диапазон измерений: 30 – 130 дБ;

- основная погрешность: ±1,5 дБ (при уровне звука 94 дБ, 1 кГц);

- разрешение: 0,1 дБ.

В соответствии с рисунком 6 шумомер «Uniontest» SM135 представляет собой цифровой прибор с дисплеем и кнопочным управлением.

Рисунок 6 – Общий вид цифрового шумомера «Uniontest» SM135

 

В соответствии с рисунком 7 представлена принципиальная схема лабораторного стенда по испытаниям судового вентилятора.

Рисунок 7 – Принципиальная схема лабораторного стенда

 

Согласно принципиальной схеме: 1 – судовой вентилятор; 2 – барометр; 3 – термометр; 4 – входная труба; 5 – точка измерения давления; 6 – основная труба; 7 – дифференциальный манометр; 8 – анемометр; 9 – выпускная труба; 10 – амперметр; 11 – вольтметр; 12 – тахометр; 13 – амплитудно-частотный преобразователь; 14 – защитная решетка.

Для управления частотой вращения вентилятором используется частотный преобразователь INNOVERT ISD mini ISD152M21B c ручным управлением.

В соответствии с рисунком 8 частотный преобразователь INNOVERT ISD mini ISD152M21B имеет следующие составные элементы: 1 – клеммы для подключения электродвигателя U, V и W; 2 – управляющие клеммы; 3 – потенциометр, для задания скорости вращения; 4 – встроенная панель управления; 5 – разъем для подключения внешней клавиатуры; 6 – силовые клеммы питающего напряжения L1, L2 и L3; 7 – клемма защитного заземления; 8 – крепежные отверстия для монтажа преобразователя; 9 – крепление на стандартную дин-рейку 35 мм; 10 – паспортная табличка преобразователя; 11 – переключатель типа аналогового сигнала I/U.

Рисунок 8 – Общий вид частотного преобразователя

INNOVERT ISD mini ISD152M21B

 

В соответствии с рисунком 9 частотный преобразователь INNOVERT ISD mini ISD152M21B установлен в защитном шкафу.

Рисунок 9 – Вид частотного преобразователя INNOVERT

ISD mini ISD152M21B в защитном шкафу

 

Характеристики вентилятора, определяемые по контрольно-измерительным приборам и рассчитываемые по полученным в результате экспериментов данным:

- Подача;

- Полное давление;

- Статическое давление;

- Динамическое давление;

- Электрическая мощность;

- Статическая полезная мощность;

- Полная полезная мощность;

- Статический КПД;

- Частота вращения двигателя;

- Дополнительные характеристики:

- Шум вентилятора;

- Вибрация на опорных болтах вентилятора;

- Графические зависимости давления (Па), мощности (кВт) и КПД (%) от подачи (м³/с);

- Характеристики окружающей среды:

- Температура воздуха (⁰С);

- Давление воздуха (мм.рт.ст.).

В соответствии с рисунком 10 представлен общий вид лабораторного стенда после сборки с контрольно-измерительными приборами.

Рисунок 10 – Общий вид лабораторного стенда после сборки

2. Методика определения параметров вентилятора

 

Объемную производительность вентилятора, Q, м³/с, оценивают по формуле:

, (1)

Где V – скорость потока воздуха, м/с, определяется анемометром;

F – площадь поперечного сечения воздушной трубы, в которой измеряется скорость потока, м²;

F = a·b, (2)

Где a – ширина воздушной трубы, м;

b – высота воздушной трубы, м.

Частота вращения вентилятора n, об/мин, определяется при помощи формулы:

n = 60·f, (3)

где f – частота, Гц, по показаниям частотного преобразователя INNOVERT ISD mini ISD152M21B

Для оценки мощности на электродвигателе вентилятора N_эл., Вт, используется формула:

, (4)

где cos φ = 0,83 – косинус фи по паспортным данным электродвигателя модели RA 71 В2У2;

= 0,76 - КПД электродвигателя RA 71 В2У2.

Для приведения параметров воздуха, используемых для расчетов необходимо привести их к нормальным условиям. Для этого, перед началом испытаний следует измерить при помощи барометра RST05XXX определить давление воздуха p_а в мм.рт.ст. и гПа. Также следует измерять температуру потока воздуха t_а, ⁰С при помощи датчика анемометра Union GM8901.

После определения следует рассчитать плотность воздуха ρ, кг/м³ по формуле с учетом изменения давления p_а (мм.рт.ст.) и температуры воздуха t_а (⁰С):

, (5)

Зная плотность воздуха ρ, кг/м³ можно рассчитать динамическое давление вентилятора P_д, Па:

, (6)

Статическое давление вентилятора P_ст, Па, определяется по показаниям дифференциального манометра Testo-510 при измерении давления на всасывании и нагнетании.

Полное давление вентилятора P, Па определяется по формуле:

P = P_ст + Р_д, (7)

Статическая мощность вентилятора N_ст, кВт, определяется по формуле:

, (8)

Полная мощность вентилятора N, кВт, определяется по формуле:

, (9)

Статический кпд вентилятора η_ст определяется по формуле:

, (10)

Кпд вентилятора η определяется по формуле:

, (11)

Для измерения аэродинамического сопротивления воздушной трубы Δh (Па) применяется дифференциальный манометр Testo-510 с измерением давления до расширения и после ее расширения.

Для измерения шума электродвигателя вентилятора используется шумомер «Uniontest» SM135, измерение производится на расстоянии 1 м от вентилятора по осевому направлению электродвигателя на высоте 1 м от пола. Допустимый уровень шума в помещении лабораторий для проведения экспериментальных работ, для размещения шумных агрегатов, согласно ГОСТ 12.1.003-83 «Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности» на частоте 1 кГц не должен превышать 75 Дб, поэтому производится сравнение максимального измеренного значения с допустимым.

Для измерения вибрации (виброперемещения) на болтах крепления вентилятора к фундаменту используется виброметр AR63A. В соответствии с рисунком 11 приведена схема расположения монтажных болтов для измерения вибрации.

Рисунок 11 – Схема нумерации болтов при измерении вибрации вентилятора

 

После проведения измерений и расчетов производится построение графиков зависимостей полного давления, мощности и коэффициента полезного действия от производительности называется аэродинамическими характеристиками вентилятора.