Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Obliczenie siły docisku wytworzonej przez turbine

10 Lut 2014 22:52 2391 9
  • Poziom 29  
    Zastanawiam się w jaki sposób można policzyć taki problem:
    Jest platforma o kształcie prostokąta o rozmiarach a b, która dociskana jest do podłoża za pomocą turbiny EDF35 - znamy tylko ciąg statyczny 170g, średnica wewnętrzna 35mm, powiedzmy że śmigło jest mniejsze o 0,5mm. Turbina dociska platformę wywarzając pod nią podciśnienie, oraz przez pęd odrzutu. Problemem jest znaleźć odległość platformy od podłoża żeby siła docisku była jak największa.

    Na pewno czym mniejsza odległość tym będzie większe podciśnienie, ale za to zmniejszy się siła odrzutu z powodu spadku przepływu powietrza.

    Pewnie trzeba skorzystać ze zwężki Venturiego, ale nie znamy prędkości przepływu powietrza przez turbine.

    Jak takie coś policzyć?
  • Computer Controls
  • Poziom 25  
    Edit, poprawiam błędy:
    Dla całkowitej próżni maksymalna siła docisku to około 1kg/cm2 n.p.m.
    Traktując ciąg jak odrzut:
    F=m*v,
    F=Niuton, m=kg, v=m/s,
    dane:
    F = 1,6677N = 0,17kg * 9,81ms2(przyspieszenie ziemskie),

    powierzchnia czynna łopatek wentylatora = powierzchnia łopatek - powierzchnia piasty(ze zdjęcia wychodzi około 15mm),
    0,00078m2 = (pi*((0,035/2)^2)) - (pi*((0,015/2)^2)),

    1,2kg/m3 = (gęstość powietrza przy 20'C, 0m n.p.m.),

    szukane:
    m/s, kg,

    objętość = (m/s)*(m2),
    masa = objętość*(1,2kg/m3),
    1,6677N = masa*(m/s),
    1,6677N = (0,00078m2)*(1,2kg/m3)*(42,2105528m/s)*(42,2105528m/s),
    42,2105528m/s = sqrt( ( (1,6677N)/(0,00078m2) )/(1,2kg/m3) ),
    0,0329242312 m3 / s=(42,2105528m/s)*(0,00078m2),

    to chyba maksymalna wartość, bo chyba powietrze stawia jakiś opór wydmuchiwanemu powietrzu.
    Podciśnienie można zmierzyć, na wadze stawiamy jakiś płaski ciężar np. 1kg blachę, notujesz masę z ciężarem, zbliżasz wentylator i notujesz masę, różnica to siła docisku podciśnienie).
  • Computer Controls
  • Poziom 29  
    141 litrów ok, ale to można przyjąć jako w miare stałą wartość? Tzn przy mniejszym ciśnieniu będzie też 141 litry, ale masowo już mniej?
  • Poziom 37  
    daniel93 napisał:
    141 litrów ok, ale to można przyjąć jako w miare stałą wartość? Tzn. przy mniejszym ciśnieniu będzie też 141 litry, ale masowo już mniej?

    Wydajnośc wentylatorów zawsze zależy od różnicy ciśnień między stroną ssącą i tłoczącą. Przy pewnej różnicy ciśnień następuje brak przepływu (stopniowo spada wraz z ciśnieniem aż przy pewnej granicy wynosi zero, potem już będzie tylko wsteczny przepływ) - ta wartość ciśnienia to parametr ch-czny dla wentylatora.
  • Poziom 29  
    No tak, ale jak wyznaczyć taką charakterystyke? Jakieś wzory?

    Ewentualni czy można przyjąć uproszczenie, że wydatek objętościowy jest stały, a zmienia sie wydatek masowy?
  • Poziom 38  
    Wazna jest powierzchnia, bo mala czy duza powierzchnia docisku to podcisnienie ssania bedzie takie samo w kazdym punkcie tej powierzchni.
    Do tego dochodzi powierzchnia oparcia dociskanego elementu do powierzchni podstawy.
    Innymi slowy, jesli masz nawet niewielkie podcisnienie, to majac je na duzej powierzchni uzyskasz duze opory tarcia powierzchni, ktore utrzymaja element w ustalonym miejscu.
  • Poziom 37  
    Charakterystyka ciśnieniowa wentylatora jest wykreślana doświadczalnie (dla danego modelu). Nie istnieje żaden wzór, zależności są mocno nieliniowe. Wydatek masowy [kg/h] i objetościowy [m3/h] są do siebie proporcjonalnie, teoretycznie ich zależność zmienia się wraz z gęstością, a więc głównie wigotnością powietrza - w praktyce można to zaniedbać i przyjąć znormalizowaną wartość 1,2kg/m3.
    Z przemysłowych wentylatorów chyba ten jest najbardziej podobny:
    http://www.venture.pl/produkt,292,Compact_TCFTB_TCBTB,pl.htm
    Odszukaj w tym katalogu, zakładkę z ch-kami i sobie przeanalizuj. Twój mały wentylatorek będzie miał inny przebieg, ale ogólne prawidłowości będa podobne.
    PS operowanie ciągiem turbiny bardziej związane jest z aerodynamiką - gdzie zakres ciśnień roboczych jest niski, bliski zera, w ogole się je minimalizuje, a przepływy są ogromne. W twoim przypadku aerodynamika do niczego Ci się nie przyda, prędzej aerostatyka.
  • Poziom 25  
    Edit, poprawiam błędy:
    Z ciekawości sprawdziłem wentylator 18W o średnicy 12cm, średnica osi piasty 6,3cm, postawiłem go na wadze na stelażu wysokim na 20cm tak żeby dmuchał do góry,
    0,024kg ciągu.
    Test "docisku", podciśnienia, zrobiłem stawiając blachę o masie ~1kg na wadze, wentylator zawieszony nad blachą, dmucha do góry i próbuje podnieść blachę,
    wyniki: 20mm = 0,011kg, 10mm = 0,052kg, 5mm = 0,06kg, 2,5mm = 0,06kg.
    Wirnik wentylatora wystaje poza obwód obręczy o 1mm i może dlatego dwa ostatnie odczyty są jednakowe, waga zresztą +-2g, plus niedokładność ustawienia.
    Z tych nieprecyzyjnych pomiarów wnioskuję że maksymalna siła podciśnienia jest około dwukrotnie większa od siły ciągu, bo:
    ciąg 0,024kg dzielony na powierzchnię czynną wirnika ( (pi*((0,12m*0,5)^2)) - (pi*((0,063m*0,5)^2)) ), 0,024kg/0,00819m2= 2,9kg/m2,
    "docisk", podciśnienie, 0,06kg dzielony na powierzchnię całkowitą wentylatora (pi*((0,12m*0,5)^2)), 0,06kg/0,0113m2 = 5,3kg/m2,
    o 5,3/2,9=1,8~ większa siła "docisku" od siły ciągu.

    Na podstawie jednego wentylatora nie wyciągał bym wniosku dla wszystkich, ale wiadomo przynajmniej że siła "docisku" jest większe od ciągu,
    dla EDF35 11000kV powinno być podobnie, nie sprawdzisz to się nie dowiesz.

    Przy okazji ciekawy eksperyment porównujący siłę pchania i wciągania powietrza http://www.sparkbangbuzz.com/els/jet-el.htm

    Edit:
    Przetestowałem jeszcze nadciśnienie "siłę odpychania",
    wentylator zawieszony nad wagą i dmucha na płaska płytę na wadze:
    20mm = 0,037kg, 10mm = 0,047kg, 5mm = 0,055kg, 2,5mm = 0,064kg,

    Zmieniłem metodę pomiaru przyssania i ciągu, wentylator na stelażu na wadze,
    pomiędzy wentylatorem a wagą płaska deska,
    wentylator dmucha do góry a więc mierzę ciąg i podciśnienie "przyssanie",
    20mm = 0,026kg, 15mm = 0,026kg, 10mm = 0,058kg, 5mm = 0,064kg,

    Zmierzyłem obroty za pomocą fototranzystora, cyfrowym miernikiem Hz jak i przez kartę dźwiękową, wychodzi około 43 obroty na sekundę, geometryczny skok łopatek śmigła wynosi 0,2518m na obrót, a więc 43rps*0,2518m=10,8m/s, poślizg jest podwójny bo z obliczeń ciągu wychodzi 4,89m/s, a z pomiaru wychyłowym wiatromierzem (ping pong i kątomierz), wyszło około 5m/s.
  • Poziom 37  
    Oczywiście że w warunkach "niedoboru powietrza" po stronie ssącej, a więc z dużym podciśnieniem, nie uzyska się dużych przepływów - czyli o ciągu aerodynamicznym można zapomnieć. Największą siłą jaka tu wystąpi to nacisk powietrza atmosferycznego na podstawę, pod którą jest podciśnienie. Ten nacisk będzie zależał od różnicy ciśnień.

    Nie do końca rozumiem problem - ale z tego co zrozumiałem, autor chciałby za pomocą takiej turbiny docisnąć pewną płaską rzecz. Jeśli przyjmiemy że docisk uniemożliwia dostawanie sie powietrza - to występujące tam podciśnienie będzie zależne wyłącznie od osiągów ciśnieniowych wentylatora. Ciąg będzie zerowy, przepływ powietrza będzie zerowy, a wentylator wytworzy odpowiednią różnicę ciśnień odpowiadającą wartosci przy której jego wydajność się zeruje (patrz ch-ka). Tę wartośc ciśnienia często można odczytać się z katalogu, ale ponieważ masz raczej turbinę samolotową - więc to całkiem inny zakres pracy i nie sądzę aby komuś do głowy przyszło robić ch-kę ciśnieniową (tzn. producent zrobił ją dla siebie w procesie badawczym i kontrukcyjnym do dalszych analiz, ale jest ona zbędna klientom - bo stosują w samolotach, tam gdzie ciśnienie ich nie interesuje).
    Zależnosć przepływu od różnicy ciśnień można sobie eksperymentalnie wykreślić, ale do tego trzeba specyficznych narzędzi, a raczej ich nie będziesz posiadał, dlatego wyznacz tylko jeden punkt z tej ch-ki - kiedy wydajnosć wynosi zero (bo i tak tylko ten punkt Cię interesuje) - wtedy często różnica ciśnień jest największa. Jedyne co musisz zmierzyć to podciśnienie (nie mierzysz przepływu bo go nie ma).
    Mała wzmianka na temat ciśnienia - często operuje się pojęciem ciśnienia podciśnienia - w przypadku wentylatorów najczęsciej dotyczy to różnicy ciśnień gdzie jedna ze stron jest "otwarta na atmosferę" - czyli to "ciśnienie" jest różnicą względem ciśnienia atmosferycznego - może to ciśnienie wystąpić po stronie tłocznej tworząc nadciśnienie lub po stronie ssącej wytwarzając adekwatne podciśnienie.
    Pomiar ciśnienia można wykonać na kilka sposobów. Wspomniałeś o zwężkach Venturiego - to jest dobry kierunek. W tym statycznym przypadku przepływu nie będzie, a wysokość zmiany słupa wody będzie właśnie odpowiednikiem różnicy ciśnień.
    Ze strony praktycznej musisz sobie przygotować U-rurkę z bezbarwnego węża (np. paliwowego) - ponieważ ta Twoja turbinka może posiadać spręż do 1000Pa, to trzeba do tego przygotować ok 5m takiego węża (np. przywiązać gdzieś na balkonie, będzie 2,5m w dół). Zalać wodą U-rurkę na wysokość 1,5m od dołu i zaznaczyć poziomy wody, jeden koniec podłączyć do jakiegoś zbiornika z którego turbinka wysysa powietrze (dla bezpieczeństwa lepiej nie podłączać bezpośrednio węża do turbinki bo jak ma więcej niż 1000PA to przeciągnie wodę), jeśli masz regulator obrotów, to bezpieczniej zacząć od niższych obrotów i obserwować wzrost podciśnienia (słupa wody).
    Jak już będziesz miał maksymalną wartość ciśnienia jakie wytwarza Twoja turbinka to policzysz odpowiednie siły, oczywiście pamiętaj że podstawowy wymóg to brak przepływu powietrza - jeśli takowy się pojawi, to różnica ciśnień wytwarzana przez turbinkę będzie maleć (zgodnie ze swoją ch-ka).
  • Poziom 29  
    Dziękuję bardzo za cenne informacje. Turbinkę chcę wykorzystać do zwiększenia przyczepności pojazdu poruszającego się po płaskiej powierzchni, tak wiec odległość od podłoża może być dowolna, jednak nie zerowa. Pytanie jest po prostu ile powinna ta odległość wynosić zeby docisk był maksymalny
    Czy można przyjąć jako przybliżoną charakterystykę, na podstawie charakterystyki tego wentylatora przemysłowego tylko przeskalowanej?