VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav. Ing. Stanislav Patočka VÝZKUM STAVU PROSTŘEDÍ PŘI MÍSTNÍM ODSÁVÁNÍ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav Ing. Stanislav Patočka VÝZKUM STAVU PROSTŘEDÍ PŘI MÍSTNÍM ODSÁVÁNÍ INVESTIGATION OF ENVIRONMENT BY LOCAL VENTILATION ZKRÁCENÁ VERZE PH.D. THESIS Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Školitel: Doc. Ing. Eva Janotková, CSc. Konzultant specialista: Doc. Ing. Milan Pavelek, CSc. Oponenti: Prof. Ing. Josef Olehla, CSc. Doc. Ing. Štefan Antal, CSc. Doc. Ing. Zdeněk Kratochvíl, CSc. Datum obhajoby: 9. 5.

2 KLÍČOVÁ SLOVA větrání, místní odsávání, zesílený odsávací systém, účinnost odsávání, metoda stopového plynu KEY WORDS ventilation, local ventilation, reinforced exhaust system, capture efficiency, tracer gas technique MÍSTO ULOŽENÍ PRÁCE Energetický ústav FSI VUT v Brně Stanislav Patočka ISBN ISSN -498

3 OBSAH ÚVOD 5 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE 5 LOKÁLNÍ ODSÁVACÍ SYSTÉM 6. Tradiční odsávací systém 6. Zesílený odsávací systém 7 4 LITERÁRNÍ REŠERŠE ZESÍLENÉHO ODSÁVACÍHO SYSTÉMU 7 5 MĚŘICÍ METODA 9 6 EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ 7 MĚŘENÍ A JEJICH VÝSLEDKY 7. Vizualizace proudění před zesíleným sacím nástavcem 7. Výsledky měření účinnosti odsávání 8 DISKUSE VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ 7 8. Vliv operačního parametru I na tvar účinné oblasti odsávání 7 8. Vliv geometrie zesíleného sacího nástavce na účinnost odsávání 9 8. Vliv velikosti odsávaného toku na účinnost sacího nástavce 8.4 Porovnání měření s různými stopovými plyny 8.5 Zobecnění výsledků měření 9 CHYBY A NEJISTOTY MĚŘENÍ 5 HLUČNOST ZESÍLENÉHO SACÍHO NÁSTAVCE 6 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ SYSTÉMU 6 ZÁVĚR 7 LITERATURA 8 SEZNAM AUTOROVÝCH PUBLIKACÍ 9 SUMMARY ŽIVOTOPIS AUTORA

4

5 ÚVOD Výkonnost člověka je ovlivněna prostředím, ve kterém pobývá. Při optimálních podmínkách, kdy může pracovat s největším výkonem, zdravotně nezávadně žít a odpočívat, je dosaženo stavu prostředí, který je nutnou podmínkou pohody člověka. Optimální stav prostředí je ovlivněn celou řadou činitelů prostředí. Jedním z činitelů, který výrazně ovlivňuje nejen spokojenost člověka s daným prostředím, ale také zdravotní nezávadnost daného prostředí pro člověka, je čistota ovzduší. Škodlivinami jsou příměsi vzduchu, které způsobují pokles produktivní činnosti člověka a mohou poškozovat jeho zdraví, působí škodlivě na výrobní zařízení, na budovy a poškozují přírodní prostředí. Jejich zdrojem je výrobní činnost nebo jsou produkované člověkem. Škodliviny nelze při průmyslové výrobě z prostředí zcela vyloučit. Je však úkolem větrání zajistit odvod vzniklých škodlivin z pracovní oblasti a přivádět čerstvý venkovní vzduch. Technická opatření a intenzita výměny vzduchu musí zajistit, aby obsah škodlivin nepřestoupil přípustné higienické limity. Výměny vzduchu lze dosáhnout samočinně účinkem rozdílu hustot vzduchu venkovního a vnitřního a působením větru při větrání přirozeném, nebo se vzduch přivádí a odvádí ventilátory při větrání nuceném. Systémy nuceného větrání umožňují větrací vzduch upravovat a řídit tlakové poměry v budově. Nucené větrání, které je investičně velmi nákladné, se navrhuje jen v těch případech kdy přirozené větrání není schopno v daném prostoru zabezpečit požadovanou výměnu vzduchu. Při návrhu nuceného větrání je kladen důraz na optimalizaci větracího zařízení z hlediska investičních a provozních nákladů při dodržení předepsaného stavu mikroklimatu. Nucené větrání může být jednak celkové a dále pak z pohledu snížení nákladů uvažujeme také o větrání místním a o místním odsávání. Větrání místní je omezeno jen na část prostoru, který je zpravidla místem pobytu pracovníků. Jeho účelem je chránit pracovníky před škodlivými vlivy okolí, nebo vytvořit optimální podmínky pro odpočinek během pracovní doby. Rovněž místní odsávání výrazně přispívá k zhospodárnění provozu větrání a právě výzkumu zesíleného odsávacího systému, který patří mezi lokální odsávací systémy, je věnováno mé studium. CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE Jako hlavní cíl mé disertační práce byl stanoven experimentální výzkum zesíleného odsávacího systému. Pro uvedený výzkum byla jako měřicí metoda zvolena metoda stopového plynu, která patří mezi poměrně nové a progresivní metody využívané v technice prostředí pro analýzu větrání včetně lokálního odsávání. Výsledky disertační práce mají poskytnout znalosti o účinnosti odsávání zesíleného odsávacího systému, jeho optimální geometrii a optimálních pracovních parametrech za podmínek reprezentujících některé běžné pracovní situace. Veškerá měření provedená na zesíleném sacím nástavci mají být srovnána z výsledky měření provedených na tradičním přírubovém sacím nástavci pracujícím se stejným objemovým tokem odsávaného vzduchu jako systém zesílený, což umožní snadné srovnání zesíleného odsávacího systému se systémy dnes běžně používanými. Pro osu zesíleného sacího nástavce umístěnou v horizontální rovině bude zohledněn vliv hustoty stopového plynu na účinnost odsávání. Výsledky disertační 5

6 práce rozšíří znalosti o účinnosti odsávání zesíleného odsávacího systému a budou také sloužit pro upřesnění numerického modelování daného problému, prováděného souběžně na odboru termomechaniky a techniky prostředí energetického ústavu v rámci jiného doktorandského studia. LOKÁLNÍ ODSÁVACÍ SYSTÉM Místní odsávání omezuje zátěž prostoru škodlivinami a snižuje nároky na celkové větrání [5]. Při místním odsávání uzavřeného prostoru vzniká v tomto prostoru podtlak, který brání šíření škodlivin do okolí. Místní odsávání je z hlediska pracovního prostředí i z hlediska ekonomického velmi výhodné. Koncentrace škodlivin v odváděném vzduchu jsou podstatně vyšší než při celkovém větrání a k odvodu stejného toku vznikajících škodlivin se vystačí s podstatně menším průtokem vzduchu, což také zhospodárňuje čištění odsávacího vzduchu od škodlivin před výfukem do atmosféry, popř. vrácením do provozovny (pokud je to hygienicky přípustné). Lokální odsávací systémy se používají v mnoha průmyslových odvětvích pro odvod všech typů škodlivin částicových, plynných nebo parních. Škodliviny se snažíme zachytit co nejblíže zdroje škodlivin a tím jim zabránit rozšířit se do okolí a tak znečistit celkovou atmosféru v pracovní oblasti. Hlavním důsledkem odstranění škodlivin přímo z místa jejich vzniku je, že potřebné množství vyměňovaného vzduchu je drženo na minimální hladině. Každý lokální odsávací systém je tvořen sacím nástavcem, který slouží k zachycení znečištěného vzduchu co nejblíže zdroje znečištění a systémem odsávacího potrubí, kterým se vzduch obohacený o škodliviny odvádí z pracovního prostoru a je vypouštěn většinou do venkovní atmosféry. Nejdůležitější částí lokálního odsávacího zařízení je sací nástavec, který musí být navržen tak, aby zachytil maximální množství generovaných škodlivin při minimálním množství odsávaného vzduchu. Další důležitá kritéria, která musíme zohlednit při návrhu vhodného sacího nástavce jsou zejména bezpečnost při práci, dále nástavec musí být navržen tak, aby pracovník při obsluze nepřicházel mezi zdroj škodlivin a sací nástavec a v neposlední řadě by měl být umístěn co nejblíže u zdroje škodlivin, popř. zdroj úplně uzavírat a také musí být nastaven tak, aby částice škodlivin směřovaly přímo do sacího otvoru [6]. Správně pracující lokální odsávací systém je pak charakterizován vysokou koncentrací škodlivin v odsávaném vzduchu, malým množstvím větracího vzduchu a malou spotřebou energie.. TRADIČNÍ ODSÁVACÍ SYSTÉM Tradiční lokální odsávací systémy mají mnoho nedostatků a slabin, přesto jsou použity v mnoha průmyslových odvětvích a zůstávají prakticky stejné jako systémy, které se používaly ve třicátých letech. století. Hlavní slabinou těchto systémů je tvar proudového pole, které je nesměrové, což znamená, že vzduch je odsáván ze všech směrů rovnoměrně. Tato nesměrovost proudového pole tradičního sacího nástavce způsobuje, že rychlost proudění odsávaného vzduchu klesá přibližně se čtvercem vzdálenosti od odsávacího otvoru []. Hlavním nedostatkem tradičních lokálních odsávacích systémů způsobeným nesměrovostí proudového pole, je obtížná aplikace těchto systémů v běžných pracovních podmínkách. Aby bylo dosaženo vysoké účinnost zachycení, musí být nástavec umístěn co nejblíže zdroji škodlivin, což obvykle interferuje s daným výrobním procesem. 6

7 . ZESÍLENÝ ODSÁVACÍ SYSTÉM V roce 965 C. P. Aaberg vynalezl a poprvé popsal nový zesílený odsávací systém REEXS (Reinforced Exhaust Systém) [9]. Kombinací dvou dobře známých typů proudění, a to přívodu vzduchu a jeho odsávání, Aaberg dokázal, že je možné zvýšit odsávací rychlost vzduchu, která je typická pro tradiční odsávací systém, stejně jako dosáhnout směrovosti proudového pole obr... Přiváděný proud A - plocha Odsávaný proud Přiváděný proud Obr.. : Schéma zesíleného sacího nástavce Vyváženou kombinací množství přiváděného a odsávaného vzduchu se může vytvořit proud vzduchu, který se skládá ze dvou dobře definovaných oblastí a směřuje k odsávacímu otvoru. Vzduch pohybující se v první oblasti je vtahován do odsávacího otvoru, zatímco vzduch, který se nachází ve druhé oblasti je unášen od sacího nástavce radiálním proudem přiváděného vyduchu. Účinná oblast odsávání se tak stává podstatně delší a koncentrovanější do oblasti podél osy sacího nástavce. Geometricky je zesílený sací nástavec velmi podobný tradičnímu sacímu nástavci kruhového průřezu s přírubou. Jediným, na první pohled nepatrným, ale ve skutečnosti podstatným rozdílem je vybavení zesíleného sacího nástavce speciálně zkonstruovanou přírubou, která umožňuje radiální přívod vzduchu značně vysokou rychlostí přes velmi úzkou štěrbinu. 4 LITERÁRNÍ REŠERŠE ZESÍLENÉHO ODSÁVACÍHO SYSTÉMU Zesílený odsávací systém byl sice představen veřejnosti již v roce 965 dánským vědcem Aabergem, ale první výzkumy tohoto revolučního odsávacího systému byly provedeny až v polovině 8. let dvacátého století na Dánské universitě v Aalborgu, kde profesoři Hyldgard a Hogsted ve svých experimentech začali kombinovat odsávání s přívodem vzduchu úzkou štěrbinou. Z experimentálních výzkumů provedených Hyldgardem [4] vyplývá, že mezi množstvím odsávaného a přiváděného vzduchu musí existovat určitá přesná rovnováha, která je nezbytná k vytvoření požadovaného proudového pole. Dále zjistil, že pro daný sací nástavec a danou šířku štěrbiny, kterou vytéká radiální proud vzduchu, existuje určitá kritická rychlost, 7

8 které musí být dosaženo, abychom dosáhli požadovaného efektu (zesílení odsávacího účinku). Kritickou rychlost definoval jako minimální výtokovou rychlost radiálního proudu potřebnou k ochraně tohoto proudu, aby nebyl vtažen do odsávacího otvoru. Hyldgard dále definoval základní operační parametr I zesíleného odsávacího systému jako poměr hybnostních toků radiálně přiváděného vzduchu a odsávaného vzduchu: 8. m př I =,. m od.. m př a od.u. w od (4. ) kde m jsou hmotnostní toky přiváděného respektive odsávaného vzduchu, w od je rychlost odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce a u výtoková rychlost radiálního proudu vzduchu. Hyldgardův kolega Hogsted následně provedl detailní popis aerodynamické kontroly zesíleného sacího nástavce []. Jeho výzkum ukázal, že ne všechen vzduch pohybující se k sacímu otvoru je jím skutečně odveden, ale že část tohoto vzduchu je unášena od sacího otvoru radiálně přiváděným vzduchem. Tyto výsledky vedly Hogsteda k návrhu rozdělit oblast před sacím nástavcem na dvě samostatné oblasti, jmenovitě na účinnou oblast a na neúčinnou (recyklovanou) oblast, které jsou navzájem odděleny tzv. A plochou obr... Účinnosti odsávání předpokládal v účinné oblasti % a % v recyklované oblasti. Mnohem později Pedersen a Nielsen [9] popsali jak je účinnost odsávání určena okamžitým poměrem hybností přiváděného a odsávaného vzduchu I rov. (4. ). Nejnižší hodnota okamžitého poměru hybností I potřebná k tomu, abychom se vyhnuli proudovému poli typickému pro tradiční odsávací systémy je dle jejich experimentů I =,. V závěru své práce se zabývali měřením účinnosti odsávání. Jejich výsledky však exaktně nesouhlasí s teoretickou účinností odsávání v účinné oblasti navrženou Hogstedem. Pedersen a Nielsen zjistili, že účinnost odsávání v účinné oblasti klesá s rostoucí vzdáleností od osy sacího nástavce a tudíž neexistuje skoková změna účinnosti ze % na % na A ploše oddělující účinnou a recyklovanou oblast. Na počátku 9. let dvacátého století se výzkumem zesíleného odsávacího systému zabývali také Saunders a Fletcher []. Předmětem jejich zájmu se staly dva hlavní faktory vztahující se k práci sacího nástavce, a to rychlosti vzduchu v různých místech účinné oblasti proudu a účinnost odsávání škodlivin. Proudové pole proměřili pomocí anemometru citlivého na malé rychlosti. Při experimentech zaznamenali, že vzduch, který se nachází na hraně příruby u sacího otvoru je jak tažen do sacího otvoru, tak unášen radiálním proudem, což opět potvrdilo existenci dělící A plochy obr... Pro výzkum účinnosti odsávání zesíleného sacího nástavce použili Saunders a Fletcher metodu stopového plynu. Jimi získané křivky odpovídající konstantní účinnosti odsávání jsou velmi podobné křivkám odpovídajícím konstantním rychlostem. Hlavní výsledek získaný jejich měřením byl, že uvnitř účinné oblasti není účinnost odsávání konstantní ( % v celé oblasti jak předpověděl Hogsted []), ale že tato účinnost klesá nejen s rostoucí vzdáleností od osy sacího nástavce, ale také s rostoucí vzdáleností od příruby sacího nástavce, což se shoduje s dřívějšími pozorováními Pedersena a Nielsena [9]. V první polovině 9. let dvacátého století se teoretickým výzkumem zesíleného odsávacího systému s využitím počítačového modelování zabýval také G. R. Hunt z univerzity v Leedsu []. Ve své práci vyvinul jednoduchý model proudění zesíleného sacího nástavce, který slouží

9 k předpovězení rychlostí proudění v oblasti před sacím nástavcem. Při tvorbě vhodného modelu navrhl rozdělit celkový proud vytvářený sacím a ejekčním účinkem sacího nástavce na tři dílčí proudy, na proud radiální, na proud unášený radiálním proudem a na proud odsávaný. Tento matematický model proudění se ukázal jako velmi výhodný a jeho platnost dokládá nejen velmi úzká podobnost mezi numericky předpovězenými výsledky a výsledky již dříve experimentálně získanými, ale také výborná shoda mezi novým matematickým modelem a komerčně dostupným CFD programem Fluent, který řeší plně turbulentní Navier Stokesovy rovnice. Závěrem literární rešerše můžeme tedy říci, že předchozí studie zesíleného sacího nástavce prozkoumaly dva hlavní faktory ovlivňující jeho správnou činnost, jmenovitě rychlost proudění v účinné oblasti a účinnost odsávání. Na základě těchto studií byl zesílený sací nástavec popsán jako účinný prostředek pro odvod škodlivin ze vzduchu. Dle práce Hunta [] se ve srovnání s tradičními systémy lokálního odsávání jeví jako mnohem účinnější, jelikož také přináší nižší investiční i provozní náklady. V současné době však stále není připravený pro aplikaci v reálných průmyslových podmínkách, jelikož vyžaduje pečlivé nastavení v každé pracovní situaci. Nejdůležitější poznatky plynoucí z předchozích experimentů jsou, že proudové pole zesíleného odsávacího systému je charakterizováno okamžitým poměrem hybnostních toků radiálně přiváděného vzduchu a odsávaného vzduchu I rov. (4. ) a že ho můžeme rozdělit na dvě charakteristické oblasti, účinnou oblast a recyklovanou oblast. 5 MĚŘICÍ METODA Pro měření účinnosti odsávání zesíleného sacího nástavce byla použita metoda stopového plynu. Jedná se o poměrně novou a progresivní metodu využívanou pro analýzu větrání. Tato metoda sice neposkytuje rozložení rychlostí či proudnic, ale umožní stanovit přímo rozložení koncentrací látek, což bývá v oblasti větrání často žádanou informací. Princip metody je velmi jednoduchý, její náročnost spočívá především v nárocích, které jsou kladeny na jednotlivé komponenty měřicího systému [, A, A]. Zařízení pro měření parametrů větrání pracující metodou stopového plynu se skládá z několika částí obr. 5. : Zařízení pro přívod stopového plynu umožňující vhodným způsobem generovat dané množství stopového plynu do příslušného místa v prostoru. Zařízení pro odběr vzorků umožňující odebírat vzorky vzduchu z příslušných míst v měřicím prostoru a přivádět je k analyzátoru. Analyzátor plynů umožňující měřit koncentrace stopového plynu ve vzorku vzduchu odebraného z příslušného místa v měřicím prostoru. Nejdůležitějším článkem celého měřicího systému je analyzátor plynů umožňující přesné vyhodnocení koncentrace stopového plynu v daném vzorku vzduchu přivedeném do analyzátoru. V našem případě jsme měli k dispozici analyzátor plynů Multi - gas monitor typ od firmy Brüel & Kjær. Jedná se vysoce kvalitní, přesný a spolehlivý analyzátor koncentrací plynů, který je řízený mikroprocesorem [A5, A7]. Měřicí princip je založen na fotoakustické detekci infračerveného záření. Detekční práh závisí na druhu plynu, ale obvykle se pohybuje kolem hodnoty - ppm. Sortiment úzkopásmových optických filtrů zaručuje vysokou selektivitu 9

10 v celém infračerveném pásmu a umožňuje selektivní zjišťování široké škály plynů, odpovídajících použitým filtrům. Přístroj umožňuje použití až šesti optických filtrů pro současné zjišťování koncentrací pěti různých plynů a vodní páry. Přesnost je zajištěna schopností analyzátoru kompenzovat při jakémkoliv měření fluktuace teploty, interferenci vodní páry ve vzduchu a případně interferenci dalších plynů o kterých víme, že jsou přítomny ve vzorku vzduchu. Obr. 5.: Zařízení pro měření metodou stopového plynu 6 EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ Pro samotný výzkum zesíleného sacího nástavce metodou stopového plynu bylo zkonstruováno experimentální zařízení obr. 6. [A, A4]. Obr. 6. : Experimentální zařízení Dané experimentální zařízení bylo navrženo a zhotoveno tak, aby při následujícím výzkumu účinnosti odsávání zesíleného sacího nástavce umožnilo jak přesné a pečlivé nastavení jednotlivých parametrů v požadovaném rozsahu hodnot, tak také jejich přesné měření a zaznamenání jednotlivých naměřených hodnot. Měřicí trať je tvořena větvemi odsávacího a přiváděcího potrubí a zařízením pro měření metodou stopového plynu. Celá měřicí trať je navíc osazena průtokoměry pro měření průtoků odsávaného a přiváděného vzduchu a přivádě-ného stopového plynu a také odběry tlaků a teplot.

11 Nejdůležitější částí experimentálního zařízení je zesílený sací nástavec o následujících základních rozměrech: průměr sacího otvoru D = 8 mm, průměr příruby D p = mm a šířka štěrbiny pro přívod radiálního proudu vzduchu nabývala při měřeních hodnot b =, 4, 8 mm. Dalšími nezbytnými komponenty měřicí tratě jsou vířič a měřicí úsek. V měřicím úseku je umístěna teflonová trubička odběrového zařízení, kterou se přivádějí vzorky vzduchu do analyzátoru. Úkolem vířiče je promíchání odsávaného vzduchu se stopovým plynem a dosažení tak rovnoměrné koncentrace stopového plynu v celém průřezu měřicího úseku vzduchovodu za vířičem, což je zcela nezbytné z hlediska dosažení požadované přesnosti měření koncentrace stopového plynu ve vzorku vzduchu při odběru vzorku v jediném místě průřezu vzduchovodu. 7 MĚŘENÍ A JEJICH VÝSLEDKY Hlavní náplní mé disertační práce bylo s využitím metody stopového plynu stanovit účinnost odsávání zesíleného sacího nástavce v prostoru před jeho přírubou pro různé hodnoty odsávaných toků, dále také pro různé hodnoty operačního parametru I a pro různé hodnoty šířky přívodní štěrbiny. Všechny výsledky se měly také porovnat s účinnostmi odsávání tradičního sacího nástavce s přírubou pracujícího se stejnou hodnotou objemového toku odsávaného vzduchu. Před samotnými experimenty jsem navíc provedl vizualizaci proudění před zesíleným a tradičním přírubovým sacím nástavcem pomocí mlhy pro kvantitativní posouzení účinku radiálně přiváděného proudu vzduchu na účinnost odsávání. 7. VIZUALIZACE PROUDĚNÍ PŘED ZESÍLENÝM SACÍM NÁSTAVCEM Vizualizační metody patří mezi velmi progresivní experimentální metody, jelikož obvykle poskytnou názornou informaci o celém sledovaném objektu [8]. Pro zviditelnění proudění před zesíleným sacím nástavcem byla použita vizualizace pomocí mlhy. Při vizualizačních experimentech jsem se soustředil především na zviditelnění sacího účinku tradičního přírubového sacího nástavce a zesíleného sacího nástavce pracujícího s hodnotou operačního parametru I =,6. Při těchto experimentech byl zdroj mlhy umístěn pod přírubu sacího nástavce a mlha byla přiváděna do prostoru před jeho přírubou. Jak zesílený tak tradiční sací nástavec pracovaly se stejnou hodnotou objemového toku odsávaného vzduchu 5 m.h, což odpovídalo rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu zesíleného sacího nástavce w od = 8, m.s. Z obr. 7. a je vidět, že účinná oblast odsávání u tradičního sacího nástavce je poměrně krátká, takže pouze malá část z celkového množství přivedené mlhy je ztržena odsávacím proudem a odvedena až k sacímu otvoru. Na obr. 7. b pak můžeme zřetelně pozorovat zvýšení sacího účinku přivedením radiálního proudu o objemovém toku 8, m.h, což odpovídá výtokové rychlosti radiálního proudu u = 9, m.s. Činnost takovéhoto zesíleného odsávacího systému je charakterizována výrazně větší délkou účinné oblasti odsávání což se projeví tím, že téměř veškeré množství přiváděné mlhy je strženo odsávacím proudem a přivedeno k sacímu otvoru.

12 a) b) Obr. 7. : Zviditelnění sacího účinku a) tradičního přírubového sacího nástavce b) zesíleného sacího nástavce pracujícího s I =,6 7. VÝSLEDKY MĚŘENÍ ÚČINNOSTI ODSÁVÁNÍ Při prováděných měřeních metodou stopového plynu byl zdroj stopového plynu přemísťován v prostoru před sacím nástavcem po zvolené síti bodů. Vzdálenost jednotlivých bodů byla rovna průměru odsávacího otvoru (8 mm). Pro každou polohu zdroje stopového plynu byla měřena koncentrace stopového plynu v odsávaném vzduchu i koncentrace stopového plynu v pozadí. Účinnost odsávání lokálním sacím nástavcem z daného místa v prostoru lze z naměřených hodnot koncentrací stopového plynu v odsávaném vzduchu a v pozadí stanovit pomocí vztahu : Cod C po α =, (7. ) Cr kde C od je koncentrace stopového plynu v odsávaném vzduchu, C po je koncentrace stopového plynu v pozadí a C r je referenční koncentrace, která odpovídá % zachycení stopového plynu. Při všech provedených měřeních byl sací nástavec situován v kartézském souřadném systému x, y, z tak, že střed odsávacího otvoru ležel v počátku souřadného systému a jako stopové plyny byly použity oxid uhličitý CO a fluorid sírový SF 6, jejichž hustoty byly podstatně vyšší než hustota vzduchu. Při nastavení pracovních režimů systémů lokálního odsávání jsme vycházeli z volby objemového toku odsávaného vzduchu. Za základní velikost objemového toku odsávaného vzduchu jsme zvolili 5 m.h a jako druhou hodnotu jsme pak zvolili objemový tok odsávaného vzduchu m.h. Uvedeným hodnotám odpovídaly rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce w od = 8, m.s a w od =, m.s, což je rozmezí rychlostí používaných v praxi. Velikosti objemových toků radiálně přiváděného vzduchu jsme volili tak, aby sací nástavec pracoval při zvoleném objemovém toku odsávaného vzduchu (5 m.h nebo m.h ) vždy s hodnotami operačního parametru I = (tradiční sací nástavec), I =,, I =,6 a I =,9. Jako základní velikost šířky přívodní štěrbiny byla zvolena velikost šířky b = 4 mm a jako další alternativní hodnoty šířky štěrbiny pak byly zvoleny hodnoty b = a 8 mm.

13 Veškerá měření, která jsem provedl se zesíleným sacím nástavcem, byla provedena vždy v horizontální a vertikální rovině procházející osou sacího nástavce a mohou být rozdělena do čtyř základních skupin. Při měřeních z první skupiny měření byl jako stopový plyn použit oxid uhličitý CO, který byl přiváděn do prostoru před sacím nástavcem v předem vytipovaných bodech měřicí sítě a velikost jeho objemového toku byla,65 l.min [A8, A]. Velikost objemového toku odsávaného vzduchu byla pro všechna měření rovněž stejná a to 5 m.h. Sací nástavec pak pracoval vždy s hodnotami operačního parametru I =, I =,, I =,6 a I =,9. Šířka přívodní štěrbiny u zesíleného sacího nástavce byla b = 4 mm. Pro grafické znázornění pole účinností před sacím nástavcem byl použit program Surfer []. Pro názornou představu o tvaru a velikosti účinné oblasti odsávání zde uvádím znázornění účinnosti odsávání v horizontální rovině procházející osou sacího nástavce pro tradiční sací nástavec obr. 7. a a zesílený sací nástavec pracující s hodnotou operačního parametru I =,6 obr. 7. a. Stejné zobrazení je pak provedeno také ve vertikální rovině procházející osou sacího nástavce a to na obr. 7. b pro tradiční sací nástavec a na obr. 7. b pro zesílený sací nástavec pracující s hodnotou operačního parametru I =,6. z/d Obr. 7. a: Účinnost odsávání v % pro tradiční sací nástavec při V od = 5 m.h znázorněná v horizontální rovině (z = ) Druhou skupinu měření tvořila měření se zesíleným sacím nástavcem, který pracoval s konstantní hodnotou velikosti objemového toku odsávaného vzduchu a s konstantní velikostí operačního parametru I a s proměnou hodnotou šířky přívodní štěrbiny [A9]. Při všech těchto měřeních byl jako stopový plyn použit oxid uhličitý CO, který byl přiváděn do prostoru před sacím nástavcem v předem vytipovaných bodech měřicí sítě a velikost jeho objemového toku byla,65 l.min. Velikost objemového toku odsávaného vzduchu byla pro všechna měření stejná, a to 5 m.h a zesílený sací nástavec pracoval se stejnou hodnotou operačního parametru I =,6. Šířka přívodní štěrbiny b nabývala hodnot, 4 a 8 mm. x/d.

14 y/d Obr. 7. b: Účinnost odsávání v % pro tradiční sací nástavec při V od = 5 m.h znázorněná ve vertikální rovině (y = ) Třetí skupina měření byla velmi podobná skupině první. Jedinou podstatnou změnou bylo to, že se objemový tok odsávaného vzduchu zvýšil z hodnoty 5 m.h na hodnotu m.h [A]. Při všech těchto měřeních byl jako stopový plyn opět použit oxid uhličitý CO, který byl přiváděn do prostoru před sacím nástavcem v předem vytipovaných bodech měřicí sítě a velikost jeho objemového toku byla při těchto měřeních,8 l.min. Sací nástavec pracoval se všemi zvolenými hodnotami operačního parametru I (I =, I =,, I =,6 a I =,9). Šířka přívodní štěrbiny u zesíleného sacího nástavce byla b = 4 mm. y/d x/d x/d Obr. 7. a: Účinnost odsávání v % pro nástavec REEXS s parametrem I =,6. při V od = 5 m.h znázorněná v horizontální rovině (z = ) 4

15 Poslední čtvrtá skupina měření byla opět prakticky shodná s první a třetí skupinou měření. Jedinou podstatnou změnou u této skupiny měření byla změna stopového plynu z/d Obr. 7. b: Účinnost odsávání v % pro nástavec REEXS s parametrem I =,6. při V od = 5 m.h znázorněná ve vertikální rovině (y = ) oxid uhličitý CO byl nahrazen fluoridem sírovým SF 6. Stopový plyn byl pak opět přiváděn do prostoru před sacím nástavcem v předem vytipovaných bodech měřicí sítě a velikost jeho objemového toku byla při těchto měřeních,9 l.h. Při všech těchto měřeních byla velikost objemového toku odsávaného vzduchu stejná jako u první skupiny měření, a to 5 m.h. Sací nástavec pak opět pracoval se všemi zvolenými hodnotami operačního parametru I (I =, I =,, I =,6 a I =,9). Šířka přívodní štěrbiny u zesíleného sacího nástavce byla b = 4 mm. Pro tradiční i zesílený odsávací systém jsem pro jedny nastavené pracovní parametry dále provedl proměření účinnosti odsávání v celém prostoru před sacím nástavcem. Cílem bylo získat názornou vizuální představu o tvarové odlišnosti účinných oblastí odsávání pro uvedené typy lokálních odsávacích systémů. Proměření účinnosti odsávání bylo provedeno při objemovém toku odsávaného vzduchu 5 m.h. Při všech měřeních byl jako stopový plyn použit oxid uhličitý CO, který byl přiváděn do prostoru před sacím nástavcem v předem vytipovaných bodech měřicí sítě a velikost jeho objemového toku byla,65 l.min. Na obr je prostorově znázorněna účinná oblast odsávání pro tradiční přírubový sací nástavec. Grafické znázornění je provedeno v kartézském souřadném systému x, y, z pomocí ekvipotenciálních ploch účinnosti odsávání [7]. Pro vyšší přehlednost byly vybrány ekvipotenciální plochy reprezentující účinnosti odsávání 9 x/d 5

16 %, 75 % a 5 %. Z obr je zřejmé, že všechny tři ekvipotenciální plochy mají přibližně polokulový tvar a jsou výrazně posunuty vzhledem k počátku souřadného systému ve směru osy z. Toto posunutí je způsobeno výrazně vyšší hustotou přiváděného stopového plynu oproti hustotě okolního vzduchu. Na obr je pak prostorově znázorněna účinná oblast odsávání pro zesílený sací nástavec pracující se stejnou hodnotou objemového toku odsávaného vzduchu a s hodnotou operačního parametru I =,6. Šířka přívodní štěrbiny u zesíleného sacího nástavce byla b = 4 mm a tak velikost objemového toku radiálně přiváděného vzduchu byla 8, m.h což odpovídalo velikosti výtokové rychlosti radiálního proudu 9, m.s. Grafické znázornění je opět provedeno v kartézském souřadném systému x, y, z pomocí ekvipotenciálních ploch účinnosti odsávání a pro vyšší přehlednost byly vybrány stejné ekvipotenciální plochy jako na obr. 7. 4, tedy plochy reprezentující účinnosti odsávání 9 %, 75 % a 5 %. Z obr je zřetelně vidět, že tvar účinné oblasti odsávání pro zesílený odsávací systém je diametrálně odlišný od tvaru účinné oblasti tradičního přírubového sacího nástavece. Účinná oblast odsávání je především velmi úzká v blízkosti sacího nástavce, což je způsobeno přiváděným radiálním proudem, který strhává část odsávaného vzduchu a odvádí jej pryč od sacího otvoru. Délka účinné oblasti je také výrazně větší než u tradičního systému, což je v souladu s předchozími měřeními. Účinná oblast odsávání pak je stejně jako na obr zakřivená ve směru osy z, což je opět způsobeno výrazně vyšší hustotou přiváděného stopového plynu oproti hustotě okolního vzduchu. 5 % 75 % 9 % Obr. 7. 4: Účinná oblast odsávání pro tradiční sací nástavec. a pro V od = 5 m.h 6

17 5 % 75 % 9 % Obr. 7. 5: Účinná oblast odsávání pro zesílený sací nástavec. pracující s hodnotou operačního parametru I =,6 a V od = 5 m.h 8 DISKUSE VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ V této kapitole je uveden podrobný rozbor výsledků měření a dále jsou zde prezentovány některé funkční závislosti a rovnice, které vyplynuly z naměřených hodnot. 8. VLIV OPERAČNÍHO PARAMETRU I NA TVAR ÚČINNÉ OBLASTI ODSÁVÁNÍ Základní operační parametr zesíleného odsávacího systému je poměr hybnostních toků radiálně přiváděného vzduchu a odsávaného vzduchu I rov. (4. ). Pro ověření vlivu operačního parametru I na tvar účinné oblasti odsávání jsme porovnali výsledky měření účinností odsávání pro tradiční přírubový sací nástavec (I = ) a zesílený sací nástavec pracující s hodnotami operačního parametru I =,, I =,6 a I =,9 při stejné hodnotě objemového toku odsávaného vzduchu 5 m.h. Šířka přívodní štěrbiny u zesíleného sacího nástavce byla b = 4 mm. Z porovnání výsledků měření je zcela zřejmé, že při stejném objemovém toku odsávaného vzduchu se účinná oblast odsávání zesíleného odsávacího systému s rostoucí velikostí operačního parametru I výrazně prodlužuje a také koncentruje do oblasti podél osy sacího nástavce, což je také patrno z obr. 8. na kterém jsou zobrazeny výsledky měření v horizontální rovině procházející osou sacího nástavce. V obr. 8. a jsou izočáry účinností 5 % pro všechny proměřované stavy (I =, I =,, I =,6 a I =,9) a v obr. 8. b jsou pak izočáry účinností odsávání 75 %. Z obr. 8. je také patrno, že všechna měření proběhla v laboratorních podmínkách, jelikož znázorněné účinné oblasti odsávání můžeme považovat za symetrické vzhledem k ose sacího nástavce [A6, A8, A]. 7

18 y/d 4 y/d 4, I = I = 6 I = a) x/d b) x/d Obr. 8. : Izočary účinností odsávání α pro I =, I =,, I =,6 a I =,9. v horizontální rovině procházející osou sacího nástavce při V od = 5 m.h a) α = 5 %, b) α = 75 % Pokud dále provedeme zobrazení izočar účinností odsávání 5 % a 75 % ve vertikální rovině procházející osou sacího nástavce pro všechny proměřované stavy (I =, I =,, I =,6 a I =,9) obr. 8., můžeme opět pozorovat výrazné prodlužování účinné oblasti odsávání s rostoucí velikostí operačního parametru I, ale účinná oblast odsávání je tentokrát značně nesymetrická, což je způsobeno poměrně velkým rozdílem mezi hustotou použitého stopového plynu (CO ) a hustotou odsávaného vzduchu. z/d 5 4 z/d 5 4 a) x/d x/d Obr. 8. : Izočary účinností odsávání α pro I =, I =,, I =,6 a I =,9. ve vertikální rovině procházející osou sacího nástavce při V od = 5 m.h a) α = 5 %, b) α = 75 % b) Výsledky měření s objemovým tokem odsávaného vzduchu m.h a se stejnými hodnotami operačního parametru I jako při měřeních uvedených v obr. 8. a 8. jsme následně podrobili stejnému rozboru. Tento rozbor nám ukázal již výše popsaný vliv operačního parametru I = I =, I =,6 I =,9 8

19 I na tvar účinné oblasti odsávání. Znovu se tedy potvrdilo, že s rostoucí hodnotou operačního parametru I dochází k výraznému prodlužování účinné oblasti odsávání, která se navíc stává koncentrovanější podél osy sacího nástavce. Účinná oblast odsávání se opět jevila silně deformovaná ve směru osy z. 8. VLIV GEOMETRIE ZESÍLENÉHO SACÍHO NÁSTAVCE NA ÚČINNOST ODSÁVÁNÍ Jedním z činitelů, které mají přímou souvislost s geometrií sacího nástavce je šířka štěrbiny, kterou je přiváděn radiální proud vzduchu. Pro ověření závislosti tvaru a velikosti účinné oblasti odsávání na šířce přívodní štěrbiny při zachování konstantní hodnoty objemového toku odsávaného vzduchu a velikosti operačního parametru sloužila měření se zesíleným sacím nástavcem, který pracoval s hodnotou objemového toku odsávaného vzduchu 5 m.h při velikosti operačního parametru I =,6. Šířka přívodní štěrbiny nabývala během měření hodnot b =, 4 a 8 mm, což při konstantní hodnotě parametru I =,6 odpovídalo objemovým tokům radiálně přiváděného vzduchu 58,7 m.h, 8, m.h a 6,9 m.h. Pro názornost porovnání výsledků uvedených měření jsou v obr. 8. zobrazeny vybrané izočary účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro jednotlivé šířky štěrbiny (, 4 a 8 mm) jak v horizontální tak ve vertikální rovině procházející osou sacího nástavce. Z obr. 8. je pak zcela zřejmé, že tvar a velikost účinné oblasti odsávání zesíleného sacího nástavce závisí jen na velikosti hybnosti odsávaného toku a na velikosti operačního parametru I. Činnost uvedeného systému je naopak zcela nezávislá na velikosti šířky štěrbiny a velikosti objemového toku radiálně přiváděného vzduchu pokud dojde k zachování hybnostního toku radiálně přiváděného vzduchu. Z vyhodnocených výsledků jsme dále zjistili, že účinnosti odsávání zesíleného sacího nástavce znázorněné na obr. 8. se pro jednotlivá proměřovaná místa lišily maximálně o 4,6 %, přičemž velikosti odchylek narůstaly se snižující se hodnotou účinnosti odsávání. y/d 4 z/d 5 5 % 75 % 9 % 4-9 % 75 % 5 % a) x/d b) b = mm b = 4 mm b = 8 mm Obr. 8. : Izočáry účinností odsávání α 5 %, 75 % a 9 % pro V od = 5 m.h, I =, 6 a šířky štěrbiny, 4 a 8 mm a) v horizontální rovině, b) ve vertikální rovině -. x/d 9

20 Z uvedených výsledků tedy vyplývá, že pokud je hodnota parametru I konstantní tzn., že při konstantním hybnostním toku odsávaného vzduchu se nemění také hybnostní tok radiálně přiváděného vzduchu, zůstává tvar proudového pole před zesíleným sacím nástavcem neměnný bez ohledu na velikost výtokové rychlosti radiálního proudu, nebo velikost šířky přívodní štěrbiny [A9]. Tento poznatek je velmi důležitý především z pohledu projektanta, který by měl před vlastním návrhem uvedeného systému zvážit zda upřednostní ekonomicky výhodnější systém pracující s malým množstvím radiálně přiváděného vzduchu velmi úzkou štěrbinou, který je výrazným zdrojem hluku, nebo zda dá přednost provozně dražší variantě zesíleného sacího nástavce pracujícího s výrazně větším množstvím radiálního vzduchu, který je přiváděn štěrbinou o větší šířce a provoz celého systému je tak výrazně tišší. 8. VLIV VELIKOSTI ODSÁVANÉHO TOKU NA ÚČINNOST SACÍHO NÁSTAVCE Pro zjištění vlivu velikosti objemového toku odsávaného vzduchu na velikost účinné oblasti odsávání jsme vzájemně porovnali měření jež byla provedena při dvou objemových tocích odsávaného vzduchu (5 m.h a m.h ) a při hodnotách operačního parametru I I =, I =,, I =,6 a I =,9. Při všech měřeních byl radiální proud vzduchu přiváděn štěrbinou o šířce b = 4 mm [A]. Během uvedených měření tak narostla rychlost odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce z 8, m.s na, m.s tzn., že došlo k celkovému nárůstu rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce o 47 %. Porovnání velikostí účinných oblastí odsávání pro tradiční přírubový sací nástavec ukazuje, že zvýšení rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce o 47 % se výrazně projeví na velikosti a tvaru účinné oblasti odsávání tradičního přírubového sacího nástavce pouze v oblasti vysokých účinností odsávání (účinnost odsávání kolem 9 %). V této oblasti dochází jak ke zvětšení maximální šířky, tak ke zvětšení maximálního dosahu uvedené izočáry. Ve větší vzdálenosti od příruby sacího nástavce se již zvýšení rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce prakticky neprojeví na délce účinné oblasti odsávání (maximální dosah izočáry 5 % zůstává prakticky stejný) a dochází jen ke zvětšení šířky celé oblasti jak je patrno z obr. 8. 4, na kterém jsou zobrazeny izočáry účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro obě dvě hodnoty objemového toku odsávaného vzduchu (5 m.h a m.h ). V obr. 8. 4a jsou zobrazeny příslušné izočáry v horizontální rovině procházející osou sacího nástavce a v obr. 8. 4b v rovině vertikální. Porovnáním výsledků měření se zesíleným sacím nástavcem pracujícím s hodnotami operačního parametru I =,, I =,6 a I =,9 při dvou objemových tocích odsávaného vzduchu (5 m h a m h ) jsme zjistili, že zesílený odsávací systém reaguje na zvýšení rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce zcela odlišně než systém tradiční jak je patrno z obr. 8. 5, na kterém jsou zobrazeny izočary účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro obě proměřované hodnoty objemového toku odsávaného vzduchu a pro hodnotu operačního parametru I =,6. V obr. 8. 5a jsou naměřené hodnoty v horizontální a v obr. 8. 5b ve vertikální rovině procházející osou sacího nástavce. Výsledky ukazují, že zvýšení rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce o 47 % se výrazně projevilo především v prodlužování účinné oblasti odsávání a ne v jejím rozšiřování jako u tradičního přírubového

21 sacího nástavce. Navíc můžeme konstatovat, že zvýšení rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce u zesíleného odsávacího systému má daleko komplexnější účinek na celou účinnou oblast odsávání, jelikož dochází ke zvětšení maximálního dosahu prakticky všech izočar účinnosti odsávání a ne jen izočar s vysokou hodnotou účinnosti odsávání (účinnost odsávání kolem 9 %). Dále je patrno, že tvar stejných izočar pro různé hodnoty objemových toků odsávaného vzduchu je v blízkosti příruby zesíleného sacího nástavce prakticky shodný, což jen dále potvrzuje oprávněnost operačního parametru I jako hlavního parametru určujícího funkci zesíleného odsávacího systému. Z uvedených výsledků je tedy zřejmé, že zesílený odsávací systém se jeví pro praxi výhodnější než systém tradiční i z toho důvodu, že v případě nutnosti můžeme u zesíleného odsávacího systému výrazně zvětšit dosah účinné oblasti odsávání pouhým zvýšením rychlosti odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce při zachování velikosti operačního parametru I. y/d 4 9 z/d a x/d. V od = 5 m h. od V = m h Obr. 8. 4: Izočary účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro různé objemové toky odsávaného vzduchu V. a I = a) v horizontální rovině, b) ve vertikální rovině od b x/d y/d 4 9 z/d a x/d. b x/d V od = 5 m h. V od = m h Obr. 8. 5: Izočary účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro různé objemové toky odsávaného vzduchu V. a I =,6 a) v horizontální rovině, b) ve vertikální rovině od

22 8.4 POROVNÁNÍ MĚŘENÍ S RŮZNÝMI STOPOVÝMI PLYNY Z výsledků měření, které jsou prezentovány v dané práci je zcela zřejmé, že tvar účinné oblasti odsávání je závislý na hustotě odsávaného stopového plynu. Veškerá dosud publikovaná měření v této práci proběhla v laboratorních podmínkách což nám potvrzují tvary účinných oblastí odsávání znázorněné v horizontální rovině procházející osou sacího nástavce, které můžeme u všech provedených měřeních považovat za symetrické vzhledem k ose sacího nástavce. Naopak ze všech dosud provedených rozborů měření vyplývá, že účinná oblast odsávání znázorněná ve vertikální rovině procházejících osou sacího nástavce je vzhledem k ose sacího nástavce značně nesymetrická. Tato nesymetrie je způsobena tím, že v uvedených měřeních byl jako stopový plyn použit oxid uhličitý CO jehož hustota je,5 krát větší než hustota vzduchu. Díky této výrazně větší hustotě pak stopový plyn přiváděný v prostoru nad osou sacího nástavce samovolně klesá do oblasti z níž je nadále unášen odsávaným vzduchem do sacího otvoru. Uvedená skutečnost následně způsobuje, že účinná oblast odsávání se výrazně deformuje ve směru osy z. Pro zjištění vlivu použitého stopového plynu na velikost a především tvar účinné oblasti odsávání jsme vzájemně porovnali měření jež byla provedena při objemovém toku odsávaného vzduchu V. od 5 m.h a při hodnotách operačního parametru I I =, I =,, I =,6 a I =,9 se dvěma stopovými plyny (CO a SF 6 ). Velikost objemového toku oxidu uhličitého CO byla,65 l.min a velikost objemového toku fluoridu sírového SF 6 byla,7. l. min. Pro porovnání výsledků těchto měření jsem provedl zobrazení vybraných izočar účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro oba stopové plyny v jednom obrázku vždy v horizontální a ve vertikální rovině procházející osou sacího nástavce pro hodnoty operačních parametrů I I = obr a I =,6 obr y/d 4 z/d 5 9 % 5 % 75 % 4 9 % 75 % 5 % CO SF 6 - a) x/d b) x/d Obr. 8. 6: Zobrazení vybraných izočar účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro dva typy použitých stopových plynů, I = a V od = 5 m.h a) v horizontální rovině (z = ), b) ve vertikální rovině (y = )

23 y/d 4 z/d % 75 % 9 % CO 9 % 75 % 5 % SF 6 - a) x/d b) x/d Obr. 8. 7: Zobrazení vybraných izočar účinností odsávání 5 %, 75 % a 9 % pro dva typy použitých stopových plynů, I = a V od = 5 m.h a) v horizontální rovině (z = ), b) ve vertikální rovině (y = ) Z obr a 8. 7 můžeme vidět, že jak pro tradiční přírubový sací nástavec, tak také pro zesílený sací nástavec pracující s hodnotou operačního parametru I =,6 jsou tvar a velikost účinné oblasti odsávání prakticky shodné pro oba dva druhy použitých sto-pových plynů. Maximální dosahy a šířky izočar účinností odsávání se liší o max. 6 %. Na tomto místě je třeba si uvědomit, že fluorid sírový, jehož hustota je výrazně vyšší než hustota oxidu uhličitého, byl do prostoru před sacím nástavcem přiváděn ve výrazně menším množství než oxid uhličitý (velikost objemového toku fluoridu sírového byla,7. l. min, zatímco velikost objemového toku oxidu uhličitého byla,65 l.min ). V běžné experimentální praxi se totiž vždy používá menší množství SF 6 než CO, což je jednak umožněno větší citlivostí analyzátoru na SF 6, dále tím, že SF 6 není obsažen v pozadí a v neposlední řadě je menší množství SF 6 používáno proto, že SF 6 je výrazně dražší než CO. Po provedení rozboru hustoty směsi stopového plynu a vzduchu v provedených měřeních můžeme konstatovat, že v případě použití oxidu uhličitého jako stopového plynu byla hustota směsi,4 kg.m -, zatímco v případě použití fluoridu sírového jako stopového plynu byla hustota směsi, kg.m -. Z toho tedy vyplývá, že hustota směsi vzduchu a stopového plynu se v obou uvedených případech lišila jen o, % a tudíž se vliv použitého stopového plynu (CO a SF 6 ) prakticky neprojevil na výsledcích provedených měření účinnosti odsávání zkoumaného sacího nástavce. 8.5 ZOBECNĚNÍ VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ Na základě výsledků provedených měření jsme vyjádřili pokles účinnosti odsávání v ose zesíleného sacího nástavce v závislosti na vzdálenosti od jeho příruby a dále navrhli oblasti optimálního umístění zesíleného sacího nástavce vzhledem ke zdroji škodlivin z hlediska dosažení maximální účinnosti odsávání pro různé proměřované stavy (I =, I =,, I =,6 a I =,9). Závislost poklesu účinnosti odsávání α v ose zesíleného sacího nástavce na bezrozměrné vzdálenosti od jeho příruby x/d jsme popsali polynomem čtvrtého stupně:

24 α = A(x/D) 4 + B(x/D) + C(x/D) + D(x/D) +E (8. ) Koeficienty A až E v rovnici (8. ), která charakterizuje pokles účinnosti odsávání v ose před přírubou zesíleného sacího nástavce, pak nabývají pro hodnoty operačního parametru I =, I =,, I =,6 a I =,9 a konstantní rychlost odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce w od = 8, m.s hodnot uvedených v tabulce 8. a uvedená funkční závislost je zobrazena na obr Tab.8.: Koeficienty A až E v rovnici (8. ) pro w od = 8, m.s a pro různé hodnoty I A B C D E I = -,,,84 -,7 98,9 I =, -, -,5,7-5,8 98,8 I =,6 -, -,,7 -,9 98, I =,9, -,5,6,6 97, Účinnost odsávání I = I =, I =,6 I =, x/d Obr. 8. 8: Účinnosti odsávání v ose sacího nástavce pro w od = 8, m.s a pro různé hodnoty I Pro konstantní rychlost odsávaného vzduchu ve vstupním průřezu sacího nástavce w od =, m.s pak koeficienty A až E v rovnici (8. ) nabývají pro hodnoty operačního parametru I =, I =,, I =,6 a I =,9 hodnot uvedených v tabulce 8.. Tab.8.: Koeficienty A až E v rovnici (8. ) pro w od = 8, m.s a pro různé hodnoty I A B C D E I = -,9,6,44,5 98,84 I =, -,9,77,9,6 98,7 I =,6 -,6,4 -,9,9 99,5 I =,9 -,5,45,7,4 97,89 4

25 Oblasti optimálního umístění zesíleného sacího nástavce vzhledem ke zdroji škodlivin z hlediska dosažení maximální účinnosti odsávání jsou pro všechny proměřované hodnoty operačního parametru I (I =, I =,, I =,6 a I =,9) vymezeny vždy dvojicí křivek A a B a to tak, aby plocha účinné oblasti odsávání mezi uvedenými křivkami byla co nejširší s ohledem na dosažení maximální délky účinné oblasti odsávání. Uvedené křivky jsem popsal polynomem druhého stupně : z/d = A(x/D) + B(x/D) + C (8. ) Koeficienty A až C v rovnici (8. ) nabývají pro hodnoty operačního parametru I =, I =,, I =,6 a I =,9 hodnot uvedených v tabulce 8.. Tab. 8.: Hodnoty koeficientů A až C v rovnici (8. ) I = I =, I =,6 I =,9 Koeficienty pro křivku A A,6,8,,6 B,55,,7,68 C -,8 -,96 -,95 -,89 Koeficienty pro křivku B A,,7,, B,8,89,9, C,65,8,96,854 9 CHYBY A NEJISTOTY MĚŘENÍ Při každém měření je třeba počítat s tím, že naměřené údaje jsou zatíženy chybami a nejistotami měření [8]. Chyby měření lze obvykle eliminovat, ale nejistoty měření je třeba důkladně zkoumat, jelikož se vždy promítnou do výsledku měření. Při experimentálním výzkumu účinnosti odsávání lokálních sacích nástavců jsme se setkali s nejistotami veličin charakterizujícími měření (objemový tok odsávaného vzduchu, objemový tok přiváděného vzduchu, objemový tok přiváděného stopového plynu, poměr hybnostních toků přiváděného a odsávaného vzduchu operační parametr I a souřadnice polohy zdroje stopového plynu) a s nejistotou výsledku (účinnost odsávání α). Z provedeného rozboru nejistot veličin charakterizujícími měření vyplynulo, že použité experimentální zařízení bylo vhodné pro experimentální výzkum účinnosti odsávání lokálních sacích nástavců metodou stopového plynu, jelikož přesnost nastavení a odečtení hodnot objemových toků vzduchu, objemového toku stopového plynu a také přesnost měření tlaku a teploty byly pro daný experimentální výzkum vyhovující. Z rozboru nejistoty výsledku, tj. účinnosti odsávání, vyplynulo, že střední hodnota účinnosti odsávání sacího nástavce v daném bodě měřicí sítě je funkcí tří proměnných ( α = f ( C od,c po,c r ) ) a tak byla v souladu s teorií chyb určena výběrová směrodatná odchylka střední hodnoty účinnosti odsávání sacího nástavce v každém bodě měřicí sítě. Výběrová 5

26 směrodatná odchylka střední hodnoty účinnosti odsávání sacího nástavce při použití oxidu uhličitého jako stopového plynu se pro jednotlivé body s měřicí sítě pohybovala v intervalu od, % do,54 % a při použití fluoridu sírového jako stopového plynu se pohybovala v intervalu od,6 % do,56 %. HLUČNOST ZESÍLENÉHO SACÍHO NÁSTAVCE V závěru své disertační práce jsem se věnoval také problematice snížení hluku generovaného zesíleným odsávacím systémem, jelikož tato problematika je ve vzduchotechnice velmi aktuální. Veškerá vyráběná vzduchotechnická zařízení podléhají povinnému hodnocení kvality, kde i hlučnost je jedním ze sledovaných parametrů. Údaje o hlučnosti slouží projektantům při akustických výpočtech protihlukových opatření, jejichž kritériem jsou maximálně přípustné hladiny akustického tlaku, obsažené v nařízení vlády 5/ Sb. [4]. Z dříve uvedeného rozboru provedených měření (kap. 8. ) vyplynulo, že zesílený odsávací systém pracující s konstantní hodnotou objemového toku odsávacího vzduchu poskytuje stejný sací účinek pracuje-li s malým množstvím radiálně přiváděného vzduchu velmi úzkou štěrbinou jako v situaci kdy pracuje s výrazně větším množstvím radiálního vzduchu, který je přiváděn štěrbinou o větší šířce, pokud je hodnota operačního parametru I stále stejná. Systém pracující s malým množstvím radiálně přiváděného vzduchu velmi úzkou štěrbinou se v provozu stává velmi výrazným zdrojem hluku, zatímco systém pracující s větším množstvím radiálního vzduchu přiváděného štěrbinou o větší šířce je tišší, ale zato provozně dražší. Provedl jsem proto proměření závislosti generovaného hluku na šířce přívodní štěrbiny zkoumaného zesíleného sacího nástavce. Pro měření hladin akustického výkonu experimentálního zařízení byla použita norma ČSN ISO 7 46 [], která stanovuje metodu proměření hladiny akustického tlaku na ploše obklopující zdroj a výpočet hladiny akustického výkonu vyzařovaného zdrojem. Z výsledků měření akustických veličin u zesíleného sacího nástavce vyplynuly dva důležité závěry. Jednak můžeme očekávat splnění hygienického limitu pro pracovní prostředí uvedeného v nařízení vlády [4], jelikož hladiny akustického tlaku A na měřicí ploše se během měření pohybovaly v rozmezí od 6 do 75 db a dále se pak ukázalo, že hlavním zdrojem hluku zkoumaného zesíleného sacího nástavce je proudění radiálně přiváděného vzduchu v mezikruží sacího nástavce. Velikost hluku, který je generován v přívodní části zesíleného sacího nástavce, lze podstatně snížit úpravou jeho konstrukce. Tato úprava by měla spočívat především ve snížení rychlosti proudění radiálně přiváděného vzduchu v oblasti mezikruhového prostoru a přechodu do přívodní štěrbiny. Během konstrukčních úprav je samozřejmě nezbytné zachovat základní rozměry zesíleného sacího nástavce (průměr příruby, průměr odsávacího otvoru a šířku štěrbiny na výstupu radiálního proudu), aby byla zachována funkce zesíleného odsávacího systému. EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ SYSTÉMU Ekonomický rozbor provozu zesíleného sacího nástavce byl proveden pro sací nástavec pracující s objemovým tokem odsávaného vzduchu 5 m.h. U použitého experimentálního zařízení je objemový tok odsávaného vzduchu zabezpečován dvojicí vysokotlakých ventilátorů, 6