VŠB Technická univerzita Ostrava. Fakulta strojní. Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení. Vzduchové nože a trysky

Transkript

1 VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení Vzduchové nože a trysky Student: Vedoucí bakalářské ráce: Ladislav Bakay Ing. Lukáš Dvořák, Ph.D. Ostrava 0

2

3 Místořísežné rohlášení studenta Prohlašuji, že jsem celou bakalářskou ráci vyracoval samostatně a uvedl jsem všechny oužité odklady a literaturu. V Ostravě dne.. Ladislav Bakay

4 Prohlašuji, že jsem byl seznámen s tím, že na moji bakalářskou ráci se lně vztahuje zákon č. /000 Sb., autorský zákon, zejména 35 užití díla v rámci občanských a náboženských obřadů, v rámci školních ředstavení a užití díla školního a 60 školní dílo. beru na vědomí, že Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava (dále jen VŠB-TUO ) má rávo nevýdělečně ke své vnitřní otřebě bakalářskou ráci užít ( 35 odst. 3). souhlasím s tím, že bakalářská ráce bude v elektronické odobě uložena v Ústřední knihovně VŠB-TUO k nahlédnutí a jeden výtisk bude uložen u vedoucího bakalářské ráce. Souhlasím s tím, že údaje o kvalifikační ráci, obsažené v Záznamu o závěrečné ráci, umístěném v říloze mé kvalifikační ráce, budou zveřejněny v informačním systému VŠB-TUO. bylo sjednáno, že s VŠB-TUO, v říadě zájmu z její strany, uzavřu licenční smlouvu s orávněním užít dílo v rozsahu odst. 4 autorského zákona. bylo sjednáno, že užít své dílo bakalářskou ráci nebo oskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem VŠB-TUO, která je orávněna v takovém říadě ode mne ožadovat řiměřený řísěvek na úhradu nákladů, které byly VŠB-TUO na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše). beru na vědomí, že odevzdáním své ráce souhlasím se zveřejněním své ráce odle zákona č. /998 Sb., o vysokých školách a o změně a dolnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění ozdějších ředisů, bez ohledu na výsledek její obhajoby. V Ostravě.. Plné jméno autora

5 Poděkování Za cenné rady, vstřícnost a velkou ochotu oskytnutou ři zracování této bakalářské ráce děkuji vedoucímu Ing. Lukáši Dvořákovi, Ph.D.

6 Anotace Bakay, L. Vzduchové nože a trysky. Fakulta strojní, VŠB TUO, 0, 43 s. Bakalářská ráce, vedoucí Ing. Lukáš Dvořák, Ph.D. Bakalářská ráce se zabývá vzduchovými noži a tryskami. V úvodu je osán teoretický výočet výtoku vzduchu, jehož obsahem je výočet výtoku vzduchu z nádoby a výočet hmotnostního růtoku vzduchu. V hlavní části se tato ráce zabývá historickým a technickým vývojem, oisem a konstrukcí vzduchových nožů a trysek. V závěru je zracování a vyhodnocení exerimentálního měření, jehož úkolem bylo roměřit základní charakteristiky vzduchového nože a to dynamický tlak vycházející z nože, růtok a sotřebu vzduchu. Klíčová slova: Vzduchové nože, vzduchové trysky, dynamický tlak, růtok vzduchu Annotation Bakay, L. Air knives and nozzles. Faculty of Mechanical Engineering, VŠB TUO, 0, 43 ages, bachelor thesis, head Ing. Lukáš Dvořák, Ph.D. This bachelor thesis deals with the air knifes and the nozzles. In the introduction is described a theoretical air outflow calculation, that includes the calculation of the air outflow from the container and the air mass flow. The main art of this bachelor thesis follows u (deals with) the historical and theoretical develoment, descrition and construction of air knifes and nozzles. The conclusion includes the elaboration and the evaluation of the exerimental measurement, where the task was to measure the outgoing ressure of the knife and also the air flow and the air consumtion. Key words: Air knives, air nozzles, dynamic ressure, air flow

7 OBSAH. Úvod Teoretický rozbor.... Výtok vzduchu z nádoby.... Hmotnostní růtok Vzduchové nože Historie Pois zařízení Pois funkce zařízení Pois oužití Rozdělení vzduchových nožů Podle zdroje tlaku Vzduchové nože oháněné stlačeným vzduchem (komresorem) Vzduchové nože oháněné dmychadly, nebo ventilátory Podle tvaru komory Vzduchové nože ve tvaru kaky tearsdro hliníkové Vzduchové nože ve tvaru kaky tearsdro nerezový Vzduchové nože ve tvaru diamantu nerezové Vzduchové nože ro odstranění statické elektřiny Příčiny vzniku statické elektřiny a její odstranění Vzduchový nůž s antistatickou tyčí Vzduchové nože tvarové Vzduchové trysky Hřebenová tryska Kruhová tryska Prstencová tryska Zdroje stlačeného vzduchu Komresory Ventilátory Axiální ventilátory Radiální ventilátory Dmychadla Srovnání sotřeby energií Exerimentální měření Pois měřících jednotek

8 8.. Měření dynamického tlaku Prandtlovými trubicemi Měřicí řístroj M Snímač tlaku PR Almemo Počítadlo sotřeby tlakového vzduchu SD Návrh trati ro exerimentální měření Metodika měření Vlastní měření Závěr Seznam oužité literatury

9 SEZNAM POUŽITÉHO OZNAČENÍ Zkratka Jednotka Pois A [m ] růřez L [m] délka vzduchového nože L [m] šířka štěrbiny vzduchového nože Q, Q max [m 3 /s] růtok Q m [m 3 /s] hmotnostní růtok Q N [m 3 /s] růtok za normálních stavových odmínek T, T, T [K] telota T N [K] telota za normálních stavových odmínek V [m 3 ] objem c [J/(kg K)] měrná teelná kaacita za stálého tlaku c v [J/(kg K)] měrná teelná kaacita za stálého objemu h,h [J/kg] entalie l, l [m] délka m [kg] hmotnost,, [Pa] tlak d, d, d, d3, d4 [Pa] dynamický tlak k [Pa] kritický tlak N [Pa] tlak za normálních stavových odmínek s [Pa] statický tlak r [J/(K mol)] molární lynová konstanta v [m/s] rychlost w, w [m/s] rychlost roudění w max [m/s] maximální rychlost roudění [] kritický tlakový oměr [] olytroický exonent [] výtokový součinitel [kg/m 3 ] hustota [] výtoková funkce 9

10 . ÚVOD Bakalářská ráce se věnuje vzduchovým nožům a tryskám. Vzduchové nože jsou neumatické zařízení k dodávání roudu vzduchu, který slouží k chlazení, sušení, ofuku a k mnoha dalším alikacím. Mohou také sloužit k odstranění statické elektřiny v říadě, že je v jejich konstrukci zabudován ionizér nebo je k nim řievněna antistatická tyč, která vytváří clonu ionizovaného vzduchu. Můžeme je rozdělit odle tyu zdroje tlaku, který slouží ke stlačení vzduchu, odle konstrukce komory. Vzduchové nože využívají Coanda efektu, který vzniká strháváním okolního vzduchu kolem vycházejícího roudu vzduchu z nože. Tím dochází k zesílení výsledného roudu vzduchu. Vzduchové trysky mají obdobné využití jako vzduchové nože. Proud vzduchu vycházející z trysek je formován do lochého nebo bodového arsku. Užívají se tam, kde je otřeba silného bodového doadu vzduchu, nař. odstranění třísek. Další část bakalářské ráce se věnuje exerimentálnímu měření vzduchového nože. Úkolem bylo sestavit měřicí trať a následně roměřit charakteristiky nože. Měření robíhalo tak, že jsme evně unuli vzduchový nůž. Ve vzdálenosti 40 mm od vzduchového nože byla na snímači olohy evně řievněna Prandtlova trubice. Prandtlovou trubicí se bodově o určitých délkách snímal dynamický tlak o celé délce nože. Dále se snímal růtok a vstuní tlak vzduchu roudícího do vzduchového nože. Po té roběhlo měření ve vzdálenosti 0 mm od vzduchového nože, které zkoumalo vliv odložení vzduchového nože na dynamický tlak. 0

11 . TEORETICKÝ ROZBOR. Výtok vzduchu z nádoby Pro začátek můžeme ředokládat, že vzduch vytéká z nádoby, kde rychlost v nádobě bude. 0 w Vycházíme z rovnice energie a uvažujeme adiabatický děj (bez řívodu a odvodu tela zároveň bez tření). [3] w h w h (.) w h (.) Kde ro adiabatický děj: teelný sád T T c h h h (.3) T T (.4) Dosazení vztahů měrných teelných kaacit c za stálého tlaku a c v za stálého objemu c c v r (.5) v c c (.6) Tyto odvození dosadíme do výtokové rychlosti w T c T T c T T c w T r (.7)

12 Po konečném dosazení vztahů ro entalii z termomechaniky nám vznikne Saint Venaut Wantzelova rovnice w (.8) Pokles hodnoty oměrů tlaků zaříčiní zvyšování výtokové rychlosti až do dosáhnutí w max. Maximální výtoková rychlost max w je omezena kritickým tlakovým oměrem k. Kde ři oětovném oklesu tlaku od hranici kritického tlaku k se rychlost nemění. Což můžeme sledovat na obr.. [3] Obr.. Závislost objemového růtoku a rychlosti na tlakovém oměru [3]

13 Kritický tlakový oměr odvodíme: k (.9) Hodnoty ro vzduch:, 4 - ro dvou atomové lyny, 0, 58. Dosazením do rovnice ro rychlost nám, vyjde tvar ro maximální výtokovou rychlost. w max,08, 08 r T (.0) Maximální výtoková rychlost růtoku vzduchu. [3] w max nám ovlivní maximální velikost hmotnostního. Hmotnostní růtok Vyjádření hustoty z Bernulliho rovnice (.) Rovnice ro hmotnostní růtok Q m A (.) w Za dosadím vyjádření z Bernulliho rovnice (.) a za w dosadím dříve vyjádřenou Saint Venaut Wantzelovu rovnici (.8). Q m A (.3) 3

14 4 Rovnici (.3) uravíme A A Q m A Q m (.4) Kde z rovnice (.4) si vyjáříme výtokovou funkci (.5) Proto můžeme rovnici (.4) zjednodušit na teoretický tvar hmotnostního růtoku A Q m (.6) Skutečný hmotnostní růtok je dolněn o součinitel A Q m Abychom dostali konečný vztah ro skutečný hmotnostní růtok dosadíme v rovnici (.7) za vztah (.9) odvozený ze stavové rovnice (.8). T r m V Ze stavové rovnice (.8) si vyjádříme T r T r

15 Konečný vztah ro skutečný hmotnostní růtok Q m A (.0) r T Obr.. Tabulka udávající hodnotu výtoku ro různé otvory [4] Závěrem této části lze konstatovat, že uvedené rovnice latí ro adiabatický výtok ideálního lynu. Lze tedy ředokládat, že skutečný výtok vzduchu ze vzduchových nožů se bude od teoretického odlišovat. Jedná se ředevším o osunutí kritického oměru tlaků k nižším hodnotám, což ovlivní výstuní rychlost a tím i růtok vzduchu. Hodnota kritického oměru tlaků je silně ovlivněna tvarem (geometrií) výstuního hrdla. Vzhledem k tomu, že řesné roměření a zjištění oměrů ve vzduchovém noži je záležitostí náročného exerimentu, což řesahuje rámec bakalářské ráce, bude v další 5

16 části ouze osána funkce a konstrukce vzduchových nožů a rovedeno základní měření na jednom vzorku vzduchového nože. 3. VZDUCHOVÉ NOŽE 3. Historie V 50. a 60. letech 0. století se začal orvé oužívat stlačený vzduch jako bezkontaktní metoda k odstraňování malých částic z ovrchu ředmětů. V této době jsou největší odběratelé lékařského vzduchu tiskařský a textilní růmysl. Často byla otřeba, aby stlačený vzduch řiváděný z komresoru byl rozváděn o celé šířce ovrchu ředmětu, nař. ro ovládání tloušťky vrstvy kaaliny, nebo k odfuku drobných nečistot řed dalším krokem ve výrobě. Z dříve oužívaných názvů jako vzduchová tyč, vzduchová tryska, vzduchový hřeben, vzduchový odfukovač se dnes běžně oužívá výraz vzduchový nůž. Vzduchové nože oháněné klasickým komresorovým systémem se oužívají v nejrůznějších růmyslových alikacích od očátku 50. let. Nože oháněné ventilátorem, nebo dmychadlem se osvědčily díky nižší sotřebě energie a to v orovnání s noži, které ohání vzduch stlačený komresorem. Úsora se ohybuje v rozmezí 50 75%. Ve větší míře se začaly oužívat s říchodem Montrealského rotokolu v roce 987, který začal ostuně snižovat sotřebu CFC (chlorfluoruhlovodíky) oužívaných jako řísada v čisticích rostředcích ve většině odvětví růmyslu. V důsledku Montrealského rotokolu se celosvětový růmysl shodl na lnění svých závazků vůči životnímu rostředí. Většina čisticích rostředků založených na rozouštědlech se buď vyařovala samovolně, nebo ři jiném zůsobu sušení. V této době byl růmysl s tištěnými soji ještě v začátcích, ale byl to jeden z důvodů k řechodu z CFC na vodné a částečně vodné systémy čistidel. Díky této nové čistící technologii šetrné k životnímu rostředí se i zde mohl začít oužívat nový zůsob sušení a odstranění zbytků tavidel a jiných nečistot. Také díky řechodu inkoustu, barev, laků a leidel na vodní bázi ve většině růmyslových odvětví mělo za následek otřebu vzduchových nožů a sušiček tam, kde se řed tím neoužívaly, nebo oužívat nemohly. [7] 6

17 3. Pois zařízení Vzduchové nože jsou zařízení k dodávání vzduchového roudu, který je vysokou rychlostí vyfukován z úzké štěrbiny nože, nebo řes sérii otvorů, které vzduch oouští v laminárním roudění. K dosažení nejvyšší efektivity mnoho výrobců vzduchových nožů využívá tzv. Coanda efektu, kdy roud vzduchu vycházející ze štěrbiny nože strhává vzduch z okolí blízkého štěrbině a zesiluje tím jeho roud zobrazeno na obr. 3.. Materiály ze kterých se nejčastěji vzduchové nože vyrábí, jsou hliník a nerezavějící ocel. Ve většině růmyslových alikací jsou vzduchové nože evné konstrukce, kdy je výrobek doravován na doravníku řes roud vzduchu obr. 3.. V jejich konstrukci může být zabudován ionizér ro odstranění statické elektřiny z ovrchu ředmětu, která vzniká ři nedostatku nebo naoak řebytku záorných iontů. Ve výjimečných říadech je výrobek evně uchycen a vzduchové nože koírují jeho ovrch (tvar), nebo kolem něj rotují. Přestože existuje velice malý očet alikací, ve kterých může vzduchový nůž oškodit výrobek (řerušení mechanické vazby mezi dvěma body), jsou nejúčinnějším zůsobem jak odstranit, nebo kontrolovat cizorodé látky na jakémkoliv ovrchu. [,7, ] Obr. 3. Coanda efekt Obr. 3. Dorava výrobků řes vzduchové nože [] 7

18 3.3 Pois funkce zařízení Vzduchové nože se vyrábí v rozsahu 6,3 až 500 mm na délku s otvorem, nebo otvory ro výstu vzduch v rozmezí 0,05 až 6,3 mm. Také se vyznačují nízkou tlakovou ztrátou, vysokou účinností a laminárním rouděním. Vzduch je řiváděn omocí hadic, které jsou řiojeny na vstuy. Hadice dodávající vzduch z komresorů a vzduchové nože řiojené na ně jsou obvykle menších rozměrů, takže jsou ideální ro stísněné rostory. Vedení vzduchu od dmychadla musí být v hadicích o větší světlosti. Nože tvaru kaky tearsdro jsou schony řenést 95% i více vstuní tlakové energie do energie výstuního roudu. Kruhová trubka s vyvrtanými otvory řenese ouze 60% energie. Usořádání stacionárních nožů se ohybuje od jednoho až o dvanáct, odle otřeby a kritérií u oužité alikace. Vzduch je vytlačen komresorem, nebo dmychadlem řes vzduchové otvory nože tak, aby dosáhl na výstuu ožadované rychlosti. Při volbě komresoru, ventilátoru či dmychadla a také tyu nože musíme zohlednit racovní rostředí, zůsob oužití, čas, náklady a také životní rostředí ve formě úsory energií. [, 7] 3.4 Pois oužití Běžné oužití vzduchových nožů je odstranění kaalin, nebo evných látek z ovrchu materiálů. Mezi další alikace atří sušení lahví a lechovek o nalnění či olachování (Obr. 3.3), u lošných sojů odstranění ájecí asty a tavidla, ofukování odlitků. Mohou také doravit telý či studený vzduch na ovrch materiálu, nebo vytvořit neviditelnou bariéru mezi telým a studeným rostředím u růmyslových alikací jako je kontinuální zracování kovů v ecích a jejich oracování, udržení chladu ve skladovacích rostorech otravinářského růmyslu, zamezení kontaminace rachem v čistých zónách, dále zařízení ro zdravotnictví a farmacii. [, 7] 8

19 Obr. 3.3 Sušení lahví [4] 4. ROZDĚLENÍ VZDUCHOVÝCH NOŽŮ 4. Podle zdroje tlaku 4.. Vzduchové nože oháněné stlačeným vzduchem (komresorem) Mezi noži na stlačený vzduch je široký sortiment zařízení ro oužití v ofukovacích alikacích. Vzduchové nože a trysky oháněné komresorem mají široký akční rádius od domácího oužití až o vysokotlaké vzduchové nože. Z důvodu dosažení vysoké efektivity mnoho výrobců využívá tzv. Coanda efektu. Provozní tlak se řádově ohybuje 0 5 [Pa]. Při zvyšování tlaku rostou nároky na kvalitu sojení jednotlivých částí nože. Ke sojení jednotlivých dílů nože se oužívají uevňovací závity a šrouby v kombinaci se seciálními eoxidovými leidly. Štěrbina, která slouží k výtoku vzduchu se velikostně ohybuje od několika setin milimetrů, až o několik milimetru. Na doravu vzduchu od komresoru k noži jsou oužívány hadice s malou světlostí vyrobené z PVC. [3] 9

20 Obr. 4. Vzduchový nůž na stlačený vzduch SECOMAK [3] 4.. Vzduchové nože oháněné dmychadly, nebo ventilátory Zdrojem vzduchu jsou ventilátory oř. dmychadla. Hodnota řetlaku uvnitř vzduchového nože na nestlačený vzduch se ohybuje kolem 000 Pa. Šířka štěrbiny ro výtok vzduchu se volí odle oužití. Rozměry nože určeného ro distribuci nestlačeného vzduchu jsou větší než rozměry nože na stlačený vzduch. Protože tyto nože racují s nízkým tlakem a dosahují vysokých účinností 95% i více, musíme zamezit tvorbě tlakových ztrát. Proto oužíváme flexibilní hadice,které jsou ideální. [] 4. Podle tvaru komory 4.. Vzduchové nože ve tvaru kaky tearsdro hliníkové Kakové rovedení s účinností 95% i více s vysoce řesným laminárním roděním o celé délce nože. Standardně jsou všechny nože vybaveny dvěma 3 řívody vzduchu o délce 38mm.U nožů delších než 50 mm se z ravidla musí řiojit oba řívody vzduchu. Efektivní výstu vzduchu je v rozmezí rychlostí od 30 do 30 m/s. Délka štěrbiny se vyrábí v rozmezí od 5 do 3050 mm v závislosti na nabídce výrobce a řání zákazníka. Šířka štěrbiny je evná a nastavená ři výrobě a ohybuje se v rozmezí 0,8,6 mm. [] 0

21 Obr Kakovitý vzduchový nůž z rotnačovaného hliníku ENERGOEKONOM AK T/A [] Obr. 4.3 Kakovitý vzduchový nůž [] 4.. Vzduchové nože ve tvaru kaky tearsdro nerezový Vlastnosti mají shodné se vzduchovými noži ve tvaru kaky hliníkové. Liší se účinná výtoková rychlost vzduchu 40až 45 m/s. Nože se vyrábí v délkách od mm šířka štěrbiny se ohybuje od 0,8,6 mm. Na obr. 4.4 a 4.5 je zobrazen vzduchový nůž firmy ENERGOEKONOM řívod vzduchu je na jedné nebo na obou stranách nože jsou v délce 00 mm, jejich růměr je na řání zákazníka.[] Obr. 4.5 Kakovitý vzduchový nůž nerezový AT T/S [] Obr. 4.4 Kakovitý vzduchový nůž s jedním řívodem []

22 4..3 Vzduchové nože ve tvaru diamantu nerezové Provedení ve tvaru diamantu s účinností 95% a o celé délce s vysoce řesným laminárním rouděním. Vyrábí se v délkách od 76 do 3900 mm a štěrbina je nastavena ve výrobě v rozmezí 0,8,6 mm. Účinná výtoková rychlost je ohybuje od 30 do 45 m/s v závislosti na délce nože. U nožů firmy ENERGOEKONOM je materiálem je nerezová ocel AISI (ČSN 7.40, DIN.430). Přívod vzduchu může být vravo i vlevo, ale u delších nožů je otřeba obou řívodů. Přívody vzduchu lze také umístit do jiných míst. [] Obr. 4.5 Vzduchový nůž ve tvaru diamantu nerez ENERGOEKONOM [] 4.3 Vzduchové nože ro odstranění statické elektřiny 4.3. Příčiny vzniku statické elektřiny a její odstranění Statická elektřina vniká ři řebytku či nedostatku záorně, nebo kladně nabitých iontů. K vzniku může docházet ři tření dvou různých ovrchu o sebe čí změnou teloty. Ve většině říadů se nabití statickou elektřinou ostuně zmenšuje. K odstranění statické elektřiny na ovrchu materiálu, který je kladně nabitý musíme řenést elektrony. Při záorně nabitém ovrchu je nutné z ovrchu odstranit řebytečné elektrony. Statická elektřina se měří ve voltech. [0,] 4.3. Vzduchový nůž s antistatickou tyčí Antistatická tyč zesiluje roud vzduchu až 0x a vytváří clonu ionizovaného vzduchu. Využití je ři odstraňování statické elektřiny v balení, tisku, v textilním

23 růmyslu, ři ovrchových úravách. Dále se oužívá k odstranění rachu z ovrchu materiálů. Náročnost na čistotu vzduchu se ohybuje 4-5 m, nemazaného. [] 4.4 Vzduchové nože tvarové V alikacích ro vzduchové nože mohou nastat situace, kdy není vhodné rožít římý vzduchový nůž. Pro tyto seciální alikace se oužívají tvarové vzduchové nože. Dvoudílný kruhový vzduchový nůž se oužívá ro ofuk tyčí. Tyč rojede skrz vzduchový nůž viz obr Další tvary C a D se vyrábí ve stejných rozměrech, ale k sobě jsou k sobě inverzní viz. obr. 4.7 a 4.8. Vnitřní rádius je v rozmezí od 00mm - 600mm a úhlový rozsah nože je od [4] a) b) Obr. 4.6 a)vzduchový nůž kruhový, b) Vzduchový nůž kruhový dvoudílny [4] Obr. 4.7 Vzduchový nůž C [4] Obr. 4.8 Vzduchový nůž D [4] 3

24 Obr. 4.9 Vzduchový nůž kolmý [4] 5. VZDUCHOVÉ TRYSKY Trysky se oužívají k řesnému nastavení roudu stlačeného vzduchu. Pracují s malým objemem vzduchu což vede k jeho úsoře v orovnání s otevřenou trubkou. Proud stlačeného vzduchu rochází řes štěrbiny, kdy ři jejich ouštění strhává okolní vzduch, který zesílí výsledný roud. Tento Coanda efekt zesílí roudění až 5x. Získáme tím větší objemový růtok a jeho vyšší rychlost ři minimální sotřebě stlačeného vzduchu. Malá sotřeba tlakového vzduchu sníží náklady na rovoz a z toho vylývá dřívější návratnost investice. Zároveň se sníží i hlučnost rovozu, která musí slňovat hygienické normy. V růmyslu se oužívají ro sušení, chlazení, čištění ovrchů. Ulatnění nachází na těžko řístuných místech naříklad záhyby karosérií aut. K usnadnění nastavení roudu vzduchu se ožívají kloubové systémy. Vyrábí se v lastovém i kovovém rovedení. [6, 4] Obr. 5. Vznik coanda efektu u vzduchové trysky [6] 5. Hřebenová tryska Tento druh trysky má velmi vysokou sotřebu stlačeného vzduchu. Vyznačuje se také vysokou hlučností ři rovozu. Může vznikat i ísklavý vysokofrekvenční zvuk, který může zůsobit oškození sluchu. Pískot vzniká ři turbulencích na výstuu trysky. 4

25 Řešením roblému je vhodné usořádání kanálků s rovnoměrným odběrem vzduchu a nízkou hladinou hluku. [5, 6] Obr.5. - Hřebenová tryska [5] 5. Kruhová tryska Kruhové trysky vytvářejí roud vzduchu, který vychází jejím středem. Účinkem Coanda efektu se výsledný roud vzduchu se zvětšuje. K zesílení roudu může dojít v rozmezí 0 5 odle konstrukce koncové části trysky. Koncová část může být nastavena vysoký růtok nebo na vysokou rychlost roudění, která dosahuje až rychlosti zvuku. [8, 4] Obr. 5.3 Kruhová tryska [8] 5.3 Prstencová tryska Tyto trysky vytvářejí kruhovitý arsek s malým objemem stlačeného vzduchu a má nižší sotřebu vzduchu oroti otevřeným tryskám. Využívá Coanda efektu, který zvýší roud vzduchu až 5x. Tyto trysky jsou obzvlášť nehlučné. Vytváří roud 5

26 vzduchu, který kuželovitě rozšiřuje. Proud vzduchu rotéká sérii otvorů, které jsou rozmístěny o obvodu trysky (viz. Obr 5.4) na místo jednoho velkého otvoru, který bývá umístěn ve středu trysky. [5,9] Obr. 5.4 Prstencová tryska [5] 6. ZDROJE STLAČENÉHO VZDUCHU 6. Komresory Jedno z hlavních kritérií ro zvolení srávného komresoru je ředem určený otřebný tlak a objemový růtok, který budeme dodávat naříklad vzduchovému noži, trysce, či jinému koncovému rvku. Hlavní rozdělení je odle zůsobu jejich činnosti a to na objemové nebo rychlostní. Pro nejvyšší výkony se oužívají odstředivé komresory. [3] 6. Ventilátory Ventilátory jsou stroje rotační s loatkovitým kolem, které se oužívají ro doravu a stlačení lynů (vzdušin). Jejich komresní oměr není velký, ohybuje se v rozmezí,0,3, v ojedinělých říadech se oužívají vícestuňové ventilátory s komresním oměrem do,5. Jejich konstrukce je axiální, radiální a diametrální. [] 6.. Axiální ventilátory U axiálních ventilátorů nastává roudění vzduchu ve směru otáčení osy loatkovitého kola. Tyto ventilátory se užívají tam, kde se klade důraz na velký růtok 6

27 média, ale bez ožadavku na velký doravní tlak. Proto s rostoucím objemovým růtokem dochází k oklesu schonosti vytvářet řetlak. Výkon ventilátoru je závislý na velikosti a také na konstrukci. Proto jsou tyto ventilátory vhodné jako zdroj vzduchu ro vzduchové nože. [] 6.. Radiální ventilátory U radiálních ventilátorů je nasávání média (vzduchu) zajištěno oběžným kolem. Oběžné kolo je konstruováno se zětně, doředně, nebo radiálně zahnutými loatkami. Konstrukce oběžného kola s doředně zahnutými loatkami zajišťuje ventilátoru účinnost v rozmezí 55% 65% a jeho výroba je levnější. Počet loatek se na je v rozmezí U ventilátorů se zětně zahnutými loatkami se dosahuje účinnosti mezi %. [] 6.3 Dmychadla Dmychadla jsou stroje ro doravu a stlačování vzduchu či jiných lynných médií. Použití mají ro stlačování do 0,3 MPa. Jejich využití je celá škála růmyslových alikací. Naříklad otravinářství čí lékařství, kde se vyžaduje 00% bez olejový rovoz. [3] 7

28 7. SROVNÁNÍ SPOTŘEBY ENERGIÍ Při oužití ventilátorů, nebo dmychadel jako zdrojů tlakového vzduchu dosáhneme stejných výkonů jako u systémů kde je jako zdroj tlaku komresor. Veliká výhoda ventilátorů a dmychadel je výrazná úsora energií oroti komresorům. Tuto úsoru vidíme na grafu úsor ři oužití dmychadlo-ventilátor + vzduchový nůž a komresor + vzduchový nůž. [] Obr. 7. Srovnání sotřeby vzduchu [] Další úory jsou ři nízké sotřebě vzduchu a vysoké účinnosti. Vrtané trubky mají velmi malé ořizovací náklady, ale jejich sotřeba vzduchu je velmi vysoká. Nízkotlaké nože mají vysokou účinnost i nízkou sotřebu vzduchu, ale nevýhoda sočívá ve vysoké ořizovací ceně. Tlakové vzduchové nože mají rovozní náklady vyšší než nízkotlaké nože, ale jejich ořizovací cena je násobně nižší než u nízkotlakých nožů viz obr. 7.. [4] 8

29 Obr Srovnání nákladů [4] 8. EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ 8. Pois měřících jednotek 8.. Měření dynamického tlaku Prandtlovými trubicemi Měření Prandtlovou trubicí slouží k bodovému měření růtokové rychlosti snímáním dynamického tlaku. Na Prandtlovu trubici jsou naojeny dvě hadičky s tlakoměrem. Celkový tlak je řenášen řes hadičky a je tvořen součtem dynamického a statického tlaku. Množství vzduchu se obecně určuje buď stanovením rychlosti měřeného roudu vzduchu ostuně v jednotlivých bodech uřčeného rofilu a o té integrací jednotlivě naměřených rychlostí nebo stanovením střední rychlosti roudění v měřícím kanálu. Snímání celkového tlaku robíhá otvorem umístěným na konci trubice, který je nastaven do roti směru roudění, statický tlak je snímán v otvoru umístěném tak, aby se v něm vliv roudění nerojevil. Dynamický tlak je rozdíl celkového tlaku a tlaku statického a snímá ho snímač tlakové diference. Dynamický tlak je závislý na hustotě lynu a rychlosti roudění. Rychlost se vyočte z Bernoulliho a o úravách dostaneme vztah. v d kde d s (8.) v rychlost média [m/s], d dynamický tlak [Pa], celkový tlak [Pa], s statický tlak [Pa], ρ hustota vzduchu [kg/m 3 ] 9

30 Prandtlova trubice je jednoduchý snímač dynamického tlaku. Mechanické rovedení je stabilní a robustní. Poškození neříznivými vlivy jako jsou vysoké teloty (až 700 C), znečištěný vzduch či agresivní lyny vznikají velmi málo. Pro měření v extrémních odmínkách se oužívají v rovedeních z ušlechtilých a korozi vzdorných ocelí. [5,6] Obr Prandtlova trubice rinci měření [5] 8.. Měřicí řístroj M5050 Měření bylo rovedeno řístrojem firmy Hydrotechnik M5050 (obr. 8.). Přístroj má dva frekvenční vstuy, které umožňují zaojení snímačů se vstuním signálem 3,5 30 V. Další čtyři analogové vstuy umožňují řiojení snímačů se vstuním signálem 0 0 V nebo 0 0 ma a 4 0 ma. M5050 obsahuje interní aměť, která slouží k zaznamenání naměřených hodnot. [] Obr. 8. M

31 8..3 Snímač tlaku PR5 Snímač tlaku PR5 firmy Hydrotechnik racuje na iezo odorovém rinciu, kdy je křemíkový či vložen do silikonového oleje. Snímaný tlak je v rozsahu bar. [] Tab. 8. Technické arametry PR5 [] Přesnost Přiravenost k rovozu [s] Doba odezvy [ms] Výstuní signál [ma] Měřicí rozsah [bar] ±0,% z konečné hodnoty <0, s <0, ms 0 0 ma bar Pracovní telota [ C] C Obr. 8.3 Snímač tlaku PR Almemo 90 3 Je to systém ro měření fyzikálních veličin. Součástí systému jsou inteligentní konektory, které umožňují měřit fyzikální veličiny bez složitého nastavování či rogramování. Snímače jsou roojeny omocí konektorů s číslicovým řístrojem. Může robíhat i více měření najednou odle tyu řístroje. U Almemo 90 3 jsme schoni zaznamenat 4 hodnoty ze vstuních kanálů. Do řístroje byl řiojen snímač diferenciálního tlaku a k němu byla řiojena hadičkami randtlova trubice [8, 9] 3

32 Obr. 8.4 Almemo 90 3 Obr. 8.5 Snímač diference tlaku 8..5 Počítadlo sotřeby tlakového vzduchu SD6000 Průtok vzduchu je měřen na základě kalorimetrického rinciu. Měří hmotnostní růtok a řeočítává jej normovaný objemový roud vzduchu dle ISO (ři =0,3kPa, t=5 C, 0% relativní vlhkosti vzduchu). Proto musíme naměřené hodnoty řeočítat na normální technické odmínky ( N =00kPa, t N =0 C) uravenou stavovou rovnicí. [0] Q T N Q T N N (8.) Q N QT T N (8.3) N Obr. 8.6 SD6000 3

33 Tab. 8. Technické arametry SD6000 [0] Naájecí naětí [V] 0 30 DC Max. zátěž [Ω] 500 Chyba měření ±3% naměřené hodnoty + 0,3% konc. Hodnoty měřícího rozsahu Telota okolí [ C] 0 / +60 Telota média [ C] - 5/+85 Tlaková evnost [MPa] 0,6 Druh ochrany IP 6 / III 8. Návrh trati ro exerimentální měření Pois oužitých rvků Obr. 8.7 Schéma exerimentální tratě. Zdroj tlaku. Tlakoměr 3. Redukční ventil 4. Rozváděč 3/ ovládaný ákou s aretací 5. Průtokoměr 6. Tlakoměr - SMC ISE40 7. Vzduchový nůž 8. Prandtlova trubice 9. M Hydrotechnik 0. Almemo Metodika měření Po zanutí komresoru očkáme, než se dostaneme na ožadovaný tlak. Po té řeřadíme rozváděč do olohy otevřeno. Průtok vzduchu a jeho tlak zaznamenáváme 33

34 omocí řístroje Hydrotechnik M5050. Dynamický tlak vzduchu, který vycházející ze vzduchového nože je snímán omocí Pradtlovy trubice a to bodově o délce nože a v dané vzdálenosti od vzduchového nože. Naměřené hodnoty dynamického tlaku snímá ALMEMO Vlastní měření Obr. 8.8 Měřený vzduchový nůž Úkolem měření bylo určit základní charakteristiky římého vzduchového nože a to dynamický tlak, vstuní tlak do vzduchového nože a růtok vzduchu. Přívod stlačeného vzduchu do vzduchového nože byl řiveden z obou stran (ozn. ne ři všech měřeních) Předokladem bylo, že roud vzduchu vycházející ze vzduchového nože bude roudit v ose nože. Při rvních měřeních jsme zjistili, že roud vzduchu uhýbá o určitý úhel. Úhel odklonu roudu vzduchu jsme hledali omocí Prandtlovy trubice. Ta byla evně unuta ve stojanu a ve vzdálenosti l =0 mm od vzduchového nože ři všech rovedených měření, viz obr Trubicí jsme o mm ohybovali směrem dolů a zkoumali, v kterém místě bude naměřena nejvyšší hodnota dynamického tlaku. Celkem byla rovedena čtyři měření dynamického tlaku vzduchového nože ři různých možnostech unutí. Naměřené hodnoty jsou zaznamenány do tabulky 8.. Při rvním měření byl nůž oložen na straně B. Výsledkem rvního měření je dynamický tlak d, který se měřil v neodložené části nože ve vzdálenosti 50 mm od ravého kraje nože. Při druhém měření byl nůž oložen na straně B a byl na obou koncích odložen odložkou se šířkou 35mm. Měřil se dynamický tlak ve vzdálenosti 7 mm od ravého konce nože. Naměřený dynamický tlak je d. Při třetím měření byl vzduchový nůž oložen na straně B a byl odložen o celé své délce. Naměřený dynamický tlak d3 byl snímán ve vzdálenosti 50 mm od ravého kraje nože. Při osledním čtvrtém měření byl nůž oložen na straně A. Vzhledem k tomu, že odklon roudu vzduchu v tomto říadě měl oačný směr než ři ředchozích měřeních, osun Prandtlovy trubice byl nahoru. Dynamický tlak čtvrtého měření je označen d4. 34

35 Obr. 8.9 Schéma měření odklonu roudu vzduchového nože Tab. 8. Úhel odklonu roudu l [mm] úhel odklonu [ ] d [Pa] d [Pa] d3 [Pa] d4 [Pa] , , , , , , , , , , , , , , , , V tabulce 8. jsou tlustě vyznačeny nejvyšší hodnoty naměřeného dynamického tlaku. Rozdíl krajních úhlů, ve kterých byly naměřený nejvyšší hodnoty dynamických 35

36 tlaků je 8. Z toho můžeme usoudit, že unutí vzduchového nože má minimální vliv na odklon roudu vzduchu. S oužitou technikou nebylo možné měřit řesněji. Po určení úhlu odklonu roudu vzduchu robíhalo bodové měření dynamického tlaku Prandtlovou trubicí o délce nože ve vzdálenosti l =40mm. Délka nože byla L=305mm, řičemž délka štěrbiny byla 300 mm a šířka štěrbiny L =0,05mm. Na redukčním ventilu byl nastaven tlak = Pa. Dále byl zaznamenáván růtok vzduchu Q m a vstuní tlak vzduchu do vzduchového nože. Byla rovedena dvě měření. První s jedním řívodem stlačeného vzduchu a druhé se dvěma řívody vzduchu. Hodnoty byly zaznamenány do tabulek Tab. 8. a 8.3. Z naměřených hodnot byl vytvořen graf 8. závislosti dynamického tlaku d na bodovém měření o kroku l=30 mm o celé délce vzduchového nože. Příklad řeočtu naměřeného růtoku vzduchu Q m na růtok Q N za normálních stavových odmínek odle rovnice (8.3) ro měření s jedním řívodem vzduchu a vzdálenost bodového měření l=30 [mm]. Q N Q T T N N , [ dm 88, / min] Příklad výočtu rychlosti výtoku vzduchu ze vzduchového nože odle rovnice (8.) ro měření s jedním řívodem vzduchu a vzdálenost bodového měření l=30[mm]. v d 35,88 5, [ m / s] 36

37 Tab. 8. Naměřené hodnoty ro jeden řívod vzduchu l [mm] Q m [dm 3 /min] Q N [dm 3 /min] [Pa] P d [Pa] v [m/s] 0 5, 6,8 0,9,7 l [mm] Q m [dm 3 /min] Q N [dm 3 /min] [Pa] P d [Pa] v [m/s] 4,6,7 3,7 0, 0, Tab Průměrné hodnoty ro jeden řívod vzduchu Q N [dm 3 /min] [Pa]

38 Tab. 8.4 Naměřené hodnoty ro dva řívody vzduchu l [mm] Q m [dm 3 /min] Q N [dm 3 /min] [Pa] P d [Pa] v [m/s] 0 5,9 5,4,0 3,0 l [mm] Q m [dm 3 /min] Q N [dm 3 /min] [Pa] P d [Pa] v [m/s] 5,9, 3,6 9, 9,6 Tab. 8.5 Průměrné hodnoty ro dva řívody vzduchu Q N [dm 3 /min] [Pa]

39 Obr 8.0 Závislost dynamického tlaku na délce nože Při bodovém měření dochází k náhlému oklesu dynamického tlaku viz obr. 8.0 a to ři jednom i dvou řívodech stlačeného vzduchu do vzduchového nože. Tento okles je ve vzdálenosti l=90 mm a může být zůsoben vadou z výroby nebo vniknutím cizorodého tělesa do štěrbiny nože. Jelikož tento okles tlaku je v okolí označeného šroubu na obr. 8., dalším vysvětlením oklesu dynamického tlaku může být dotažení šroubu větším momentem než u ostatních šroubů. Průměrná hodnota růtoku vzduchu Q N je stejná ři řívodu vzduchu do vzduchového nože z jedné i z obou stran. Obr. 8. Okolí oklesu dynamického tlaku 39

40 Další měření zkoumalo vliv uevnění vzduchového nože na roudění vzduchu. Nůž byl odložen z každé strany odložkou o šířce 35mm viz obr. 8.. Měření robíhalo ve vzdálenosti l =0mm od vzduchového nože, krok byl l=0mm a řívod vzduchu byl ze dvou stran. Dynamický tlak byl snímán z rava do leva až do vzdálenosti l=00mm. Výsledek tohoto měření je zracován do tabulky Tab. 8.6 a graficky vyhodnocen v obr. 8.. Tab. 8.6 Naměřené hodnoty ři zkoumání vlivu uevnění nože na roudění vzduchu l [mm] d [Pa] Obr. 8. Měření vlivu uevnění na roud vzduchu + rofil dynamického tlaku Při důkladnějším roměření vzduchového nože můžeme na obr. 8. vidět, že v rozmezí l= 0 0 mm je dynamický tlak nulový. Může to být zaříčiněno dotažením krajních šroubů větším momentem než u ostatní šroubů nebo může mít vliv zastínění odložkou nože, res. Proud vzduchu je ovlivněn odložkou, dochází k jeho odklonu, a roto není randtlovou trubicí zaznamenán. I ři tomto měření se rojevil okles dynamického tlaku v délce l=60 90 mm, který je vidět v obr 8.0 ředchozího měření. 40

41 9. ZÁVĚR Bakalářská ráce se v úvodu zabývá teoretickým rozborem výtoku vzduchu, kde je osán výočet výtok vzduchu z nádoby a výočet hmotnostního růtoku. V další části se věnuje roblematice vzduchových nožů a vzduchových trysek. Zde jsou osány konstrukce, využití těchto koncových rvků a ekonomické zhodnocení. V rámci exerimentálního měření byla sestavena měřící trať ro měření růtoku vzduchu, vstuního tlaku a dynamického tlaku vycházejícího z nože. Redukční ventil byl nastaven na = Pa. Měření vzduchového nože jsme museli hned na začátku ozměnit, rotože se neotvrdil ředoklad římého roudění vzduchu ři výstuu z nože. Úhel vychýlení roudění jsme určili rovedením čtyř měření za různých odmínek odložení nože. Důvodem vychýlení roudu vzduchu může být zůsobeno délkou ysků na výstuu z nože. Při bodovém měření dynamického tlaku o délce nože dochází k náhlému oklesu d ve vzdálenosti l=90mm (viz obr. 8.0). K tomuto oklesu dochází ři řívodu vzduchu z jedné i z obou stran. Vzhledem k šířce štěrbiny L =0,05 mm může okles dynamického tlaku být zaříčiněn vadou z výroby (nerovnost ovrchu, zbytek šony), vniknutím cizorodého tělesa (rach, jiné nečistoty) nebo dotažením šroubu větším momentem. Dále z tohoto grafu můžeme vyčíst, že dynamický tlak není na krajích nože stejný. V raxi je roto obtížné nastavit, uevnit a vzduchový nůž seřídit. Průměrné hodnoty růtoku vzduchu Q N ři řívodu vzduchu do vzduchového nože jedním řívodem nebo dvěma řívody jsou shodné Q N =46dm 3 /min. Další měření sočívalo v roměření vlivu uevnění vzduchového nože (dle obr. 8.) na výstuní roudění vzduchu, které robíhalo ve vzdálenosti l =0 mm a krok byl l=0 mm. K důkladnému roměření vzduchového nože nebyl dostatek času, jelikož k zaůjčení došlo necelý týden řed odevzdáním této bakalářské ráce. Dále lze zmínit roblémy se zdrojem stlačeného vzduchu. Komresory a vzdušníky v laboratoři neumatiky jsou ro dlouhodobá měření ři relativně velkém odběru vzduchu nedostačující. Pro důkladnější roměření by bylo třeba dohodnout měření v některém z odniků s centrálním rozvodem vzduchu, kde by měl být zaručen dostatečný řísun stlačeného vzduchu. 4

42 0. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [] ENERGOEKONOM, s.r.o. Vzduchové nože [online]. 007, 0 [cit ]. Dostuné z: htt:// T_AK-D_00.df [] ZMRHAL, Vladimír. Prvky větracích a klimatizačních zařízení: Ventilátory [online]. 006 [cit ]. Dostuné z: htt:// rvky-vetracich-a-klimatizacnich-zarizeni-i--cast [3] ENERGOEKONOM, s.r.o. Dmychadla [online]. 007, 0 [cit ]. Dostuné z: htt://energoekonom.cz/index.h?menu=menudmych&stranka=0strankydm ychadla/dmychadla_gen [4] MOS TECHNIK. Katalog roduktů: Vzduchové nože [online]. 0 [cit ]. Dostuné z: htt:// [5] LECHLER, GmbH. Air Nozzles [online]. [cit ]. Dostuné z: htts://sho.lechler.de/is-bin/intersho.static/wfs/lechlerde-sho- Site/LechlerDE- Sho/en_US/PDF/industrie/englisch/Air_Nozzles_Lechler_EN.df [6] EXAIR CORPORATION. Air nozzles and Jets [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// US/Primary%0Navigation/Products/Air%0Nozzles/Pages/Air%0Nozzles% 0and%0Jets%0Home.asx [7] WIKIPEDIA. Air knive [online]. 009 [cit ]. Dostuné z: htt://en.wikiedia.org/wiki/air_knife [8] BECK AIR. Ringjet Air Amlifier [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [9] BECK AIR. Airmiser Nozzles, Jets & Handguns [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// 4

43 [0] LIMEX TECHNIK. Statická elektřina [online]. 00 [cit ]. Dostuné z: htt:// [] HRDLIČKA, Aleš. SMC. Měření, odstrnění, záznam úrovně statické elektřiny [online]. 008 [cit ]. Dostuné z: [] Ionizéry - řady IZS, IZN. SMC [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [3] SECOMAK. [online]. [cit ]. Dostuné z: htt://secomak.com/air_knife.as [4] STEAMTEK. Air Nozzles and Jets [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [5] Prandtlovy trubice [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [6] Měření množství vzduchu Prandtlovými trubicemi. [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [7] Prandtlovou trubicí je možné měřit i malé rychlosti roudění [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [8] ALMEMO 90-3 [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [9] Secial Functions. [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [0] IFM ELECTRONIC, sol. s r.o. Oerating instructions [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [] HYDROTEHNIK. User manual [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// BA0E.df [] HYDROTECHNIK. Sensors [online]. [cit ]. Dostuné z: htt:// [3] KOPÁČEK, Jaroslav. Pneumatické mechanismy: Díl.. vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita, 996, 65 s. ISBN [4] BOHL, Willi. Technisch Strömungslehre. Leizig, 97 43