Manual de Hélices Axiais

7/24/2019 Manual de Hlices Axiais

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Guia bsico para hlices axiais

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1. A curva caracterstica de uma hlice axial

2. As leis para hlices axiais

3. Acstica

4. Envolvente Geometria tima

5. Balanceamento de hlices

6. Vibraes7. Cdigo da hlice e tolerncias padro

8. Materiais

9. Posio axial da hlice

10. Obstculos ao fluxo de ar

11. Efeito da folga

12. Alcance e propagao do ar

Verso 2 05/2015


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. A curva caracterstica de uma hlice axial

A - Curva caracterstica (presso esttica)B - Curva de resistncia do sistemaC - Ponto de trabalhoD - Curva de potncia consumida pela hliceE - Zona de turbulnciaF - ngulo das psG - Zona tima de funcionamentoH - Pico de presso - Presso dinmica

Mtodos para determinar a resistncia do sistema

1. Clculo usando guias estimativas de resistncia.2. Teste em tnel de vento do conjunto completo3. Medindo a vazo de hlice da qual conhecemos

a curva caracterstica. Sabendo a vazo identi-camos o ponto de trabalho e com ele a curva deresistncia do sistema. Vazo do ar (V)

Presso esttica (Pe)

Potncia (N)

Resistncia do sistema

Pe= C V

C = constante

v = velocidade do ar

2

AAB

C

D

EF 35

G

H

I =

1

2

2. As leis para hlices axiais

Uma vez conhecida a curva caracterstica de uma hlice, podemos obter as curvas equivalentes a diferentes rotaes (n), temperaturas (T em Kelvin), edimetros (d), usando as leis da ventilao.

Terminologia Frmula Exemplo

V (vazo) 2 = 1 (2

1

) (2

1

)3

Se dobrarmos a rotao (n2=2xn1), para o mesmo dimetro (d2=d1), a vazo (V2)

dobrar.

P (presso esttica) 2 = 1 (21) (21)

(12)Se aumentarmos o dimetro em 10% (d2=1,1d1), e mantendo a temperatura e rotaoconstantes, a presso aumentar 21%.

N (potncia) 2 = 1 (21)3 (21)

5 (12)

Se aumentarmos a temperatura de 20C a 50C, mantendo o dimetro e rotaoconstantes, a potncia diminuir 9%.

3. Acstica


Potncia acstica a medida absoluta do nvelsonoro. Baseada na energia irradiada pela fontesonora N(Watt). Embora no podemos medir apotncia acstica diretamente, podemos calcul-la medindo a presso acstica.

= 10 log( ) []= 10

A soma das potncias acsticas logartmica. 2 fontes de 60 dB gerampotncia de 63 dB:10 6= 10log2+ 10log

6

Optimiser fornece valores de Lw.Presso acstica a medida do nvel sonoro

em um ponto especfico baseado na pressogerada (Pa). O nvel sonoro pode ser medido ouestimado com base na potncia acstica, no tipode propagao e reverberao.

= 20 ( ) []= 2 10

Clculo de propagao em campo livre:

=- 10log( 4 ) []

Nvel de rudo ponderado adaptao da pressoe potncia a nveis adequados ao ouvido humano.

F(Hz) 63 125 250 500 1000 2000 Analisa-se quais frequncias o ouvidohumano percebe com maior intensidade.Pond(A) -26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 1,2

Rudo de fundo nvel de rudo normal doambiente onde est a fonte analisada.

O rudo de fundo influencia na anlise da fonte sonora:- Diferena < 3dB anlise acstica no vlida- Diferena entre 3dB e 10dBAplicar correo- Diferena > 10dB rudo de fundo insignificante

Se o rudo de fundo de 20dB e a fonteanalisada gera 60dB, o rudo de fundo no relevante na anlise.Diferena = 60 20 = 40 dB > 10 dB.

Converso do nvel de rudo em funo darotao (n) e do dimetro (d) da hlice.

= + 50 () + 70 (

) []

Ao dobrar a rotao o nvel de rudoaumenta 50log(2) = 15 dBAo aumentar 10% o dimetro da hlice onvel de rudo aumenta 70log(1.1) = 3 dB

Como descrito na figura abaixo. (Formla

no OPTIMISER)

Lw Lw Lw Lw

Lp Lp LpLp

Lp

LpD

LWr

Lp< 2 x D

campo prximo> 2 x D

campo livre

Q = 2 (1/2 esfrico).

Q = 1 (esfrico). Q = 2 (1/2 esfrico). Q = 4 (1/4 esfrico). Q = 8 (1/8 esfrico).

4. Envolvente Geometria tima

O envolvente um elemento chave na ecincia do sistema, pois dene o comporta-mento do uxo de ar.

A melhor geometria a do tipo Bellmouth de acordo com as guras ao lado.

Com o tipo Bellmouth obtemos uma entrada suave do ar e evitamos as reas decontato que causam perda de 15 a 20% de ecincia ao criar perturbaes nas pontas

das ps.

Dimenses recomendadas para Bellmouth:

L

R

D

R = 0,1 x DL = 0,1 x D

Vena

contracta

Bellmouth Sharp duct Orifice plate

Bom Regular Menos Indicado

Estimativa da perda de carga comparado com Belmouth em percentual da pressodinmica (Pd). (perl airfoil)

0 50 70


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Cdigo da hlice para chaveta

750/9-9/30/PPG/4ZR/24/8/52/ACdigo da hlice para flange

.../4ZR/20/4x7/BC50/B

Sentido de GiroL - Anti-horrio R - Horrio

Direo do fluxode ar

Direo do fluxode ar

Direo do fluxode ar

B - Aspirante A - Soprante

Dimetro do centrodos furos de fixaoDimetro dos furos de fixaoN de furos de fixao

Dimetro do furo central ****(H8)

Direo do fluxo de arComprimento do cubo

Tamanho da chaveta ***(Js9)

Dimetro do furo central **(H7/G7)Sentido de giro

Perfil da p

(H14)* Dimetro da hliceN de ps

N de posies do ncleongulo das psMaterial das ps

* Tolerncias H14, segundo norma DS/EM 20286-2.** Tolerncias H7 para dimetros at 48 mm e G7 a partir de 55mm.*** Tolerncias para chaveta Js9, segundo norma ISO 773 (R).**** Tolerncias para motores a combusto H8.

5. Balanceamento de hlices


Definio de desbalanceamento Eixo de giro Centro de gravidade Objetos rotativos como hlices axiais.Norma de balanceamento habitual ISO 1940/1. -Quando balancear em 1 plano(balanceamento esttico)

Espessura da hlice < 0,2 x Dimetro da hlice. o caso das hlices Multi-Wing.

Grau (G) de balanceamento para hlicessegundo a norma ISO 1940/1.

= 6,3 = 2,5

= ()

()( ) = () =

()

Balanceamos de acordo com o graudesejado pelo cliente.

6,3 = 950 =950

60 = 15,83

(balanceamento habitual de Multi-Wing)

6,3 ()

2 ( )= 0,0633 ( )

Onde = massa da hlice () e

Se a hlice pesa 500 o desbalanceamento

mximo dizer queo desbalanceamento mximo em um raio de

7= 0,4

Sinais de desbalanceamento.Vibraes e rudos.

As amplitudes das vibraes esto presentesno espectro na frequncia de 1xRPM.

Na Multi-Wing todas as hlices sobalanceadas, portanto desbalanceamentoem hlices novas no comum.

Causas de vibraes no relacionadas com obalanceamento.

Ressonncia, desalinhamento de eixo no conjunto,eixo empenado, rolamentos defeituosos e folgas.

Anlises de vibraes podem mostrar acausa.

Como determinar se o problema de vibrao provocado por desbalanceamento.

Anlises in-situ de vibraes.Determinar o espectro de vibraes,balancear In-situ e avaliar o resultado.

6. Vibraes

Pergunta Resposta

Quando pode ocorrer ressonncia?

M1 ou M2 = 1x ou 2x ou 3x ou 4x ou BPF ou OPF onde:- M1, M2 = frequncias naturais da p

- 1x, 2x, 3x, 4x = mltiplos inteiros da rotao (Hz)

- BPF = Nmeros de psRPM

60[Hz]

- OPF = Nmeros de suportesRPM

60[Hz]

Como evitar problemas deressonncia?

Na Multi-Wing fornecemos o diagrama de Campbell de frequncias naturais com margem de segurana de10% para evitar ressonncia. (Veja a figura a baixo)

Como determinar se h problemas deressonncia na aplicao?

Medio e anlise de amplitudes de vibraes.(na figura a baixo mostra como se pode interpretar o espectro)

Conhecendo o espectro podemos saber em que frequncias se encontram as amplitudes de vibraes e

determinar se coincidem com as frequncias naturais das ps.

Como determinar se h problemas deressonncia em uma hlice de 6 psgirando a 1500 RPM? Temos 4suportes e as frequncias naturais dasps so 75 Hz e 193 Hz

1x, 2x, 3x, 4x = 25, 50, 75, 100

BPF =61500

=

150 , OPF =41500

=

10060

60

Nenhuma das frequncias crticas igual s frequncias naturais da hlice, logo no deveria haver ressonncia.

O diagrama de Campbell abaixo mostra o resultado com uma margem de segurana de 10% (faixa vermelha)

5,78x

ressonncia por velocidade de rotao = frequncia naturaldesalinhamentoressonncia por OPF (2, 3 ou 4 obstculos) = frequncia naturalfolgas (de 3 8x)exemplo, defeito em rolamento (picos em ordens no inteiras)ressonncia por BPF = frequncia natural (exemplo para hlices com 10 ps)

Limite para motores a combusto:

30-35mm/s ISO10816-6

Limite para motores eltricos:

4-5mm/s ISO10816-31600RPM

Hz

200

150

100

50

00 1100 1200 1300 1400 1500

Modo 1: 75Hz

Modo 2: 193Hz

M2

M1

BPF

4x

3x

2x

3

x

Campbell RMS mm/s

1x 2x 3x 4x 5x 6x 7x 8x 9x 10x 11x 12xx=RPM

desbalanceamento

Interpretao do espectro de frequncias de vibrao

7. Cdigo da hlice e tolerncias padro


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8. Materiais

Fatores para determinar o material de uma p.

Velocidade de rotao da hlice

Temperatura

Substncias qumicas

Condies climticas

Vibraes

A tabela mostra as caractersticas de nossos

principais materiais usado em ps.

NomenclaturaMulti-Wing

PPG PAG Al

ComposioPolipropileno reforadocom fibra de vidro (25%)

Poliamida reforadacom fibra de vidro (25%)

EN AC-AL SI12Cu1(Fe)

Temperatura deTrabalho

-10C a +90C -40C a + 120C-60C a +245C permanente

+400C durante 2hResistncia aTrao

85MPa 165MPa 240MPa

Mdulo de Flexo 6.0GPa 8.2GPa 70GPaResistncia

Qumica Alta Mdia BaixaTratamento - - Pintura Epxi

9. Posio axial da hlice

A posio axial da hlice depende do tipo de envolvente, formatoda p e ponto de trabalho. Usamos o FOOS (Fan Out of Schroud)para denir a posio axial. FOOS a porcentagem da ponta da

p que sobressai do envolvente em seu sentido do uxo.

Abaixo temos algumas recomendaes de FOOS, segundo otipo de envolvente e tipo de p.

Sicke Airfoil Increasing arc

Orice plate 0 - 20% 0 - 20% 20 - 30%

Bellmounth 0 - 20% 0 - 50% 0 - 20%

Sharp 20 - 50% 0% 30 - 60%

Airflow Airflow Airflow

Orifice plate

Sickle bladeFOOS = 0%

Bellmouth

Airfoil bladeFOOS = 30%

Sharp

Increasing arcFOOS = 30%

0. Obstculos ao fuxo de ar

Os obstculos (suporte do motor, polias, etc) devem estar a uma distncia das ps nomnimo de 15% do dimetro da hlice. Para trocadores de calor, a distncia depende daaplicao (uxo aspirante ou uxosoprante):

Tipo de aplicao Fluxo de ar Distncia mnimaRadiador - Ps

Soprante Hlice -> Radiador 50%

Aspirante Radiador -> Hlice 25%

Outras regras recomendadas

>0,15 x D >0,15 x D

D D

0,25 x D 0,50 x D

Folga 0,5% x D Folga 0,5% x D

Airflow

Airflow

Airflow

Nmero de suportes Nmero de ps

Dimetro do ncleo Dimetro do motor

1. Efeito da folga

A folga se dene pela distncia entre a ponta da p e a parede interior do

envolvente. O aumento da folga reduz principalmente a presso e portantotambm a vazo. A folga ideal deve estar entre 0,5% e 1% do dimetro dahlice segundo a tabela abaixo.

A tabela abaixo mostra o efeito da folga na presso de uma hlice.

(Referncia: p airfoil com 0,5% de folga = 100% de presso).Dimetro interno do envolvente (mm) 1000 1000 1000 1000Folga(%) 0,5% 1% 2% 4%Dimetro da hlice(mm) 990 980 962 926Folga(mm) 5 10 19 37Pico de presso(%) 100% 94% 84% 71% Muito sensvel Sensvel Menos sensvel

2. Alcance e propagao do ar

10,2

10,2

W(m)

L(m)

D(mm)

Vmed(m/s)

Vmax(m/s)

O alcance depende dos obstculos como slo e paredes.Recomendamos uma simulao CFD para determinar oalcance. As seguintes frmulas so timas aproximaes. importante reduzir Q (m/h) levando em considerao

a resistncia do sistema como grades, suportes e folgaelevada.

= 0,36() + ()1000 () = 6970( )()

2

: = 1310 () () = = ()1850 + 1()

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