Gumiházas csavarszivattyú

Átírás

1 Vegyipari és áramlástechnikai gépek. 5. előadás Készítette: dr. Váradi Sándor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép Tel: Fax:

2 Gumiházas csavarszivattyú Használják: Élelmiszeripar, sűrű rostos anyag szállítására Olajipar iszapjainak szállítására Papíripari cellulóz masszák szállítására Építőipari habarcs, finombeton szállítására Prof. Rene Moineau 1939-ben készített disszertációjában írja le a működési elvet A rotor anyaga: CrNiMo; CrNi stb. (rendkívül kemény kopásálló felületek) Elasztikus ház: kaucsuk gumi, szilikon gumi, műanyag

3

4 A közepes folyadékszállítás q =η q =η 4ed h k v e v állórész n

5 S 1, S 2, S 3, S 4 a rotor súlyponti tengelyeinek (S-S tengely) helyzetei O 1, O 2, O 3, O 4, O 5 a rotor keresztmetszeteinek (körök) középpontjainak helyzetei

6 Az O 1 pont egyenes pályán mozog miközben K 2 legördül a belső fogazású K 1 -en

7 (A 2 -nél is ϕ k, mert ϕ k váltószög) A kerületek aránya: 4eπ/(2eπ)=2 De a belül legördülő kör teljes körbefutásakor egyszer ellentétesen körbefordul, így 2-1=1-szer kell ϕ k szöget visszamérni, így kerül A 1 A 2 -be x d = 2e 2ecosϕ = 2e k ( t) 2ecos ω k

8 Általános következtetésként megjegyezhető, hogy az előző modell-ábrabeli geometria felhasználásakor a belül legördülő kerék a gördülés irányával ellentétesen forog ezért 1 α -val kell visszaforgatni. Ha kívül gördülne le, akkor 3 α -val kellene előre forgatni A pillanatnyi dugattyúsebesség a pillanatnyi dugattyú elmozdulásának deriválásával számítható v d = dx dt d = 2 eω k sinϕ = k 2v k sin ω k t

9 A dugattyú csúszási sebessége a falon a momentán pólusból rajzolt hasonló háromszögekből számítható: v 1+ sinϕ k sinϕ Hasonlóan v cs2 levezethető, amely vcs1 d = v d d d + sinϕ k sinϕ k sinϕ k sinϕ ω ( ϕ ) k = 2e k 1 sin k sinϕ cs1 = d = 2 k + v k v v cs2 = 2eωk k ( 1 sin ) ϕ k

10 Legnagyobb csúszási sebesség (így kopás is) 1 ill. 2 -ben van Dugattyú csúszási sebessége a falon 0,8 A B C 1 D E F 2 A vcs1, vcs2 [m/s] 0,6 0,4 0,2 0,0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ϕ k =90 o x [m] ϕ k =270 o vcs1 vcs2

11 Szokásos konstrukciós adatok h e h 1.5 d 3.5 egy bekezdésű menet esetén h 3.1 d 5 két bekezdésű menet esetén ahol: h a ház menetemelkedése d az orsó átmérője

12 Gumiházas csavarszivattyú jelleggörbe

13 Tömszelence nélküli szivattyú (Betétcsöves gép) Használják: 1. Radioaktív közeg szállítására (atomreaktor) 2. Drága anyag szállítására (gyógyszeripar) 3. Robbanást okozó közeg szállítására 4. Vákuum alatti rendszer szivattyújaként 5. Fűtés keringető szivattyúként csendes járása miatt (nincs golyóscsapágy zaj; zajelnyelő folyadékgyűrű)

14

15 Csúszócsapágy a) Szilíciumkarbid b) Szilíciumoxid c) Cirkozitoxid d) Tungstenkarbid A felsorolt anyagok keménysége ~40-szerese az acélénak A csapágyakat a szállított folyadék keni. A kemény csapágycsészét a rossz kenőképességű (esetleg) szállított folyadék indokolja

16 Betétcső A betétcső falvastagsága mm, nem mágnesezhető anyagból készül a) Nagy mechanikai stabilitás b) Kémiailag ellenálló c) Nagy fajlagos villamos ellenállású anyag HASTELLOY B: 135 Ώmm 2 /m HASTELLOY C: 139 Ώmm 2 /m Alumínium: 0.03 Ώmm 2 /m Ha a betétcső mágnesezhető anyagból készülne, akkor leárnyékolná a forgórészt, így abban nem tudna áram indukálódni. A rotor átmérője kicsi legyen, az azonos teljesítmény átvitel hosszabb forgórésszel legyen megoldva, a súrlódási veszteség ugyanis ' 3 5 P n D

17 Az előzőekben ismertetettek miatt hosszú, kis átmérőjű hajtó motort alkalmaznak, amelynek viszont a hatásfoka 40-60% közötti A betétcsövet, mint lemezt hengerlik, majd védőgázas hegesztéssel pálca nélkül hegesztik Követelmény: Kifogástalan anyagminőség kell Kifogástalan hegesztés kell A tengely hosszában át van fúrva, laza csapágyillesztést választanak, hogy a folyadék cirkulálni tudjon. Ez keni és hűti a csapágyakat, továbbá vezeti a rotort a folyadékgyűrű, így a csapágyak igénybevétele kisebb

18 Nedves tekercselésű gép

19 Kényszer keringetésű LA-MONT kazánhoz, búvárszivattyúként telepítve alkalmazzák mély-kutakba. Felül a szivattyú, alul a motor, hogy az esetleges gázkiválás a szivattyúnál legyen. A nagy alapnyomás miatt krómacél ötvözetű vastag fal kialakítása szükséges Olcsóbb, mint a betétcsöves gép Jellemző adatai: P ( max = )kW V = 3 6 kv η mot max = 0.89 ~ 0.91 A csapágyakat a szállított víz keni

20 Oldalcsatornás szivattyú SIMEN-HINTSCH

21 Az oldalcsatorna elhelyezése térfogatváltozást eredményez centrális rotor esetén is

22 Kis jellemző fordulatszámmal, ( n q -val) rendelkező örvény elven működő gépet helyettesít Rossz hatásfok Pl. n = /min H = 16 m q = 10 m 3 /h = m 3 /s 1/ 2 3/ 4 1/ 2 3/ 4 nq = nq H = 1440 x x16 = 9.49

23 Többlépcsős kivitel

24

25

26 A csatorna egységnyi hosszúságú szakaszán a szekunder áramlásból származó folyadékmennyiség legyen: q o, amelynek mértékegysége [ ] q o = 3 m s m

27 Az impulzustétel alkalmazásával cdm& cρ cda = p da + ρ g dv + = df s ρ g dv 0 df s 0 Felhasználva, hogy és c dm& c dm& p A au + v = cs + dm& c ( p dp) A ( ) ( ) au cv = p Acs + p + dp A dm& c dm& ( c ) dp A = au v = ρ q o dl cs helyettesítésével cs cs

28 ρ q o L ( c ) = au cv dl Acs 0 Ahol L az oldalcsatorna hossza ρ q p p 2 1 dp ( ) L = ( ) c c A p o au v cs 2 p1 H e p2 p ρ g = 1 = A q cs o g c ( ) o L = L c au c v A q cs g au q A cs

29 Oldalcsatornás (SIHI) szivattyú jelleggörbéi Oldalcsatornás szivattyú He [m] ,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, ,002 0,004 0,006 0,008 q [m 3 /s] He h' H eta η [-]

30 Oldalcsatornás (SIHI) szivattyú jelleggörbéi Oldalcsatornás szivattyú Ph, Pö [W] ,002 0,004 0,006 0,008 q [m 3 /s] Ph Pö

31 Gázsűrítők π = v Osztályozás a nyomásviszony alapján 1. Szellőző vagy ventilátor π= Fúvó π= Kompresszor π>3.0 p p sz

32 1. Szellőző (Ventilátor) Ha p sz =1 bar, akkor pv psz + p π = 1.1 = = = 1+ p p sz sz p p sz p p sz = 0.1 p = 0.1psz = 0.1x = 10000Pa = 10kPa Tehát 10 kpa nyomásnövekedésig az összenyomhatóságot nem vesszük figyelembe, azaz ebben a tartományban állandó gázsűrűséggel számolhatunk

33 2. Fúvó Itt a méretezés során figyelembe kell venni az összenyomhatóságot. A kompresszió során keletkező hő nagy részét a hűtőbordák elvezetik, így külön hűtőt nem igényel a gép

34 3. Kompresszor A méretezéskor figyelembe kell venni az összenyomódást, külön hűtőt kell alkalmazni

35 ROOTS FÚVÓ (forgódugattyús fúvó) Francis M. Roots és Philander H. Roots amerikai testvérpár szabadalma A speciális forgódugattyú profil 1859-ben jelenik meg először 1867-ben a párizsi világkiállításon mutatják be (fából készült B=2m szélességű és D=0.8m méter átmérőjű a forgódugattyú) A forgódugattyúk felületét bőrrel vonták be

36 ROOTS FÚVÓ Szokásos méretviszony: B/D= (2) p 1bar ekkor a dugattyú kerületi sebessége max v 30m/ s A dugattyúk valós kerületi sebessége max. 40 m/s

37 A klasszikus kétszárnyas Root-fúvó szívási fázisai Az álló ház és a forgórész közti beszívott gáz térfogatot a forgó dugattyú kompresszió nélkül szállítja a szívócsonktól a nyomócsonkig. Amikor a dugattyú elfordulásával a munkatér a nyomócsonkkal kerül összeköttetésbe, a nyomócsonkból az ott uralkodó nagyobb nyomás miatt visszaáramlás indul meg. A visszaáramlott V térfogatú közeg a munkatérben lévő gázt összesűríti a nyomócsonkban uralkodó nyomásnak megfelelő p v értékre.

38 Háromszárnyas profilú forgódugattyús fúvó működési módja Ezeket a forgódugattyús fúvókat már a bevezetésükkor is a máig jellemző felhasználási területükön alkalmazták: pneumatikus szállítóberendezésekben, sörfőzdékben, kémiai és petrolkémiai technológiákban, kazánlevegő-előállításban, fémgyártásban, gázellátásban és gázfelhasználásban. A háromszárnyas profilok bevezetésének oka a gyártók azon törekvése, hogy csökkentsék az anyagáram szállítási karakterisztikából eredő pulzációt. A pulzáció a szállítási kamrában már összesűrített gáz ciklikus visszaütéséből, valamint a gáztérfogatnak a forgódugattyú lapjaiból történő kiszorításából adódik. Mindkét impulzus fellép a szállítási frekvenciánál és ez vezet a magas zajszintre a rezonancia következtében a nyomóvezetékben. A háromszárnyas profilok továbbfejlesztésével, az un. utókamrás konstrukcióval kombinálva a nyomóoldali pulzálás jelentősen tovább csökken.

39 A forgódugattyúk szinkronizált, érintésmentes járását a vezérlő fogaskerekek biztosítják A lehető legjobb hatásfok elérése érdekében a forgódugattyú radiális és axiális játéka a lehető legkisebb kell legyen Korlát a tengely lehajlás a távoli csapágyak miatt, valamint a hőtágulás és így a résveszteség

40 Lehetőleg kis s 2, azaz kis D azért, hogy a hőtágulás ne legyen nagy és így itt a résáramlás kicsi legyen s 1 nagyobb lehet a hosszabb B nagyobb hőtágulása miatt, mivel itt a nagyobb felület miatt a résellenállás is nagyobb

41 A gördülőcsapágyak és a vezérlő fogaskerekek kenése merülőkenés, a fúvó háza a hajtás és a kerekek oldalán külön olajtereket képez A szállított gáz nem érintkezik a kenőolajjal: A FORGÓDUGATTYÚS FÚVÓK OLAJMENTESEN SZÁLLÍTANAK Működési tartomány: Nyomóüzemben: mbar Szívóüzemben: -500 mbar 0 A legnagyobb méret (ÄERZENER) p = 0.9 bar q = m 3 /h

42 ROOTS-FÚVÓ MŰKÖDÉSI TARTOMÁNYA

43 Alkalmazási területek A légfúvók alkalmazása igen elterjedt a víz- és szennyvízkezelés és tisztítás eljárásaiban, de ugyanígy nélkülözhetetlen a malomipari, faipari, élelmiszer-ipari, vegyipari, gáz- és olajipari folyamatok területén is, ahol kisnyomású (max.1400mbar) és nagy térfogatáramú OLAJMENTES levegő vagy gáz szállítása szükséges (80000m 3 /h) Ugyanezek a berendezések száraz vákuum előállítására is alkalmasak 500mbar (vagy efölött)

44 A fúvó gyártmányának követelményei Az élelmiszer-, petrolkémiai, gyógyszer- és kémiai iparok különleges előírásainak megfelelően, különleges anyagokból (öntött acél, bronz, hastelloy stb.), különleges tömítésekkel, kívánságnak megfelelően szóró- vagy kényszerolajozással készíthetők A fúvó az üzemi feltételekhez és igényekhez méretezve hajtó motorral, közlőművel, hang és rezgésnyelővel, szűrőeltömődés-jelzővel, biztonsági és visszacsapó szelepekkel és csatlakozó szerelvényekkel, szükség szerint komplett zajcsökkentő burkolattal rendelhető

45 Kétpiskótás fúvó modellmetszete

46 Háromszárnyú forgódugattyú

47 Háromszárnyú forgódugattyús fúvó modellmetszete