11. Járókerék illesztése kívánt üzemállapothoz

Átírás

1 . Járókerék illesztése kívát üzemállaotoz Ha em kell redszerese változtati az áramlástecikai gé és az őt tartalmazó redszer üzemállaotát, a szállított térfogatáramot, aem egy tartósa megkívát mkaotot kell otosa beállítai, akkor a járókerék kismértékű átalakításával ez elérető. Ez az átalakítás azoba visszafordítatatla. A gyakorlatba két átalakítási módot alkalmazak, midkettő forgácsoló megmkálással valósítató meg. Ezek: a laátvég lereszelése, a járókerék külső átmérőjéek leesztergálása. Míg a lereszeléssel a szállítómagasság övelető vagy csökketető, addig leesztergálással a szállítómagasság csökke.. A laátvég lereszelése és aak atása a jelleggörbére A gyártás folyamá az ötött járókerekek kiléő laát vége általába éáy mm vastag élszalag formájú. Ezt az élszalagot leet akár a laát yomott, akár a szívott oldalá a járókerék kiléő keresztmetszetéek teljes b szélességébe elvékoyítai. Az alábbi.. ábrá iros voallal jelöljük a yomott oldali, kék voallal a szívott oldali lereszelés tái laát alakot. ω.. ábra Laát végéek lereszelése a szívott, illetve a yomott oldalo, A kiléő relatív sebesség iráyáak megváltozása Ha a laát szívott oldalát reszelik le, akkor a kiléő relatív w sebesség és a járókerék kerülete által bezárt β szög megő a lereszelés előtti eredeti állaotoz kéest. Nyomott oldali lereszelés eseté edig csökke a β szög. Emiatt a kiléő sebességi áromszög megváltozik, de álladó térfogatáram eseté a beléő sebességi áromszög em változik meg. Így a kiléő sebességi áromszög c m magassága is változatla. A megváltozott relatív sebesség iráy miatt szívott oldali lereszelés eseté ő a kiléő abszolút sebesség c kerületi komoese, ezzel ő a járókerék szállítómagassága. A yomott oldali lereszelés eseté csökke a kiléő abszolút sebesség c kerületi komoese, ezzel csökke a járókerék szállítómagassága. A lereszelés mértékéek az élszalag szélessége szab atárt, további laátayag lereszelése már a laátok kiléő átmérőjét csökketeé. A Hidrodiamikai Redszerek aszék számos járókeréke elvégzett mérési taasztalata alajá a atásfok közel álladó értéke (esetleg 70

2 kismértékű javlása) mellet a szállítómagasság lereszeléssel akár 5-8%-kal is megváltoztatató, így a kívát mkaot otosa beállítató β β c m c c c.. ábra Sebességi áromszög eredeti állaotba és módoslása szívott, illetve yomott oldali laátvég lereszelés eseté. A járókerék külső átmérőjéek csökketése esztergáláéssal és aak atása a jelleggörbére A másik, a gyakorlatba jól bevált mkaot illesztési leetőség a járókerék külső átmérőjéek csökketése esztergálással. Ilyekor a szállítómagasság csökke. A járókerék leesztergálásakor csak a laátok végéből szabad ayagot eltávolítai, az elő és átlaot változatla átmérővel kell megtartai, ameyibe a járókerék és a áz között a résveszteség csökketésére illesztett rések voltak eredetileg kialakítva. Az eredeti és a leesztergált járókerék meridiá metszete ilyekor az alábbi. D D D.3. ábra Járókerék átmérői leesztergálás előtt és tá Mérési taasztalatoko alaló közelítő formlát ad a szakirodalom a jelleggörbe alakjáak leesztergálás miatti módoslására. Egy K téyezőt defiiálatk. A K téyező égyzete a járókerék laátozott gyűrű alakú felülete a leesztergálás tá, elosztva az eredeti gyűrűfelülettel: D D K. (.) D D Jó közelítéssel igaz, ogy a jelleggörbe az alábbi kéletekkel traszformálódik: 7

3 Q H K; K Q H. (.) A gyárak az eredeti átmérő 0-5%-val csökketett, leesztergált átmérőköz megadják éáy diszkrét átmérő értékre a kimért gyári jelleggörbéket, és a grafikora rárajzolják a atásfok kagylógörbéket is. Ez az átalakítás a (.) kéletek alajá azoba bármilye esztergályos műelybe ázilag is elkészítető. Fotos tdi, ogy a agy térfogatáram tartomáyokba a leesztergált járókerekű szivattyúk NPSH r jelleggörbéje korábba kezd emelkedi, mit a leesztergálás előtti állaotba (lásd a 7.8. ábrát is). H NPSH r D D.4. ábra NPSH r jelleggörbék módoslása leesztergálás (D <D ) atására a agy térfogatáram tartomáyokba. Vetilátorok. Vetilátorok üzemi araméterei, jelleggörbéi A laátozott járókerekű vetilátorok működési elve teljese azoos a korábba tárgyalt tísokéval (szivattyúk, víztrbiák, komresszorok). Ha a yomásemelkedés em aladja meg a beszívott levegő yomásáak 0 %-át, akkor a levegő összeyomatatlaak tekitető, azaz az áramló gáz ρ sűrűsége álladó. A elyzeti eergia megváltozása mide esetbe figyelme kívül agyató. A vetilátor által a gázo végzett mka fajlagos értékét [J/m 3 ] = [N/m ] = [Pa] mértékegységbe adják meg, azaz a térfogategységre jtó fajlagos mkát aszálják vetilátorok jellemzésére, és Δ ö összyomás övekedések vagy összyomás külöbségek evezik. A vetilátor szívócsokjába mért átlagos értékeket s, a yomócsokba mért átlagos értékeket idexszel jelölve a fajlagos mka: ö c s cs ö ös. (.) A vetilátorból a levegő fetiek szerit c sebességgel távozik, ami ρc / fajlagos mozgási eergiát jelet. A gyakorlatba szívott vagy yomott üzemű éületgéészeti szellőztető redszerekbe ez az eergia dissziáció miatt veszedőbe megy, csak a yomás aszosl. Ez idokolja, ogy fajlagos mkakét a Δ st statiks yomásövekedést is aszálják a gyakorlatba, melyek defiíciója: Q 7

4 st ö c s cs ös. (.) Ha a vetilátor agyméretű ygvó levegővel telt térből szív, melyek yomása 0 és a a szívóoldalo ics számottevő áramlási veszteség, akkor a szívótér és a szívócsok között felírató egy veszteségmetes Berolli-egyelet: 0 = ös, azaz:. (.3) st ös 0 Ilyekor teát a két tér között a vetilátor által létreozott yomáskülöbség a statiks yomásövekedés. A vetilátorok geometriai kialakítása gyaúgy leet radiális (cetrifgális), félaxiális vagy axiális, aogy azt korábba szivattyúk esetébe láttk. Jelöljük ezért a vetilátort egy szimbólmmal és így ábrázoljk a yomás- és mozgási eergiaváltozásokat az alábbi ábrá. ρc / Δ st Δ ö 0 ρc s / t s 0 s t.. ábra Nyomás és fajlagos mozgási eergia változása vetilátorral működtetett szellőztető redszerbe Ha a vetilátorból távozó levegő sebességét aszosítai tdjk éldál szárítási folyamatok, mkaelyi asztali, szobai vetilátorok eseté, akkor em a statiks, aem az összyomás övekedés a mértékadó meyiség. Ha a vetilátor a szabadból szív és szabadba szállít, akkor t = = 0, azaz c, a fajlagos mka ée a távozó levegő fajlagos ö mozgási eergiájával egyelő és Δ st = 0. 73

5 Δ st = 0 Δ ö ρc / 0 ρc s / s = t 0 s t.. ábra Nyomás és fajlagos mozgási eergia változása asztali vetilátor eseté Vetilátorok elméleti fajlagos mkáját az Eler trbiaegyeletből atározatjk meg: ö, id c c. (.4) A valódi összyomás övekedés edig a idralikai atásfokkal:. (.5) ö ö, id A vetilátor elméleti térfogatáramát a szivattyúkoz asolóa a járókerékbe beléő vagy a járókerékből távozó közegre felírt kotiitási egyeletből számítatjk. A valódi térfogatáram edig az elméleti térfogatáram és a volmetriks atásfok szorzata. A levegő kis viszkozitása és sűrűsége miatt cetrifgális vetilátorok eseté a tárcsasúrlódási veszteség jeletéktele, a mecaikai veszteségek oka asoló a szivattyúkéoz. A vetilátor aszos teljesítméye a térfogategységre jtó fajlagos mka (Δ ö ) és a térfogatáram (Q) szorzata: P ö Q. (.6) Végül a vetilátor összatásfoka a aszos és a tegelyt ajtó összes teljesítméy áyadosa: P (.7) Pö Vetilátorok dimeziótla jellemzői a meyiségi és a yomásszám, ezek defiíciója: ö Q ö ;, itt k Dk. (.8) Dk k k 4 A k idex a járókerék legagyobb átmérőjére voatkozik. Cetrifgális vetilátorok eseté ez a laátok kiléő éléek átmérője, axiális vetilátorok eseté a laát csúcsokat tartalmazó körív ártmérője. Vetilátorokat ritkábba tiizálak a jellemző fordlatszámmal, mit szivattyúkat vagy 3 4 víztrbiákat. Helyette ikább a (4.7) kélettel defiiált fajlagos fordlatszámot aszálják. Mit a 4. fejezetbe láttk, a Cordier diagram a vetilátorokat is tartalmazza. 74

6 Vetilátorok jelleggörbéi a Δ ö (Q), Δ st (Q), P ö (Q), η(q) függvéykacsolatok grafikojait értjük. Cerifgális, illetve axiális vetilátorok tiiks jelleggörbe alakjai: Δ ö P ö Δ ö P ö Δ st Δ st η η Q Q.3. ábra Cetrifgál vetilátor és axiális vetilátor jelleggörbéiek alakja. Vetilátorok által kibocsátott zaj Vetilátorok üzeme sorá jeletős egészségügyi roblémát okozat a vetilátorok által keltett zaj. A zaj mérőszámai a agteljesítméy, a agyomás, illetve a agitezitás. Ezeket a meyiségeket élettai okok miatt logaritmiks skálá kell megadi, mert a allószervek érzékeysége is logaritmiks törvéyeket követ. A zaj mérőszámakét agyomás-, agitezitás-, agteljesítméy-szitet szokás megadi. Ezek defiíciója a következő: L 0 lg db, aol 0 = 0-5 Pa, a allásküszöb, (.9) 0 I L I 0 lg db I, aol I 0 = 0 - W/m, (.0) 0 P L P 0 lg db P, aol P 0 = 0 - W. (.) 0 A ag a zajforrást körülvevő közeg részecskéiek tovaterjedő rezgése. A agitezitás a zajforrást körülvevő elleőrző felület felületegységé átaladó agteljesítméy, amely a részecskék mozgásával tovaterjedő sebesség- és yomás-változás időfüggvéyek szorzatáak itegrálátlaga. I 0 c t t dt 0 t a t dt a 0 t dt, itt kiaszáltk a Allievi elméletét a yomás és sebességigadozás kacsolatáak figyelembe vételére. A agyomásszit így megatározza a agitezitás szitet, aak felületi itegrálja a zajforrást körülvevő teljes elleőrző felületre a agteljesítméy szit. Vetilátorok esetébe sok mérési taasztalat alajá megadató, ogy mekkora agteljesítméy szit mit korlát kíváató meg adott évleges üzemi araméterekkel redelkező vetilátorok eseté. L P Q A 0lg Q ö 0 ö0 k Blg a (.) 75

7 Itt Q 0 = m 3 /s, Δ ö0 = Pa, η a vetilátor atásfoka, a szögletes zárójelbe teát a vetilátor teljesítméy veszteségei állak. A 0 -ás idexű meyiségekre azért va szükség, ogy egyértelmű legye, milye mértékegységbe kell a térfogatáramot és az összyomás övekedést elyettesítei. A járókerék kerületi sebessége k, a agsebesség a géet körülvevő levegőbe a. Az A és B szám-kostasokat az alábbi táblázatba adjk meg: ís A B Radiális átraajló laátozású 8,5 5,3 Radiális előreajló laátozású 85, 5,5 Axiális tóterelővel 90,4 5,6 Axiális tóterelő élkül 96,6 3,6 Mitá a (.) kélet tolsó tagja egatív szám (isze k < a), látató, ogy az tóterelő élküli axiális vetilátor csedesebb, mit a gazdaságosabb üzemi tótereléses kivitel. Az is egyértelműe látszik a (.) kéletből, ogy a fordlatszám 4,5 6 odik atváyával aráyos a agteljesítméy szit, teát a zajcsökketés leetséges módja a fordlatszám csökketése és a szállítóteljesítméy megtartása érdekébe egyidejűleg az átmérő övelése. Az előző fejezetekbe többyire radiális laátozású áramlástecikai géekről főkét szivattyúkról volt szó. A gyakorlati alkalmazásokba azoba az axiális átömlésű vetilátorok ige elterjedtek, sokkal gyakoribbak, mit az axiális (szárylaátos) szivattyúk. Emiatt aszos megismerkedi az axiális vetilátorok járókerekéek és laátjaiak alakjával és az áramló levegő sebességi áromszögeivel. Perdületmetes beléés eseté c = 0. Forgástegellyel árzamos áramfelületeket feltételezve a levegő a járókerékről azoos sgáro lé ki, mit amelyike beléett, így igaz, ogy = = = ωr. Ezzel a közös kerületi sebességgel a járókerék által létesített ideális összyomás övekedés Δ ö = ρ Δc = ρ c = ρ ωr c. Ha feltételezzük, ogy a laátok meté az általk létesített összyomás övekedés em függ a sgártól, akkor az r c erdület is álladó, függetle a sgártól. Felrajzolatjk teát egy axiális vetilátor laátmetszetét a kerékagy, illetve a laátvég közelébe. c ax r r c ax c c ax w w w w.4. ábra Axiális vetilátor metszete, sebességi áromszögei, laátszelvéyei 76

8 Axiális vetilátorokból a levegő forogva távozik, ami eergiaveszteséget jelet. A térfogatáram gyais a c ax sebességkomoessel aráyos (ld..4. ábrát), míg a távozó levegő mozgási eergiája a c -tel aráyos és ez az eergia általába dissziálódik. Eek a veszteségek a csökketésére két leetőség kíálkozik: előterelő, illetve tóterelő laátrács (álló vezetőkerék) alkalmazása. A laátrácsok kée és a járókerék sebességi áromszögei a tervezési térfogatáramál az alábbi ábráko látatók. c c c w w.5. ábra Előterelő rács és a járókerék sebességi áromszögei tervezési állaotba c c c w w.6. ábra A járókerék sebességi áromszögei tervezési állaotba és az tóterelő rács A laátok kiléő szögéek megatározásakor midkét megoldásál figyelembe kell vei a véges laátszám miatti erdület aadást. 77

9 Midkét módszerek vaak előyei és átráyai, ezekek a mérlegelése alajá leet a két leetőség közül választai. Az előterelő laátrácsra midig axiális iráyból érkezik a levegő, így az előterelő laátrács laátjait lemezből el leet készítei, mert em áll fe a leválás veszélye. ovábbi előyös tlajdoság, ogy az előterelő egy gyorsító laátrács kis áramlási veszteségekkel. Hátráya viszot eek a megoldásak, ogy a járókerékbe agyobbak a relatív sebességek, mit terelő élküli esetbe és a relatív sebességek iráyáoz illeszkedő laátmetszet is osszabbkarcsúbb, mit a terelő élküli alaesetbe egyéb araméterek álladó értéke tartása eseté. Az tóterelő laátrácsra változó térfogatáram eseté változó iráyból érkezik a levegő, így a beléő él körüli leválás elkerülése érdekébe rofilos laátok készítése idokolt, ezek költsége léyegese agyobb a lemezlaátok előállítási költségéél. Az tóterelő laátrácsba a levegő lassl, emiatt e rács diffúzoros laátcsatoráiak atásfoka az összatásfokot is rotja. 78

10 3. Axiális komresszorok, gáztrbiák Az. fejezetbe láttk, ogy az eergiaegyelet adiabatiks állaotváltozás eseté és a elyzeti eergiaváltozás elayagolásával (ez gázokál majdem midig megteető) az (.) kélet szeriti. c dy d d d ö. (3.) Álló laátrács eseté ics mkavégzés, így dy = d ö = 0, azaz ö = álladó. (3.) Ha figyelembe vesszük az (.) kéletet is, azaz reverzibilisek tekitjük az áramlást, akkor d d vd dsirrev ds irrev A reverzibilisek tekitett állaotváltozásra így igaz, ogy d rev = d/ρ. Mitá egy gáztrbia fokozat egy álló laátrácsból fúvókából és egy forgó trbia járókerékből áll, és egy komresszor fokozat edig egy forgó komresszor járókerékből és egy álló lassító laátrácsból diffúzorból áll, midkét gétís léyeges eleme az álló laátrács. ekitsük ezek mkafolyamatát s diagramba. ö = áll. c / ö = áll. c / c / c / rev rev s s FÚVÓKA DIFFÚZOR 3.. ábra Gáztrbia fúvókájáak és komresszor diffúzoráak mkafolyamata A fúvóka (kofúzor) atásfoka figyelembe véve az összetalia álladóságát is: fúvóka c c c c ö c c ö, rev. 79

11 80 Hasolóa a diffúzor atásfoka:, c c c c ö ö rev diffúzor. Itt Δ a téyleges yomásemelkedés, míg a tört evezőjébe a veszteségmetes Berolli egyelet alajá számítató ideális yomásemelkedés áll (ld. Lajos amás: Az áramlásta alajai, B. 008., 9.. és 9.3 kélet). Az. fejezetbe láttk, ogy komresszió sorá az elemi olitroiks atásfok a a valódi állaotváltozást kitevőjű olitroával elyettesítjük akkor: -, ie. Ezt kiaszálatjk az állaotváltozásoz tartozó őmérsékletváltozás kiszámításakor:. (3.3) eljese asoló godolatmeettel exazió (gáztrbia) eseté:. (3.4) Egy teljes fokozat (fúvóka+trbia járókerék, illetve komresszor járókerék+diffúzor) vagy többfokozatú gé atásfoka az etaliaváltozások áyadosakét számítató. Álladó c fajőt feltételezve az etaliaváltozások őmérsékletváltozásokká alakítatók. A (3.3), illetve a (3.4) eredméy felaszálásával:,,, rev rev rev trbia, (3.5) illetve éáy léést kiagyva, rev r komresszo, (3.6) Ezt a két összefüggést a olitroiks atásfok, mit araméter álladó értékei mellett a teljes gé által feldolgozott, illetve általa létesített yomásviszoy függvéyébe ábrázolva, látató, ogy az η értékétől idlva a trbia atásfoka ő a yomásesés övelésével, a komresszor atásfoka edig csökke a yomásviszoy övelésével. rbiafokozat midkét elemé (fúvóká és járókeréke) csökke a yomás, komresszorfokozat midkét elemé (járókeréke és a diffúzorba, azaz a vezetőkerékbe) ő a yomás.

12 eta eta Gáztrbia atásfoka / 3.. ábra Gáztrbia összatásfoka a yomásesés-viszoy függvéyébe η = 0,7; 0,8; 0,9 Komresszor atásfoka / 3.3. ábra rbó-komresszor összatásfoka a létesített yomásviszoy függvéyébe η = 0,7; 0,8; 0,9 8

13 A trbia, illetve komresszor fokozat egy álló és egy forgó laátrácsból áll. Az álló rácso az össz-, vagy torló-etalia álladó. c ö álladó. (3.7) A forgó rácso a rotalia álladó. w I álladó. Axiális átömlésű géek járókerekébe azoba jó közelítéssel a tegellyel kocetriks egerfelületek az áramfelületek, így az kerületi sebesség álladó, emiatt axiális járókerekekbe w I álladó. (3.8) Fetiek felaszálásával megrajzolató a fokozato az állaotváltozás kée -s diagramba. ö = áll. 3 > > 3 > > ö = áll. c / c 3 / c / I = áll. I = áll. c / w / w 3 / w / w / 3 s s 3.4. ábra Axiális gáztrbia fokozat, illetve komresszor fokozat állaotváltozásai s diagramba Fotos fogalom a fokozat r reakciófoka, melyek defiíciója etaliaváltozásokkal kifejezve trbia fokozat eseté (komresszorokra a godolatmeet teljese asoló): forgórész statiks etalia változása r fokozat statiks etalia változása 3 3 ö 3 3 ö, mivel c c 3 az exadáló gáz kiterjedéséez illeszkedő bővülő keresztmetszetek eseté. A tört evezője a forgó laátkoszorú által aszosított fajlagos mkával egyelő, ami az Eler trbiaegyelet szerit Y = (c c 3 ). A számláló edig a rotalia álladósága alajá számítató a (3.8) kélet szerit és álladó axiális sebességet feltételezve: w w3 w3 w w3 w 3, azaz 3 w3 w. Beelyettesítés tá: w3 w w 3 w w3 w w 3 w w3 w rt. (3.9) c c w w 3 3 8

14 A reakciófok a előjelet is figyelembe véve ozitív, értéke a sebességi áromszögekből kiszámítató. Példakée megrajzoltk egy r t = 50%-os reakciófokú axiális gáztrbia laátkoszorújáak sebességi áromszögeit, valamit az álló fúvóka és a forgó laátkoszorú laátjait. c w c c w 3 c ax c 3 c w w >0 w 3 <0 w 3 c ábra Axiális gáztrbia fúvóka laátkoszorúja, járókerék laátkoszorúja, sebességi áromszögei és a relatív sebességek kerületi komoese a reakciófok kiszámításáoz A 3.5. ábrá a két laátkoszorú azoos rofilú laátokból éül fel, a megfelelő laátszögek is egyelők, így w = -c 3 = -(w 3 + ), teát w + w 3 = -, ezt a (3.9) kéletbe beelyettesítve kajk, ogy r t = -(- / ) = 0,5. Fetiek alajá köye belátató, ogy komresszorok eseté, melyekek járókereke w w idexű, diffúzora 3 idexű, rk. (3.0) Így egy r k = 0,5 reakciófokú komresszor laátkoszorúi így ézek ki: c 3 w c c w ax c c 3 w c w <0 w <0 w c 3.6. ábra Axiális komresszor járókerék laátkoszorúja és vezető kereke (diffúzora) 83