MUNKAANYAG. Szabó László. Térfogatkiszorítás elvén működő szivattyúk. A követelménymodul megnevezése:

Átírás

1 Szabó László Térfogatkiszorítás elén működő sziattyúk A köetelménymodul megneezése: Kőolaj- és egyipari géprendszer üzemeltetője és egyipari technikus feladatok A köetelménymodul száma: A tartalomelem azonosító száma és célcsoportja: SzT-06-50

2 VESZTESÉGES ÁRAMLÁS ESETFELVETÉS MUNKAHELYZET A különböző egyipari műeletek, egyipari technológiák üzemeltetése során a leggyakrabban előforduló feladat a folyadékok szállítása, tartályok feltöltése, folyadékok mozgatása a egyipari berendezésekben. A szállításhoz sziattyúkat használunk, amelyeknek alapetően két típusa különböztethető meg: - a térfogat-kiszorítás elén működő sziattyúk és az - áramlástani elen működő sziattyúk. A sziattyúk üzemeltetéséhez ismernie kell a eszteséges folyadékszállítás megoldásait, a csőezetékrendszerek eszteségeit okozó tényezőket. Feladatai közé tartozhat üzemelő rendszerek szállítási eszteségeinek meghatározása, a eszteségeket okozó tényezők kimérése, a eszteségek csökkentése. SZAKMAI INFORMÁCIÓTARTALOM VESZTESÉGES ÁRAMLÁS 1. Bernoulli egyenlet eszteséges áramlás esetén A Bernoulli egyenlet ideális folyadékok áramlása esetén Ideálisnak tekintett folyadékok esetén eltekintünk a súrlódástól (agyis eltekintünk a folyadék belső súrlódásától, a falhoz aló súrlódástó) és az iránytörésekből adódó eszteségektől. Ez azt eredményezi, hogy a folyadék áramlása közben nem jönnek létre eszteségek. Ideális folyadék a alóságban nem fordul elő, de az egyszerűsítés (agyis, hogy a folyadékot ideálisnak tekintjük) megkönnyíti az áramlás energetikai iszonyainak izsgálatát. A Bernoulli törény matematikai formája ideális folyadékok esetén: p1 1 p h h g g g 1, agy más formában: g 1

3 h p g g C, (constans, állandó), ahol: h a folyadékrészecske magassági helyzete (egy adott ponttól számított magassága, m; p a folyadék nyomása, Pa; a folyadék sebessége, m/s; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m 3 ; g a nehézségi gyorsulás, m/s. A Bernoulli egyenlet szöeges formában: Ideális folyadékok esetén az áramló folyadék fajlagos helyzeti, fajlagos nyomási és fajlagos mozgási energiájának összege állandó. A Bernoulli egyenlet alóságos folyadékok esetén Valóságos folyadékok áramlása esetén az áramlás során súrlódási eszteségek, alamint az iránytörésből adódó eszteségek jönnek létre. A eszteségeket több tényező okozza: - súrlódóerő hat a folyadék és a csőfal között, - az áramlás során a folyadékrészecskék sebessége különbözik, így eszteséget okoz a folyadékrészecskék egymáshoz aló súrlódása, - ha a csőezetékben a folyadék iránytörést szened (például szelepet építünk be a ezetékbe), az iránytörésekből, az ütközésekből eszteségek jönnek létre. Ha alóságos folyadékok áramlása esetén izsgáljuk két keresztmetszetben a folyadék energiáit, az áramlás irányában izsgált második keresztmetszetben a eszteségek miatt az energia kisebb lesz. A két keresztmetszetben az energiák egyenlősége csak akkor lesz egyenlő, ha a második keresztmetszet fajlagos energiáihoz hozzáadjuk az áramlás során létrejött eszteségeket. A Bernoulli törény matematikai formája ideális folyadékok esetén: p1 1 p h1 h h g g g g, ahol: h az áramlás során létrejött eszteség fajlagos értéke, az un. eszteségmagasság, J/N. A eszteségmagasság számítása

4 A csöek, idomok és egyéb szerelények (például szeletek) eszteségét erősen befolyásolja az áramlás jellege és az alkatrészek geometriai kialakítása. Magát a eszteséget a gyakorlati számításokban az áramlási adatok mellett az alkatrészre agy csőre jellemző áramlástechnikai együttható, másképpen csősúrlódási tényező figyelembeételéel határozzuk meg. A csőezeték eszteségét az egyenes szakaszok és az egyes idomok pl. könyök, elágazás, zárószerelény stb. által okozott eszteségek összege adja. Fontos megjegyezni, hogy az áramlási eszteség mindig pozití érték, és nem befolyásolja az áramlás iránya. Teljesen mindegy, hogy egy magas tartályból lefelé csurog a íz, agy ellenkezőleg: alulról sziattyúal tápláljuk a tartályt, azonos áramlási sebességnél a eszteség azonos lesz, és mindig a folyadék energiájának roására keletkezik. Egyenes csőszakasz eszteségei Egy csőhálózat egyenes csőszakaszainak eszteségeit a súrlódási eszteségek okozzák. Egyenes csőszakaszok esetén a eszteség függ a csőezeték hosszától, átmérőjétől és a súrlódásra jellemző csősúrlódási együtthatótól. Egyenes csőszakasz eszteségét a köetkező összefüggéssel számítjuk: h h l, ahol: d g a fajlagos áramlási eszteség, a eszteségmagasság, J/N; a csősúrlódási együttható a csőszakasz hossza, m; d a csőátmérő, m; a folyadék áramlási sebessége, m/s; g a nehézségi gyorsulás, m/s. A csősúrlódási együttható értéke függ a cső belső falának érdességétől, alamint az áramlásra jellemző Reynolds-számtól. Pontos értékét táblázatból, illete diagramból kereshetjük ki. Általában jól használhatók közelítő számításoknál a köetkező értékek: 64 Lamináris áramlás (Re30) esetén, Re turbulen áramlás (Re30) esetén = 0,0.0,03. Idomok és szerelények eszteségei 3

5 A folyadékok szállítását biztosító csőhálózat nemcsak egyenes csöekből, hanem az irányáltoztatáshoz szükséges idomokból és különböző elzáró szerelényekből áll. Az idomok és szerelények megáltoztatják az áramlás jellegét, irányát és csökkentik a folyadék energiáját, azaz eszteséget okoznak. Az idomok és csőszerelények ellenállása szintén függénye a Reynolds-számnak, alamint az idom alakjának. Az idomok és szerelények eszteségeit ellenállás-tényezőikkel jellemezzük. Az ellenállás-tényezők meghatározása mérés alapján történik, értéküket szabányok és táblázatok rögzítik. Idomok és szerelények eszteségeinek számítása: h h, ahol: g a fajlagos áramlási eszteség, a eszteségmagasság, J/N; az idom agy szerelény ellenállási együtthatója, a folyadék áramlási sebessége, m/s; g a nehézségi gyorsulás, m/s. A csőezetékrendszer eszteségei A ezetékrendszer általában több egyenes csőszakaszt és többféle idomot, szerelényt tartalmaz. Ebben az esetben összegezni kell az egyenes csőszakaszok és a idomok, szerelények eszteségeit. A csőezetékrendszer eszteségeinek számítása: h i i i i i ( i ), ahol: d g g d g az összegzés jele, az egyes csőszakaszok hossza, az egyes elemek (idomok, szerelények) ellenállási együtthatója.. A eszteségek grafikus ábrázolása, a csőezeték jelleggörbe A csőezetékrendszerek eszteségeit diagramban lehet ábrázolni. A gyakorlatban a eszteségeket a térfogatáram függényében ábrázoljuk. A eszteségmagasság egyenesen arányos a csőezetékben áramló folyadéksebesség négyzetéel: h i i. d g g 4

6 V behelyettesítéssel: A h i 1 ( i ) V k V. d g A Ez az összefüggést h V koordinátarendszerben ábrázola egy parabolát kapunk (1. ábra). Ezt a görbét csőezeték jelleggörbének neezzük. 1. ábra A csőezeték jelleggörbe Az ábráról leolasható a különböző szállított folyadékmennyiségek esetén a eszteségmagasság értéke. Például a eszteségmagasság értéke H 1. 1 V szállított folyadékmennyiség esetén a Ha a folyadék szabadon folyik ki a csőezetékből, a kifolyásnál /g energiáal áramlik ki a ezetékből. Ez az energia szintén eszteségként jelentkezik. Szabad kifolyás esetén a eszteségmagassághoz hozzá kell adni a kifolyási eszteséget. A kifolyási eszteség: h ki. g A csőezeték eszteségmagassága (a kifolyás eszteségeinek figyelembe ételéel): h i ( i 1). d g 5

7 Az 1. ábrán látható csőezeték jelleggörbe csak a eszteségeket ábrázolja. Ezen túlmenően még figyelembe kell enni a szállítás egyéb energiaszükségleteteit is (például, ha szintkülönbséget agy nyomáskülönbséget kell legyőzni a folyadékszállítás során). A teljes csőezeték jelleggörbét később tárgyaljuk. 3. Csőezetékrendszerek eszteségeinek és csősúrlódási együtthatójának meghatározása méréssel Csőezetékrendszerek eszteségeit legegyszerűbben úgy mérhetjük meg, hogy a izsgált csőezeték két pontján nyomásmérő műszereket helyezünk el. Mérőhely Példaképpen leírunk egy eszteségmérésre, illete a csősúrlódási együttható mérésére alkalmas mérőhelyet, amelyen gyakorolni lehet a eszteségmérést és a csősúrlódási együttható méréssel történő meghatározását. A mérőhely tartalmaz egy szabályozó szelepet, amelynek segítségéel áltoztatható a csőezetékben áramló íz mennyisége, térfogatárama. A térfogatáramot egy mennyiségmérő műszer segítségéel mérjük. A mérőhely segítségéel egyenes cső és könyököket tartalmazó cső eszteségeit lehet meghatározni. A izsgált csőszakaszok kezdeti és égpontjához egy U-csöes nyomásmérő műszert kapcsolunk. A műszer azt a nyomáskülönbséget méri, amely az áramlási eszteség legyőzésére szolgáló nyomási energiát tartalmazza. Az áramlási eszteség A műszer segítségéel meghatározható fajlagos nyomási energia megegyezik az adott csőszakasz eszteségéel, eszteségmagasságáal: h h p p, ahol: g az adott csőszakasz fajlagos eszteségeit kifejező eszteségmagasság, J/N (m); a műszerrel mért nyomáskülönbség, Pa; az áramló folyadék sűrűsége, kg/m 3 ; g a nehézségi gyorsulás, m/s. A nyomáskülönbség számítása Az U-csöes nyomásmérőel mért nyomáskülönbség (higany mérőfolyadékkal): p h ( ) g Hg íz, ahol: 6

8 p a műszerrel mért nyomáskülönbség, Pa; h a műszer által mutatott szintkülönbség, ezt általában mm-ben olassuk le, de a számításokhoz át kell áltani m mértékegységbe; Hg a higany sűrűsége, kg/m 3 ; íz a íz sűrűsége, kg/m 3. A csősúrlódási tényező meghatározása A mérőhelyen a eszteségmagasság ismeretében meghatározható az egyenes csőszakasz csősúrlódási tényezőjének nagysága. A csősúrlódási tényező értékének kiszámítására alkalmas összefüggés: h d g TANULÁSIRÁNYÍTÓ A tananyagot a köetkező lépésekben sajátítsa el: Olassa el figyelmesen "A VESZTESÉGES ÁRAMLÁS" részből az "1. Bernoulli egyenlet eszteséges áramlás esetén, eszteségszámítás" című fejezetet, tanulja meg pontosan a bekeretezett, fontos fogalmakat, szabályokat, összefüggéseket! Oldja meg az 1-4. feladatokat. 1. feladat Az alábbi táblázatban különböző feladatokat, illete az összefüggésekben szereplő betűket soroltunk fel. A táblázat alatt találjuk a feladat megoldásához felhasználható összefüggéseket. Írja be a táblázatba a feladat megoldásához felhasználható összefüggést, illete a betűkkel jelölt fogalom megneezését! Megoldandó feladat Számítási összefüggés Egy könyöknél létrejöő fajlagos iránytörési eszteség meghatározása Veszteséges Bernoulli egyenlet Egyenes csőezeték eszteségmagasságának meghatározása 7

9 Egy szelepen létrejöő fajlagos áramlási eszteség meghatározása Egy csőezetékrendszer eszteségmagasságának meghatározása h h1. feladat Egy egyenes csőezeték átmérője 00 mm, hossza 0 m. A csőezetékben áramló folyadék sebessége m/s. Számítsa ki a csőezeték fajlagos áramlási eszteségét, a eszteségmagasságot, ha a csősúrlódási együttható értéke: = 0,0! A nehézségi gyorsulás értéke: 10 m/s. Adatok: d= l= = =0,0 h = 3. feladat Egy csőezetékrendszerbe szelepet építünk be. A szelepen átáramló íz sebessége 1 m/s. A szelep ellenállási tényezője: =,5. a/ Számítsa ki a szelepen létrejöő fajlagos eszteség, a eszteségmagasság nagyságát! b/ A szelep eszteségeinek mérésére egy U-csöes nyomásmérőt építünk be, amelynek egyik szára a szelep előtti, másik szára a szelep utáni nyomást méri. Írja fel a Bernoulli egyenletet a szelep előtti és utáni pontra! Mekkora a mért nyomáskülönbség? c/ Hány mm az U csőben a folyadék kitérése? A higany sűrűsége kg/m 3. 8

10 Adatok: = = = 4. feladat Egy 50 m hosszú, 100 mm átmérőjű csőezetékben 3,8 m/s sebességgel íz áramlik. A csősúrlódási tényező értéke: =0,0, a csőezetékbe iktatott idomdarabok és elzárószerkezetek együttes eszteségtényezője: = 3. a/ Számítsa ki, mennyi íz áramlik a csőezetékben! b/ Határozza meg a csőezeték eszteségmagasságát! 9

11 Adatok: l= d= = =0,0 =3 V h = Olassa el figyelmesen a ". A eszteségek grafikus ábrázolása, csőezeték jelleggörbe" és a "Csőezetékrendszerek eszteségeinek és a csősúrlódási együtthatójának meghatározása méréssel" című fejezetet, tanulja meg pontosan a bekeretezett, fontos fogalmakat, szabályokat, összefüggéseket! Oldja meg az 5-6. feladatokat. 5. feladat Vezesse le az egyenes csőszakasz csősúrlódási tényezője () kiszámítására használható összefüggést, ha ismerjük a eszteségmagasság (h ) értékét! 10

12 6. feladat Egy mérőhelyen égzett mérésnél az U-csöes nyomásmérőről 3 mm szintkülönbséget olastunk le. A ízáramlást mérő mennyiségmérő műszer 360 liter/h értéket mutatott. A izsgált csőezeték hossza m, átmérője 16 mm. a/ Számítsa ki az U-csöes nyomásmérőel mért nyomáskülönbséget! b/ Számítsa ki a eszteségmagasságot! c/ Számítsa ki a csősúrlódási együttható értékét! Adatok: Ha úgy érzi, bizonytalan a feladatok megoldásában, tanulmányozza át még egyszer a feladathoz tartozó fejezetet. Köetkező lépésként oldja meg az Önellenőrző feladatokat! Ha ezeket sikerül segítség nélkül megoldani, csak akkor lehet biztos benne, hogy kialakította az adott témában a munkája elégzéséhez szükséges kompetenciákat. MEGOLDÁSOK 1. feladat 11

13 Megoldandó feladat Számítási összefüggés Egy könyöknél létrejöő fajlagos iránytörési eszteség meghatározása h g Veszteséges Bernoulli egyenlet Egyenes csőezeték eszteségmagasságának meghatározása Egy szelepen létrejöő fajlagos áramlási eszteség meghatározása Egy csőezetékrendszer eszteségmagasságának meghatározása h h1. feladat Adatok: p1 1 p h1 h h g g g g d = 00 mm =0, m, l = 0 m, = m/s, h h h agy l d g g i i d g g h i ( i ) d g csősúrlódási együttható idom agy szerelény ellenállási együtthatója eszteségmagasság Egy csőezetékrendszer 1 pontjában ébredő fajlagos helyzeti energia, statikus energiamagasság = 0,0 g = 10 m/s. h d g 0 m ( m / s) 0,0 0, m 10 m / s 0,4 J / N ( m) 1

14 3. feladat Adatok: = 1 m/s, =,5 = kg/m3. a/ h g (1 m / s),5 0 m / s b/a Bernoulli egyenlet: p1 p g g h 0,15 J / N ( m) 3 p p p h g 0,15 J / N 1000 kg / m 10 m / s 150 Pa p h c/ h 1 Hg g p 150 Pa 0,009 m 9 mm 3 g kg / m 10 m / s Hg 4. feladat Adatok: l = 50 m, d = 100 mm = 0,1 m, = 3,8 m/s, =0,0, = 3. a/ d (0,1 m) m 3 V A 3,8 0,03 m / s 4 4 s b/ h l 50 m (3,8 m) ( ) (0,0 3) d g 0,1 m 9,81 m/ s 30,9 J / N ( m) 5. feladat 13

15 h d g, ebből -t kifejeze: h d g. 6. feladat Adatok: h = 3 mm, V 360 liter/h = 10-4 m3/s, l = m, d = 16 mm = m, Hg = kg/m3. a/ b/ p h ( Hg íz ) g 310 m (13600 kg / m 1000kg / m ) 10 m / s 378 Pa h p 378 Pa 0,0378 J / N( m) 3 3 g 10 kg / m 10 m / s h V A d d g c/, A, 4 3 d (16 10 m) A m, 4 3 V 10 m / s 0,497 m / s 4 A,0110 m, d g h 0,0378 m (0,497 m) 0,016 m 9,81 m / s 0,04. 14

16 ÖNELLENŐRZŐ FELADATOK 1. feladat Töltse ki az alábbi táblázatot! Írja be a feladatok megoldásához szükséges számítási összefüggéseket! Megoldandó feladat Egy könyöknél létrejöő fajlagos iránytörési eszteség meghatározása Veszteséges Bernoulli egyenlet Egyenes csőezeték eszteségmagasságának meghatározása Egy szelepen létrejöő fajlagos áramlási eszteség meghatározása Egy csőezetékrendszer eszteségmagasságának meghatározása A eszteségmagasság szabad kifolyás esetén. feladat Számítási összefüggés Egy csőszűkítésnél egy 00 mm átmérőjű csöet 100 mm átmérőre csökkentünk. A csőben íz áramlik. A 00 mm-es részen az áramlási sebesség 1 m/s nagyságú. a/ Írja fel a szerkezetre a folytonossági törény matematikai megfogalmazását! b/ Számítsa ki, mekkora a 100 mm-es részben a íz áramlási sebessége! c/ Milyen az áramlás jellege a 100 mm-es csőszakaszban? A íz sűrűsége 1000 kg/m 3, iszkozitása 10-3 Pas. d/ A 40 m hosszú, egyenes csőszakaszba egy szelep an beépíte, a csőből a íz egy tartályba szabadon folyik ki. Számítsa ki a cső áramlási eszteségét, ha a csősúrlódási tényező nagysága: = 0,0, a szelep ellenállási együtthatója =,! 15

17 3. feladat (Mérési feladat) Csőezeték eszteségmagasságának és csősúrlódási együtthatójának kimérése Feladat Mérje ki csőezetékek eszteségmagasságát és csősúrlódási együtthatóját különböző térfogatáramok esetén! Ábrázolja a eszteségmagasság értékeket a térfogatáram függényében, illete a csősúrlódási értékeket a Re-szám függényében! A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amely tartalmaz egy, a sziattyú után elhelyezett mennyiségmérőt, egy áramlást szabályozó szelepet és egy U-csöes nyomásmérőt a izsgált csőezetékek eszteségeinek meghatározásához. Információs lap A mérés elégzéséhez rendelkezésére álló idő: A beadás határideje: Mérés lépései (jaaslat) Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete stb.). Helyezze üzembe a sziattyút. Állítson be a szabályozószelep segítségéel a sziattyú után elhelyezett mennyiségmérő műszer segítségéel a teljesen nyitott szelepálláshoz tartozó értéket, és olassa le az U-csöes nyomásmérőn a szintkülönbséget. A mérést a szabályozó szelep zárásáal ismételje meg 8-1 mérési ponton a teljes szelepzárásig. A mérések befejezése után állítsa le a sziattyút. Az adatokat foglalja táblázatba. h Ábrázolja a csőezeték jelleggörbéjét V diagramban (a léptékek megálasztásához esetleg kérjen segítséget) Ábrázolja a csősúrlódási együttható értékeit a Re-szám függényében ( Re szám diagram); a léptékek megálasztásához esetleg kérjen segítséget. Készítsen a jegyzőkönybe onalas ázlatot a mérőhelyről. A mérésről készítsen jegyzőkönyet. Dokumentálás: Jegyzőköny készítése Értékelés szempontjai: A mérés szakszerű égrehajtása, értelmezése 16

18 A jegyzőköny tartalmi és formai kiitele, értelmezése A táblázatok jaasolt kiitele: Sorszám V, liter/h V, 10-6m3/s h, 10-3 m p, Pa h J/N 1 stb. Sorszám 1 stb. h J/N, m/s Re-szám Írja be az alábbi táblázatba a számításhoz szükséges összefüggéseket! Kiszámítandó érték p h Re-szám Összefüggés 17

19 MEGOLDÁSOK 1. feladat Megoldandó feladat Számítási összefüggés Egy könyöknél létrejöő fajlagos iránytörési eszteség meghatározása Veszteséges Bernoulli egyenlet Egyenes csőezeték eszteségmagasságának meghatározása Egy szelepen létrejöő fajlagos áramlási eszteség meghatározása Egy csőezetékrendszer eszteségmagasságának meghatározása Szabad kifolyás esetén a eszteségmagasság. feladat Adatok: d1= 00 mm, d= 100 mm, g h p1 1 p h1 h g g g g h h h agy h l d g g i i d g g h i ( i ) d g i ( i 1) d g h = 1 m/s, = 1000 kg/m3, = 10-3 Pas, = 0,0, 18

20 =,. a/ V 1 A1 A d1 d V b/ c/ d/ d1 0, m 1 1 m / s 4m / s d 0,1 m d 4m / s 0,1 m 1000 kg / m Re 3 10 Pa s , az áramlás turbulens l 40 m (4 m) h ( 1) (0,0, 1) 8, 96 m d g 0,1 m 0 m / s 3. feladat Kiszámítandó érték p h Re-szám Összefüggés p h ( ) g h p g V A Hg A d d g, 4 h íz d Re 19

21 SZIVATTYÚK ÜZEMELTETÉSE ESETFELVETÉS-MUNKAHELYZET Munkafeladatai megoldása során gyakran kell üzemeltetni folyadékszállító berendezéseket, sziattyúkat. A sziattyúk egyik alapető típusát a térfogat-kiszorítás elén működő sziattyúk alkotják. A térfogat-kiszorítás elén működő sziattyúk üzemeltetéséhez ismernie kell a sziattyúk szerkezeti kialakítását, működését, az üzemeltetésük szabályait, előírásait. Beosztott munkatársainak el kell tudni magyaráznia a sziattyúk üzemeltetésének szempontjait, az üzemeltetés helyes megalósítását. SZAKMAI INFORMÁCIÓTARTALOM A TÉRFOGAT-KISZORÍTÁS ELVÉN MŰKÖDÓ SZIVATTYÚK ÜZEMELTETÉSE 1. A sziattyúk működési elei A folyadékszállító berendezéseknek alapetően két típusát különböztetjük meg: - a térfogat-kiszorítás elén működő sziattyúk, és - az áramlástani elen működő sziattyúk. A térfogat-kiszorítás elén működő sziattyúk A térfogat-kiszorítás elén működő sziattyúk lényege, hogy létrehozunk egy nöekő, majd csökkenő teret. Tipikus megoldás a dugattyús rendszer (. ábra). 0

22 . ábra A térfogat-kiszorítás ele A dugattyú egy zárt hengertérben mozog. Ha a dugattyú az 1 helyzetből a helyzetbe mozog, a hengertér megnő. Bőülő tér esetén a hengertérben ákuum jön létre és a külső légnyomás benyomja a folyadékot a hengertérbe. Csökkenő hengertér esetén (amikor a dugattyú a helyzetből az 1 helyzetbe mozog) a folyadék "kiszorul" a hengertérből. A folyadék mozgását isszacsapó szelepek irányítják. Vákuum esetén a szíószelep nyit és beengedi a folyadékot a hengertérbe. Csökkenő hengertérnél a hengertérben a nyomás nő, a szíószelep zár, a nyomószelep nyit és kiengedi a folyadékot a hengertérből. Áramlástani elen működő sziattyúk Az áramlástani elen működő sziattyúk alamilyen áramlási törényszerűséget használnak fel a folyadék toábbításához. Jellegzetes típus az örénysziattyú (. ábra), közismert neén centrifugálsziattyú. Ezek oly módon szállítják a folyadékot, hogy járókerekük energiát közöl a folyadékkal. Az energiaközlés hatására a folyadék sebessége megnő, ezzel együtt nő a mozgási energiája. A megnöekedő mozgási energia a sziattyúházban nyomási energiáá alakul, biztosíta a folyadék mozgatásához szükséges energiát.. Dugattyús sziattyú A DUGATTYÚS SZIVATTYÚ SZERKEZETI EGYSÉGEI A dugattyús sziattyú főbb szerkezeti egységei (3. ábra). - a henger, - a dugattyú, - szíó- és nyomó szelep, - a dugattyút mozgató forgattyús hajtómű, - szíó- és nyomó légüst, - lábszelep, - szíókosár. 1

23 A folyadék mozgatása 3. ábra Dugattyús sziattyú A hengertérben léő dugattyút a forgattyús hajtómű mozgatja. A forgattyús hajtómű a motor forgó mozgását alakítja át egyenesonalú mozgássá. Amikor a dugattyú a 3. ábra szerint balról jobbra mozog, folyamatosan nöekszik a henger térfogata, és a külső nyomás hatására a folyadék beáramlik a hengertérbe. Ez az un. szíó ütem. Ellenkező irányú dugattyúmozgásnál a hengertérfogat csökken, és a dugattyú kinyomja a folyadékot a hengerből. Ez a nyomó ütem.

24 A folyadék megfelelő irányú áramlását a szíó- illete a nyomószelep szabályozza, Ezek isszacsapó szelepek, amelyek csak az egyik irányba engedik át a folyadékot. Szíóütemben a külső (legtöbbször atmoszférikus) nyomás és a hengerben létrejöő kisebb nyomás (ákuum) nyomáskülönbsége nyitja a szíószelepet, a nyomáskülönbség hatására a folyadék beáramlik a hengertérbe. Ebben az ütemben a nyomószelep a hengertérben uralkodó kisebb nyomás miatt zára an. A szíóütem égén a dugattyú ellenkező irányú mozgásának hatására nő a nyomás a hengertérben, a szíószelep zár, a nyomószelep nyit és a folyadék kiáramlik a hengertérből. A folyadékszállítás jellege A dugattyús sziattyúk folyadékszállításának nagy hátránya, hogy a szállítás egyenlőtlen. Szíóütemben csak az egyik ágban (a szíócsőben) an folyadékáramlás, míg a nyomóütemben csak a nyomóágban (a nyomócsőben) áramlik a folyadék. A dugattyú egyenlőtlen mozgása (szinuszosan áltozik a sebessége, a dugattyú az egyik holtpontról felgyorsul maximumra, majd lassul és megáll, és innen megint felgyorsul stb.) toábbi egyenlőtlenséget okoz. Az egyenlőtlen, lüktető folyadékáramlás zaaró a folyadékszállítás szempontjából. A lüktető folyadékáramlás "folyadékütéssel" terheli a szelepeket, a könyököket, aminek hatására a szerkezeti elemek károsodnak. A légüstök szerepe A légüstök egyenletesebbé teszik a folyadékszállítást. A szíóütemben a szíócsőben a folyadékáramlás egyre gyorsul, majd amikor a dugattyú mozgása lassulni kezd, a folyadék tehetetlenségénél foga nem tud lassulni és áltozatlan sebességgel áramlik a szíószelep felé. A szíó légüstben a folyadék fölött leegőréteg an. A tehetetlenül áramló folyadék a szíólégüstbe áramlik, felhalmozódik a légüstben, megemeli a folyadékszintet. A folyadékszint nöekedés eredménye, hogy a légüstben megnő a légnyomás és ez a nyomás a köetkező ütemben - amikor a szíóütem kezdődik és még kicsi a "szíóhatás" - segíti a folyadékáramlás megindulását a hengerbe. A nyomólégüst a szíólégüsthöz hasonló szerepet tölt be. A nyomóütemben a folyadékáram sebessége nő, majd a maximumot elére csökken, de a folyadékoszlop áltozatlan sebességgel áramlik. A folyadék a nyomólégüstben halmozódik fel, megemele a folyadékszintet, megnöele a nyomást. A légnyomás a csökkenő folyadékszállítás ütemében egyenletesebbé teszi a folyadékáramlást. A szíókosár és a lábszelep A csőezetékrendszer elején elhelyezett szíókosár egy lyukakkal ellátott henger. Ennek célja, hogy megakadályozza a szennyeződések bejutását a csőezetékbe. 3

25 A lábszelep szintén egy isszacsapó szelep. A nyomóütemben a folyadék kifolyna a szíócsőből és megszakadna a folyadékoszlop. A isszacsapó szelep a nyomóütemben lezár és megakadályozza a folyadék kifolyását a szíócsőből. A szállított folyadék térfogatárama A szállított folyadékmennyiség átlagos térfogatáramát tudjuk meghatározni. A forgattyús hajtómű egyszeri körülfordulása esetén a hengertérből kiáramló folyadék térfogata a hengerkeresztmetszet és a henger elmozdulásának, az un. lökethossznak a szorzata: V A s, ahol: A s a henger keresztmetszete, a lökethossz. Ha az 1 másodperc alatti fordulatszám: n, akkor az időegység alatt szállított folyadék mennyisége, a szállított folyadék térfogatárama: V A s n. Ez az összefüggés az elméletileg szállított folyadékmennyiséget jelenti. A szelepek tökéletlen zárása miatta sziattyú keesebb folyadékmennyiséget szállít. A gyakorkatban szállított folyadékmennyiség és az elméleti folyadékmennyiség hányadosa az un. olumetrikus hatásfok: V gyak V elm. A olumetrikus hatásfokot a sziattyú műszaki adatai és a szállítás körülményei alapján tapasztalati úton lehet meghatározni. A olumetrikus hatásfok figyelebe ételéel a gyakorlatban szállított térfogatáram: D 3 V A s n s n, m / s 4 ahol: V a szállított folyadékmennyiség (térfogatáram), m 3 /s; A a henger keresztmetszet, m ; D a hengerátmérő, m; s a lökethossz, m; 4

26 a olumetrikus hatásfok, n a fordulatszám, 1/s. A fordulatszámot a gyakorlatban 1/min (1/perc)-ban szokták megadni. A számításoknál mindig 1/s mértékegységgel kell a mérőszámot behelyettesíteni. 3. Egyéb térfogat-kiszorításos sziattyúk A gyakorlatban a dugattyús sziattyú mellet más, térfogat-kiszorításos sziattyútípusokat is alkalmaznak. Ilyenek például: a membránsziattyú, a fogaskerék-sziattyú, a forgódugattyús sziattyú. A membránsziattyú A térfogatkiszorítás elén működő sziattyúk különleges képiselője a membránsziattyú. A 4. ábra szerinti készülékben a dugattyút rugalmas tárcsa, a membrán helyettesíti. A hajtókar a membránt fel-le mozgata hajlítgatja, és ezáltal áltozik a membrán alatti üreg térfogata. A kisebb lengő tömegek, alamint a súrlódásmentes hajtás miatt nagyobb fordulatszám is alkalmazható. 5

27 4. ábra Membránsziattyú Kiálóan alkalmas a egyiparban erősen korrodáló hatású folyadék és szilárd szemcséket is tartalmazó zagy toábbítására, mert nem tartalmaz berágódásra hajlamos súrlódó alkatrészt. Hátránya, hogy a lengődugattyús sziattyúhoz hasonlóan a folyadékszállítás lüktető. A membránsziattyút főleg adagolásra használják. Jellegzetes alkalmazási területe a gépjárműek üzemanyag-adagolása. A membrán anyaga gumi agy rugalmas fém lehet, beonható korrózióálló anyaggal, agy akár abból is készülhet. A fogaskerék-sziattyú A fogaskerék-sziattyú sűrű, iszkózus anyagok, pépek, masszák toábbítására alkalmas készülék. Az 5. ábrán látható, hogy az egymásba kapcsolódó fogaskerékpár forgása közben a fogak és a készülék háza közötti kamrába szorult anyag folyamatosan előrehalad. A folyadék beáramlását a kamrákba az egymáshoz kapcsolt és egymástól táolodó fogak által létrehozott "szíóhatás" biztosítja, majd a egymásba kapcsolódó fogak közötti térrész csökken és a folyadék kiszorul a fogak közül. A fogaskerék-sziattyúk nem önfelszíóak, a folyadékszállítása egyenletes. 6

28 5. ábra Fogaskerék-sziattyú A fogaskerekek és a ház között keskeny rés an. Ezért a kisebb iszkozitású anyag a forgás ellenében isszasziárog és a gép hatásfoka jelentősen csökken. A fogaskerék-sziattyúnál alkalmazható fordulatszám elsősorban a szállított anyag iszkozitásától függ. Kisebb iszkozitású anyag esetén pl mm /s a fordulatszám elérheti az /min értéket is. Ugyanakkor a 00 mm /s kinematikai iszkozitás érték feletti motorolajat szállító sziattyú fordulatszáma csak /min között álasztható meg. A forgódugattyús sziattyú Működési el tekintetében a forgódugattyús sziattyúk a fogaskerék-sziattyúkkal azonos csoportba tartoznak. A térfogat áltoztatását két, egymással kényszerkapcsolatban álló, különleges profilú forgó elem hozza létre (6. ábra). A forgódugattyús sziattyúk folyadékszállítása egyenletes. 7

29 TANULÁSIRÁNYÍTÓ 6. ábra Forgódugattyús sziattyú A tananyagot a köetkező lépésekben sajátítsa el: Olassa el figyelmesen "A TÉRFOGAT-KISZORÍTÁS ELVÉN MŰKÖDŐ SZIVATTYÚK ÜZEMELTETÉSE" részből az "1. A sziattyúk működési elei" és a ". Dugattyús sziattyú" című fejezetet, tanulja meg pontosan a bekeretezett, fontos fogalmakat, szabályokat, összefüggéseket! Olassa el figyelmesen a ". Az áramlás jellege" című fejezetet, tanulja meg pontosan a bekeretezett, fontos fogalmakat, szabályokat, összefüggéseket! Oldja meg az 1-3. feladatokat. 1. feladat 8

30 Az alábbi ábrán egy dugattyús sziattyú látható. Írja be az alábbi táblázatba a számokkal jelölt szerkezeti egységek megneezését! Szám ábra Dugattyús sziattyú szerkezete, szerkezeti egységei A szerkezeti egység megneezése 7 8. feladat 9

31 Az alábbi táblázatban a dugattyús sziattyú részegységeinek megneezése, a táblázat alatt az egyes szerkezetekre jellemző meghatározásokat talál. Párosítsa össze a meghatározásokat a szerkezeti egységekkel! Írja be a meghatározás betűjelét a szerkezeti egység mellé! Szerkezeti egység betűjel Szerkezeti egység betűjel Forgattyús hajtómű Lábszelep Nyomó légüst Szíó légüst Nyomószelep Szíószelep a/ A isszacsapó szelep a nyomóütemben lezár és megakadályozza a folyadék kifolyását a szíócsőből b/ a légüstben megnő a légnyomás és ez a nyomás a köetkező ütemben - amikor a szíóütem kezdődik és még kicsi a "szíóhatás" - segíti a folyadékáramlás megindulását a hengerbe c/ a folyadék a légüstben halmozódik fel, megemele a folyadékszintet, megnöele a nyomást és ez a nyomásnöekedés segíti, hogy a szíóütemben is legyen folyadékszállítás d/ a szíóütemben lezárja a folyadékáram útját e/ a nyomóütemben lezárja a folyadékáram útját f/ a hajtómotor forgó mozgását egyenes onalú mozgássá alakítja 3. feladat Egy dugattyús sziattyú dugattyúátmérője 100 mm, a lökethossza 150 mm, a olumetrikus hatásfoka 90 %-os és a fordulatszám 10 1/min! Számítsa ki a sziattyú folyadékszállítását! Adatok: 30

32 Olassa el figyelmesen a "3. Egyéb térfogat-kiszorításos sziattyúk" című fejezetet, tanulja meg szerkezeti felépítésüket, működésüket! Hasonlítsa össze a sziattyúk működését, alkalmazási lehetőségeiket (előnyeiket, hátrányaikat) a dugattyús sziattyúk működéséel, alkalmazási lehetőségéel (előnyeikkel, hátrányaikkal). Oldja meg a 4. feladatot. 4. feladat Az alábbi táblázatban sziattyú típusok megneezése, a táblázat alatt az egyes sziattyúkra jellemző meghatározásokat talál. Párosítsa össze a meghatározásokat a sziattyúkkal! Írja be a meghatározás betűjelét a sziattyú megneezés mellé! Egy meghatározás több sziattyú mellé is beírható. Sziattyú betűjel Sziattyú betűjel Dugattyús sziattyú Fogaskerék-sziattyú a/ Folyadékszállítása egyenletes b/ Folyadékszállítása nem egyenletes Forgódugattyús sziattyú Membránsziattyú c/ A térfogat áltoztatását két, egymással kényszerkapcsolatban álló, különleges profilú forgó elem hozza létre d/ A térfogat áltozását a fogak egymásból aló kilépése és belépése hozza létre e/ A dugattyút rugalmas tárcsa helyettesíti f/ A kisebb iszkozitású anyag a forgás ellenében isszasziárog és a gép hatásfoka jelentősen csökken g/ Sűrű, iszkózus anyagok, pépek, masszák toábbítására alkalmas készülék h/ a dugattyú alternáló, lengő mozgást égez Ha úgy érzi, bizonytalan a feladat megoldásában, tanulmányozza át még egyszer a feladathoz tartozó fejezetet. Köetkező lépésként oldja meg az Önellenőrző feladatokat! Ha ezeket sikerül segítség nélkül megoldani, csak akkor lehet biztos benne, hogy kialakította az adott témában a munkája elégzéséhez szükséges kompetenciákat. MEGOLDÁSOK 1. feladat 31

33 Szám A szerkezeti egység megneezése 1 Dugattyú (búárdugattyú) Henger 3 Szíó légüst 4 Nyomó légüst 5 Szíószelep 6 Nyomószelep 7 Szíókosár 8 Lábszelep. feladat Szerkezeti egység betűjel Szerkezeti egység betűjel Forgattyús hajtómű f/ Lábszelep a/ Nyomó légüst c/ Nyomószelep d/ Szíó légüst b/ Szíószelep e/ 3. feladat Adatok: D = 100 mm = 0,1 m, S = 150 mm = 0,15 m, n = 10 1/min = 1/s, = 0,9. D (0,1 m) V s n 0, ,15m 1 0,00355 s m s 3 4. feladat Sziattyú betűjel Sziattyú betűjel Dugattyús sziattyú b/, h/ Forgódugattyús sziattyú a/, c/ 3

34 Fogaskerék-sziattyú a/, d/, f/, g/ Membránsziattyú b/,e/ 33

35 ÖNELLENŐRZŐ FELADATOK 1. feladat Készítsen ázlatrajzot a dugattyús sziattyúról! Vázlatrajz segítségéel szóban ismertesse a sziattyú működését! Térjen ki a folyadékszállítás megoldására, a szelepek működésére! Ismertesse a folyadékszállítás jellegét, a szíó- és nyomólégüstök szerepét, működését! 34

36 . feladat Egyhengeres, együtemű dugattyús sziattyúal egy padlószinten elhelyezkedő tartályból izet szállítunk egy 1 m magasan elhelyezett tartályba. A két tartályban a nyomás megegyezik. A dugattyú átmérője 00 mm, a lökethossz 50 mm, a fordulatszám 4 1/s. a/ Mennyi a sziattyú folyadékszállítása, ha olumetrikus hatásfoka 95%-os? b/ Határozza meg a csőezeték átmérőjét, ha a íz áramlási sebessége 3,8 m/s! c/ Határozza meg a sziattyú eszteségmagasságát, ha a csőezeték hossza 50 m, a csősúrlódási tényező értéke: =0,0. A csőezetékbe iktatott idomdarabok és elzárószerkezetek együttes eszteségtényezője: = 3. d/ Határozza meg a csőezetékben áramló folyadék a Reynolds-számát! Az íz dinamikai iszkozitása 1,010-3 Pas. e/ Mekkora fajlagos energia kell a szintkülönbség legyőzéséhez? Adatok: 35

37 3. feladat Ábrák alapján szóban ismertesse a membránsziattyú, a fogaskerék-sziattyú és a forgódugattyús sziattyú szerkezetét, működését! Hasonlítsa össze a sziattyúk működését, alkalmazási lehetőségét (előnyeit, hátrányait) a dugattyús sziattyú működéséel, alkalmazási lehetőségéel! 36

38 MEGOLDÁSOK 1. feladat Vázlatrajz az 1. ábra szerint Szóbeli ismertetés a "A TÉRFOGAT-KISZORÍTÁS ELVÉN MŰKÖDŐ SZIVATTYÚK ÜZEMELTETÉSE" részből a ". Dugattyús sziattyú" című fejezetet alapján.. feladat D (0, m) 3 V s n 0,95 0,5 m 4 1/ s 0,03 m / s a/ 4 4 d V A b/ 4, 3 4V 40,03 m / s d 0, 1 m 3,8 m/ s l 50 m (3,8 m) h ( ) (0,0 3) 30, 9m d g 0,1 m 9,81 m/ s c/ d/ 3 d 3,8 m/ s 0,1 10 m 1000 Re 3 1,010 Pa s 3. feladat kg/ m Szóbeli ismertetés a "A TÉRFOGAT-KISZORÍTÁS ELVÉN MŰKÖDŐ SZIVATTYÚK ÜZEMELTETÉSE" részből a "3. Egyéb térfogat-kiszorításos sziattyúk" című fejezetet alapján. 37

39 IRODALOMJEGYZÉK FELHASZNÁLT IRODALOM Bertalan Zsolt-Csirmaz Antal-Szabó László-Uhlár Zoltán: Műszaki ismeretek, Műszaki Könykiadó, Budapest,1999. Bertalan-Szabó: Műeleti laboratóriumi gyakorlatok, B+V Lap- és Könykiadó Kft., Budapest 00. AJÁNLOTT IRODALOM Szabó László: Szakmai alapismeretek, Műszaki Könykiadó, Budapest, Bertalan-Fülöp-Molnár-dr. Kálmán: Géptan, KIT Képzőműészeti Kiadó és Nyomda Kft., Budapest, 000. Pattanttyús: A gépek üzemtana. Műszaki Könykiadó, Budapest,

40 A(z) modul 06-os szakmai tankönyi tartalomeleme felhasználható az alábbi szakképesítésekhez: A szakképesítés OKJ azonosító száma: A szakképesítés megneezése Kőolaj- és egyipari géprendszer üzemeltetője Vegyipari technikus A szakmai tankönyi tartalomelem feldolgozásához ajánlott óraszám: 14 óra

41 A kiadány az Új Magyarország Fejlesztési Ter TÁMOP..1 08/ A képzés minőségének és tartalmának fejlesztése keretében készült. A projekt az Európai Unió támogatásáal, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásáal alósul meg. Kiadja a Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet 1085 Budapest, Baross u. 5. Telefon: (1) , Fax: (1) Felelős kiadó: Nagy László főigazgató