University of Debrecen Hı- és áramlástechnikai gépek II. TALAMON Attila Assistant lecturer talamona@mk.unideb.hu www.mk.unideb.hu/talamona Áttekintés 09.17 09.24 10.01 10.08 10.15 Konferencia 10.22 10.29 11.05 Rajz héth 11.12 11.19 11.26 ZH 12.03 Szorgalmi 12.10 PZH 12.17
Vízgépek csoportosítása sa A vízgépeket két nagy csoportra: szivattyúkra turbinákra oszthatjuk A szivattyúk feladata a folyadék energiatartalmának (munkavégzı képességének) növelése, amely cél mechanikai munka befektetése árán érhetı el. Vízgépek csoportosítása sa A vízgépeket két nagy csoportra: szivattyúkra, és turbinákra oszthatjuk míg a turbinák megfordítva: mechanikai munkává alakítva hasznosítják a víz energiatartalmát. A folyadék szállítása tehát csak energia felhasználásával valósítható meg, ezért a folyadékkal energiát kell közölni.
Egyhengeres egyszeres mőködéső forgattyús hajtómővel hajtott dugattyús szivattyú Ha l/r, akkor az alábbi képletek írják le a dugattyú mozgását:
Ha l/r, akkor az alábbi képletek írják le a dugattyú mozgását: Ha l/r, akkor az alábbi képletek írják le a dugattyú mozgását:
A szivattyú elméleti (résveszteségek nélküli)térfogatárama: Q(t) = AdVdugattyú így a képletsor második sorából a dugattyú sebesség behelyettesítésével és az r forgattyúkar hosszat az s lökethosszal kifejezve, továbbá figyelembe véve, hogy ω = 2πn: Mivel a forgattyúkar egyszeri körülfordulásának ideje 1/n, ez idı alatt a dugattyú által kiszorított folyadék térfogata Ad s, így Qközepes = Ad s l (1 l n) = Ad s n Ezt egybevetve a képlet jobb oldalán aláhúzott részekkel:
Most már megrajzolható a Q(t) térfogatáram - idı függvény, az egyhengeres, egyszeres mőködéső dugattyús szivattyú folyadék szállítási diagramja. az egyhengeres, egyszeres mőködéső dugattyús szivattyú folyadék szállítási diagramja.
A diagram alapján látható, hogy a pillanatnyi folyadékszállítás rendkívül erısen ingadozik 0 és Qmax között. Az ingadozás relatív értéke a térfogatáram egyenlıtlenségi fok, melynek definíciója: Az egyhengeres, egyszeres mőködéső dugattyús szivattyú esetén Qmin = 0, így - a képletet is figyelembe véve -. Megfelezhetı az egyenlıtlenségi fok kettıs mőködéső dugattyús szivattyú kialakításával, ilyenkor a dugattyú mindkét oldalán vannak szelepek, és mindkét oldalon történik szállítás.
Lényegesen hatékonyabban csökkenthetı az egyenlıtlenségi fok több, egyszeres kivitelő, idıben fáziskéséssel mőködı henger alkalmazásával. Az ábrán jól látható, hogy már három henger esetén mennyire kiegyenlített a térfogatáram.
- Három, párhuzamosan kapcsolt, 120 fáziskéséssel mőködı dugattyús szivattyú esetén Qközepes = 0,955 Qmax és kiszámítható, hogy δ = 0,141. Öt, egyenként 72 fáziskéséssel mőködı dugattyús szivattyú esetén δ = 0,09.
Dugattyús és egyéb térfogat kiszorítású szivattyúk mőködésérıl, esetleges hibáiról ad információt az indikátordiagram. Az indikátordiagram a hengertér nyomása a dugattyú elmozdulása, illetve az azzal arányos pillanatnyi hengertérfogat függvényében. A dugattyús szivattyú munkahengerén kívül a csatlakozó vezetékeket, a szívó- és nyomótartályt is megrajzolhatjuk, így érthetı, hogy hogyan változik a hengerbeli nyomás a mőködés során.
A ph nyomás szívóütemben - amikor a nyomóoldali szelep zárva van - a szívóoldali tartály és a hengertér közötti veszteséges, a szívócsıbeli folyadékoszlop gyorsulását is figyelembe vevı Bernoulli egyenletbıl határozható meg: Nyomóütemben a hengertér és a nyomótartály között írható fel Bernoulli egyenlet, mert ilyenkor a nyomószelep van nyitva és a szívószelep zárva van:
Az egyes tagokat az alábbiak szerint kell kiszámítani. Szívóütemben 1, nyomóütemben 2, indexet kell írni az A, I, D, és λ mennyiségeknél. A folyadékoszlopot gyorsító nyomásmagasság: A csövekben az áramlási veszteség:
A fenti képletekben a dugattyú vd(x) sebességét és ad(x) gyorsulását az ismert képletekbıl lehet meghatározni. Figyelembe kell venni, hogy a véges hajtórúd viszony miatt az ad gyorsulás az elmozdulásnak nem lineáris függvénye, a sebesség a hossz függvényében nem egy szabályos, hanem egy torzult ellipszis, aminek a négyzetével arányos az áramlási veszteség. Mivel a rugóval elıfeszített szelepekre a dugattyú mozgása során változó nyitónyomás hat, azok az átbocsátandó térfogatáramnak megfelelı mértékben nyitnak, az eredı szelepellenállás közel állandó. A szelepek nyitásakor azonban kis tranziens nyomásváltozások figyelhetık meg.
Az indikátor diagram alakja a fenti képletek és az imént leírtak alapján megszerkeszthetı, illetve a laboratóriumban megmért indikátor diagram alakja megérthetı. A képletekben mindenütt utalunk arra, ha egy mennyiség a dugattyú x elmozdulásától függ. Indikátor diagram
Indikátor diagram A vonalkázással jelölt metszékek a ha1, ha2 gyorsító nyomásmagasságot, a h1, h2 áramlási veszteségmagasságot, a hsz, hny szelepveszteség magasságot, a szelep nyitásakor fellépı tranziens nyomásváltozást jelölik Dugattyús s szivattyúk A szivattyú jelleggörbéje alatt nem az indikátor diagramot értik,hanem a Q( p) függvénykapcsolatot. A térfogat kiszorítás elvébıl következik, hogy a szivattyú által szállított térfogatáram ideális esetben független a szivattyú által táplált rendszer nyomásától, csupán a szivattyú fordulatszámától függ. Valójában azonban a mozgó, folyadék kiszorító elemek és a szivattyúház közötti réseken át növekvı terhelı nyomás estén növekvı rés térfogatáram jut vissza a nyomó oldalról a szívóoldalra.
Dugattyús s szivattyúk Emiatt a Q( p) függvénykapcsolat enyhén csökkenı, közel lineáris függvény. A rések miatti térfogatáram csökkenést - hasonlóan az örvénygépekhez - ηv volumetrikus hatásfokkal szokás jellemezni. Dugattyús s szivattyúk A szivattyú geometriai adataiból kiszámítható a tengely egyszeri körülfordulásához tartozó Vg(e) geometriai térfogat. Itt e-vel jelöljük a dugattyús szivattyú lökethosszát, a radiáldugattyús szivattyú vezérlı győrőjének excentricitását, általában azt az állítható paramétert, amellyel a Vg geometriai térfogat változtatható.
Dugattyús s szivattyúk A geometria térfogatáram: Qg = n Vg A valódi térfogatáram tehát Q = ηv n Vg(e) Ezzel a szivattyú hasznos teljesítménye Dugattyús s szivattyúk A szivattyú hatásfoka a hasznos és a bevezetett teljesítmény hányadosa
Dugattyús s szivattyúk Ezt az egyenlıséget átrendezve látható, hogy a hajtó motorral szembeni nyomaték igény arányos a táplált hidraulikus rendszer terhelésébıl adódó nyomással. Dugattyús s szivattyúk Végül, ha behelyettesítjük ezt a nyomatékot a bevezetett teljesítmény képletébe és egyszerősítünk 2π-vel, akkor azt kapjuk, hogy:
Dugattyús s szivattyúk Végül, ha a fenti képletek szerint az alábbi alapvetı - az örvénygépekétıl merıben eltérı - arányosságok érvényesek volumetrikus szivattyúk üzemére Dugattyús s szivattyúk A volumetrikus szivattyú jelleggörbéje állandó fordulatszám és excentricitás esetén egy enyhén esı, közel lineáris függvénygrafikon, amilyen az ábrán látható.
Felhasznált lt irodalom [0] Kullmann László: ÁTG előadásvázlat (Bp., 2009) [1] Dr. Író Béla, Dr. Zsenák Ferenc: Energetikai gépek kézirat (Győr, 2000) [2] Dr. Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai [3] Heinz Zoebl Julius Kruschik: Áramlás csövekben és szelepekben(műszaki Könyvkiadó 1986.) [4] Fűzy Olivér: Vízgépek (Tankönyvkiadó, Bp. 1966.) [5] Szivattyúzási technika, WILO alkalmazástechnika segédlet [6] Dr. Szabó Szilárd: Áramlástani gépek, Példatár (Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp. 2006.) [7] Menyhárt J. Marcsó S.:Légtechnika I (Debrecen 1997.) [8] Áramlástechnika gépek (ventilátorok) előadás [9] Dr. Menyhárt József: Az épületgépészet kézikönyve. Műszaki KönyvkiadóBudapest (546-588. old.) [10] Dr. Menyhárt József: Légtechnikai rendszerek. Egyetemi tankönyv, Tankönyvkiadó Bp. [11] Recknagel-Sprengler-Schramek: Fűtés-és klímatechnika. II. kötet (1111-1138. old.) [12] Wikipedia Thank you for your attention! TALAMON Attila Assistant lecturer talamona@mk.unideb.hu