GANZ ENGINEERING ÉS ENERGETIKAI GÉPGYÁRTÓ KFT. Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével Készítette: Bogár Péter Háznagy Gergely Egyed Csaba Zombor Csaba Budaörs, 2015.04.23.
Bevezetés Szívócsövek bemutatása Vizsgálatok okai Elméleti háttér, képletek Szimuláció Geometria ismertetése Háló felépítése Modell paramétereinek definiálása, peremfeltételek Eredmények kiértékelése Összefoglalás, előrelépési lehetőség
Szívócsövek bemutatása I. Szivattyú esetén A járókerék előtt elhelyezkedő csőszakasz A szívócsövön történik a folyadék beszívása Kialakítása: konfúzoros -> áramlás egyenletesítése Szívócső
Szívócsövek bemutatása II. Turbina esetén A járókerék után elhelyezkedő csőszakasz A szívócsövön történik a folyadék kiáramlása Kialakítása: diffúzoros Francis-turbina
Vizsgálatok okai Szivattyú: konkrét megrendelés Turbina: ajánlatkészítés Veszteségek csökkentése, hatásfok javítás Szivattyú: A kilépő keresztmetszeten a folyadék perdületmentes belépése a járókerékhez Turbina: A szívócső hatásfokának növelése és így a turbina összhatásfokának növelése
Elméleti háttér, veszteségek Veszteségmagasság, veszteségek A veszteséges Bernoulli egyenlet v 2 2 be p s, be Δp =p be -p ki [Pa] súrlódási veszteség, h = Δp ρ g [m] U be v 2 2 ki p p' veszteségmagasság, υ h = h %, relatív veszteség, H ahol turbina esetén az esés H t =4,3 [m], és szivattyú esetén a szállítómagasság H sz =2,95 [m] s, ki U ki
Elméleti háttér kilépő szögek - szivattyú Feltétel: szivattyú járókerekére történő perdületmentes belépés (szívócsőből kilépés) α > 5 előperdülettel már szabályozunk α: szívócsőből kilépő sebességek axiális irányhoz képesti szöge Sebességi háromszögek: 1 indexű: belépés
Szimuláció Víztér modell I. SolidWorks Közvetlenül a víztér geometria modellezése Szivattyú: egyféle, létező geometria ellenőrzése Turbina: többféle kialakítás vizsgálata Oka: S alakú szívócső hajlatában egy rövid konfúzoros szakasz
Szimuláció Víztér modell II. Szivattyú - CFZm 1800 ferde tengelyű szivattyú - Névleges tömegáram Q n =7500 [kg/m 3 ] - Szállítómagasság: 2,95 [m] - Szívócső befoglaló méretek: 6,3x2,5x4,3 [m] Turbina - S-turbina szívócső alapján készült modell - Névleges tömegáram Q n =57000 [kg/m 3 ] - Esés: 4,3 [m] - Szívócső befoglaló méretek: 31,8x8,2x6 [m]
Szimuláció Hálókészítés ANSYS alaphálózóját használtuk Többféle globális elemméret mellett futtattunk Határréteg sűrítéssel, 30<y + <300 értékének tartása mellett (Re szám alapján teljes turbulens tartomány)
Szimuláció Modell tulajdonságok ANSYS CFX Stacioner Közeg: víz Vizsgált turbulencia modellek: k-ε, SST, k-ω Peremfeltételek: Szivattyú Össznyomás = hidrosztatikai nyomás Szállított tömegáram ismert Turbina Belépő km. Össznyomás Tömegáram Kilépő km. Tömegáram Össznyomás
ν h [%] Szimuláció Eredmények - szivattyú Veszteségek 0,7 0,6 0,5 0,4 A veszteségek a tömegáram függvényében 0,3 0,2 νh[%] Polinom. (νh[%]) 0,1 p be =0.12753 [bar] 0,0-0,1 0 2000 4000 6000 8000 10000 Q [kg/s] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Q [kg/s] 0 2500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 p ki [bar] 0.12738 0.12696 0.12685 0.12673 0.1266 0.12646 0.12631 0.12616 0.12599 0.12581 h' [m] 0 1.53E-03 5.81E-03 6.93E-03 8.15E-03 9.48E-03 1.09E-02 1.24E-02 1.40E-02 1.57E-02 1.75E-02 ν h [%] 0 0.052 0.197 0.235 0.276 0.321 0.370 0.422 0.473 0.532 0.594
Szimuláció Eredmények - szivattyú Sebességeloszlás a szimmetriasíkban
Szimuláció Eredmények - szivattyú Kilépő szögek I.
Szimuláció Eredmények - szivattyú Kilépő szögek II. 5
ν h [%] Szimuláció Eredmények - turbina Veszteségek Változat ν h [%] 1 2,837 2 3,001 3 3,024 4 3,136 5 3,174 6 3,281 7 3,416 3,500 3,300 A különböző esetekben a ν h -k alakulása százalékosan 3,100 2,900 2,700 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Változat
Szimuláció Eredmények - turbina Áramvonalak
Szimuláció Eredmények - turbina Sebességeloszlás a szimmetriasíkban
Összefoglalás Szivattyú: Leválás nincs, veszteség 1% alatt Egyenletes kilépés, perdületmentes kilépés nem teljesül a teljes keresztmetszeten Geometria optimalizálása: Szivattyú könyök utáni szakasz meghosszabbítása Ív sugarának növelése Turbina: Több geometria közül az optimális megtalálása A több változat közül sikerült egy olyan változatot megtalálni, ahol a konfúzoros hatás számunkra a legjobban érvényesül Továbblépési lehetőség: A modell egyszerűsítése szempontjából a szimmetriát kihasználva érdemes lenne fél modellel számolni Eredmények esetleges validálása mérésekkel
Köszönjük a figyelmet!