Általános környezetvédelmi technikusi feladatok

Moduláris szakmai vizsgára felkészítés környezetvédelmi területre • Általános környezetvédelmi technikusi feladatok TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

Általános környezetvédelmi technikusi feladatok gépészeti és villamos alapmérések II/14. évfolyam tanulói jegyzet

A kiadvány a TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 azonosító számú projekt keretében jelenik meg.

Szerző: Szabó László Lektor: Szabó Lászlóné

Borító és tipográfia: Új Magyarország Fejlesztési Terv Arculati kézikönyv alapján

A mű egésze vagy annak részletei – az üzletszerű felhasználás eseteit ide nem értve – oktatási és tudományos célra korlátozás nélkül, szabadon felhasználhatók.

A tananyagfejlesztés módszertani irányítása: Observans Kft. Budapest, 2009. Igazgató: Bertalan Tamás Tördelés: Király és Társai Kkt. • Cégvezető: Király Ildikó

Tartalomjegyzék Bevezetés.............................................................................................................................................................................. 7 A jegyzet célja................................................................................................................................................................. 7 Követelmények................................................................................................................................................................ 7 Tanácsok a tanulói jegyzet használatához............................................................................................................................ 7 Jelmagyarázat.................................................................................................................................................................. 7 Munkavédelmi szabályok, laborrend............................................................................................................................... 8 A jegyzőkönyv kivitele......................................................................................................................................................... 8 A jegyzőkönyv hitelessége.............................................................................................................................................. 8 Formai és tartalmi kivitel................................................................................................................................................. 8 Az önellenőrzésre alkalmas feladatlapok Használata........................................................................................................ 11 áramlástechnikai műszerek mérései............................................................................................................... 12 Nyomásmérés...................................................................................................................................................................... 12 Ismétlő kérdések és feladatok........................................................................................................................................ 12 Nyomásmérés................................................................................................................................................................ 12 A hidrosztatikai nyomás................................................................................................................................................ 12 U-csöves nyomásmérő................................................................................................................................................... 13 Ferdecsöves nyomásmérő.............................................................................................................................................. 16 A mérési hibák............................................................................................................................................................... 17 A mérőhely kialakítása.................................................................................................................................................. 18 Ellenőrző kérdések és feladatok.................................................................................................................................... 18 Mennyiségmérés................................................................................................................................................................. 19 Ismétlő kérdések és feladatok........................................................................................................................................ 19 A folytonossági törvény................................................................................................................................................. 19 A Bernoulli-törvény....................................................................................................................................................... 20 A Pitot-cső..................................................................................................................................................................... 22 Mérőperem..................................................................................................................................................................... 23 A vízóra......................................................................................................................................................................... 25 A mérőhely kialakítása.................................................................................................................................................. 25 Ellenőrző kérdések és feladatok.................................................................................................................................... 26 áramlástechnikai mérések.................................................................................................................................... 27 Re-szám mérés.................................................................................................................................................................... 27 Ismétlő kérdések és feladatok........................................................................................................................................ 27 Az áramlás jellege. A Re-szám...................................................................................................................................... 27 Rotaméter....................................................................................................................................................................... 29 A mérőhely kialakítása.................................................................................................................................................. 30 Ellenőrző kérdések és feladatok.................................................................................................................................... 30 Csővezetékek, csőszerelvények veszteségei....................................................................................................................... 30 Ismétlő kérdések és feladatok........................................................................................................................................ 30 Veszteséges áramlás....................................................................................................................................................... 31 Csővezetékek áramlási veszteségeinek meghatározása méréssel.................................................................................. 33

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

3

Csőelzáró, áramlásszabályozó szerelvények................................................................................................................. 34 A zárószerelvények veszteségei..................................................................................................................................... 37 Ellenőrző kérdések és feladatok.................................................................................................................................... 38 Szivattyúk vizsgálata............................................................................................................................................... 39 Ismétlő kérdések és feladatok........................................................................................................................................ 39 A centrifugálszivattyú működési elve................................................................................................................................ 39 A centrifugálszivattyú jelleggörbéi....................................................................................................................................40 A szivattyú szállítási jelleggörbéje................................................................................................................................ 40 A szivattyú teljesítmény jelleggörbéi............................................................................................................................ 41 A szivattyú hatásfoka..................................................................................................................................................... 42 A szivattyú munkapontja............................................................................................................................................... 42 A szivattyú működése különböző fordulatszámokon.................................................................................................... 43 Sorba kapcsolt szivattyúk működése............................................................................................................................. 43 Párhuzamosan kapcsolt szivattyúk működése............................................................................................................... 43 A jelleggörbék felvétele méréssel.......................................................................................................................................44 Szállítási jelleggörbe...................................................................................................................................................... 44 Teljesítmény jelleggörbék.............................................................................................................................................. 44 A hatásfok jelleggörbe szerkesztése.............................................................................................................................. 44 Ellenőrző kérdések és feladatok.................................................................................................................................... 44 Automatikai és villamos mérések...................................................................................................................... 47 Villamos mérések................................................................................................................................................................ 47 Ismétlő kérdések és feladatok........................................................................................................................................ 47 Az Ohm-törvény igazolása............................................................................................................................................ 47 Sorba kapcsolt ellenállások eredője............................................................................................................................... 47 Rövidzár-kapcsolás........................................................................................................................................................ 48 Párhuzamos ellenállások eredője................................................................................................................................... 48 Feszültségosztó vizsgálata............................................................................................................................................. 48 Tárolóhatás vizsgálata................................................................................................................................................... 49 Az áramkörök vizsgálata mérési adatgyűjtővel................................................................................................................. 50 Tárolóhatású áramkör szabályozása mérési adatgyűjtő kapcsolással............................................................................ 51 Veszteségmérés számítógépes adatfeldolgozással............................................................................................................. 52 Kapcsolási vázlat........................................................................................................................................................... 52 FÜggelék............................................................................................................................................................................. 54 A feladatok megoldása........................................................................................................................................................ 54

4

Általános környezetvédelmi technikusi feladatok • tanulói jegyzet

II/14. évfolyam

GYAKORLATOK.................................................................................................................................................................... 58 1. gyakorlat • Nyomásmérés....................................................................................................................................58 2. gyakorlat • Mennyiségmérés.............................................................................................................................. 62 3. gyakorlat • Re-szám mérése............................................................................................................................... 62 4. gyakorlat • Csővezeték áramlási veszteségei....................................................................................................64 5. gyakorlat • Zárószerelvények áramlási veszteségei.........................................................................................66 6. gyakorlat • Zárószerelvények áramlási veszteségei......................................................................................... 67 7. gyakorlat • Szelep áramlási veszteségei............................................................................................................. 69 8. gyakorlat • Centrifugálszivattyú jelleggörbéinek felvétele............................................................................. 71 9. gyakorlat • Centrifugálszivattyú jelleggörbéinek felvétele két fordulatszámon........................................... 72 10. gyakorlat • Sorosan és párhuzamosan kapcsolt centrifugálszivattyú jelleggörbéinek felvétele............... 74 11. gyakorlat • Feszültségosztók vizsgálata.......................................................................................................... 76 12. gyakorlat • Tároló hatás vizsgálata................................................................................................................. 77 Önellenőrzésre alkalmas feladatlapok...................................................................................................... 78 1. feladatlap. Nyomásmérési gyakorlat (önellenőrző tudásmérő feladatlap)................................................................ 78 2. feladatlap. Mennyiségmérési gyakorlat (önellenőrző tudásmérő feladatlap)............................................................ 80 3. feladatlap. Re-szám mérése (önellenőrző tudásmérő feladatlap).............................................................................. 82 4. feladatlap. Szelepek vizsgálata (önellenőrző tudásmérő feladatlap)......................................................................... 83 5. feladatlap. Szivattyúk vizsgálata (önellenőrző tudásmérő feladatlap)...................................................................... 85

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

5

BEVEZETÉS A jegyzet célja A tanulói jegyzet célja, hogy segítséget nyújtson a gyakorlati vizsga feladatainak sikeres megoldásához. A tanítási év során a vizsgafeladatokhoz hasonló gyakorlatokat oldunk meg. Aki a gyakorlati feladatokat jól oldja meg, a szakmai vizsgán is eredményesen fogja tudni elvégezni a vizsgafeladatokat.

Követelmények – Tudjuk szakszerűen használni a feladatok megoldásához szükséges nyomás- és mennyiségmérő eszközöket, tudjunk az eszközökkel mérési feladatokat végezni. – Tudjunk szakszerűen mérni áramlástechnikai jellemzőket, tudjuk meghatározni csővezetékek, szerelvények áramlástani jellemzőit. – Tudjuk szakszerűen mérni, meghatározni szivattyúk jellemző adatait. – Tudjunk elkészíteni pneumatikus, hidraulikus és villamos alapkapcsolásokat, végrehajtani villamos méréseket, – Ismerjük meg a számítógépes irányítási rendszert. – Legyünk képesek a mérései feladatokat körültekintően, a munkavédelmi és biztonságtechnikai előírások, valamint a laborrend (a munkahely rendjének) betartásával végrehajtani. – Tudjuk a mérési adatokat feldolgozni, értékelni és mérési jegyzőkönyvet készíteni – Mintafeladatok alapján legyünk képesek önállóan, hasonló ismeretekre épülő feladatokat megoldani.

TANÁCSOK A TANULÓI JEGYZET HASZNÁLATÁHOZ Jelmagyarázat A tanulói jegyzetben a tananyag fontos elemeit, a példákat és a tanulási tippeket különböző ikonok jelölik. Ikon

Jelentés A fejezet célmeghatározása. Figyelmesen olvassa el, így megismeri a fejezet fókuszpontjait.

Az ikon fontos, jól megjegyzendő, megtanulandó ismereteket jelez.

Az ikon mellett olyan gondolatébresztő kérdéseket, felvetéseket, problémákat talál, amelyek megválaszolásával elmélyülhet a témában. Házi feladatok

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

7

Munkavédelmi szabályok, laborrend A méréshez csak akkor kezdhetünk hozzá, ha meggyőződtünk arról, hogy a mérőhely üzemre kész állapotban van. Ebben az esetben tanári engedéllyel elkezdhetjük a mérést. Csak akkor kezdhetjük el a mérést, ha az elektromos kapcsolások hibátlanok. Az üvegkészülékeket elővigyázatosan kell kezelni. Repedt, törött elemekkel mérést végezni tilos.

A JEGYZŐKÖNYV KIVITELE A mérések eredményeit jegyzőkönyvben rögzítjük.

A jegyzőkönyv hitelessége A jegyzőkönyv alapvető követelménye, hogy tartalma alapján, ha ugyanolyan körülmények között ugyanazt a mérést végzi el más személy, akkor az eredmények azonosak legyenek. A jegyzőkönyv hitelességét rontja, ha összefirkált vagy kifestővel törölt részek vannak benne. Ha javítani kell, akkor egyszerűen áthúzzuk a hibás részt, és újraírjuk a helyes megoldást.

Formai és tartalmi kivitel A jegykönyv A3-as félbehajtható négyzetrácsos vagy franciakockás lap. Ebbe lehet betenni – ha szükséges – az A4-es méretű diagrampapírokat, illetve az egyéb információkat tartalmazó lapokat. A jegyzőkönyv első oldalán a mérés megnevezése, a dátum és a mérést végző személy(ek) neve szerepel. A mérés időpontja:

A mérés megnevezése:

A jegyzőkönyv beadásának időpontja:

Név: Osztály: Mérőtársak:

Az első oldalon célszerű elhelyezni a mérőhely kapcsolási vázlatát, a mérés menetét (a mérési utasítást) és a munkavédelmi előírásokat. A kapcsolási vázlat Minta:

1. ábra. Kapcsolási vázlat mintája A kapcsolási vázlat a mérőhely térbeli kialakításától eltérhet. A folyamatot vonalas vázlattal kell ábrázolni, jelképeikkel ábrázolva a szerkezeti elemeket, egységeket. 8

ÁLTALÁNOS KÖRNYEZETVÉDELMI TECHNIKUSI FELADATOK • TANULÓI JEGYZET

II/14. ÉVFOLYAM

A vázlat a működést tekintve bal oldalról indulva jobb felé halad, még akkor is, ha a valóságban az egységek másképp helyezkednek el. Ha a vonalak keresztezik egymást, a függőleges vonalat kell megszakítani. A kapcsolási vázlaton fel kell tüntetni a mérőműszerek jellemzőit (nagyon fontos a mérőhatár feltüntetése), a mérőhely szerkezeti egységeinek a mérés szempontjából fontos adatait (pl. a csővezetékek jellemzőit). A fenti ábrán a mérőműszerek adatait nem tüntettük fel, ezeket a méréshez használt műszerekről kell leolvasni. A fontosabb jelképek az alábbi ábrán találhatók. Jelképes ábrák Csővezeték

Szelep, csap

Szivattyú (centrifugálszivattyú)

Vízszintes és függőleges cső találkozásának ábrázolása

Nyomásmérő

Szivattyú motoros meghajtással

Mérőperem

Rotaméter

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

9

A mérés menete Pl. Ellenőrizzük a mérőhely üzemre kész állapotát, a szelepek helyzetét (zárt, nyitott állapot). Elkészítjük a nyomjelző folyadékot, és feltöltjük a festékadagoló tartályt. Próbaméréseket végzünk különböző csapállások mellett, megfigyelve a megfelelő nyomjelző adagolást és a várható átváltási pontot. Stb. Munkavédelmi előírások Pl. A méréshez csak akkor kezdhetünk hozzá, ha meggyőződtünk arról, hogy a mérőhely üzemre kész állapotban van. Ebben az esetben tanári engedéllyel elkezdhetjük a mérést. Csak akkor kezdhetjük el a mérést, ha az elektromos kapcsolások hibátlanok. Csak akkor kezdhetünk a méréshez, ha meggyőződtünk arról, hogy az üvegkészülékek hibátlanok. Az adatok táblázata A jegyzőkönyv második vagy harmadik oldalán célszerű elhelyezni a mérési adatokat tartalmazó táblázatot. A táblázat fejléce a mért, illetve a számított adatok szabványos vagy szokványos betűjeleit és ezek mértékegységét tartalmazza. A következő sorokba írjuk a mért és a számított adatokat. A táblázatba mindig írjuk be a leolvasott adatokat, a mellette lévő cellákba pedig – ha a leolvasott érték nem SI-alapegységben szerepel – mindig írjuk be az SI-alapegységben meghatározott értéket. A számításokat mindig ezekkel az egységekkel végezzük. A számadatokat a normálalakhoz hasonló nagyságrendben visszük be a cellákba. Ha a számérték túl nagy vagy túl kicsi, nagyságrendet a fejlécben szereplő 10 hatványával adjuk meg. Minta: Sorszám

.

V liter/óra

.

V 10-4 m3/s

Δh, 10-3 m

Δp, Pa

h’, J/N

1 2 Stb. Számítások

A táblázat alatt (vagy a következő oldalon) gyűjtsük össze a számításokhoz szükséges összefüggéseket, majd alatta az elvégzett számítások egy mintapéldáját (egy sor adatainak kiszámítását bemutató példát). A számításoknál mindig írjuk fel az összefüggést, majd az összefüggésbe behelyettesítést (a mértékegységekkel) és a végeredményt (mértékegységével). Kiértékelés, diagramok Az eredményeket a legtöbb esetben lehet (és kell is) diagramban ábrázolni. A diagramok szemléletesen mutatják a mérési eredményeket. A jegyzőkönyv befejező része az eredmények kiértékelése. Ebben a részben értékeljük a mérések eredményeit. Elsősorban elméleti ismeretekben tanultakat hasonlítjuk össze a mérési eredményekkel.

10


II/14. ÉVFOLYAM

AZ ÖNELLENŐRZÉSRE ALKALMAS FELADATLAPOK HASZNÁLATA A mérésekhez akkor kezdhetünk hozzá, ha tisztában vagyunk az elvégzendő feladattal, ismerjük a mérőhely felépítését, el tudjuk készíteni a számításokat. Az egyes mérések elméletét Ismétlő kérdések és feladatok előzik meg. Ezeket házi feladatként külön lapokon kell elkészíteni, és a gyakorlatvezető tanár által megadott időpontban beadni. A mérést megelőzően ezért célszerű ellenőrizni, megfelelően felkészültünk-e a mérés elvégzésére. Az ellenőrzéshez segítséget adnak a mellékletben szereplő önellenőrzésre alkalmas feladatlapok, amelyeket házi feladatként külön lapokon meg kell oldani és a mérés előtt be kell adni. A mérések elkezdése előtt – a házi feladatok példáihoz hasonló – tudásszintmérő feladatlapokat kell megoldani, amelyek eredménye beszámít a mérési feladatok értékelésébe.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

11

ÁRAMLÁSTECHNIKAI MŰSZEREK MÉRÉSEI Az áramlástechnikai mérőműszerek néhány típusához (pl. Pitot-cső, mérőperemes mennyiségmérő) nyomásmérőket alkalmazunk a mérendő mennyiségek meghatározásához. A műszerek alkalmazásának begyakorlásához két gyakorlati feladatot oldunk meg: − nyomásmérés: az U-csöves és ferdecsöves nyomásmérővel mért nyomás meghatározása, illetve − mennyiségmérés: az áramló mennyiség meghatározása. Ennek a témakörnek az a célja, hogy − megtanuljuk az áramlástechnikai eszközök méréseinél alkalmazott nyomásmérők kezelését, használatát; − meghatározzuk a nyomásmérő műszerekkel mért nyomás értékét; − összehasonlítsuk az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérő pontosságát; − megtanuljuk a mennyiségmérés eszközeinek kezelését, használatát; − különböző mennyiségmérő műszerekkel meghatározzuk a csövekben áramló folyadékok mennyiségét; − összehasonlítsuk a különböző mennyiségmérő műszerek alkalmazását.

NYOMÁSMÉRÉS Ismétlő kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait! Házi feladatként válaszoljon a következő kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Mit nevezünk nyomásnak? Hogyan számítható a nyomás? 2. Mi a nyomás SI-egysége? Milyen nyomásegységeket használunk a gyakorlatban?

Nyomásmérés A nyomásmérő műszerek közül a hidrosztatikai nyomás alkalmazásán alapuló nyomásmérő műszereket: az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérőket használjuk a feladatok megoldásánál.

A hidrosztatikai nyomás Hidrosztatikai nyomásnak nevezzük a folyadék-(vagy gáz-)oszlop nyomását.

12


II/14. ÉVFOLYAM

1.1. FELADAT Az alábbi ábrán egy hengerben folyadék látható. A hidrosztatikai nyomás meghatározása alapján állapítsa meg, hogyan lehet kiszámolni a henger aljára ható hidrosztatikai nyomás értékét!

2. ábra Adatok: A folyadék sűrűsége: ρ Az alapterület: A A feladatot a jegyzetfüzetében próbálja önállóan megoldani! A hidrosztatikai nyomás nagysága: Δp = h ⋅ ρ ⋅ g , Pa

U-csöves nyomásmérő Nyomáskülönbség mérésére gyakran alkalmazunk U-csöves nyomásmérőket (3. ábra). A nyomásmérőben mérőfolyadék van, amely legtöbbször víz vagy higany (esetleg más folyadék).

3. ábra. U-csöves nyomásmérő

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

13

A nyomásmérés azon alapszik, hogy p1 = p2 esetén az U-cső mindkét ágában azonos szinten áll a folyadék. Abban az esetben viszont, ha a p1 nyomás nagyobb, mint a p2 nyomás, a folyadékszint kitér alaphelyzetéből úgy, hogy a nyomások különbségével az U-csőben lévő mérőfolyadék hidrosztatikai nyomása tart egyensúlyt (4. ábra).

4. ábra. A mérőfolyadék kitérése

1.2. FELADAT A fenti gondolatmenet alapján vezesse le az U-csöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség meghatározására alkalmas összefüggést! A feladatot a jegyzetfüzetében oldja meg! Az U-csöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség nagysága: p1 − p 2 = Δp = Δh ⋅ ρ ⋅ g , Pa

A fenti összefüggés abban az esetben ad helyes eredményt, ha a mérőfolyadék felett lévő közeg hidrosztatikai nyomása elhanyagolható. A közeg hidrosztatikai nyomása elhanyagolható, ha a mért közeg és a mérőfolyadék sűrűségének különbsége nagy. Ilyen eset pl. ha a mért közeg levegő és a mérőfolyadék víz vagy higany. Nem hanyagolható el a két közeg sűrűségkülönbsége abban az esetben, ha víz nyomáskülönbségét mérjük higany mérőfolyadékkal. Ebben az esetben a higany fölött lévő víz hidrosztatikai nyomásával is kell számolnunk (5. ábra).

14


II/14. ÉVFOLYAM

5. ábra. A sűrűségkülönbség nem hanyagolható el

1.3. FELADAT A fenti gondolatmenet alapján vezesse le az U-csöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség meghatározására alkalmas összefüggést, ha a higany fölött lévő víz sűrűsége nem hanyagolható el! A feladatot a jegyzetfüzetében oldja meg! Az U-csöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség nagysága, ha a mérőfolyadék feletti közeg hidrosztatikai nyomását nem hanyagolhatjuk el (pl. higany mérőfolyadék és víz esetén): p1 − p 2 = Δp = Δh ⋅ ( ρ Hg − ρ víz ) ⋅ g , Pa

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

15

Ferdecsöves nyomásmérő Ferdecsöves nyomásmérő esetén az U-cső egyik szárát „ferdén” döntjük (6. ábra).

6. ábra. Ferdecsöves nyomásmérő A ferdecsöves nyomásmérő esetén a nyomáskülönbség mérése ugyanazon az elven történik (hidrosztatikai nyomás), mint az U-csöves nyomásmérőnél, de a h (Δh) szintkülönbség helyett a ferde csövön mérhető l (Δl) hosszúságot mérjük. Így műszer ugyanolyan nyomásérték esetén pontosabban mér.

1.4. FELADAT A fenti gondolatmenet alapján vezesse le a ferdecsöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség meghatározására alkalmas összefüggést, ha a higany fölött lévő anyag sűrűsége elhanyagolható! Segítség a feladat megoldásához: Δh sin α = . Δl A feladatot a jegyzetfüzetében oldja meg! A ferdecsöves nyomásmérő alapösszefüggése: Δp = (Δl ⋅ sin α ) ⋅ ρ ⋅ g Megjegyzés: érvényes abban az esetben, ha a mérendő anyag hidrosztatikai nyomását a műszerben elhanyagoljuk. A ferdecsöves nyomásmérő összefüggése, ha a mérendő anyag hidrosztatikus nyomása nem hanyagolható el: Δp = (Δl ⋅ sin α ) ⋅ ( ρ Hg − ρ víz ) ⋅ g .

16


II/14. ÉVFOLYAM

A mérési hibák A mérési hibának két típusa van: az abszolút hiba és a relatív hiba. Az abszolút hiba a pontos érték és a mért érték különbsége. Ennél a mérésnél pontos értéknek vesszük a ferdecsöves nyomásmérővel mért értéket, mért értéknek pedig az U-csöves nyomásmérővel mért értéket. Az abszolút hiba számítása:

-

Habsz = Δpf ΔpU, ahol Habsz az abszolút hiba, Δpf a ferdecsöves nyomásmérővel mért érték, ΔpU az U-csöves nyomásmérővel mért érték. A relatív hiba az abszolút hiba és a mért érték hányadosa. A relatív hiba számítása: H H rel = absz . Δp f A relatív hibát gyakran szoktuk %-os értékével megadni: H H rel % = absz ⋅ 100 . Δp f

1.5. FELADAT Egy U-csöves nyomásmérő két ágában a mérőfolyadék szintkülönbsége 60 mm. A mérőfolyadék víz (sűrűsége 1000 kg/m3). Mekkora a nyomásmérővel mért nyomáskülönbség?

1.6. FELADAT Ferdecsöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség esetén a leolvasott érték 50 mm. A nyomásmérő hajlásszöge: 30°. A mérőfolyadék higany (sűrűsége 13600 kg/m3). Számítsa ki a mért nyomáskülönbséget! (Írja föl a számításához szükséges összefüggést is!) A feladatokat – jegyzetfüzetében – próbálja meg önállóan megoldani!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

17

A mérőhely kialakítása A mérőhely kialakítása a 7. ábrán látható.

7. ábra. A nyomásmérés mérőhelye A mérőhely egy összekapcsolt U-csöves és ferdecsöves nyomásmérőt tartalmaz. Mindkét nyomásmérő azonos nyomást mér.

Ellenőrző kérdések és feladatok 1. Mit nevezünk hidrosztatikai nyomásnak? Hogyan számítható ki a hidrosztatikai nyomás értéke? 2. Ismertesse – vázlatrajzok segítségével – az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérő szerkezeti kialakítását és működését! Milyen kapcsolat van a nyomás és a folyadékszint-változás között? 3. Gyűjtse össze a mérés megoldásához szükséges összefüggéseket: a) az U-csöves nyomásmérő mért nyomásának megállapításához szükséges összefüggés, b) a ferdecsöves nyomásmérő mért nyomásának megállapításához szükséges összefüggés. 4. Mit nevezünk abszolút és relatív hibának? Hogyan számítható ki az abszolút és a relatív hiba? Tudása ellenőrzéséhez oldja meg a mellékletben található 1. feladatlapot!

18


II/14. ÉVFOLYAM

MENNYISÉGMÉRÉS Ismétlő kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következő kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Milyen kapcsolat van egy csővezetékben áramló folyadékmennyiség esetén a folyadék sebessége és a csővezeték átmérője között? Írja le az összefüggést! 2. Hogyan számolható ki az U-csöves nyomásmérővel mért nyomás nagysága? Írja le az összefüggést! 3. Hogyan számolható ki a ferdecsöves nyomásmérővel mért nyomás nagysága? Írja le az összefüggést! 4. Hogyan vesszük figyelembe a nyomáskülönbség-mérő műszereknél azt, ha a mérőfolyadék és a mérőfolyadék felett levő folyadék sűrűségkülönbsége nem hanyagolható el? Írja fel erre az esetre az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérő nyomáskülönbségének meghatározására szolgáló összefüggést! A környezetvédelem gyakorlati problémáinak megoldása során gyakran van szükségünk áramló folyadékmennyiségek értékének meghatározására. Ilyen műszerek pl. a mérőperem, a Pitot-cső, a vízóra. A mérőműszerek működésének elemzéséhez két törvényt, − a folytonossági törvényt és a − Bernoulli-törvényt ismerjük meg.

A folytonossági törvény Csővezetékben halmazállapotukat tekintve folyadékok, gázok, gőzök, illetve szilárd szemcsés anyagok szállíthatók (ez utóbbihoz a pneumatikus szállítórendszereket használunk). A csővezetékrendszerrel szemben támasztott legfontosabb követelmény, hogy zárt legyen, a benne áramló technológiai közeg a környezettel ne érintkezzen. •

A csővezetékben szállított közeg V térfogatárama egyenesen arányos a közeg áramlási sebességével (v): ⋅

db2 ⋅ π ⋅v 4 ahol A a cső áramlásra merőleges keresztmetszete, m2; db a cső belső átmérője, m; v a közeg áramlási sebessége, m/s. V = A⋅v =

Az összefüggésből a cső szükséges belső átmérője meghatározható.

1.7. FELADAT Egy csővezetékben percenként 120 liter víz áramlik 2 m/s sebességgel. Határozza meg a cső belső átmérőjét! A feladatokat – jegyzetfüzetében – próbálja meg önállóan megoldani!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

19

A folyadék a csővezetékben áramlik. Mozgására jellemző adat a sebessége, amely a csővezeték méretétől függően hol kisebb, hol nagyobb. Ha a csővezeték átmérője csökken, akkor a folyadék nagyobb sebességgel mozog, míg ha a csőátmérő növekszik, akkor a folyadék mozgása lelassul. A folyadék áramlási sebessége és a csővezeték keresztmetszetének szorzata állandó. Ezt a törvényt folytonossági (latin eredetű szóval kontinuitási) törvénynek nevezzük (8. ábra).

8. ábra. Folytonossági törvény A folyadék áramlási sebessége és a csővezeték keresztmetszetének szorzata állandó. Folytonossági törvény matematikai alakja: ⋅

V = v1 ⋅ A1 = v2 ⋅ A2 = ... = vn ⋅ An , m3/s ⋅

ahol V az áramló folyadék térfogatárama, m3/s; vx a folyadék áramlási sebessége a vizsgált pontokban, m/s; Ax a csővezeték, illetve az áramlás keresztmetszete a vizsgált pontokban, m2. A csővezeték keresztmetszete és az áramlási keresztmetszet között különbség lehet. Előfordul, hogy a csővezeték átmérője olyan nagy, hogy a folyadék nem tölti ki teljesen a keresztmetszetet. Ilyen pl. a szennyvízcsatorna is. Ebben az esetben a folyadék a cső alsó felében, harmadában csordogál a lejtés irányában, és az áramlás folytonossága csak az így kialakult vályúszerű áramlási keresztmetszetre értelmezhető. Az áramlási irányra merőleges síkban keletkező felületet szabad áramlási keresztmetszetnek nevezzük.

A Bernoulli-törvény •

Egy csővezetékben V mennyiségű folyadék áramlik az 1. pontból a 2. pont felé (9. ábra). A két pont között (h1 – h2) szintkülönbség és (p1 – p2) nyomáskülönbség van, valamint a csővezeték átmérőjének változása miatt az áramlási sebesség is változhat.

9. ábra. Az áramló folyadék jellemzői Az áramló anyag energiafajtái: − Fajlagos helyzeti energia − Fajlagos nyomási energia − Fajlagos mozgási energia

20


II/14. ÉVFOLYAM

A folyadék helyzeti energiája: Eh = m ⋅ g ⋅ h , J Eh a folyadék helyzeti energiája, J; m a folyadék tömege, kg; h egy tetszőleges szinttől mért magasság, m; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. Az áramlástani műszaki gyakorlatban a fajlagos energiákkal dolgozunk. Az egységnyi súlyú részecskére vonatkoztatott energia: a fajlagos energia. A fajlagos helyzeti energia, az ún. szintmagasság, az egységnyi súlyú anyag helyzeti energiája. A fajlagos helyzeti energia: E m⋅ g ⋅h m⋅ g ⋅h eh = h = = = h , J/N. G G m⋅ g A folyadék nyomási energiája: W p = F ⋅ Δs = p ⋅ A ⋅ Δs = p ⋅ ΔV , J

E p = p ⋅ ΔV , J A fajlagos nyomási energia az ún. nyomómagasság: E p ⋅ ΔV p ⋅ ΔV p = = ep = p = , J/N G G ρ ⋅ g ⋅ ΔV ρ ⋅ g Ep a nyomási energia, J; ep a fajlagos nyomási energia, J/N; p a nyomás, Pa; ρ a sűrűség, kg/m3. A mozgási energia:

Em = m ⋅

v2 ,J 2

A fajlagos mozgási energia az ún. sebességmagasság: Em m ⋅ v2 v2 = = em = , J/N G 2 ⋅ m ⋅ g 2g v az áramlási sebesség, m/s.

A fajlagos energia mértékegysége formálisan „m” mértékegység, mögötte a J/N mértékegység jelenik meg. A Bernoulli-törvény az energiamegmaradás törvényét fejezi ki az áramló folyadékokban. Bernoulli-törvény: a folyadék fajlagos helyzeti, nyomási és mozgási energiáinak összege állandó (a csővezeték bármely keresztmetszetére vonatkoztatva). A Bernoulli-törvény matematikai alakja: p v2 h+ + = állandó , ρ ⋅ g 2g

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

21

vagy a csővezeték két keresztmetszetére vonatkoztatva: 2 2 p v p v h1 + 1 + 1 = h2 + 2 + 2 . ρ ⋅ g 2g ρ ⋅ g 2g A Bernoulli-törvény e formája az ún. ideális folyadékokra igaz. Valóságos folyadékok esetén figyelembe kell venni: − a súrlódási veszteségeket (a folyadék falhoz történő súrlódásából adódó veszteségeket, illetve a belső súrlódásból adódó veszteségeket); − az iránytörések legyőzésére fordítandó energiát (ez szintén veszteségként jelentkezik).

A Pitot-cső Egy csővezetéken áramló folyadék- vagy gázmennyiség vizsgálatakor vagy a térfogatot vagy az áramlási sebességet határozzuk meg. Térfogatméréskor a mérőműszerek meghatározott térfogatokat engednek át periodikusan, és az átbocsátott térfogatok számát számlálómű összegezi. A sebességi áramlás mérésekor a mérőműszerrel a közeg áramlási sebességét határozzuk meg. A már tanult folytonossági törvény értelmében az átáramló anyagmennyiséget a sebesség és az áramlási keresztmetszet szorzataként kapjuk. A mennyiségmérő műszereket ennek megfelelően két csoportba osztjuk: − térfogatmérő műszerek − áramlásisebesség-mérő műszerek. A Pitot-csöves mérés során az áramlási sebességet határozzuk meg. A sebességi áramlásmérésre használható műszerek közös jellemzője, hogy a mérés elve visszavezethető a Bernoulli-törvényre. Az áramlás útjában elhelyezett mérőelem megváltoztatja az áramlási sebességet, és ezzel az érzékelő környezetében a folyadék nyomása is változik. Ennek a nyomásváltozásnak ismeretében kiszámítható a csőben áramló folyadék sebessége és mennyisége. A Pitot-csöves mérés elve a 10. ábrán látható.

10. ábra. A Pitot-csöves mérés elve A Pitot-cső egyik vége merőleges az áramlás irányára (1. pont). Ebben a keresztmetszetben a folyadék mozgási energiája nyomási energiává, torlónyomássá alakul. A csővezetékből kinyúló mérőcsatlakozókhoz kapcsolt U-cső másik vége olyan szondához csatlakozik, amely párhuzamos az áramlással (2. pont). Így csak a folyadék nyomási energiája hat rá (ez az ún. statikus nyomás). Az Ucső két vége közötti nyomáskülönbség alapján a Bernoulli-törvényből meghatározható a folyadék áramlási sebessége.

22


II/14. ÉVFOLYAM

1.8. FELADAT Írja fel a Bernoulli-törvényt a Pitot-cső 1. és 2. pontjára, és vezesse le a sebesség meghatározására szolgáló összefüggést! Az áramlási sebesség meghatározására szolgáló összefüggés: 2 ⋅ Δp din m v= ρ s A Pitot-csővel mért mennyiség, ha kialakítása olyan, hogy az átlagsebességet méri (ún. multi Pitot-cső): . 2 ⋅ Δp din D2 ⋅π V = A⋅v = ⋅ , ρ 4 2 ⋅ Δp din m3 D2 ⋅π ⋅ 4 ρ s ahol: V a csővezetékben áramló folyadék mennyisége, m3/s; A a csővezeték keresztmetszete, m2; D a csővezeték átmérője, m; v a folyadék áramlási sebessége, m/s; Δpdin a nyomáskülönbség, Pa; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3. .

V =

Mérőperem A mérőperem szintén a sebességmérés elvén működik. Ennél a megoldásnál a csővezetékbe egy szűkítőelemet építenek be (11–12. ábra).

11. ábra. Mérőperem

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

23

12. ábra. Mérőperem beépítése A csővezetékben elhelyezett fojtóelem leszűkíti az áramlási keresztmetszetet, így a fojtóelem előtt megnő a nyomás (torlónyomás lép fel), a fojtóelem keresztmetszetében, illetve közvetlenül utána csökken a nyomás (13. ábra).

13. ábra. A mérőperem nyomásviszonyai Ennél a műszernél is a nyomáskülönbségből számítható a folyadék áramlási sebessége: 2 ⋅ Δp m v= , s ρ A képlet a Bernoulli-törvény rendezett és közvetlenül az áramló mennyiséget kifejező alakja. A gyakorlati tapasztalat azt mutatja, hogy a szűkítőelem áramlási veszteségei befolyásolják a mérési eredményt. A szűkítőelem alakjának, méretének stb. befolyását egy α átfolyási együtthatóval veszi figyelembe a szabvány. Ugyanakkor összenyomható gáz- és gőznemű közegek nyomásának csökkenését egy ε expanziós tényező segítségével veszik figyelembe. Az expanziós tényező értéke összenyomhatatlan anyagok (pl. víz) esetén: ε = 1. 24


II/14. ÉVFOLYAM

A nyomáskülönbség mérésére gyakran használunk U-csöves nyomásmérőt. A mérőperemmel mért mennyiség: . 2 ⋅ Δp mp 2 ⋅ Δp mp m3 d 2 ⋅π V = α ⋅ A0 ⋅ =α ⋅ ⋅ ρ ρ s 4 ahol V a csővezeték adott keresztmetszetén átáramló anyagmennyiség, m3/s α az ún. d 2 ⋅π a mérőperem keresztmetszete, m2; d a mérőperem átfolyási tényező; A0 = 4 átmérője, m; ρ a közeg sűrűsége, kg/m3; p1 a mérőperem előtt mért nyomás, Pa; p2 a mérőperem keresztmetszetében mért nyomás, Pa; Δpmp = p1

-

p2, Pa.

A vízóra A mérésnél a mennyiségméréshez vízórát is használunk. A vízóra a térfogatmérő műszerek csoportjába sorolható, szerkezeti kialakítása szerint a szárnykerekes mennyiségmérőkhöz tartozik. A 14. ábrán látható szerkezet működése rendkívül egyszerű. A szárnykerék és a készülékház közötti cellákba beáramló folyadék forgatja a szárnykereket. A cellák térfogata állandó, így a körülfordulások száma az áthaladó folyadék mennyiségétől függ. A tengely egy fogaskerékrendszerhez kapcsolódik. A fogaskerekek tengelyéhez kapcsolódó számlálószerkezet a műszeren keresztüláramló folyadék térfogatát mutatja.

14. ábra. A vízóra működési elve

A mérőhely kialakítása A mérőhely kialakítása a 15. ábrán látható

15. ábra. A mennyiségmérés mérőhelye

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

25

A berendezés részei: − Mérőperemes áramlásmérő − A csővezeték átmérője: D = 28,4 mm, a mérőperem furatátmérője: d = 14,2 mm − Pitot-cső vagy multi Pitot-cső − Ferdecsöves nyomásmérő (mérőfolyadék: víz), mérési határa: Δp = 3000 Pa − U-csöves nyomásmérő (mérőfolyadék: Hg), mérési határa: Δp = 25000 Pa − Vízóra, mérési határa: 3m3 Mérőperem az ASME alapján méretezett, az átfolyási szám Reynolds-szám függése az alábbi táblázatban adott (β = 0,5 szűkítési viszonyszám esetén): A folyadék térfogatárama: . 2 ⋅ Δpmp m3 d 2 ⋅π V =α ⋅ ⋅ ρ 4 s Adatok: D = 28,4 mm, d = 14,2 mm, α = 0,63 (átlagos) Átfolyási szám α

Reynolds-szám Re

0,6295

28267

0,.6302

24509

0,6313

20047

0,6316

19028

0,6320

17949

0,6324

16801

0,6329

15567

0,6335

14224

0,6343

12739

0,6354

11051

0,6371

9047

0,6403

6429

0,6441

4573

Ellenőrző kérdések és feladatok 1. Sorolja fel a mennyiségmérő eszközöket! 2. Ismertesse – vázlatrajzok segítségével – a különböző mennyiségmérő műszerek szerkezeti felépítését és működését! 3. Fogalmazza meg a Bernoulli-törvényt (ideális folyadékok esetére)! Írja le a törvény matematikai alakjait! 4. Tudása ellenőrzéséhez oldja meg a mellékletben található 2. feladatlapot!

26


II/14. ÉVFOLYAM

ÁRAMLÁSTECHNIKAI MÉRÉSEK Az áramlástechnikai mérések témakörében a következő méréseket végezzük el: − Re-szám mérése − Csővezetékek veszteségei, veszteségtényezőinek meghatározása − Szelep nyitási diagramja. Szelep veszteségei, veszteségtényezője − Csőelzáró, áramlásszabályozó szerelvények (szelep, csap) veszteségei, veszteségtényezői Ennek a témakörnek az a célja, hogy − megtanuljuk a mennyiségmérés eszközeinek kezelését, használatát; − különböző beállítások mellett határozzuk meg a Re-számot; − meghatározzuk a kritikus Re-számot; − meghatározzuk a csővezetékek áramlási veszteségeit és a veszteségek jellemzésére szolgáló paramétereket; − meghatározzuk a szelep átfolyási jellemzőit, az átfolyási diagramot; − meghatározzuk a különböző szeleptípusok veszteségeit.

RE-SZÁM MÉRÉS Ismétlő kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következő kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Milyen kapcsolat van egy csővezetékben áramló folyadékmennyiség esetén a folyadék sebessége és a csővezeték átmérője között? Írja le az összefüggést! 2. Ismertesse a vízóra működését!

Az áramlás jellege. A Re-szám Kísérleti úton bizonyítható, hogy a folyadékrészecskék áramlás közben vagy párhuzamosan mozdulnak el egymáshoz képest, vagy összekeveredve, gomolygó mozgással haladnak. A kísérleti eszköz egy vízszintes üvegcső, amelyben a folyadék áramlási sebessége csap segítségével változtatható. Az áramló folyadékba kapilláris segítségével színes „nyomjelző” folyadékot vezetnek. Az áramlási képet a nyomjelző folyadékszál mozgása teszi láthatóvá (16. ábra). Egy adott mennyiség esetén létrejön egy lamináris és egy turbulens áramlási kép a két csővezetékben.

16. ábra. Lamináris és turbulens áramlás

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

27

A párhuzamos, lemezszerű, réteges áramlást lamináris áramlásnak, míg a gomolygó, örvénylő áramlást turbulens áramlásnak nevezzük.

Az áramlás jellege a folyadék sebességétől, sűrűségétől, viszkozitásától, valamint a csővezeték átmérőjétől függ, és egy mértékegység nélküli viszonyszámmal jellemezhető, amelyet Reynolds-számnak nevezzük: v⋅d ⋅ρ v⋅d Re = = ,

η

ν

v az áramlási sebesség, m/s; d a csővezeték átmérője, m; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3; η a folyadék dinamikai viszkozitása, Pas, ν a folyadék kinematikai viszkozitása, m2/s A Reynolds-szám értéke nagyon tág határok között változik. Ha ez az érték simafalú acélcső esetén 2320 vagy ennél kisebb, az áramlás mindig lamináris. A Re ≥ 10000 érték pedig biztos turbulens áramlást jelent, de nem ritka a 105 vagy 106 nagyságú érték sem. A Re = 2320 értéket kritikus Reszámnak nevezzük.

2.1. FELADAT

Egy csővezetékben óránként 18 m3 víz áramlik. a) Számítsa ki a csővezetékben áramló víz sebességét, ha a cső belső átmérője 200 mm! b) Számítsa ki a Re-számot! Határozza meg az áramlás jellegét!

2.2. FELADAT

Egy csőben óránként 36 m3 víz áramlik. a) Határozza meg a csővezeték átmérőjét, ha az áramlási sebesség 1,3 m/s! b) Milyen az áramlás jellege a csővezetékben? Számítsa ki a Reynolds-szám nagyságát! A víz kinematikus viszkozitása 10-6 Pa·s, sűrűsége 1000 kg/m3. Írja le a számításokhoz használandó összefüggéseket is! A feladatokat jegyzetfüzetében próbálja meg önállóan megoldani!

28


II/14. ÉVFOLYAM

Rotaméter A mérés megoldásához vízórát és rotaméteres mennyiségmérőt használunk. A rotaméter igen elterjedt, ún. állandó nyomásesésű áramlásmérő (17. ábra). Elsősorban helyi leolvasást tesz lehetővé, de vannak távadóval kiegészített típusai is. A mérőeszköz fő alkatrésze a bórszilikátból készült kúpos üvegcső, amelybe egy áramlástechnikailag megfelelően méretezett fémvagy műanyag úszót helyeznek el. Az úszó felső hengeres peremén két ferde horony látható, amely az úszót állandó forgásra kényszeríti, hogy az esetleges falhoz súrlódás káros hatását kiküszöböljük.

17. ábra. Rotaméter A rotaméter működésének az az alapja, hogy az áramló folyadék impulzusereje és úszó tömegéből származó súlyerő egymással egyensúlyban van. Ha a csőben áramló folyadék mennyisége megnő, növekedni fog a sebessége is, tehát növekszik az impulzuserő. Ennek hatására az úszó elmozdul felfelé. Emelkedés közben viszont az üvegcső átmérője növekszik, tehát az áramlási sebesség csökken. Az úszó addig emelkedik, míg egy új helyzetben az erőegyensúly ismét beáll. A csőben minden pozícióhoz tartozik egy sebesség és egy ennek megfelelő áramlási mennyiség, amit az úszó helyzete jelez. Megállapodás szerint ezt a mennyiséget az úszó felső peremével azonos magasságban az üvegcső oldalán bemarással jelölik. Az üvegcső kúpossága 10%, és egy csővel egy nagyságrenden belül lehet mérni pl. 10–100 m3/h, vagy 3–30 dm3/min stb. között. Az úszót véghelyzetben ütközés ellen egy rugóval fékezik. A műszer a csőhálózathoz karimával csatlakoztatható. A rotamétereket általában valamilyen közegre hitelesítve készítik. A hitelesítőközeget és a hitelesítés hőmérsékletét az üvegcsövön feltüntetik. Újabban egyes műszergyárak milliméter osztású rotamétereket hoznak forgalomba, amelyeket a felhasználó hitelesíthet tetszése szerinti közegre.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

29

A mérőhely kialakítása A mérőhely kialakítása a 18. ábrán látható. Az áramló folyadék mennyiségét a szabályozó csappal változtathatjuk.

18. ábra. A Re-szám mérés mérőhelye

Ellenőrző kérdések és feladatok 1. Mit nevezünk Re-számnak? 2. Hogyan számítható ki a Re-szám? 3. Mit nevezünk kritikus Re-számnak? Tudása ellenőrzéséhez oldja meg a mellékletben található 3. feladatlapot!

CSŐVEZETÉKEK, CSŐSZERELVÉNYEK VESZTESÉGEI Ismétlő kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következő kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Fogalmazza meg a Bernoulli-törvényt! 2. Írja le a Bernoulli-törvény matematikai alakját! 3. Hogyan számítható ki egy U-csöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség, ha a mérőfolyadék felett lévő közeg hidrosztatikai nyomását nem hanyagolhatjuk el? 4. Hogyan kell a rotaméterről leolvasni a mért mennyiséget?

30


II/14. ÉVFOLYAM

Veszteséges áramlás A megismert Bernoulli-törvény a veszteség nélküli áramlás energiaviszonyait fejezi ki. A valóságban nem létezik veszteségmentes (ideális) áramlás. Az áramló folyadék súrlódása a csőben energiaveszteséggel jár. A csővezeték veszteségét h’ betűvel jelöljük.

19. ábra. Az áramlás energiaviszonyai Veszteségmentes áramlás esetében a 19. ábrán látható csővezeték 1. és 2. pontjában az energiák összege azonos lenne. A folyadék kiáramlásához szükséges mozgási energiát a magasabb szinten lévő tartályban lévő folyadék helyzeti energiája fedezi. Veszteséges áramlásnál viszont a 2. pontban mérhető energia kisebb, mint az 1. pontbeli. A veszteség a két pontban mért fajlagos energiák különbsége: h ′ = (h1 − h2 ) + (

v12 − v12 p − p2 )+ 1 . ρ⋅g 2g

A csövek, idomok és áramlástechnikai gépek veszteségét erősen befolyásolja az áramlás jellege és az alkatrész geometriai kialakítása. Magát a veszteséget a gyakorlati számításokban az áramlási adatok mellett az alkatrészre vagy csőre jellemző áramlástechnikai együttható, másképpen csősúrlódási tényező figyelembevételével határozzuk meg. A csővezeték veszteségét az egyenes szakaszok és az egyes idomok – pl. könyök, elágazás, zárószerelvény stb. – által okozott veszteségek összege adja. Fontos megjegyezni, hogy az áramlási veszteség mindig pozitív érték, és nem befolyásolja az áramlás iránya. Teljesen mindegy, hogy egy magas tartályból lefelé csurog a víz, vagy ellenkezőleg: alulról szivattyúval tápláljuk a tartályt, azonos áramlási sebességnél a veszteség azonos lesz, és mindig a folyadék energiájának rovására keletkezik. Egyenes csövek vesztesége A csőhálózat egyenes szakaszainak vesztesége a következő összefüggéssel számítható: l v2 J ⋅ , ; d 2g N ahol λ a csősúrlódási együttható; l a csővezeték hossza, m; d a csővezeték átmérője, m; v a folyadék sebessége a csőben, m/s. h′ = λ ⋅

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

31

A csősúrlódási együttható értéke függ a cső belső falának érdességétől, valamint az áramlásra jellemző Reynolds-számtól. Pontos értékét táblázatból, illetve diagramból kereshetjük ki. Általában jól használhatók közelítő számításoknál a következő értékek: 64 λ= , ha az áramlás lamináris (sima falú acélcső esetén Re ≤ 2320). Re Turbulens áramlás esetén: λ = 0,02….0,03 közötti érték. Idomok és szerelvények ellenállása

A folyadékok szállítását biztosító csőhálózat nemcsak egyenes csövekből, hanem az irányváltoztatáshoz szükséges idomokból és különböző elzáró szerelvényekből áll. Az idomok és szerelvények megváltoztatják az áramlás jellegét, irányát és csökkentik a folyadék energiáját, azaz veszteséget okoznak. Az idomok és csőszerelvények ellenállása szintén függvénye a Reynolds-számnak, valamint az idom alakjának. Az ellenállás-tényezők meghatározása mérés alapján történik, értéküket szabványok és táblázatok rögzítik. A szokásos számítási alak: v2 J , ; 2g N ahol ξ a szerelvény, idom stb. ellenállási együtthatója. h′ = ξ ⋅

A több idomból és csőszakaszból összeállított csőhálózat vesztesége: v2 J l + Σξ i ) , ; 2g N d ahol λ a csősúrlódási együttható; l a csővezeték hossza, m; d a csővezeték átmérője, m; ξi az egyes csőszerelvények, idomok ellenállási együtthatója, v a folyadék sebessége a csőben, m/s. h ′ = (λ ⋅

A csővezeték jelleggörbéje

A 19. ábra szerinti áramlásnál feltételeztük, hogy a folyadék rendelkezik a mozgásához szükséges energiával, mégpedig úgy, hogy az a veszteségeket is fedezi. A gyakorlatban azonban fordított a helyzet. Általában a folyadékot alacsonyabb szintről kell felszállítani olyan készülékbe, amely magasabb szinten helyezkedik el, és ahol gyakran a nyomása is nagyobb, mint a kiindulási tartályban. Erre látunk példát a 20. a) ábrán, ahol a folyadékot szivattyú továbbítja az 1. tárolóból a 2. tartály felé.

20. ábra. A csővezeték jelleggörbe 32


II/14. ÉVFOLYAM

Az ábrából látható, hogy a szállítás során a szintkülönbséget, a csővezeték és az adagoló tartály átmérőjének különbözőségéből adódó áramlási sebességkülönbséget, a technológiai igényekből fakadó nyomáskülönbséget, valamint az áramlási veszteséget is fedezni kell. Az egységnyi súlyú folyadék szállításához szükséges fajlagos energia tehát az egyes energiatagok különbségéből és a veszteségből számítható ki:

H man = (h1 − h2 ) + (

v12 − v12 p − p2 J + h ′, , )+ 1 2g ρ⋅g N

Ezt az energiát a folyadékkal a csőhálózatban elhelyezett szivattyú szolgáltatja. A szivattyú által a folyadékkal közölt fajlagos energiát manometrikus szállítómagasságnak nevezzük. A 20. b) ábrán a szállítás energiaigényét grafikusan ábrázoltuk. Ezt a diagramot csővezetékjelleggörbének nevezik. A diagram két szakaszból áll: p − p2 tagokat a szállítás statikus energiaigényének nevezik. A (h1 − h2 ) + 1 ρ⋅g Ekkora energia szükséges ahhoz, hogy a folyadék a csőben felemelkedjen, majd elérve a 2. pontban a tartályba belépő csonkot, ott nyugalomban maradjon. Ha az energiabefektetést megszüntetik, a folyadék visszafolyik az alsó tartályba. A statikus energiaigény tehát a diagram origóból kiinduló függőleges szakaszával ábrázolható. v 2 − v12 A ( 1 ) + h ′ , tagok az áramlás sebességétől függnek, és a szállítás dinamikus energiaigényét 2g alkotják. A diagramnak ez az ága parabola. A gyakorlatban a folyadék áramlási sebességeinek különbsége elhanyagolható, vagy a kiáramlás a veszteséget növeli. A diagram parabolaszakasza a csővezeték veszteségét ábrázolja. Ha az idomok számát növeljük, vagy valamelyik szerelvény nyitási helyzetét – azaz ellenállását – megváltoztatjuk, a görbe meredekebb vagy laposabb lesz. Ugyanakkora szintkülönbség vagy a nyomáskülönbség változása a görbét önmagával párhuzamosan tolja el.

2.3. FELADAT Gondolja meg a csővezeték jelleggörbe alakját és helyzetét, ha az idomok száma nő a vezetékekben, illetve ha a szintkülönbség és (vagy) a nyomáskülönbség nagysága változik! Ábrázoljon csővezeték jelleggörbéket különböző esetekben! A feladatot jegyzetfüzetében oldja meg!

Csővezetékek áramlási veszteségeinek meghatározása méréssel Csővezetékek áramlási veszteségeit mérni tudjuk, ha a vizsgált csőszakasz kezdeti- és végpontjára nyomáskülönbség-mérő műszert kapcsolunk. Ebben az esetben az áramlási veszteség a kezdeti pont nyomási energiájának és a végpont nyomási energiájának különbsége lesz. A veszteség nagysága: p − pv Δp J h′ = k = , ; ρ⋅g ρ⋅g N ahol: pk a kezdeti nyomás; Pa, pv a végnyomás; Pa; Δp a mért nyomáskülönbség, Pa; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

33

A nyomáskülönbséget a legtöbb esetben U-csöves nyomásmérővel mérjük. Ha a csővezetékben víz áramlik, a mérőfolyadék általában higany. Ebben az esetben a víz hidrosztatikai nyomását figyelembe kell venni.

Csőelzáró, áramlásszabályozó szerelvények A csővezetékekbe a folyadék áramlási mennyiségének szabályozására, a folyadékáram megindítására, illetve elzárására csőelzáró szerelvényeket építünk be. A csőelzáró szerelvényeknek alapvetően három típusa van: − a szelep, − a csap, − és a tolózár. A csőelzáró szerkezetek osztályozásának alapja a záróelem elmozdulásának iránya a közeg áramlási irányához képest (21–23. ábrák).

21. ábra. A szelep áramlási viszonyai Szelepeknél a záróelem és a folyadékáram mozgása az átfolyási nyílásban azonos irányú.

22. ábra. A tolózár áramlási viszonyai Tolózár esetén a záróelem és a folyadék mozgása merőleges egymásra.

23. ábra. A csap áramlási viszonyai A csapnál a záróelem elfordulása nyitja meg vagy zárja el a folyadékáram útját.

34


II/14. ÉVFOLYAM

A szelep A szelep a leggyakrabban használt csőelzáró és szabályozószerelvény. A gyakorlatban alkalmazott kézi működtetésű szelepek szelepházból, kézikerékkel felszerelt orsóból és zárószerkezetből állnak (24. ábra). Az orsó mellett a folyadék kiáramlását tömszelence akadályozza meg.

24. ábra. A szelep vonalas vázlata A szelepeket különböző méretekben és nyomáshatárokkal gyártják. A névleges nyomás és az áramlás iránya a szelepház öntvényén megtalálható.

25. ábra. Egyenesülésű szelep metszeti rajza A 25. ábrán a leggyakrabban alkalmazott szelep, az egyenesülésű áteresztős szelep metszeti rajzát láthatjuk. A zárótest a szeleptányér, amely a nyílás síkjára merőlegesen mozdul el. Záráskor a teljes nyomás az orsóra hat, ezért csak DN 200-nál kisebb átmérőjű szelepnél alkalmazzuk. A mozgatóorsó alsó végén helyezkedik el a zárótest, a felsőn pedig a forgatást végző kézikerék. A megfelelő tömítettséget tömítőszelencés vagy O-gyűrűs tömítés adja.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

35

Nagyobb szelepeknél csak olyan áramlási irányt szabad megengedni, amelynél a közeg nyomása a szeleptányér zárva tartását segíti elő.

26. ábra. Ferdeülésű szelep metszeti rajza Az egyenes áteresztőszelep áramlástani ellenállása viszonylag nagy, mert az átáramló folyadék többszörös iránytörést szenved. A ferdeülésű szelepnél (26. ábra) ez az ellenállás lényegesen kisebb, így gazdaságosabban üzemel. A tolózár A tolózár olyan zárószerelvény, amellyel a cső teljes keresztmetszetének megfelelő nyílást a cső tengelyére merőlegesen mozgó, ék alakú vagy párhuzamos lappal zárhatjuk vagy nyithatjuk. Általában öntöttvasból vagy acélból készült házban mozog a zárótest, amelyet a lecsavarható zárófejben rögzített csavarorsóval mozgathatunk (27. ábra).

27. ábra. Tolózár 36


II/14. ÉVFOLYAM

A menetes orsó – az ábrán bemutatott megoldásnál – nem emelkedik ki a házból, tehát helyben forog, a záróék a zárótestben elhelyezett és rögzített anya révén süllyed vagy emelkedik. Csak teljes nyitásra vagy zárásra alkalmazhatók. Részbeni áteresztésre (fojtásra) a tolózár nem alkalmas. A nyitott tolózár egyenletes áramlást biztosít, és ellenállása a lehető legkisebb. A tolózár főleg nagy átmérőjű csövek zárószerelvénye (>DN 100). Víz, gőz, gáz és forró folyadék szállítására használják, különböző nyomásfokozatokban. A csap A csap a legegyszerűbb csőelzáró szerkezet. Lényege, hogy a csapház kúpos vagy gömb ülésébe keresztirányú furattal ellátott záróelem illeszkedik (28. ábra).

28. ábra. A csap A záróelemet rászerelt kar segítségével lehet elforgatni. Amennyiben a kar, illetve a záróelem furata a cső irányába esik, a folyadék átáramlik a szerelvényen. Erre merőleges állásban a csap zár. A csap előnye, hogy gyorsan zárható vagy nyitható.

A zárószerelvények veszteségei A záró-, szabályozószerelvények veszteségeit nagyrészt az iránytörések következtében létrejövő veszteségek okozzák. A veszteségmagasság az előbbiekben már megismert összefüggéssel számítható: v2 J , ; 2g N ahol ξ a szerelvény ellenállási együtthatója, v az áramlási sebesség, m/s; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. h′ = ξ ⋅

A zárószerelvények veszteségeit méréssel meg tudjuk határozni. A záróelem elé és mögé elhelyezett nyomáskülönbség-mérő műszer – a csővezetékek veszteségeihez hasonlóan – megadja a veszteség nagyságát. A veszteség nagysága: p − pv Δp J = h′ = k , ; ρ⋅g ρ⋅g N ahol: pk a záróelem előtti nyomás; Pa, pv a záróelem mögötti nyomás; Pa; Δp a mért nyomáskülönbség, Pa; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

37

A veszteség mért értékéből a zárószerelvények ellenállás-tényezői kiszámíthatók és diagramban ábrázolhatók. Az ellenállási tényező: 2 ⋅ Δp ; ξ= ρ ⋅ v2 ahol: pk a kezdeti nyomás; Pa, pv a végnyomás; Pa; Δp a mért nyomáskülönbség, Pa; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. Az ellenállási tényező értékeit a Re-szám függvényében szokták ábrázolni.

2.4. FELADAT Hogyan változik az egyenesülésű és a ferdeülésű szelep áramlási vesztesége különböző mennyiségű folyadékáramok esetén? Ábrázolja a veszteségeket (a két csővezeték jelleggörbét) egy diagramon! A feladatot jegyzetfüzetében oldja meg!

2.5. FELADAT Hogyan változik az egyenesülésű szelep áramlási vesztesége teljesen nyitott, félig nyitott és negyedrészt nyitott szelepállásnál különböző mennyiségű folyadékáramok esetén? Ábrázolja a veszteségeket (a csővezeték jelleggörbéket) egy diagramon! A feladatot jegyzetfüzetében oldja meg!

Ellenőrző kérdések és feladatok 1. 2. 3. 4.

Hogyan számítható ki az egyenes csőszakasz áramlási vesztesége? Hogyan számítható ki az idomokon, szerelvényeken létrejövő áramlási veszteség? Hogyan számítható ki egy csővezetékrendszer áramlási vesztesége? Mit nevezünk manometrikus szállítómagasságnak? Hogyan számítható ki a manometrikus szállítómagasság értéke? 5. Hogyan határozható meg méréssel egy csővezeték áramlási vesztesége? 6. Hogyan határozható meg méréssel az egyenes csővezeték csősúrlódási együtthatója 7. Hogyan csoportosítjuk a csőelzáró, áramlásszabályozó szerelvényeket? 8. Ismertesse – vázlatrajz segítségével – a szelep, a csap és a tolózár áramlási viszonyait! 9. Ismertesse – vázlatrajz segítségével – a szelep szerkezeti felépítését, működését! 10. Hogyan számítható ki egy zárószerelvény áramlási vesztesége? 11. Hogyan határozható meg méréssel egy zárószerelvény áramlási vesztesége? 12. Hogyan határozható meg méréssel a zárószerelvény ellenállás-tényezője? Tudása ellenőrzéséhez oldja meg a mellékletben található 4. feladatlapot!

38


II/14. ÉVFOLYAM

SZIVATTYÚK VIZSGÁLATA Ennek a témakörnek az a célja, hogy − megtanuljuk a szivattyúk kezelését, használatát; − meghatározzuk a szivattyúk üzemtani adatait, felvegyük jelleggörbéit; − alkalmazzuk a szivattyúkat különböző üzemi feladatok megoldásához. A mérési feladatokat centrifugálszivattyúval valósítjuk meg.

Ismétlő kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait! Házi feladatként válaszoljon a következő kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Hogyan számítható ki egy U-csöves nyomásmérővel mért nyomáskülönbség, ha a mérőfolyadék felett lévő közeg hidrosztatikai nyomását nem hanyagolhatjuk el? 2. Írja le az összefüggést: hogyan mérhető egy csővezetékben áramló folyadék mennyisége mérőperemmel! 3. Milyen kapcsolat van egy csővezetékben a fajlagos nyomási energia és a mért nyomás között? Írja le az összefüggést! 4. Hogyan határozható meg a szállítás fajlagos energiaigénye, a manometrikus szállítómagasság? 5. Hogyan határozható meg a szállítás fajlagos energiaigénye, a manometrikus szállítómagasság? Írja le az összefüggést! 6. Mit nevezünk csővezeték jelleggörbének? Ábrázoljunk – jellegre helyesen – egy csővezeték jelleggörbét! Jelöljük be a görbe jellegzetes pontjait!

A CENTRIFUGÁLSZIVATTYÚ MŰKÖDÉSI ELVE A korszerű folyadékszállító berendezések legfontosabb képviselője a centrifugálszivattyú. A gép fő alkatrésze a járókeréknek nevezett forgótárcsa, amelynek lapátjai a centrifugális erő felhasználásával gyorsítják a szivattyúházba belépő folyadékot. A sebességnövekedéssel járó energianövekedés biztosítja a folyadéknak a megfelelő nyomás vagy szintkülönbség elérését.

29. ábra. Centrifugálszivattyú PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

39

A 29. ábrán egyszerű, radiális átömlésű járókerékkel felszerelt szivattyú vonalas vázlatát látjuk. A radiális elnevezés azt jelenti, hogy a folyadék gyorsítása a járókerék lapátjain sugárirányú, azaz a folyadék sugárirányban mozog. A járókerék két párhuzamos tárcsa, amelyek között egyenlő távolságra egyenes vagy ívelt lapátok találhatók. A folyadék a szivattyú tengelyvonalában elhelyezett szívócsonkon lép be, majd a járókerék szívócső oldali tárcsáján lévő nyíláson a lapátok közé jut. A forgó lapátsor magával ragadja a folyadékot, a részecskékre hat a centrifugális erő. A felgyorsított folyadék a lapátélről a tárcsa érintőjének irányába távozik, majd követve a szivattyúház csigavonal alakú csatornáját, a nyomócsonkon át a csatlakozó vezetékbe áramlik, és a érintőlegesen távozik a szivattyúházból (30. ábra).

30. ábra. A centrifugálszivattyú folyadékáramlása A járókereket tengely forgatja, amelyet a szivattyúházból tömszelencén keresztül vezetnek ki. A folyadék a járókerék lapátjai által alkotott csatornákban felgyorsul, ezáltal nő a sebességi energiája. A szivattyúház csigavonal alakban bővülő csatornájának fontos feladata, hogy a sebességi energiát nyomási energiává alakítsa. A centrifugálszivattyúban kettős energiaátalakítási folyamat megy végbe. A forgómozgás révén bevitt energia előbb sebességi, majd nyomási energiává alakul. A centrifugálszivattyúk nem önfelszívóak, ami azt jelenti, hogy indítás előtt a szivattyúházat fel kell tölteni folyadékkal (kivéve azt az esetet, ha a folyadék ráfolyik a szivattyúra). A szívócső végére szerelt lábszeleppel akadályozzák meg a folyadék visszaáramlását a szivattyú kikapcsolása után.

A CENTRIFUGÁLSZIVATTYÚ JELLEGGÖRBÉI A folyadékszállítás legáltalánosabb esete, amikor különböző nyomású tartályok között különböző átmérőjű csövekben kell a technológia által előírt mennyiségű folyadékot magasabb szintre emelni. A szállítás során a folyadéknak növekszik a helyzeti és nyomási energiája, ami a szállítás jelleggörbéjén mint statikus energiaigény jelentkezik. Ugyanakkor a szivattyúzás fedezi a csővezeték veszteségeit is. Ezt neveztük dinamikus energiaigénynek. A szállítási feladat megoldására kiválasztott szivattyú üzemi tulajdonságai a csővezeték jelleggörbéhez hasonló módon, jelleggörbékkel szemléltethetők. .

A két legfontosabb diagram a szállított folyadékmennyiség – energia (H- V ) és a szállított folyadék.

mennyiség – teljesítmény (P- V ) jelleggörbe.

A szivattyú szállítási jelleggörbéje .

A centrifugálszivattyú manometrikus szállítómagasság-folyadékszállítás (H- V ) jelleggörbéje a szállított folyadékmennyiség függvényében ábrázolja a szállítómagasságot, szivattyú által közölt fajlagos energiát (31. ábra). 40


II/14. ÉVFOLYAM

31. ábra. A szivattyú szállítási jelleggörbéje A szivattyú szállítási jelleggörbéjét a szivattyú gépkönyvében szokták megadni. Ennek alapján meghatározható, milyen feladatok megoldására alkalmas a szivattyú, milyen folyadékmennyiséget képes szállítani, illetve milyen teljesítményt (szállítómagasságot) tud leadni.

A szivattyú teljesítmény jelleggörbéi .

.

A centrifugálszivattyú teljesítményszükséglet-folyadékszállítás (Ph- V , Pö- V ) jelleggörbéi, a szállítás hasznos teljesítményszükségletét (Ph), valamint a szivattyúzási feladat összes teljesítményszükségletét (Pö) ábrázolja a szállított folyadékmennyiség függvényében (32. ábra).

32. ábra. A teljesítmény jelleggörbék A folyadék szállításához energia kell, amit a gép által kifejtett munka révén kapunk. Ez az energia az időegység alatti folyadékmennyiség mozgatását biztosítja. A szivattyúzási munkát tehát a szivattyúnak meghatározott idő alatt kell kifejtenie, vagyis a szivattyúzás lényeges adata a teljesítmény (teljesítményszükséglet). A szállítási adatokból kiszámított teljesítmény a folyadékszállítás hasznos teljesítménye. A szivattyú motorja által felvett teljesítmény mindig nagyobb, mint a folyadékszállítás teljesítménye. A folyadékszállításhoz szükséges hasznos teljesítmény: ⋅

Ph = V ⋅ ρ ⋅ g ⋅ H , W

ahol V a szállított folyadék mennyisége, m3/s, J/N; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2 ; H a manometrikus szállítómagasság.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

41

A szivattyú hatásfoka A szivattyú motorja által felvett teljesítmény mindig nagyobb, mint a folyadékszállítás teljesítménye. A hasznos és a felvett (másképpen összes) teljesítmény hányadosa az η hatásfok. A hatásfok számítása: P η = h ,W , Pö ahol: η a hatásfok, Ph a hasznos teljesítmény, Pö az összes (a szivattyú által felvett) teljesítmény.

33. ábra. A hatásfokgörbe

A szivattyú munkapontja Ha a szállításhoz szükséges fajlagos energia jelleggörbéjét (a csővezeték jelleggörbét) és a szivattyú szállítási görbéjét azonos léptékben egy diagramban ábrázoljuk, akkor a közös pontban a szivattyú által közölt energia megfelel a szállításhoz szükséges energiának. Az adott csővezetékkel összekapcsolt szivattyú ezen a ponton, az ún. munkaponton fog üzemelni (34. ábra).

34. ábra. A munkapont (M)

42


II/14. ÉVFOLYAM

A szivattyú működése különböző fordulatszámokon Ha a szivattyú fordulatszámát növeljük, nagyobb energiát közöl a folyadékkal, a szállítási jelleggörbe és a munkapont eltolódik (35. ábra).

35. ábra. A szivattyú szállítási jelleggörbe és a munkapont két különböző fordulatszámon

Sorba kapcsolt szivattyúk működése Több szivattyú sorba kapcsolásával a szállítási energia, azaz manometrikus szállítómagasság (H) növelhető (36. ábra).

36. ábra. Szivattyúk sorba kapcsolása

Párhuzamosan kapcsolt szivattyúk működése A szállított folyadék mennyiség több szivattyú sorba kapcsolásával növelhető (37. ábra).

37. ábra. Több szivattyú párhuzamos kapcsolása PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

43

A JELLEGGÖRBÉK FELVÉTELE MÉRÉSSEL Szállítási jelleggörbe A szivattyú szállítási jelleggörbéjét meg tudjuk határozni méréssel. A szivattyúval szállított folyadékmennyiség meghatározásához szükség van mennyiségmérő műszerre, míg a leadott fajlagos teljesítményt (szállítómagasságot) mérésére a szivattyú nyomóágába beépített nyomásmérő műszer segítségével határozhatjuk meg. A nyomás alapján kiszámítható a fajlagos nyomási energia, a fajlagos szállítómagasság értéke. A szivattyú által közölt fajlagos nyomási energia, szállítómagasság nagysága: p J H= , ; ρ⋅g N ahol: p a szivattyú nyomóágába helyezett nyomásmérő beépített nyomásmérő műszer által mutatott nyomásérték, Pa; ρ a folyadék sűrűsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. Ismerve a szállított folyadék mennyiségét, valamint a nyomás nagyságát, a szállítási diagram megszerkeszthető.

Teljesítmény jelleggörbék Az összetartozó mennyiségi és szállítómagassági adatok alapján a hasznos teljesítmény kiszámítható .

és ennek alapján a hasznos teljesítmény (Ph- V ) jelleggörbe megszerkeszthető A szivattyú által felvett elektromos teljesítmény (az összes teljesítmény) wattmérő beépítésével mérhető. A szállított folyadék mennyisége és a felvett teljesítmény ismeretében .

teljesítményszükséglet-folyadékszállítás (Pö- V ) jelleggörbéje közvetlenül szerkeszthető.

A hatásfok jelleggörbe szerkesztése A hasznos és az összes teljesítmény ismeretében kiszámíthatók a különböző folyadékmennyiségek esetén a hatásfokok. Az így kiszámított hatásfokokat a szállított folyadékmennyiség függvényében ábrázolva megkapjuk a hatásfok jelleggörbét.

Ellenőrző kérdések és feladatok 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Hogyan működik a centrifugálszivattyú? Milyen az energiaátalakulás folyamata a szivattyúban? Írja le, hogyan számolható ki a szivattyú hasznos teljesítménye! Mit nevezünk hatásfoknak? Hogyan számítható a szivattyú hatásfoka? Ábrázolja a szivattyú jelleggörbéit! Mit nevezünk munkapontnak? Mi jellemző a munkapont energiaviszonyaira? Milyen hatással van a szivattyú jelleggörbére és a munkapontra a fordulatszám megváltozása? 8. Hogyan változnak az energiaviszonyok és a szivattyú jelleggörbéje a sorba kapcsolt szivattyúk esetén? 9. Hogyan változnak az energiaviszonyok és a szivattyú jelleggörbéje a párhuzamosan kapcsolt szivattyúk esetén? 10. Hogyan vehetők fel méréssel a szivattyú jelleggörbéi? Tudása ellenőrzéséhez oldja meg a mellékletben található 5. feladatlapot! 44


II/14. ÉVFOLYAM

3.1. FELADAT

Egy atmoszférikus nyomású tartályból 0,002 m3/s mennyiségű vizet szállítunk egy 5 bar túlnyomású tartályba. A két tartály közötti szintkülönbség 10 m. Határozza meg a szállításhoz szükséges fajlagos energiaszükségletet, illetve a hasznos teljesítményszükségletet, ha a veszteségektől eltekintünk!

3.2. FELADAT Egy centrifugálszivattyú nyitott csatornából nyitott felső tárolóba 76 mm átmérőjű csővezetéken óránként 32,7 m3 vizet szállít. a) Számítsa ki mekkora a szállítómagasság-igény, ha a két vízszint közötti magasságkülönbség 20 m és a szállítás teljes áramlási vesztesége 30000 Pa! Vegye figyelembe a kiömlési veszteséget is! A víz sűrűsége 1000 kg/m3. b) Számítsa ki a hasznos teljesítményt, valamint az összes felvett teljesítményt! A szivattyú hatásfoka 50%-os. v2 J A kiömlési veszteség számítása: h ′ = , 2g N

3.3. FELADAT A 38. ábrán látható rendszerben percenként 240 liter oldatot szállítunk az 1 bar nyomású térből az 5 bar nyomású tartályba. A csővezeték belső átmérője 50 mm, az oldat sűrűsége 1100 kg/m3. Határozza meg az oldat áramlási sebességét! Határozza meg a veszteségmagasságot! λ = 0,02 A csőszerelvények, idomok ellenállas-tényezői(ξ) a következők: könyök: 0,3 szelep: 3,0 T-idom: 0,9 csővezetékbe belépés: 0,2 Határozza meg a manometrikus szállítómagasságot! Határozza meg a szivattyú hajtásához szükséges motor teljesítményét, ha a hatásfok 80%!

38. ábra

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

45

3.4. FELADAT Egy szállítási feladat látható az alábbi ábrán. Adott a szállítandó anyag mennyisége, az áramlási sebesség, illetve az áramlás hidraulikai adatai (az adatokat a gyakorlatvezető adja meg). .

Vüzemi =

h2-h1 = v= p2 = ξrotaméter= 3,0 A hiányzó veszteségtényezőket az előző feladatból vegye! Határozza meg a szállítómagasságot, a szállítási teljesítményt! Rajzolja meg – jellegre helyesen – a csővezeték jelleggörbét, a szivattyú jelleggörbét és jelölje be a munkapontot! A diagramra írja rá a példa adatait!

39. ábra

46


II/14. ÉVFOLYAM

AUTOMATIKAI ÉS VILLAMOS MÉRÉSEK Ennek a témakörnek az a célja, hogy − megtanuljuk a villamos mérőeszközök használatát; − megismerjük a számítógépes mérés, irányítás megoldását.

VILLAMOS MÉRÉSEK Ismétlő kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következő kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Mit nevezünk áramerősségnek? Mi a mértékegysége? 2. Mit nevezünk ellenállásnak? Mi a mértékegysége? 3. Fogalmazza meg Ohm törvényét! Írja le az Ohm-törvény matematikai alakját! 4. Hogyan számítható ki az elektromos áram munkája? Mi a mértékegysége? 5. Hogyan számítható ki az elektromos áram teljesítménye? Mi a mértékegysége?

Az Ohm-törvény igazolása A 40. ábrán látható egyszerű kapcsolásra adjunk ismert egyenáramú feszültséget stabilizált tápegységről. Olvassuk le az áramerősséget, számítsuk ki az ellenállás értékét.

40. ábra. Az Ohm-törvény

Sorba kapcsolt ellenállások eredője Egészítsük ki a kapcsolást ismert ellenállású R1, R2, R3 ellenállásokkal, majd ismételjük meg a vizsgálatot! Igazoljuk, hogy az eredő ellenállást az egyes ellenállások nagyságának összege adja: R = R1 + R2 + R3

41. ábra. Sorba kapcsolt ellenállások eredője

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

47

Rövidzár-kapcsolás Vizsgáljuk meg milyen hatása lesz az áramkörben folyó áram erősségére, ha az R2 ellenállást egy vele párhuzamosan kötött kapcsolóval rövidre zárjuk!

Párhuzamos ellenállások eredője Vizsgáljuk meg a 42. és 43. ábrán látható áramkör ellenállását, számítsuk ki az eredő ellenállást és ellenőrizzük számításaink helyességét az Ohm-törvény segítségével!

42. ábra. Párhuzamosan kapcsolt ellenállások eredője

43. ábra. Párhuzamosan kapcsolt ellenállások eredője kapcsolóval Összegezve megállapítható, hogy amíg a sorba kapcsolt ellenállások nagysága összeadódik, addig a párhuzamosan kapcsolt ellenállások nagyságának reciprok értékei adódnak össze. Így a 42. ábra eredő ellenállása: 1 R = R1 + + R 3 , míg a 43. ábra szerinti kapcsolásé vagy R = R 1 + R 2 + R 3 vagy 1 1 + R2 R4 1 R= , attól függően, hogy a K kapcsoló nyitott vagy zárt! 1 1 + R 4 R1 + R 2 + R 3

Feszültségosztó vizsgálata A 44. és 45. ábrán feszültségosztó kapcsolás látható. A feszültségosztó alkalmas bizonyos irányítási feladatok ellátására azzal, hogy a bemenő feszültség az ellenállások arányában a kimeneti oldalon csökkenthető. U be A működés elve az, hogy az Ube feszültség hatására az R1 + R2 ellenállású hálózaton I = R1 + R 2 erősségű áram folyik. Ennek az áramnak a hatására az R2 ellenálláson Uki = I*R2 nagyságú feszültség R2 mérhető. A feszültségosztó tehát a bemenő feszültséget arányban csökkenti! R1 + R 2

48


II/14. ÉVFOLYAM

44. ábra. Feszültségosztó Ha az R2 ellenállás helyére Rx változtatható ellenállást, ún. „potmétert” helyezünk, akkor a kimenő feszültség változtatható.

45. ábra. Feszültségosztó változtatható ellenállással Az áramkörben folyó áramok erősségét, és így a tényleges feszültségosztás mértékét a 45. ábrán látható R3 ellenállás módosítja, illetve meghatározza.

Tárolóhatás vizsgálata Az ipari gyakorlatban található eszközök, mint például a hőcserélők, áramlástechnikai eszközök, szállítóberendezések az őket érő hatásokra csak bizonyos késéssel reagálnak. Legjellemzőbb példája ennek a hőcserélő készülék, amelynél a fűtőanyag változtatást követően csak később tapasztalható a hőmérséklet változása. A készülék rövid ideig „tárolja” a változást kiváltó hatás jelentkezését. Leegyszerűsítve a magyarázatot: a teavíz felforralásához is időre van szükség. A víz hőmérséklete eleinte gyorsabban, majd lassulva emelkedik, amíg el nem éri a forráspontot. Ezt a tulajdonságot nevezzük tárolóhatásnak.

46. ábra. A tárolóhatás modellezése A tárolótulajdonság elektromos eszközökkel jól modellezhető. Az alábbi kapcsolásban a tárolóhatást a kondenzátor fejti ki. Az áramkör bemenetére kapcsolt feszültség az ellenállás által meghatározott áramerősségű árammal lassan feltölti a kondenzátort. Amíg a töltés tart, a kimenő feszültség kisebb, mint a bemenetre kapcsolt feszültség. A kondenzátor töltődésének mértékében a kimeneti feszültség folyamatosan emelkedik. A töltődés ütemét az ex függvény kitevőjében szereplő Tc állandó (időállandó) határozza meg, ami a Tc = R*C szorzattal határozható meg. PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

49

AZ ÁRAMKÖRÖK VIZSGÁLATA MÉRÉSI ADATGYŰJTŐVEL A mérési adatgyűjtők olyan elektronikus eszközök, amelyek képesek a vizsgált folyamatok és a számítógép közötti kapcsolat létrehozására, mérési adatok és vezérlési utasítások közvetítésére a számítógép és a folyamat között.

47. ábra. Mérési adatgyűjtők alkalmazása A mérési adatgyűjtő hálózat egy átalakító készülékből és egy vagy több adatgyűjtőből építhető fel. Az átalakító közvetíti a digitális jeleket a számítógép felé, illetve „utasítja” az adatgyűjtőket a különböző műveletek végrehajtására. A mérőmodulok bemenetére feszültség, áramerősség vagy ellenállás kapcsolható, míg a kimenetek általában különböző kapcsoló állások. Mind a bemeneti, mind a kimeneti adatgyűjtő modulok többcsatornásak is lehetnek. Az adatgyűjtők azonos vezeték-párra (csavart érpár) csatlakoznak. Az átalakító, illetve rajta keresztül a számítógép úgy különbözteti meg őket, hogy mindegyik adatgyűjtőnek saját, programozott címe van. A hagyományos – nyolcbites – rendszerben összesen 256 címet lehet kiosztani. Ennél egyegy hálózaton lényegesen kevesebb adatgyűjtő modulra van szükség. Az adatgyűjtő modulokat bármilyen magasabb szintű programnyelv segítségével tudjuk programozni, legegyszerűbb esetben az Excel táblázatkezelőben is megtalálható VBA (angol: Visual Basic Application) is megfelelő. Ebben az esetben az érkező adatok azonnal a táblázat rovataiba gyűjthetők. A programozás legfontosabb sora a lekérdező utasítás, amelynek általános formája: #0A+chr(13), ami azt jelenti, hogy a számítógépes program a 10-es címen (hexadecimális 0A) elérhető modultól megkérdezi, hogy mennyi a bemeneti értéke. A modul válasza erre például >+0.012+chr(13), ami azt jelentheti, hogy a megkérdezett mérési adatgyűjtő modul a bemenetén 12 milliamper áramerősséget mér. Ugyanezen a vezetéken kiadott #0C07+chr(13) utasítás – ami tulajdonképpen egy karaktersorozat! – a 12-es címen található modul 7-es számú csatornájától kérdezi meg az aktuális bemeneti értéket! A mérési adatgyűjtők kézikönyvében megtaláljuk a modulok „utasításkészletét”, és a programozáshoz szükséges gyakoribb példákat. Természetesen a modulok az RS232-es soros számítógépes kommunikációs vonalon vagy USB-n keresztül más nyelven is programozhatók. A lényeg az utasításokat és válaszokat tartalmazó karaktersorozatok feldolgozása.

50


II/14. ÉVFOLYAM

Tárolóhatású áramkör szabályozása mérési adatgyűjtő kapcsolással Az előző feladatban megismert tárolóhatású áramkör kapcsolója és műszerei mérési adatgyűjtő rendszerből is kezelhetők az alábbi összeállítás szerint:

48. ábra. Tárolóhatású áramkör szabályozása Ha például az Advantech gyár által forgalmazott ADAM mérési adatgyűjtőt használjuk, akkor a kapcsoló feladatot az ADAM 4060-as modul, míg a feszültségmérést az ADAM 4017-es feszültségmérő bemeneti modul fogja elvégezni. − Állítsuk össze a kapcsolást, óvatosan végezve a mérőmodulok bekötését! − A számítógépen előkészített program segítségével először vizsgáljuk meg az áramkör tároló tulajdonságait! − A kapcsolójel periodikus változtatásával (be/ki) vizsgáljuk meg a kimenő feszültség változási ütemére jellemző függvényeket! − Állítsunk be egy maximális és egy minimális kimeneti feszültség értéket, és „automatára” állítva a programot figyeljük meg, mennyire valósul meg az ábrán látható szabályozási folyamat! Számítsuk ki az áramkör időállandóját! Vizsgáljuk meg, milyen mértékben lehet a feszültséghatárokat közelíteni egymáshoz anélkül, hogy az ADAM 4060-as modul folyamatosan kattogásba kezdene! Készítsük el az áramkört működtető program algoritmikus vázlatát! (Írjuk le, hogy a program szerintünk hogyan működik!)

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

51

VESZTESÉGMÉRÉS SZÁMÍTÓGÉPES ADATFELDOLGOZÁSSAL Kapcsolási vázlat

49. ábra. Veszteségmérés számítógépes irányítási rendszerrel A főkapcsoló bekapcsolása után az adatgyűjtő feszültség alá kerül. Az elektronikus vezérlő jobb alsó sarkában lévő vezérlés váltókapcsoló segítségével kézi vezérlés vagy számítógép vezérlés állásba kapcsolhatunk.

52


II/14. ÉVFOLYAM

50. ábra. Vezérlő elektronika Számítógépes vezérlés: ebben az állásban a számítógéphez illesztett adatgyűjtőn keresztül történik a jelfogó behúzása, a berendezés működtetése. A számítógépes program veszi át a vezérlést, elvégzi az adatgyűjtést, az adatokat megjeleníti a képernyőn.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

53

FÜGGELÉK A FELADATOK MEGOLDÁSA 1.5. feladat megoldása Adatok: Δh = 60 mm = 60⋅10-3 m ρ = 1000 kg/m3 A mért nyomás: Δp = Δh ⋅ ρ ⋅ g = 60 ⋅ 10 −3 m ⋅ 1000 kg / m 3 ⋅ 10 m / s 2 = 600 Pa 1.6. feladat megoldása Adatok: Δl = 50 mm = 50⋅10-3 m α = 30°, sin α = 0,5 ρ = 13600 kg/m3 A mért nyomás: Δp = Δl ⋅ sin α ⋅ ρ ⋅ g = 50 ⋅ 10 −3 m ⋅ 0,5 ⋅ 13600 kg / m 3 ⋅ 10 m / s 2 = 3400 Pa 1.7. feladat megoldása Adatok: ⋅

V = 120

l = 2⋅10-3 m3/s min

v = 2 m/s A keresztmetszet: 2 ⋅ 10 − 3

•

A =

V v

= 2

m3 s

m

= 10 − 3 m 2

s

Az átmérő: d 2 ⋅π A= b 4 db =

4⋅ A

π

=

40 ⋅ 10 −4 m 2

π

= 3,57 ⋅ 10 − 2 m

d b = 35,7 mm

54


II/14. ÉVFOLYAM

2.1. feladat megoldása Adatok: V& = 18 m3/h = 0,005 m3/s D = 200 mm = 0,2 m ρ = 103 kg/m3 η = 10-3 Pa⋅s

m3 V s = 1,57 m , = a) A sebesség: v = 2 2 s d ⋅π (0,2 m) ⋅ π 4 4 b) A Reynold-szám: d ⋅v⋅ ρ d ⋅v d ⋅ v ⋅ ρ 0,2 m ⋅ 1,57 m / s ⋅ 1000 kg / m 3 Re = = , Re = = = 0,314 ⋅ 10 6 −3 μ ν μ 10 Pa ⋅ s c) Az áramlás turbulens ⋅

0,005

2.2. feladat megoldása

Adatok: V& = 36 m3/h = 0,01 m3/s v = 1,3 m/s ρ = 103 kg/m3 υ = 10-6 m2/s •

a) V = A ⋅ v =

d 2 ⋅π ⋅v 4

•

4 ⋅V 4 ⋅ 0,01 m 3 / s d= = 0,1 m = π ⋅v π ⋅1,3 m/ s v ⋅ d 1,3 m/ s ⋅ 0,1 m = = 1,3 ⋅ 10 5 b) Re = ν 10 −6 m 2 / s Az áramlás keveredő, turbulens 3.1. feladat megoldása

A Bernoulli-egyenlet használható a feladat megoldásához, de most ahhoz, hogy folyadék az 1. pontból a 2. pontba eljusson, energiát kell befektetni. Az energiaközléshez szivattyút használunk. A folyadék mozgatásához le kell győznünk a szintkülönbséget és a nyomáskülönbséget: A fajlagos energiaszükséglet: p − p1 H = (h2 − h1 ) + 2 ρ⋅g A fajlagos helyzeti energiák: h1 = 0, (az alapszintet tetszőlegesen állapíthatjuk meg), h2 = 10 m. A szintkülönbség: h2-h1=10 m, a fajlagos energiaszükséglet: h2-h1=10 J/N.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

55

A fajlagos nyomási energiák: Célszerű túlnyomásban számolni: Az 1 pontban: p1 = 0, A 2 pontban: p2 = 5⋅105 Pa A fajlagos nyomási energiaszükséglet: p 2 − p1 5 ⋅ 10 5 Pa = = 50 J / N . ρ⋅g 1000 kg / m 3 ⋅ 10 m / s 2 A fajlagos energiaszükséglet: p − p1 H = (h2 − h1 ) + 2 = 10 J / N + 50 J / N = 60 J / N . ρ⋅g A szállításhoz szükséges elméleti, hasznos teljesítmény: •

P = V ⋅ ρ ⋅ g ⋅ H = 0,002 m 3 / s ⋅1000 kg / m 3 ⋅10 m / s ⋅ 60 J / N = 1200 W . 3.2. feladat megoldása

Adatok: d = 76 mm = 76 10-3 m, ⋅

V = 32,7 m3/h = 9,1 10-3 m3/s, Δpveszt = 30000 Pa, η = 50% = 0,5 A keresztmetszet és az áramlási sebesség: d 2 ⋅ π 0,076 2 ⋅ π = = 0,00453 m 2 → A= 4 4 3 −3 m ⋅ 9 , 1 ⋅ 10 ⋅ V s = 2 m/s V = A⋅v → v = = −3 A 4,53 ⋅10 m 2 A szállítómagasság-igény: Δp v2 J ( 2 m) 2 30000 Pa + = 20 m + + = 23,26 H = Δh + 2 2 N 2g ρ ⋅ g m kg m 2 ⋅ 9,81 1000 3 ⋅ 9,81 s s m A hasznos teljesítmény: ⋅ m3 kg m J Ph = V ⋅ ρ ⋅ g ⋅ H = 9,81 ⋅10 −3 ⋅1000 3 ⋅ 9,81 2 ⋅ 23,26 = 2076 W s N m s Az összes teljesítmény: P 2076 W = 4152 W Pö = h = 0,5 η 3.3. feladat megoldása

Adatok: ⋅

V = 240 dm3/min =0,004 m3/s, ρ = 1100 kg/m, P1 = 1 bar = 105 Pa, P2 = 5 bar = 5⋅105 Pa, 56


II/14. ÉVFOLYAM

d = 50 mm = 0,05 m

d ⋅π V& = A ⋅ v = 4 2

m3 4 ⋅V& s =2,03 m v= 2 = 2 2 d ⋅ π 0,05 m ⋅ π s 4 ⋅ 0,004

.

V d 2 ⋅π V = A⋅v = ⋅v , v = 2 = 4 d ⋅π 4 2 2 l v v + Σξ ⋅ h′ = λ ⋅ 2g d 2g l = 8 m + 4 m + 2 m + 6 m + 10 m = 30 m Σξ = 2. ξkönyök + ξszelep + 2.ξT-idom + ξbelépés = 5,69 30m 2, 032 2, 032 ′ h = 0, 02 ⋅ ⋅ + 5, 6 ⋅ = 3, 69m 0, 05m 2 ⋅ 9,81 2 ⋅ 9,81 p − p1 v 2 H man = h2 − h1 + 2 + + h′ ρ⋅g 2g .

5 − 1) ⋅105 Pa ( = 10m − 2m + +

2, 032 H man + 3, 69 = 48,96 ≅ 49m 1100 ⋅ 9,81 2 ⋅ 9,81 V& ⋅ H man ⋅ ρ ⋅ g 0, 004 ⋅ 49 ⋅1100 ⋅ 9,81 Peff = = = 2643,8W η 0,8

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

57

GYAKORLATOK 1. gyakorlat

Nyomásmérés Feladat Munkahelyén mennyiségmérési feladatot kell megoldania. A mennyiségmérési feladat megoldásához szüksége van U-csöves és ferdecsöves nyomásmérők használatához. A gyakorlat során nyomásmérési feladatokat kell megoldania U-csöves és ferdecsöves nyomásmérővel.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások)! –– Az U-csöves nyomásmérőn állítson be különböző értékeket (8-10 értéket), és olvassa le a ferdecsöves nyomásmérőn mért értékeket! –– A mérést ismételje meg háromszor (mérési sorozatot végzünk)! Az ismétlésnél az U-csöves nyomásmérőn ugyanazokat az értékeket kell beállítani. –– A mérés adatait foglalja táblázatba! –– Számítsa ki az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérővel mért értékeket! Állapítsa meg a két műszerrel mért értékek különbségét, abszolút és relatív hibáját! –– A három mérés átlagával végezze a számításokat! –– Értékelje ki a mérést: • hasonlítsa össze a két műszer alkalmazásának előnyeit, hátrányait, • ábrázolja diagramban a relatív hibát, • ábrázolja összehasonlító diagramban az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérővel mért értékeket. –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le az összefüggéseket): ∆pU = ∆pf = Habsz = Hrel = III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

58

Általános környezetvédelmi technikusi feladatok • tanulói jegyzet II/14. évfolyam

V. A táblázatok javasolt kivitele: A mérési sorozat eredményei táblázata

Átlag

3. mérés

2. mérés

Ferdecsöves nyomásmérővel mért értékek ∆lf, mm 1. mérés

Átlag

3. mérés

2. mérés

1. mérés

Sorszám

U-csöves nyomásmérővel mért értékek ∆hU, mm

1. 2. Stb.

A mérési adatok feldolgozása táblázata (a 2. és a 4. oszlopba az átlageredményeket írjuk) Sorszám

∆hU, 10 -3 m

∆pU, Pa

∆lf, 10 -3 m

∆pf, Pa

Abszolút hiba

Relatív hiba %

1. 2. Stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

59

2. gyakorlat

Mennyiségmérés Feladat Munkahelyén csővezetékben áramló víz mennyiségmérési feladatát kell megoldania különböző típusú mennyiségmérő műszerekkel. A mennyiségmérési feladat megoldásához rendelkezésére áll vízóra, mérőperemes mennyiségmérő, multi Pitot-csöves mennyiségmérő. Végezze el a mérőműszerekkel a mérési feladatokat, és hasonlítsa össze a műszerek mérési adatait!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások)! –– A szabályozószelep teljes kinyitásával határozza meg a teljes nyitáshoz tartozó maximális nyomáskülönbséget! –– A mérési tartományt ossza fel 10 részre! –– Állítsa be az 1. értéket és olvassa le: • a vízórán átfolyt térfogategységet (∆V1= V1 - V0 stb.) és a térfogategységhez tartozó időkülönbséget, • a merőperemhez kapcsolt higanytöltésű, víz közvetítő közegű U-csöves nyomásmérő szintkülönbségét, • a Pitot-cső nyomáskülönbségét mérő ferdecsöves nyomásmérő értékét. –– Ismételje meg a mérést a további 9 értéken! –– A mérés adatait foglalja táblázatba! –– Azámítsa ki a három műszerrel mért vízáram mennyiségek értékét! –– Értékelje ki a mérést: • hasonlítsa össze a három műszer alkalmazásának előnyeit, hátrányait, • ábrázolja összehasonlító diagramban a három műszerrel mért értékeket (hitelesítő függvényeket). –– Készítsen a mérésről jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le az összefüggéseket): A vízórán átáramló vízmennyiség: .

V = ∆pU = ∆pf = A mérőperemmel mért mennyiség: .

V = A multi Pitot-csővel mért mennyiség: .

V = III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése

60


IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése V. A táblázat javasolt kivitele: Vízóra Sorszám

Vx V ( 1, V2, stb.)

V0

∆V, liter

∆V, 10 -3 m3

Mérőperem ∆t, s

V,

∆hU, 10 -3 m

xxx

xxx

.

∆pU, Pa

10 -3 m3/s xxx

xxx

xxx

Multi Pitot-cső

V,

∆lHg, 10 -3 m

xxx

xxx

.

∆pHg, Pa

10 -3 m3/s xxx

.

V,

10 -3 m3/s xxx

xxx

1. 2. Stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

61

3. gyakorlat

Re-szám mérése Feladat Munkahelyén csővezetékben áramló víz esetén meg kell vizsgálnia az áramlás jellegét, meg kell határoznia a kritikus Re-szám nagyságát. Végezze el a mérőműszerekkel a mérési feladatokat, és állapítsa meg a kritikus Re-szám nagyságát!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrize a mérőhely üzemre kész állapotát, a szelepek helyzetét (zárt állapot)! –– Készítse el a nyomjelző folyadékot, és töltse fel a festékadagoló tartályt! –– Végezzen próbaméréseket különböző csapállások mellett, megfigyelve a megfelelő nyomjelző adagolást és a várható átváltási pontot. –– Fokozatosan növelje lamináris áramlással indítva (6-8 mérési pont felvételével) a víz térfogatáramát, közben vizsgáljuk a nyomjelző szál alakját. –– Rotaméterrel mérjük a csőben áramló víz térfogatáramát, valamint a vízórán átfolyt víz átáramlási idejét. –– Meghatározzuk a lamináris áramlásból turbulens áramlásba történő átváltás adatait! –– Turbulens áramlással indítva fokozatosan csökkentjük (6-8 mérési pont felvételével) a víz térfogatáramát, közben vizsgáljuk a nyomjelző szál alakját! –– Rotaméterrel mérjea csőben áramló víz térfogatáramát, valamint a vízórán átfolyt víz átáramlási idejét! –– Határozza meg a turbulens áramlásból lamináris áramlásba történő átváltás adatait! –– A mérés adatait foglalja táblázatba! –– Számoljon a mérési adatokból sebességet, ebből Re-számot! –– Ábrázolja diagramban (mm papíron) a rotaméterrel mért adatokat és a vízórával mért adatokat (a vízszintes tengelyen a mérések sorszáma, a függőleges tengelyen a térfogatáramok)! –– Értékeljük ki a mérést: • állapítsa meg a kritikus Re-számot, • hasonlítsa össze a két műszerrel mért értékeket! –– Készítsen jegyzőkönyvet a mérésről! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le az összefüggéseket): A vízórán átáramló vízmennyiség: .

V = Az áramlási sebesség: v= A Re-szám: Re = III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

62


V. A táblázat javasolt kivitele:

V. A táblázat javasolt kivitele: Vízóra

Sorszám

Vx

V0

∆V, liter xxx

∆t, s xxx

Rotamétert

dm3/s

Vv

v v, m/s

10 -3·m3/s

xxx

xxx

xxx

.

Vv

.

dm3/h

Vr

vr, m/s

10 -3·m3/s

xxx

xxx

xxx

.

Vr

.

Reszám

Az áramlás jellege

xxx

xxx

xxx

xxx

1 2 3 Stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

63

4. gyakorlat

Csővezeték áramlási veszteségei Feladat Munkahelyén csővezeték rendszerek áramlási veszteségeit kell vizsgálnia. A vizsgálandó csővezetékek egyenes és iránytöréses acélcső. A veszteségeket a vizsgálandó csővezeték kezdő- és végpontjához kapcsolt nyomáskülönbség-mérő műszer (egy U-csöves nyomásmérő) segítségével tudjuk meghatározni. A szelepeken átáramoltatott víz mennyiségét egy rotaméterrel összekapcsolt szabályozó szeleppel változtathatjuk. .

Határozza meg a csővezetékek veszteségeit! Ábrázolja a veszteségeket h– V diagramon! Hasonlítsa össze a két vezeték veszteségeit! Számolja ki az egyenes csővezeték csősúrlódási tényezőjének értékeit! Ábrázolja a csősúrlódási tényező értékeit a Reszám függvényében!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút! –– Nyissa meg az egyik vezeték elzáró szelepét! –– Állítson be a szabályozószelep segítségével a rotaméteren egy adott értéket, olvassa le az U-csöves nyomásmérőn a szintkülönbséget! –– A mérést ismételje meg 8-12 mérési ponton! –– Zárja el a csővezeték zárószelepét –– Nyissa meg a másik csővezeték zárószelepét, és ismételje meg a fenti mérést ezen a vezetéken is! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyút! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki az áramlási veszteségeket, valamint a csősúrlódási tényező értékeit! –– Ábrázolja a két csővezeték veszteségeit (a csővezeték jelleggörbéket) egy diagramban! –– Hasonlítsa össze a két csővezeték veszteségeit! –– Ábrázolja a csősúrlódási tényező értékeit a Re-szám függvényében! –– Számítsa ki – néhány pontban – a könyökök ellenállási tényezőit, ha az egyenes csőszakaszok csősúrlódási együtthatója megegyezik az egyenes csőszakasz csősúrlódási együtthatójával! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket): III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

64


V. A táblázatok javasolt kivitele:

V. A táblázatok javasolt kivitele:

Sorszám

.

∆h, 10 -3 m

.

V

V

liter/óra

∆p, Pa

h’, J/N

10 -4 m3/s

1 2 stb. Sorszám

h’, J/N

v, m/s

λ

Re-szám

1 2 stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

65

5. gyakorlat

Zárószerelvények áramlási veszteségei Feladat Munkahelyén egy csővezeték rendszerbe záró-, szabályozószerelvényt kell illesztenie. Rendelkezésére álló szerelvények egy egyenesülésű szelep és egy golyósszelep (golyóscsap). A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amelynél a két szelep párhuzamosan van elhelyezve az áramkörben. A szelepek veszteségeit a szelep elé és után beépített nyomáskülönbség-mérő műszer segítségével állapítjuk meg. A szelepeken átáramoltatott víz mennyiségét egy rotaméterrel összekapcsolt szabályozó szeleppel változtathatjuk. .

Határozza meg méréssel a két szabályozó szerelvény veszteségeit nyitott állapotban! Ábrázolja a veszteségeket h– V diagramon! Hasonlítsa össze a két szerelvény veszteségeit, válassza ki a feladat megoldására legalkalmasabb áramlásszabályozó szerelvényt!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút! –– Nyissa ki teljesen a vizsgálandó egyik szelepet (a másik zárva van)! –– Állítson be a szabályozószelep segítségével a rotaméteren egy adott értéket, olvassa le az U-csöves nyomásmérőn a szintkülönbséget! –– A mérést ismételje meg 8-12 mérési ponton! –– Zárja el a vizsgált szelepet! –– Nyissa meg a másik vizsgálandó szelepet, és ismételje meg a fenti mérést ezen a vezetéken is! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyút! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki az áramlási veszteségeket! –– Ábrázolja a szelepek veszteségeit (a csővezeték jelleggörbéket) egy diagramban! –– Hasonlítsa össze a két szerelvény veszteségeit, válassza ki a feladat megoldására legalkalmasabb áramlásszabályozó szerelvényt! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet!

II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése V. A táblázatok javasolt kivitele: Sorszám

.

V

liter/óra

.

V

∆h, 10 -3 m

∆p, Pa

h’, J/N

10 -4 m3/s

1 2 Stb.

66


6. gyakorlat

Zárószerelvények áramlási veszteségei Feladat Munkahelyén egy csővezeték rendszerbe záró-, szabályozószerelvényt kell illesztenie. Rendelkezésére álló szerelvények egy egyenesülésű szelep és egy ferdeülésű szelep. A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amelynél a két szelep párhuzamosan van elhelyezve az áramkörben. A szelepek veszteségeit a szelep elé és után beépített nyomáskülönbség-mérő műszer segítségével állapítjuk meg. A szelepeken átáramoltatott víz mennyiségét egy rotaméterrel összekapcsolt szabályozó szeleppel változtathatjuk. .

Határozza meg méréssel a két szabályozószerelvény veszteségeit nyitott állapotban! Ábrázolja a veszteségeket h– V diagramon! Hasonlítsa össze a két szerelvény veszteségeit, válassza ki a feladat megoldására legalkalmasabb áramlásszabályozó szerelvényt! Számolja ki a szerelvények ellenállási együtthatóinak értékeit! Ábrázolja az ellenállási együtthatók értékeit a Re-szám függvényében!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút! –– Nyissa ki teljesen a vizsgálandó egyik szelepet (a másik zárva van)! –– Állítson be a szabályozószelep segítségével a rotaméteren egy adott értéket, olvassa le az U-csöves nyomásmérőn a szintkülönbséget! –– A mérést ismételje meg 8-10 mérési ponton! –– Zárja el a vizsgált szelepet! –– Nyissa meg a másik vizsgálandó szelepet, és ismételje meg a fenti mérést ezen is! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyút! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki az áramlási veszteségeket, valamint a szerelvények ellenállási együtthatóinak értékeit! –– Ábrázolja a két szelep veszteségeit (a csővezeték jelleggörbéket) egy diagramban! –– Hasonlítsa össze a két szerelvény veszteségeit, válassza ki a feladat megoldására legalkalmasabb áramlásszabályozó szerelvényt! –– Ábrázolja a szerelvények ellenállási együtthatóinak értékeit a Re-szám függvényében! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

67

V. A táblázatok javasolt kivitele: Sorszám

.

V

.

V

liter/óra

10 -4 m3/s

h’, J/N

v, m/s

∆h, 10 -3 m

∆p, Pa

ξ

Re-szám

h’, J/N

1 2 Stb. Sorszám 1 2 Stb.

68


7. gyakorlat

Szelep áramlási veszteségei Feladat Munkahelyén egy csővezeték rendszerbe záró-, szabályozószelepet kell illesztenie. Rendelkezésére álló szerelvény egy egyenesülésű szelep. A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amelynél a szelep egy áramkörben van elhelyezve. A szelepek veszteségeit a szelep elé és után beépített nyomáskülönbség-mérő műszer segítségével állapítjuk meg. A szelepeken átáramoltatott víz mennyiségét egy rotaméterrel összekapcsolt szabályozó szeleppel változtathatjuk. Vegye fel a szelep nyitási diagramját! Határozza meg méréssel a szelep veszteségeit nyitott, félig zárt és negyedrészig zárt állapotban! Ábrázolja a vesztesége.

ket h– V diagramon! Számolja ki a szerelvények ellenállási együtthatóinak értékeit! Ábrázolja az ellenállási együtthatók értékeit a Re-szám függvényében!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút! –– Nyissa ki teljesen a vizsgálandó szelepet! –– Állítson be a szabályozószelep segítségével a rotaméteren egy adott értéket, olvassa le az U-csöves nyomásmérőn a szintkülönbséget! –– A mérést ismételje meg 8-10 mérési ponton! –– Ismételje meg a fenti mérést félig nyitott, majd negyedrészt nyitott szelepállás mellett! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyút! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki az áramlási veszteségeket, valamint a szerelvények ellenállási együtthatóinak értékeit! –– Ábrázolja a három szelep veszteségeit (a csővezeték jelleggörbéket) egy diagramban! –– Hasonlítsa össze a két szerelvény veszteségeit, válassza ki a feladat megoldására legalkalmasabb áramlásszabályozó szerelvényt! –– Ábrázolja a szerelvények ellenállási együtthatóinak értékeit a Re-szám függvényében! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet!

II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

69


.

∆h, 10 -3 m

.

V

V

liter/óra

∆p, Pa

h’, J/N

10 -4 m3/s

1 2 Stb. Sorszám

h’, J/N

v, m/s

ξ

Re-szám

1 2 Stb. A nyitási diagram adatainak rögzítéséhez tervezzen táblázatot!

70


8. gyakorlat

Centrifugálszivattyú jelleggörbéinek felvétele Feladat Munkahelyén a raktárban egy szivattyú van használaton kívül, gépkönyve elveszett. Azt a feladatot kapja, hogy állapítsa meg a szivattyú használhatóságát, vegye fel a szivattyú jelleggörbéit. A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amely tartalmaz egy, a szivattyú után elhelyezett nyomásmérőt, egy áramlást szabályozó szelepet, egy mérőperemes mennyiségmérőt (U-csöves nyomásmérővel) és egy wattmérőt a szivattyú által felvett teljesítmény mérésére. Határozza meg méréssel a szivattyú által közölt fajlagos energiát (a manometrikus szállítómagasságot, a szállított folyadék mennyiségét, valamint a szivattyú által felvett teljesítményt)! Ábrázolja diagrampapíron – egy diagramba rajzolva .

– a szivattyú jelleggörbéit: manometrikus szállítómagasság-folyadékszállítás (H- V ), a hasznos és az összes teljesít.

.

.

ményszükséglet-folyadékszállítás (Ph- V , Pö- V ), hatásfok-folyadékszállítás (η- V )!

Információs lap A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút! –– Állítsa be a szabályozószelep segítségével a szivattyú után elhelyezett nyomásmérőn a teljesen nyitott szelepálláshoz tartozó nyomásértéket, olvassa le a mérőperem U-csöves nyomásmérőjén a szintkülönbséget, valamint a wattmérőn a felvett teljesítményt! –– A mérést – a szabályozószelep zárásával növelve a nyomásértéket – ismételje meg 8-12 mérési ponton a teljes szelepzárásig! –– Ismételje meg a mérést két szivattyú sorba, majd párhuzamos kapcsolásával! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyúkat! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Ábrázolja a szivattyú jelleggörbéit egy diagramban (a léptékek megválasztásához esetleg kérjen segítséget)! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket)! III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése V. A táblázat javasolt kivitele: Sorszám

p, 10 -5 Pa

H m, J/N

Pö, W

∆h, 10 -3 m

∆p, Pa

.

V, 10 -4 m3/s

Ph, W

η

1 2 Stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

71

9. gyakorlat

Centrifugálszivattyú jelleggörbéinek felvétele két fordulatszámon Feladat Munkahelyén a raktárban egy szivattyú van használaton kívül, gépkönyve elveszett. Azt a feladatot kapja, hogy állapítsa meg a szivattyú használhatóságát, vegye fel a szivattyú jelleggörbéit. A szivattyú két fordulatszámon üzemeltethető. A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amely tartalmaz egy, a szivattyú után elhelyezett nyomásmérőt, egy áramlást szabályozó szelepet, egy mérőperemes mennyiségmérőt (U-csöves nyomásmérővel) és egy wattmérőt, a szivattyú által felvett teljesítmény mérésére. Határozza meg méréssel a szivattyú által közölt fajlagos energiát (a manometrikus szállítómagasságot, a szállított folyadék mennyiségét, valamint a szivattyú által felvett teljesítményt)! Ábrázolja diagrampapíron – egy diagramba rajzolva – a .

.

szivattyú manometrikus szállítómagasság-folyadékszállítás (H- V ), hatásfok-folyadékszállítás (η- V ) jelleggörbéit! Határozza meg a két fordulatszámon a legjobb hatásfokhoz tartozó mennyiségértéket és szállítómagasságot!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút, állítsa be a kisebb fordulatszámot! –– Állítsa be a szabályozószelep segítségével a szivattyú után elhelyezett nyomásmérőn a teljesen nyitott szelepálláshoz tartozó nyomásértéket, olvassa le a mérőperem U-csöves nyomásmérőjén a szintkülönbséget, valamint a wattmérőn a felvett teljesítményt! –– A mérést – a szabályozó szelep zárásával növelve a nyomásértéket – ismételje meg 8-12 mérési ponton a teljes szelepzárásig! –– Ismételje meg a mérést a nagyobb fordulatszámon! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyút! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki a szivattyú által közölt fajlagos energiát, a hasznos teljesítményt, valamint a hatásfokot! .

–– Ábrázolja a jelleggörbéket – a manometrikus szállítómagasság-folyadékszállítás (H- V ), illetve a hatásfok-fo.

lyadékszállítás (η- V ) – egy diagramban! –– Határozza meg mindkét fordulatszámon a legjobb hatásfokhoz tartozó mennyiségértéket és szállítómagasságot! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

72



p, 10 -5 Pa

H m, J/N

Pö, W

∆h, 10 -3 m

∆p, Pa

v, m/s

.

V, 10 -4 m3/s

Ph, W

η

1 2 Stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

73

10. gyakorlat

Sorosan és párhuzamosan kapcsolt centrifugálszivattyú jelleggörbéinek felvétele Feladat Munkahelyén a raktárban egy szivattyú van használaton kívül, gépkönyve elveszett. . Azt a feladatot kapja, hogy állapítsa meg a szivattyú használhatóságát, vegye fel a szivattyú jelleggörbéit. A szivattyú két fordulatszámon üzemeltethető. A méréshez olyan mérőhely áll rendelkezésére, amelynél a két szivattyú sorosan és párhuzamosan is kapcsolható, a mérőhely tartalmaz egy, a szivattyúk után elhelyezett nyomásmérőt, egy áramlást szabályozó szelepet, egy mérőperemes mennyiségmérőt (U-csöves nyomásmérővel) és egy wattmérőt a szivattyú által felvett teljesítmények mérésére. Határozza meg méréssel az egyik szivattyú, valamint a sorosan és párhuzamosan kapcsolt szivattyúk által közölt fajlagos energiát (a manometrikus szállítómagasságot, a szállított folyadék mennyiségét, valamint a szivattyú(k) által felvett teljesítményt)! Ábrázolja diagrampapíron – egy diagramba rajzolva – a szivattyú(k) manometrikus szállítómagasság-fo.

.

lyadékszállítás (H- V ), hatásfok-folyadékszállítás (η- V ) jelleggörbéit! Határozza meg a legjobb hatásfokhoz tartozó mennyiségértéket és szállítómagasságot!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát (mérőfolyadék, kapcsolódások, szelepek helyzete)! –– Helyezze üzembe a szivattyút, állítsa be a kisebb fordulatszámot! –– Állítsa be a szabályozószelep segítségével a szivattyú után elhelyezett nyomásmérőn a teljesen nyitott szelepálláshoz tartozó nyomásértéket, olvassa le a mérőperem U-csöves nyomásmérőjén a szintkülönbséget, valamint a wattmérőn a felvett teljesítményt! –– A mérést – a szabályozó szelep zárásával növelve a nyomásértéket – ismételje meg 8-12 mérési ponton a teljes szelepzárásig! –– Ismételje meg a mérést a nagyobb fordulatszámon! –– A mérések befejezése után állítsa le a szivattyút! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki a szivattyú által közölt fajlagos energiát, a hasznos teljesítményt, valamint a hatásfokot! .

Ábrázolja a jelleggörbéket – a manometrikus szállítómagasság-folyadékszállítás (H- V ), illetve a hatásfok-folyadékszál.

lítás (η- V ) – egy diagramban! –– Határozza meg mindkét fordulatszámon a legjobb hatásfokhoz tartozó mennyiségértéket és szállítómagasságot! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése

74



p, 10 -5 Pa

H m, J/N

Pö, W

∆h, 10 -3 m

∆p, Pa

v, m/s

.

V, 10 -4 m3/s

Ph, W

η

1 2 Stb.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

75

11. gyakorlat

Feszültségosztók vizsgálata Feladat Munkahelyén a szabályozási feladat megvalósításához feszültségosztókat kell alkalmaznia. Állítson össze egy változtatható ellenállású feszültségosztót a 42. ábra szerinti kapcsolásban és a változtatható ellenállás értékének változtatásával készítsen kalibrációs táblázatot a kimenő feszültség értékének megadásához. Határozza meg egy fogyasztó teljesítményét.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Állítsa össze a mérőhelyet! –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát! –– Helyezze a mérőhelyet feszültség alá! –– Állítson be egy kis ellenállás értéket, olvassa le a feszültség és áramérősség értékeket! –– A mérést – az ellenállásérték változtatásával – ismételje meg 8-12 mérési ponton! –– A mérések befejezése után kapcsolja ki a mérőberendezést! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Számítsa ki az egyes ellenállásértékekhez tartozó kimenő feszültség értékeket! –– Határozza meg egy fogyasztó teljesítményét! –– Készítsen kalibrációs táblázatot! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése V. A táblázatok javasolt kivitele: Tervezze meg – esetleg tanári segítséget igénybe véve – a mérési adatokat és eredményeket tartalmazó táblázatot!

76


12. gyakorlat

Tároló hatás vizsgálata Feladat Munkahelyén egy tartály tárolóhatásának vizsgálatához elektromos modellt kell készítenie, és a tárolóhatást kell vizsgálnia. Állítson össze egy elektromos kapcsolást a 43. ábra szerint a tárolóhatás vizsgálatához. Adjon feszültséget a bemenetre. Ábrázolja diagramban a kimenő feszültség értékét az idő függvényében, számítsa ki a tárolóhatás jellemző adatait.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 4 óra A beadás határideje: a gyakorlati idő végén (részfeladatok elvégzése), illetve a következő gyakorlaton I. Mérés lépései (javaslat) –– Állítsa össze a mérőhelyet! –– Ellenőrizze a mérőhely üzemre kész állapotát! –– Helyezze a mérőhelyet feszültség alá! –– A K kapcsoló segítségével kapcsoljon az U be feszültséget az áramkör bemenetére és a kapcsolással egy időben elindított stopper segítségével határozza meg a kimenő feszültség értékét azonos időközönként! –– A mérések befejezése után kapcsolja ki a mérőberendezést! –– Az adatokat foglalja táblázatba! –– Ábrázolja az idő függvényében a kimenő feszültség értékeket! –– Számítsa ki a kapcsolás időállandóját! –– Számítsa ki a várható kimenő feszültség nagyságát t T időpillanatban! –– Ellenőrizze a számítás helyességét a diagramon! –– A bemenő feszültség hány százaléka mérhető a fentiekben megállapított pontban? –– Fogalmazza meg az előző kérdésre adott válasz és az y = ex függvény közötti kapcsolatot! –– Készítsen a jegyzőkönyvbe vonalas vázlatot a mérőhelyről! –– A mérésről készítsen jegyzőkönyvet! II. Számításokhoz szükséges összefüggések (Írja le a jegyzőkönyvbe az összefüggéseket) III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése IV. Értékelés szempontjai –– Tudásellenőrző feladatlap megoldása –– A mérés szakszerű végrehajtása, értelmezése –– A jegyzőkönyv tartalmi és formai kivitele –– A jegyzőkönyv megvédése V. A táblázatok javasolt kivitele: Tervezze meg – esetleg tanári segítséget igénybe véve – a mérési adatokat és eredményeket tartalmazó táblázatot!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

77

Önellenőrzésre alkalmas feladatlapok 1. feladatlap. Nyomásmérési gyakorlat (önellenőrző tudásmérő feladatlap) 1. feladat Oldja meg az alábbi feladatokat! A nyomás mértékegységei: a) Nyomásnak nevezzük ................................................................................................................................................................................

b) SI-alapegysége:

................................................................................................................................................................................

c) A gyakorlatban gázok és folyadékok nyomásának mérésére használt mértékegység:

................................................................................................................................................................................

d) Átszámítás a gyakorlatban gázok és folyadékok nyomásának mérésére használt és az SI-alapegység között: 1 .................................................................. = 10 ..................................................................

(Írja föl 10 hatványával a d) pontban szereplő mértékegység és az SI-alapegység kapcsolatát!) Hidrosztatikus nyomásnak nevezzük............................................................................................................................................... nyomását, amelyet p = ........................................................................................................... összefüggéssel számolunk ki.

2. feladat Egy U-csöves nyomásmérő két ágában a mérőfolyadék szintkülönbsége 100 mm. A mérőfolyadék víz (sűrűsége 1000 kg/m3). Mekkora a nyomásmérővel mért nyomáskülönbség? Írja föl a számításához szükséges összefüggést, és számítsa ki a mért nyomáskülönbséget! p=

=

a) összefüggés

b) helyettesítés (mértékegységgel)

= ..................................................... c) végeredmény

78

=

..................................................... d) mértékegység


3. feladat Egy ferdecsöves nyomásmérő ferde ágában a mérőfolyadék felső szintje 50 mm-es értéken áll. A nyomásmérő hajlásszöge: 30°. A mérőfolyadék higany (sűrűsége 13600 kg/m3). Számítsa ki a mért nyomáskülönbséget! (Írja föl a számításához szükséges összefüggést is!) p=

a) összefüggés

=

=

b) helyettesítés (mértékegységgel)

= .....................................

.....................................

c) végeredmény

d) mértékegység

4. feladat Vezesse le a hidrosztatika alaptörvényének (a hidrosztatikai nyomás meghatározásához szükséges összefüggés) matematikai alakját. A levezetéshez készítsen ábrát. Fogalmazza meg a hidrosztatikai törvényt! 5. feladat A hidrosztatika alaptörvénye alapján vezesse le az U-csöves nyomásmérővel mért nyomás értékének meghatározására szolgáló összefüggést! A hidrosztatika alaptörvénye alapján vezesse le a ferdecsöves nyomásmérővel mért nyomás értékének meghatározására szolgáló összefüggést! Hasonlítsa össze az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérőket mérési pontosságuk szempontjából! 6. feladat U-csöves nyomásmérőben a mérőfolyadék szintkülönbsége 20 mm. A mérőfolyadék víz, sűrűsége: 1000 kg/m3. Határozza meg a nyomáskülönbséget, ha a mérés során a műszerben a mért anyag (levegő) hidrosztatikai nyomását nem vesszük figyelembe! Határozza meg a nyomáskülönbséget, ha a levegő hidrosztatikai nyomását nem hanyagoljuk el! Állapítsa meg az elkövetett hiba nagyságát! A levegő sűrűsége: 1,29 kg/m3.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

79

2. feladatlap. Mennyiségmérési gyakorlat (önellenőrző tudásmérő feladatlap) Milyen a mérési elve a számozott mérőműszereknek? Írja be a műszer megnevezése utáni oszlopba a megfelelő mérési elv betűjelét! 1.

Szárnykerekes (ütközőkerekes) mennyiségmérő (vízóra)

a)

Áramlásisebesség-mérő:

2.

Mérőperem

b)

Térfogatos mennyiségmérő

3.

Pitot-cső

4.

Rotaméter

1. feladat Egy csőben 120

l m folyadék áramlik. Az áramlási sebesség: 2 . Határozza meg a cső belső átmérőjét! min s

2. feladat A 100 mm átmérőjű csőben 50 mm-es furattal rendelkező mérőperem segítségével víz mennyiségét mérjük. A higannyal töltött U-csöves nyomásmérőről leolvasott adat …… mm. a) Határozza meg a nyomásmérővel mért nyomás különbségét! b) Határozza meg a csőben áramló víz áramlási sebességét! c) Határozza meg a csőben áramló víz mennyiségét! Az átfolyási tényező értéke: α = 0,6 (ρvíz = 1000 kg/m3; ρHg = 13600 kg/m3) Írja le az adatok meghatározásához felhasznált összefüggéseket is! 3. feladat Az előző feladatban mért áramló vízmennyiség esetén milyen értéket mutat a csővezetékbe épített Pitotcső ferdecsöves nyomásmérője? A nyomásmérő mérőfolyadéka higany. Írja le az adatok meghatározásához felhasznált összefüggéseket is! 4 feladat Vezesse le a Bernoulli-törvény alkalmazásával a Pitot-cső mennyiségmérésre alkalmas összefüggését!

5. feladat Vezesse le a Bernoulli-törvény alkalmazásával a mérőperem mennyiségmérésre alkalmas összefüggését! 6. feladat U-csöves nyomásmérőben a mérőfolyadék szintkülönbsége 45 mm. A mérőfolyadék higany, sűrűsége: 13600 kg/m3. a) Határozza meg a nyomáskülönbséget, ha a mérés során a műszerben a mért anyag (levegő) hidrosztatikai nyomását nem vesszük figyelembe! b) Állapítsa meg az elkövetett hiba nagyságát, ha a levegő hatását nem hanyagoljuk el! A levegő sűrűsége: 1,29 kg/m3. c) Határozza meg a nyomáskülönbséget, ha a közvetítő közeg víz és a mérés során a műszerben a mért anyag (víz) hidrosztatikai nyomását nem vesszük figyelembe! 80


d) Határozza meg a nyomáskülönbséget, ha a víz hidrosztatikai nyomását a mérésnél figyelembe ves�szük! Határozza meg az elkövetett hiba nagyságát! e) Melyik esetben hanyagolható el a mért közeg hidrosztatikai nyomása? (A feladatokat külön lapon oldja meg!)

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

81

3. feladatlap. Re-szám mérése (önellenőrző tudásmérő feladatlap) Mi a mértékegysége a dinamikai viszkozitásnak? [η] = ........................................................................... 1. feladat (A feladatot külön lapon oldja meg!) Egy 20 mm átmérőjű csővezetékben víz áramlik. A csővezetékből 20 másodperc alatt 1 liter víz folyik ki. A víz kinematikai viszkozitása: ν = 10-6 Pa⋅s. a) Következtessen, milyen műszerrel mérjük az áramló víz mennyiségét! b) Számítsa ki a víz áramlási sebességét! c) Határozza meg a Re-szám értékét, valamint az áramlás jellegét! Az áramlás jellege: ........................................................................... Írja le a Re-szám meghatározására szolgáló összefüggést, ha a dinamikai viszkozitással kívánjuk meghatározni értékét! Re = Milyen értéknél vált át (simafalú acélcső esetén) az áramlás lamináris áramlásból turbulens áramlásba? 2. feladat Egy változó keresztmetszetű csővezetékben víz áramlik. A nagyobb keresztmetszet átmérője 100 mm, a kisebb keresztmetszet átmérője 70 mm. A víz áramlási sebessége a kisebb keresztmetszetben 2 m/s. a) Írja le a folytonossági (kontinuitási) törvény összefüggését is! b Határozza meg az áramlási sebességet a nagyobb keresztmetszetben! Írja le a feladat meghatározásához felhasznált összefüggést is! (A feladatot külön lapon oldja meg!) 3. feladat Fogalmazza meg a folytonossági (kontinuitási) törvényt! Írja le matematikai alakját! Egy csővezetékben a víz 2 m/s sebességgel áramlik. A csővezeték egy szakaszán a csőátmérő a felére csökken. Számítsa ki ezen a szakaszon a víz áramlási sebességét! Hogyan függ a sebességváltozás az átmérőváltozásától? 4. feladat Mi a mértékegysége a Re-számnak? Vezesse le a Re-szám összefüggéséből a választ! (A feladatotokat külön lapon oldja meg!)

82


4. feladatlap. Szelepek vizsgálata (önellenőrző tudásmérő feladatlap) Szelepek szerkezeti egységei Írja be az alábbi oszlopba a szelep számokkal jelölt alkatrészeinek megnevezését!

1 2 3 4 5 6 Írja be az alábbi sorokba a szelep működési állapotát! a) b) Hogyan lehet méréssel meghatározni egy szelep áramlási veszteségét? Írja le az összefüggést és a betűk megnevezését!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

83

Rajzolja meg az alábbi diagramokba – jellegre helyesen – egy szelep veszteségi jelleggörbéit! a) Egyenesülésű szelep két (teljesen nyitott és közepesen zárt) állásban.

b) Egyenesülésű és ferdeülésű szelep

Írja be a számításhoz szükséges összefüggéseket a jobb oldali oszlopba! A szelepen átáramló folyadék sebessége: A veszteségmagasság: A Reynolds-szám: Az ellenállási tényező:

84


5. feladatlap. Szivattyúk vizsgálata (önellenőrző tudásmérő feladatlap) Nevezze meg a számokkal jelölt szerkezeti egységeket!

1. .................................................................................... 2. ........................................................................................ 3. .................................................................................... 4. ........................................................................................

Hogyan lehet méréssel meghatározni a szivattyúmérésnél a centrifugálszivattyú által leadott fajlagos energiát? Írja le az összefüggést és a betűk megnevezését!

Írja be az üres oszlopba a kérdéshez (állításhoz, definícióhoz) tartozó válasz betűjelét! 1.

A szivattyú jelleggörbe és a csővezeték jelleggörbe metszéspontja

a)

Párhuzamos kapcsolás

2.

A hasznos teljesítmény és az összes teljesítmény hányadosa

b)

Soros kapcsolása

3.

A szivattyú által leadott fajlagos energia megnövekszik

c)

Munkapont

4.

A szivattyú által szállított folyadék mennyisége megnövekszik

d)

Hatásfok

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

85

Rajzolja meg az alábbi diagramokba – jellegre helyesen – a szivattyú jelleggörbéit! Az egymás alatt lévő diagramok összetartoznak. A vízszintes tengelyen azonos léptékeket használunk.

86


Írja be a számításhoz szükséges összefüggéseket és a képletekben szereplő betűk jelentését a jobb oldali oszlopba! Az áramló anyagmennyiség számítása a mérőperem segítségével a szivattyú mérés megoldásánál:

A hasznos teljesítmény számítása:

A hatásfok számítása:

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

87

Általános környezetvédelmi technikusi feladatok

Recommend Documents