Általános környezetvédelmi technikusi feladatok

Moduláris szakmai vizsgára felkészítés környezetvédelmi területre

Általános környezetvédelmi technikusi feladatok II/14. évfolyam tanulói jegyzet

A TISZK rendszer továbbfejlesztése – Petrik TISZK TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

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 szakszeren használni a feladatok megoldásához szükséges nyomás- és mennyiségmér eszközöket, tudjunk az eszközökkel mérési feladatokat végezni. – Tudjunk szakszeren mérni áramlástechnikai jellemzket, tudjuk meghatározni csvezetékek, szerelvények áramlástani jellemzit. – Tudjuk szakszeren mérni, meghatározni szivattyúk jellemz adatait. – Tudjunk elkészíteni pneumatikus, hidraulikus és villamos alapkapcsolásokat, végrehajtani villamos méréseket, – Ismerjük meg a számítógépes irányítási rendszert. – Legyünk képesek a mérései feladatokat körültekinten, a munkavédelmi és biztonságtechnikai elírások, valamint a laborrend (a munkahely rendjének) betartásával végrehajtani. – Tudjuk a mérési adatokat feldolgozni, értékelni és mérési jegyzkönyvet készíteni – Mintafeladatok alapján legyünk képesek önállóan, hasonló ismeretekre épül feladatokat megoldani.

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

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

Az ikon fontos, jól megjegyzend, megtanulandó ismereteket jelez.

Az ikon mellett olyan gondolatébreszt 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 meggyzdtünk arról, hogy a mérhely 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 elvigyázatosan kell kezelni. Repedt, törött elemekkel mérést végezni tilos.

A JEGYZKÖNYV KIVITELE A mérések eredményeit jegyzkönyvben rögzítjük.

A jegyzkönyv hitelessége A jegyzkönyv alapvet követelménye, hogy tartalma alapján, ha ugyanolyan körülmények között ugyanazt a mérést végzi el más személy, akkor az eredmények azonosak legyenek. A jegyzkönyv hitelességét rontja, ha összefirkált vagy kifestvel törölt részek vannak benne. Ha javítani kell, akkor egyszeren 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 méret diagrampapírokat, illetve az egyéb információkat tartalmazó lapokat. A jegyzkönyv els oldalán a mérés megnevezése, a dátum és a mérést végz személy(ek) neve szerepel. A mérés idpontja:

A mérés megnevezése:

A jegyzkönyv beadásának idpontja:

Név: Osztály: Mértársak:

Az els oldalon célszer elhelyezni a mérhely kapcsolási vázlatát, a mérés menetét (a mérési utasítást) és a munkavédelmi elírásokat. A kapcsolási vázlat Minta:

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


II/14. ÉVFOLYAM

A vázlat a mködést tekintve bal oldalról indulva jobb felé halad, még akkor is, ha a valóságban az egységek másképp helyezkednek el. Ha a vonalak keresztezik egymást, a függleges vonalat kell megszakítani. A kapcsolási vázlaton fel kell tüntetni a mérmszerek jellemzit (nagyon fontos a mérhatár feltüntetése), a mérhely szerkezeti egységeinek a mérés szempontjából fontos adatait (pl. a csvezetékek jellemzit). A fenti ábrán a mérmszerek adatait nem tüntettük fel, ezeket a méréshez használt mszerekrl kell leolvasni. A fontosabb jelképek az alábbi ábrán találhatók. Jelképes ábrák Csvezeték

Szelep, csap

Szivattyú (centrifugálszivattyú)

Vízszintes és függleges cs találkozásának ábrázolása

Nyomásmér

Szivattyú motoros meghajtással

Mérperem

Rotaméter

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

9

A mérés menete Pl. Ellenrizzük a mérhely üzemre kész állapotát, a szelepek helyzetét (zárt, nyitott állapot). Elkészítjük a nyomjelz folyadékot, és feltöltjük a festékadagoló tartályt. Próbaméréseket végzünk különböz csapállások mellett, megfigyelve a megfelel nyomjelz adagolást és a várható átváltási pontot. Stb. Munkavédelmi elírások Pl. A méréshez csak akkor kezdhetünk hozzá, ha meggyzdtünk arról, hogy a mérhely 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 meggyzdtünk arról, hogy az üvegkészülékek hibátlanok. Az adatok táblázata A jegyzkönyv második vagy harmadik oldalán célszer elhelyezni a mérési adatokat tartalmazó táblázatot. A táblázat fejléce a mért, illetve a számított adatok szabványos vagy szokványos betjeleit és ezek mértékegységét tartalmazza. A következ sorokba írjuk a mért és a számított adatokat. A táblázatba mindig írjuk be a leolvasott adatokat, a mellette lév 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 szerepl 10 hatványával adjuk meg. Minta: Sorszám

.

.

V liter/óra

V 10-4 m3/s

h, 10-3 m

p, Pa

h’, J/N

1 2 Stb. Számítások

A táblázat alatt (vagy a következ oldalon) gyjtsük 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 jegyzkönyv befejez része az eredmények kiértékelése. Ebben a részben értékeljük a mérések eredményeit. Elssorban elméleti ismeretekben tanultakat hasonlítjuk össze a mérési eredményekkel.

10


II/14. ÉVFOLYAM

AZ ÖNELLENRZÉSRE ALKALMAS FELADATLAPOK HASZNÁLATA A mérésekhez akkor kezdhetünk hozzá, ha tisztában vagyunk az elvégzend feladattal, ismerjük a mérhely felépítését, el tudjuk készíteni a számításokat. Az egyes mérések elméletét Ismétl kérdések és feladatok elzik meg. Ezeket házi feladatként külön lapokon kell elkészíteni, és a gyakorlatvezet tanár által megadott idpontban beadni. A mérést megelzen ezért célszer ellenrizni, megfelelen felkészültünk-e a mérés elvégzésére. Az ellenrzéshez segítséget adnak a mellékletben szerepl önellenrzésre alkalmas feladatlapok, amelyeket házi feladatként külön lapokon meg kell oldani és a mérés eltt be kell adni. A mérések elkezdése eltt – a házi feladatok példáihoz hasonló – tudásszintmér feladatlapokat kell megoldani, amelyek eredménye beszámít a mérési feladatok értékelésébe.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

11

ÁRAMLÁSTECHNIKAI MSZEREK MÉRÉSEI Az áramlástechnikai mérmszerek néhány típusához (pl. Pitot-cs, mérperemes mennyiségmér) nyomásmérket alkalmazunk a mérend mennyiségek meghatározásához. A mszerek alkalmazásának begyakorlásához két gyakorlati feladatot oldunk meg: nyomásmérés: az U-csöves és ferdecsöves nyomásmérvel mért nyomás meghatározása, illetve mennyiségmérés: az áramló mennyiség meghatározása. Ennek a témakörnek az a célja, hogy megtanuljuk az áramlástechnikai eszközök méréseinél alkalmazott nyomásmérk kezelését, használatát; meghatározzuk a nyomásmér mszerekkel mért nyomás értékét; összehasonlítsuk az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmér pontosságát; megtanuljuk a mennyiségmérés eszközeinek kezelését, használatát; különböz mennyiségmér mszerekkel meghatározzuk a csövekben áramló folyadékok mennyiségét; összehasonlítsuk a különböz mennyiségmér mszerek alkalmazását.

NYOMÁSMÉRÉS Ismétl kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait! Házi feladatként válaszoljon a következ 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 nyomásmér mszerek közül a hidrosztatikai nyomás alkalmazásán alapuló nyomásmér mszereket: az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmérket 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 srsége: Az alapterület: A A feladatot a jegyzetfüzetében próbálja önállóan megoldani! A hidrosztatikai nyomás nagysága: p h g , Pa

U-csöves nyomásmér Nyomáskülönbség mérésére gyakran alkalmazunk U-csöves nyomásmérket (3. ábra). A nyomásmérben mérfolyadék van, amely legtöbbször víz vagy higany (esetleg más folyadék).

3. ábra. U-csöves nyomásmér

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

13

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

4. ábra. A mérfolyadék kitérése

1.2. FELADAT A fenti gondolatmenet alapján vezesse le az U-csöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség meghatározására alkalmas összefüggést! A feladatot a jegyzetfüzetében oldja meg!

Az U-csöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség nagysága: p1 p 2 p h g , Pa

A fenti összefüggés abban az esetben ad helyes eredményt, ha a mérfolyadék felett lév közeg hidrosztatikai nyomása elhanyagolható. A közeg hidrosztatikai nyomása elhanyagolható, ha a mért közeg és a mérfolyadék srségének különbsége nagy. Ilyen eset pl. ha a mért közeg leveg és a mérfolyadék víz vagy higany. Nem hanyagolható el a két közeg srségkülönbsége abban az esetben, ha víz nyomáskülönbségét mérjük higany mérfolyadékkal. Ebben az esetben a higany fölött lév víz hidrosztatikai nyomásával is kell számolnunk (5. ábra).

14


II/14. ÉVFOLYAM

5. ábra. A srségkülönbség nem hanyagolható el

1.3. FELADAT A fenti gondolatmenet alapján vezesse le az U-csöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség meghatározására alkalmas összefüggést, ha a higany fölött lév víz srsége nem hanyagolható el! A feladatot a jegyzetfüzetében oldja meg! Az U-csöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség nagysága, ha a mérfolyadék feletti közeg hidrosztatikai nyomását nem hanyagolhatjuk el (pl. higany mérfolyadék és víz esetén): p1 p 2 p h ( Hg víz ) g , Pa

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

15

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

6. ábra. Ferdecsöves nyomásmér A ferdecsöves nyomásmér esetén a nyomáskülönbség mérése ugyanazon az elven történik (hidrosztatikai nyomás), mint az U-csöves nyomásmérnél, de a h (h) szintkülönbség helyett a ferde csövön mérhet l (l) hosszúságot mérjük. Így mszer ugyanolyan nyomásérték esetén pontosabban mér.

1.4. FELADAT A fenti gondolatmenet alapján vezesse le a ferdecsöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség meghatározására alkalmas összefüggést, ha a higany fölött lév anyag srsége elhanyagolható! Segítség a feladat megoldásához: h sin . l A feladatot a jegyzetfüzetében oldja meg! A ferdecsöves nyomásmér alapösszefüggése: p (l sin ) g Megjegyzés: érvényes abban az esetben, ha a mérend anyag hidrosztatikai nyomását a mszerben elhanyagoljuk. A ferdecsöves nyomásmér összefüggése, ha a mérend anyag hidrosztatikus nyomása nem hanyagolható el: p (l sin ) ( Hg 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 nyomásmérvel mért értéket, mért értéknek pedig az U-csöves nyomásmérvel mért értéket. Az abszolút hiba számítása:

-

Habsz = pf pU, ahol Habsz az abszolút hiba, pf a ferdecsöves nyomásmérvel mért érték, pU az U-csöves nyomásmérvel mért érték. A relatív hiba az abszolút hiba és a mért érték hányadosa. A relatív hiba számítása: H H rel absz . p f A relatív hibát gyakran szoktuk %-os értékével megadni: H H rel % absz 100 . p f

1.5. FELADAT Egy U-csöves nyomásmér két ágában a mérfolyadék szintkülönbsége 60 mm. A mérfolyadék víz (srsége 1000 kg/m3). Mekkora a nyomásmérvel mért nyomáskülönbség?

1.6. FELADAT Ferdecsöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség esetén a leolvasott érték 50 mm. A nyomásmér hajlásszöge: 30. A mérfolyadék higany (srsége 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 mérhely kialakítása A mérhely kialakítása a 7. ábrán látható.

7. ábra. A nyomásmérés mérhelye A mérhely egy összekapcsolt U-csöves és ferdecsöves nyomásmért tartalmaz. Mindkét nyomásmér azonos nyomást mér.

Ellenrz 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 nyomásmér szerkezeti kialakítását és mködését! Milyen kapcsolat van a nyomás és a folyadékszint-változás között? 3. Gyjtse össze a mérés megoldásához szükséges összefüggéseket: a) az U-csöves nyomásmér mért nyomásának megállapításához szükséges összefüggés, b) a ferdecsöves nyomásmér mért nyomásának megállapításához szükséges összefüggés. 4. Mit nevezünk abszolút és relatív hibának? Hogyan számítható ki az abszolút és a relatív hiba? Tudása ellenrzéséhez oldja meg a mellékletben található 1. feladatlapot!

18


II/14. ÉVFOLYAM

MENNYISÉGMÉRÉS Ismétl kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következ kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Milyen kapcsolat van egy csvezetékben áramló folyadékmennyiség esetén a folyadék sebessége és a csvezeték átmérje között? Írja le az összefüggést! 2. Hogyan számolható ki az U-csöves nyomásmérvel mért nyomás nagysága? Írja le az összefüggést! 3. Hogyan számolható ki a ferdecsöves nyomásmérvel mért nyomás nagysága? Írja le az összefüggést! 4. Hogyan vesszük figyelembe a nyomáskülönbség-mér mszereknél azt, ha a mérfolyadék és a mérfolyadék felett lev folyadék srségkülönbsége nem hanyagolható el? Írja fel erre az esetre az U-csöves és a ferdecsöves nyomásmér nyomáskülönbségének meghatározására szolgáló összefüggést! A környezetvédelem gyakorlati problémáinak megoldása során gyakran van szükségünk áramló folyadékmennyiségek értékének meghatározására. Ilyen mszerek pl. a mérperem, a Pitot-cs, a vízóra. A mérmszerek mködésének elemzéséhez két törvényt, a folytonossági törvényt és a Bernoulli-törvényt ismerjük meg.

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

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

db2

v 4 ahol A a cs áramlásra merleges keresztmetszete, m2; db a cs bels átmérje, m; v a közeg áramlási sebessége, m/s. V Av

Az összefüggésbl a cs szükséges bels átmérje meghatározható.

1.7. FELADAT Egy csvezetékben percenként 120 liter víz áramlik 2 m/s sebességgel. Határozza meg a cs bels átmérjét! A feladatokat – jegyzetfüzetében – próbálja meg önállóan megoldani!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

19

A folyadék a csvezetékben áramlik. Mozgására jellemz adat a sebessége, amely a csvezeték méretétl függen hol kisebb, hol nagyobb. Ha a csvezeték átmérje csökken, akkor a folyadék nagyobb sebességgel mozog, míg ha a csátmér növekszik, akkor a folyadék mozgása lelassul. A folyadék áramlási sebessége és a csvezeték keresztmetszetének szorzata állandó. Ezt a törvényt folytonossági (latin eredet szóval kontinuitási) törvénynek nevezzük (8. ábra).

8. ábra. Folytonossági törvény

A folyadék áramlási sebessége és a csvezeték 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 csvezeték, illetve az áramlás keresztmetszete a vizsgált pontokban, m2. A csvezeték keresztmetszete és az áramlási keresztmetszet között különbség lehet. Elfordul, hogy a csvezeték átmérje olyan nagy, hogy a folyadék nem tölti ki teljesen a keresztmetszetet. Ilyen pl. a szennyvízcsatorna is. Ebben az esetben a folyadék a cs alsó felében, harmadában csordogál a lejtés irányában, és az áramlás folytonossága csak az így kialakult vályúszer áramlási keresztmetszetre értelmezhet. Az áramlási irányra merleges síkban keletkez felületet szabad áramlási keresztmetszetnek nevezzük.

A Bernoulli-törvény

Egy csvezetékben V mennyiség 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 csvezeték átmérjének változása miatt az áramlási sebesség is változhat.

9. ábra. Az áramló folyadék jellemzi 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 tetszleges szinttl mért magasság, m; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. Az áramlástani mszaki 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 s p A s p V , J

E p p V , J A fajlagos nyomási energia az ún. nyomómagasság: E p V p V p ep p , J/N G G g V g Ep a nyomási energia, J; ep a fajlagos nyomási energia, J/N; p a nyomás, Pa; a srség, 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 csvezeték bármely keresztmetszetére vonatkoztatva). A Bernoulli-törvény matematikai alakja: p v2 h állandó , g 2g

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

21

vagy a csvezeték két keresztmetszetére vonatkoztatva: 2 2 p v p v h1 1 1 h2 2 2 . g 2g g 2g A Bernoulli-törvény e formája az ún. ideális folyadékokra igaz. Valóságos folyadékok esetén figyelembe kell venni: a súrlódási veszteségeket (a folyadék falhoz történ súrlódásából adódó veszteségeket, illetve a bels súrlódásból adódó veszteségeket); az iránytörések legyzésére fordítandó energiát (ez szintén veszteségként jelentkezik).

A Pitot-cs Egy csvezetéken áramló folyadék- vagy gázmennyiség vizsgálatakor vagy a térfogatot vagy az áramlási sebességet határozzuk meg. Térfogatméréskor a mérmszerek meghatározott térfogatokat engednek át periodikusan, és az átbocsátott térfogatok számát számlálóm összegezi. A sebességi áramlás mérésekor a mérmszerrel a közeg áramlási sebességét határozzuk meg. A már tanult folytonossági törvény értelmében az átáramló anyagmennyiséget a sebesség és az áramlási keresztmetszet szorzataként kapjuk. A mennyiségmér mszereket ennek megfelelen két csoportba osztjuk: térfogatmér mszerek áramlásisebesség-mér mszerek. A Pitot-csöves mérés során az áramlási sebességet határozzuk meg. A sebességi áramlásmérésre használható mszerek közös jellemzje, hogy a mérés elve visszavezethet a Bernoulli-törvényre. Az áramlás útjában elhelyezett mérelem megváltoztatja az áramlási sebességet, és ezzel az érzékel környezetében a folyadék nyomása is változik. Ennek a nyomásváltozásnak ismeretében kiszámítható a csben áramló folyadék sebessége és mennyisége. A Pitot-csöves mérés elve a 10. ábrán látható.

10. ábra. A Pitot-csöves mérés elve A Pitot-cs egyik vége merleges az áramlás irányára (1. pont). Ebben a keresztmetszetben a folyadék mozgási energiája nyomási energiává, torlónyomássá alakul. A csvezetékbl kinyúló mércsatlakozókhoz kapcsolt U-cs 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 Ucs két vége közötti nyomáskülönbség alapján a Bernoulli-törvénybl meghatározható a folyadék áramlási sebessége.

22


II/14. ÉVFOLYAM

1.8. FELADAT Írja fel a Bernoulli-törvényt a Pitot-cs 1. és 2. pontjára, és vezesse le a sebesség meghatározására szolgáló összefüggést! Az áramlási sebesség meghatározására szolgáló összefüggés: 2 p din m v s A Pitot-csvel mért mennyiség, ha kialakítása olyan, hogy az átlagsebességet méri (ún. multi Pitot-cs): . 2 p din D2

V Av , 4 2 p din m3 D2

4 s ahol: V a csvezetékben áramló folyadék mennyisége, m3/s; A a csvezeték keresztmetszete, m2; D a csvezeték átmérje, m; v a folyadék áramlási sebessége, m/s; pdin a nyomáskülönbség, Pa; a folyadék srsége, kg/m3. .

V

Mérperem A mérperem szintén a sebességmérés elvén mködik. Ennél a megoldásnál a csvezetékbe egy szkítelemet építenek be (11–12. ábra).

11. ábra. Mérperem

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

23

12. ábra. Mérperem beépítése A csvezetékben elhelyezett fojtóelem leszkíti az áramlási keresztmetszetet, így a fojtóelem eltt megn a nyomás (torlónyomás lép fel), a fojtóelem keresztmetszetében, illetve közvetlenül utána csökken a nyomás (13. ábra).

13. ábra. A mérperem nyomásviszonyai Ennél a mszernél is a nyomáskülönbségbl számítható a folyadék áramlási sebessége: 2 p m v , s A képlet a Bernoulli-törvény rendezett és közvetlenül az áramló mennyiséget kifejez alakja. A gyakorlati tapasztalat azt mutatja, hogy a szkítelem áramlási veszteségei befolyásolják a mérési eredményt. A szkítelem alakjának, méretének stb. befolyását egy átfolyási együtthatóval veszi figyelembe a szabvány. Ugyanakkor összenyomható gáz- és gznem közegek nyomásának csökkenését egy expanziós tényez segítségével veszik figyelembe. Az expanziós tényez értéke összenyomhatatlan anyagok (pl. víz) esetén: = 1. 24


II/14. ÉVFOLYAM

A nyomáskülönbség mérésére gyakran használunk U-csöves nyomásmért. A mérperemmel mért mennyiség: . 2 p mp 2 p mp d 2

m3 V A0 s 4 ahol V a csvezeték adott keresztmetszetén átáramló anyagmennyiség, m3/s az ún. d 2

a mérperem keresztmetszete, m2; d a mérperem átfolyási tényez; A0 4 átmérje, m; a közeg srsége, kg/m3; p1 a mérperem eltt mért nyomás, Pa; p2 a mérperem keresztmetszetében mért nyomás, Pa; pmp = p1

-

p2, Pa.

A vízóra A mérésnél a mennyiségméréshez vízórát is használunk. A vízóra a térfogatmér mszerek csoportjába sorolható, szerkezeti kialakítása szerint a szárnykerekes mennyiségmérkhöz tartozik. A 14. ábrán látható szerkezet mködése rendkívül egyszer. A szárnykerék és a készülékház közötti cellákba beáramló folyadék forgatja a szárnykereket. A cellák térfogata állandó, így a körülfordulások száma az áthaladó folyadék mennyiségétl függ. A tengely egy fogaskerékrendszerhez kapcsolódik. A fogaskerekek tengelyéhez kapcsolódó számlálószerkezet a mszeren keresztüláramló folyadék térfogatát mutatja.

14. ábra. A vízóra mködési elve

A mérhely kialakítása A mérhely kialakítása a 15. ábrán látható

15. ábra. A mennyiségmérés mérhelye

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

25

A berendezés részei: Mérperemes áramlásmér A csvezeték átmérje: D = 28,4 mm, a mérperem furatátmérje: d = 14,2 mm Pitot-cs vagy multi Pitot-cs Ferdecsöves nyomásmér (mérfolyadék: víz), mérési határa: p = 3000 Pa U-csöves nyomásmér (mérfolyadék: Hg), mérési határa: p = 25000 Pa Vízóra, mérési határa: 3m3 Mérperem az ASME alapján méretezett, az átfolyási szám Reynolds-szám függése az alábbi táblázatban adott ( = 0,5 szkítési viszonyszám esetén): A folyadék térfogatárama: . 2 pmp m3 d 2

V 4 s Adatok: D = 28,4 mm, d = 14,2 mm, = 0,63 (átlagos) Átfolyási szám

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

Ellenrz kérdések és feladatok 1. Sorolja fel a mennyiségmér eszközöket! 2. Ismertesse – vázlatrajzok segítségével – a különböz mennyiségmér mszerek szerkezeti felépítését és mködését! 3. Fogalmazza meg a Bernoulli-törvényt (ideális folyadékok esetére)! Írja le a törvény matematikai alakjait! 4. Tudása ellenrzéséhez oldja meg a mellékletben található 2. feladatlapot!

26


II/14. ÉVFOLYAM

ÁRAMLÁSTECHNIKAI MÉRÉSEK Az áramlástechnikai mérések témakörében a következ méréseket végezzük el: Re-szám mérése Csvezetékek veszteségei, veszteségtényezinek meghatározása Szelep nyitási diagramja. Szelep veszteségei, veszteségtényezje Cselzáró, áramlásszabályozó szerelvények (szelep, csap) veszteségei, veszteségtényezi Ennek a témakörnek az a célja, hogy megtanuljuk a mennyiségmérés eszközeinek kezelését, használatát; különböz beállítások mellett határozzuk meg a Re-számot; meghatározzuk a kritikus Re-számot; meghatározzuk a csvezetékek áramlási veszteségeit és a veszteségek jellemzésére szolgáló paramétereket; meghatározzuk a szelep átfolyási jellemzit, az átfolyási diagramot; meghatározzuk a különböz szeleptípusok veszteségeit.

RE-SZÁM MÉRÉS Ismétl kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következ kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Milyen kapcsolat van egy csvezetékben áramló folyadékmennyiség esetén a folyadék sebessége és a csvezeték átmérje között? Írja le az összefüggést! 2. Ismertesse a vízóra mködését!

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 üvegcs, amelyben a folyadék áramlási sebessége csap segítségével változtatható. Az áramló folyadékba kapilláris segítségével színes „nyomjelz” folyadékot vezetnek. Az áramlási képet a nyomjelz folyadékszál mozgása teszi láthatóvá (16. ábra). Egy adott mennyiség esetén létrejön egy lamináris és egy turbulens áramlási kép a két csvezetékben.

16. ábra. Lamináris és turbulens áramlás

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

27

A párhuzamos, lemezszer, réteges áramlást lamináris áramlásnak, míg a gomolygó, örvényl áramlást turbulens áramlásnak nevezzük.

Az áramlás jellege a folyadék sebességétl, srségétl, viszkozitásától, valamint a csvezeték átmérjétl függ, és egy mértékegység nélküli viszonyszámmal jellemezhet, amelyet Reynolds-számnak nevezzük: vd vd Re ,

v az áramlási sebesség, m/s; d a csvezeték átmérje, m; a folyadék srsége, kg/m3; a folyadék dinamikai viszkozitása, Pas, a folyadék kinematikai viszkozitása, m2/s A Reynolds-szám értéke nagyon tág határok között változik. Ha ez az érték simafalú acélcs 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 csvezetékben óránként 18 m3 víz áramlik. a) Számítsa ki a csvezetékben áramló víz sebességét, ha a cs bels átmérje 200 mm! b) Számítsa ki a Re-számot! Határozza meg az áramlás jellegét!

2.2. FELADAT

Egy csben óránként 36 m3 víz áramlik. a) Határozza meg a csvezeték átmérjét, ha az áramlási sebesség 1,3 m/s! b) Milyen az áramlás jellege a csvezetékben? Számítsa ki a Reynolds-szám nagyságát! A víz kinematikus viszkozitása 10-6 Pa·s, srsége 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 mennyiségmért használunk. A rotaméter igen elterjedt, ún. állandó nyomásesés áramlásmér (17. ábra). Elssorban helyi leolvasást tesz lehetvé, de vannak távadóval kiegészített típusai is. A méreszköz f alkatrésze a bórszilikátból készült kúpos üvegcs, amelybe egy áramlástechnikailag megfelelen méretezett fémvagy manyag úszót helyeznek el. Az úszó fels 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 mködésének az az alapja, hogy az áramló folyadék impulzusereje és úszó tömegébl származó súlyer egymással egyensúlyban van. Ha a csben áramló folyadék mennyisége megn, növekedni fog a sebessége is, tehát növekszik az impulzuser. Ennek hatására az úszó elmozdul felfelé. Emelkedés közben viszont az üvegcs átmérje növekszik, tehát az áramlási sebesség csökken. Az úszó addig emelkedik, míg egy új helyzetben az eregyensúly ismét beáll. A csben minden pozícióhoz tartozik egy sebesség és egy ennek megfelel áramlási mennyiség, amit az úszó helyzete jelez. Megállapodás szerint ezt a mennyiséget az úszó fels peremével azonos magasságban az üvegcs oldalán bemarással jelölik. Az üvegcs kúpossága 10%, és egy csvel 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 mszer a cshálózathoz karimával csatlakoztatható. A rotamétereket általában valamilyen közegre hitelesítve készítik. A hitelesítközeget és a hitelesítés hmérsékletét az üvegcsövön feltüntetik. Újabban egyes mszergyárak 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 mérhely kialakítása A mérhely kialakítása a 18. ábrán látható. Az áramló folyadék mennyiségét a szabályozó csappal változtathatjuk.

18. ábra. A Re-szám mérés mérhelye

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

CSVEZETÉKEK, CSSZERELVÉNYEK VESZTESÉGEI Ismétl kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következ 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 nyomásmérvel mért nyomáskülönbség, ha a mérfolyadék felett lév közeg hidrosztatikai nyomását nem hanyagolhatjuk el? 4. Hogyan kell a rotaméterrl 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 csben energiaveszteséggel jár. A csvezeték veszteségét h’ betvel jelöljük.

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

v12 v12 p p2 ) 1 . g 2g

A csövek, idomok és áramlástechnikai gépek veszteségét ersen befolyásolja az áramlás jellege és az alkatrész geometriai kialakítása. Magát a veszteséget a gyakorlati számításokban az áramlási adatok mellett az alkatrészre vagy csre jellemz áramlástechnikai együttható, másképpen cssúrlódási tényez figyelembevételével határozzuk meg. A csvezeték 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 ellenkezleg: alulról szivattyúval tápláljuk a tartályt, azonos áramlási sebességnél a veszteség azonos lesz, és mindig a folyadék energiájának rovására keletkezik. Egyenes csövek vesztesége A cshálózat egyenes szakaszainak vesztesége a következ összefüggéssel számítható: " v2 J , ; d 2g N ahol a cssúrlódási együttható; l a csvezeték hossza, m; d a csvezeték átmérje, m; v a folyadék sebessége a csben, m/s. h

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

31

A cssúrlódási együttható értéke függ a cs bels falának érdességétl, valamint az áramlásra jellemz Reynolds-számtól. Pontos értékét táblázatból, illetve diagramból kereshetjük ki. Általában jól használhatók közelít számításoknál a következ értékek: 64 , ha az áramlás lamináris (sima falú acélcs esetén Re 2320). Re Turbulens áramlás esetén: = 0,02….0,03 közötti érték. Idomok és szerelvények ellenállása

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

A több idomból és csszakaszból összeállított cshálózat vesztesége: v2 J " i ) , ; 2g N d ahol a cssúrlódási együttható; l a csvezeték hossza, m; d a csvezeték átmérje, m; i az egyes csszerelvények, idomok ellenállási együtthatója, v a folyadék sebessége a csben, m/s. h (

A csvezeték 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 szintrl 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 csvezeték jelleggörbe 32


II/14. ÉVFOLYAM

Az ábrából látható, hogy a szállítás során a szintkülönbséget, a csvezeték és az adagoló tartály átmérjének különbözségébl adódó áramlási sebességkülönbséget, a technológiai igényekbl fakadó nyomáskülönbséget, valamint az áramlási veszteséget is fedezni kell. Az egységnyi súlyú folyadék szállításához szükséges fajlagos energia tehát az egyes energiatagok különbségébl és a veszteségbl számítható ki:

H man (h1 h2 ) (

v12 v12 p p2 J h , , ) 1 2g g N

Ezt az energiát a folyadékkal a cshálózatban 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 csvezetékjelleggörbének nevezik. A diagram két szakaszból áll: p p2 tagokat a szállítás statikus energiaigényének nevezik. A (h1 h2 ) 1 g Ekkora energia szükséges ahhoz, hogy a folyadék a csben felemelkedjen, majd elérve a 2. pontban a tartályba belép csonkot, ott nyugalomban maradjon. Ha az energiabefektetést megszüntetik, a folyadék visszafolyik az alsó tartályba. A statikus energiaigény tehát a diagram origóból kiinduló függleges szakaszával ábrázolható. v 2 v12 A ( 1 ) h , tagok az áramlás sebességétl 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 csvezeték 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 csvezeték jelleggörbe alakját és helyzetét, ha az idomok száma n a vezetékekben, illetve ha a szintkülönbség és (vagy) a nyomáskülönbség nagysága változik! Ábrázoljon csvezeték jelleggörbéket különböz esetekben! A feladatot jegyzetfüzetében oldja meg!

Csvezetékek áramlási veszteségeinek meghatározása méréssel Csvezetékek áramlási veszteségeit mérni tudjuk, ha a vizsgált csszakasz kezdeti- és végpontjára nyomáskülönbség-mér mszert kapcsolunk. Ebben az esetben az áramlási veszteség a kezdeti pont nyomási energiájának és a végpont nyomási energiájának különbsége lesz. A veszteség nagysága: p pv p J h k , ; g g N ahol: pk a kezdeti nyomás; Pa, pv a végnyomás; Pa; p a mért nyomáskülönbség, Pa; a folyadék srsége, 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 nyomásmérvel mérjük. Ha a csvezetékben víz áramlik, a mérfolyadék általában higany. Ebben az esetben a víz hidrosztatikai nyomását figyelembe kell venni.

Cselzáró, áramlásszabályozó szerelvények A csvezetékekbe a folyadék áramlási mennyiségének szabályozására, a folyadékáram megindítására, illetve elzárására cselzáró szerelvényeket építünk be. A cselzáró szerelvényeknek alapveten három típusa van: a szelep, a csap, és a tolózár. A cselzáró 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 merleges 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 cselzáró és szabályozószerelvény. A gyakorlatban alkalmazott kézi mködtetés szelepek szelepházból, kézikerékkel felszerelt orsóból és zárószerkezetbl állnak (24. ábra). Az orsó mellett a folyadék kiáramlását tömszelence akadályozza meg.

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

25. ábra. Egyenesülés szelep metszeti rajza A 25. ábrán a leggyakrabban alkalmazott szelep, az egyenesülés átereszts szelep metszeti rajzát láthatjuk. A zárótest a szeleptányér, amely a nyílás síkjára merlegesen mozdul el. Záráskor a teljes nyomás az orsóra hat, ezért csak DN 200-nál kisebb átmérj szelepnél alkalmazzuk. A mozgatóorsó alsó végén helyezkedik el a zárótest, a felsn pedig a forgatást végz kézikerék. A megfelel tömítettséget tömítszelencés vagy O-gyrs 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 el.

26. ábra. Ferdeülés szelep metszeti rajza Az egyenes áteresztszelep áramlástani ellenállása viszonylag nagy, mert az átáramló folyadék többszörös iránytörést szenved. A ferdeülés szelepnél (26. ábra) ez az ellenállás lényegesen kisebb, így gazdaságosabban üzemel. A tolózár A tolózár olyan zárószerelvény, amellyel a cs teljes keresztmetszetének megfelel nyílást a cs tengelyére merlegesen 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 lehet legkisebb. A tolózár fleg nagy átmérj csövek zárószerelvénye (>DN 100). Víz, gz, gáz és forró folyadék szállítására használják, különböz nyomásfokozatokban. A csap A csap a legegyszerbb cselzáró 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 cs irányába esik, a folyadék átáramlik a szerelvényen. Erre merleges állásban a csap zár. A csap elnye, hogy gyorsan zárható vagy nyitható.

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

A zárószerelvények veszteségeit méréssel meg tudjuk határozni. A záróelem elé és mögé elhelyezett nyomáskülönbség-mér mszer – a csvezetékek veszteségeihez hasonlóan – megadja a veszteség nagyságát. A veszteség nagysága: p pv p J h k , ; g g N ahol: pk a záróelem eltti nyomás; Pa, pv a záróelem mögötti nyomás; Pa; p a mért nyomáskülönbség, Pa; a folyadék srsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

37

A veszteség mért értékébl a zárószerelvények ellenállás-tényezi kiszámíthatók és diagramban ábrázolhatók. Az ellenállási tényez: 2 p ; v2 ahol: pk a kezdeti nyomás; Pa, pv a végnyomás; Pa; p a mért nyomáskülönbség, Pa; a folyadék srsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. Az ellenállási tényez értékeit a Re-szám függvényében szokták ábrázolni.

2.4. FELADAT Hogyan változik az egyenesülés és a ferdeülés szelep áramlási vesztesége különböz mennyiség folyadékáramok esetén? Ábrázolja a veszteségeket (a két csvezeték jelleggörbét) egy diagramon! A feladatot jegyzetfüzetében oldja meg!

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

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

Hogyan számítható ki az egyenes csszakasz áramlási vesztesége? Hogyan számítható ki az idomokon, szerelvényeken létrejöv áramlási veszteség? Hogyan számítható ki egy csvezetékrendszer áramlási vesztesége? Mit nevezünk manometrikus szállítómagasságnak? Hogyan számítható ki a manometrikus szállítómagasság értéke? 5. Hogyan határozható meg méréssel egy csvezeték áramlási vesztesége? 6. Hogyan határozható meg méréssel az egyenes csvezeték cssúrlódási együtthatója 7. Hogyan csoportosítjuk a cselzáró, áramlásszabályozó szerelvényeket? 8. Ismertesse – vázlatrajz segítségével – a szelep, a csap és a tolózár áramlási viszonyait! 9. Ismertesse – vázlatrajz segítségével – a szelep szerkezeti felépítését, mködését! 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-tényezje? Tudása ellenrzéséhez 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 különböz üzemi feladatok megoldásához. A mérési feladatokat centrifugálszivattyúval valósítjuk meg.

Ismétl kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait! Házi feladatként válaszoljon a következ kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Hogyan számítható ki egy U-csöves nyomásmérvel mért nyomáskülönbség, ha a mérfolyadék felett lév közeg hidrosztatikai nyomását nem hanyagolhatjuk el? 2. Írja le az összefüggést: hogyan mérhet egy csvezetékben áramló folyadék mennyisége mérperemmel! 3. Milyen kapcsolat van egy csvezetékben 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 csvezeték jelleggörbének? Ábrázoljunk – jellegre helyesen – egy csvezeték jelleggörbét! Jelöljük be a görbe jellegzetes pontjait!

A CENTRIFUGÁLSZIVATTYÚ MKÖDÉSI ELVE A korszer folyadékszállító berendezések legfontosabb képviselje a centrifugálszivattyú. A gép f alkatrésze a járókeréknek nevezett forgótárcsa, amelynek lapátjai a centrifugális er felhasználásával gyorsítják a szivattyúházba belép folyadékot. A sebességnövekedéssel járó energianövekedés biztosítja a folyadéknak a megfelel nyomás vagy szintkülönbség elérését.

29. ábra. Centrifugálszivattyú PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

39

A 29. ábrán egyszer, radiális átömlés 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 egyenl távolságra egyenes vagy ívelt lapátok találhatók. A folyadék a szivattyú tengelyvonalában elhelyezett szívócsonkon lép be, majd a járókerék szívócs oldali tárcsáján lév nyíláson a lapátok közé jut. A forgó lapátsor magával ragadja a folyadékot, a részecskékre hat a centrifugális er. A felgyorsított folyadék a lapátélrl a tárcsa érintjének irányába távozik, majd követve a szivattyúház csigavonal alakú csatornáját, a nyomócsonkon át a csatlakozó vezetékbe áramlik, és a érintlegesen 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 n a sebességi energiája. A szivattyúház csigavonal alakban bvül csatornájának fontos feladata, hogy a sebességi energiát nyomási energiává alakítsa. A centrifugálszivattyúban ketts energiaátalakítási folyamat megy végbe. A forgómozgás révén bevitt energia elbb sebességi, majd nyomási energiává alakul. A centrifugálszivattyúk nem önfelszívóak, ami azt jelenti, hogy indítás eltt a szivattyúházat fel kell tölteni folyadékkal (kivéve azt az esetet, ha a folyadék ráfolyik a szivattyúra). A szívócs végére szerelt lábszeleppel akadályozzák meg a folyadék visszaáramlását a szivattyú kikapcsolása után.

A CENTRIFUGÁLSZIVATTYÚ JELLEGGÖRBÉI A folyadékszállítás legáltalánosabb esete, amikor különböz nyomású tartályok között különböz átmérj csövekben kell a technológia által elírt mennyiség 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 csvezeték veszteségeit is. Ezt neveztük dinamikus energiaigénynek. A szállítási feladat megoldására kiválasztott szivattyú üzemi tulajdonságai a csvezeték jelleggörbéhez hasonló módon, jelleggörbékkel szemléltethetk. .

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 idegység alatti folyadékmennyiség mozgatását biztosítja. A szivattyúzási munkát tehát a szivattyúnak meghatározott id 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 g H , W

ahol V a szállított folyadék mennyisége, m3/s, J/N; a folyadék srsége, 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 hatásfok. A hatásfok számítása: P h ,W , Pö ahol: 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 csvezeték 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 csvezetékkel összekapcsolt szivattyú ezen a ponton, az ún. munkaponton fog üzemelni (34. ábra).

34. ábra. A munkapont (M)

42


II/14. ÉVFOLYAM

A szivattyú mködése különböz 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 különböz fordulatszámon

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

36. ábra. Szivattyúk sorba kapcsolása

Párhuzamosan kapcsolt szivattyúk mködése A szállított folyadék mennyiség több szivattyú sorba kapcsolásával növelhet (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 mennyiségmér mszerre, míg a leadott fajlagos teljesítményt (szállítómagasságot) mérésére a szivattyú nyomóágába beépített nyomásmér mszer 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 , ; g N ahol: p a szivattyú nyomóágába helyezett nyomásmér beépített nyomásmér mszer által mutatott nyomásérték, Pa; a folyadék srsége, kg/m3; g a nehézségi gyorsulás, m/s2. Ismerve a szállított folyadék mennyiségét, valamint a nyomás nagyságát, a szállítási diagram megszerkeszthet.

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

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

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

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

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

Hogyan mködik 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 jellemz 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 vehetk fel méréssel a szivattyú jelleggörbéi? Tudása ellenrzéséhez oldja meg a mellékletben található 5. feladatlapot! 44


II/14. ÉVFOLYAM

3.1. FELADAT

Egy atmoszférikus nyomású tartályból 0,002 m3/s mennyiség 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 veszteségektl eltekintünk!

3.2. FELADAT Egy centrifugálszivattyú nyitott csatornából nyitott fels tárolóba 76 mm átmérj csvezetéken 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 srsége 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 térbl az 5 bar nyomású tartályba. A csvezeték bels átmérje 50 mm, az oldat srsége 1100 kg/m3. Határozza meg az oldat áramlási sebességét! Határozza meg a veszteségmagasságot! = 0,02 A csszerelvények, idomok ellenállas-tényezi() a következk: könyök: 0,3 szelep: 3,0 T-idom: 0,9 csvezetékbe 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 gyakorlatvezet adja meg). .

Vüzemi

h2-h1 = v= p2 = rotaméter= 3,0 A hiányzó veszteségtényezket az elz feladatból vegye! Határozza meg a szállítómagasságot, a szállítási teljesítményt! Rajzolja meg – jellegre helyesen – a csvezeték 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 méreszközök használatát; megismerjük a számítógépes mérés, irányítás megoldását.

VILLAMOS MÉRÉSEK Ismétl kérdések és feladatok A gyakorlati feladatok megoldásához elevenítse fel elméleti tanulmányait. Házi feladatként válaszoljon a következ kérdésekre, illetve oldja meg a feladatokat! 1. Mit nevezünk áramersségnek? 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 egyszer kapcsolásra adjunk ismert egyenáramú feszültséget stabilizált tápegységrl. Olvassuk le az áramersséget, számítsuk ki az ellenállás értékét.

40. ábra. Az Ohm-törvény

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

41. ábra. Sorba kapcsolt ellenállások eredje

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

47

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

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

42. ábra. Párhuzamosan kapcsolt ellenállások eredje

43. ábra. Párhuzamosan kapcsolt ellenállások eredje 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 ered 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 függen, 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 bemen feszültség az ellenállások arányában a kimeneti oldalon csökkenthet. U be A mködés elve az, hogy az Ube feszültség hatására az R1 + R2 ellenállású hálózaton I R1 R 2 ersség áram folyik. Ennek az áramnak a hatására az R2 ellenálláson Uki = I*R2 nagyságú feszültség R2 mérhet. A feszültségosztó tehát a bemen 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 kimen feszültség változtatható.

45. ábra. Feszültségosztó változtatható ellenállással Az áramkörben folyó áramok ersségét, 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 hcserélk, áramlástechnikai eszközök, szállítóberendezések az ket ér hatásokra csak bizonyos késéssel reagálnak. Legjellemzbb példája ennek a hcserél készülék, amelynél a ftanyag változtatást követen csak késbb tapasztalható a hmérséklet változása. A készülék rövid ideig „tárolja” a változást kiváltó hatás jelentkezését. Leegyszersítve a magyarázatot: a teavíz felforralásához is idre van szükség. A víz hmérséklete 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 modellezhet. Az alábbi kapcsolásban a tárolóhatást a kondenzátor fejti ki. Az áramkör bemenetére kapcsolt feszültség az ellenállás által meghatározott áramersség árammal lassan feltölti a kondenzátort. Amíg a töltés tart, a kimen feszültség kisebb, mint a bemenetre kapcsolt feszültség. A kondenzátor töltdésének mértékében a kimeneti feszültség folyamatosan emelkedik. A töltdés ütemét az ex függvény kitevjében szerepl Tc állandó (idállandó) 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 ADATGYJTVEL A mérési adatgyjtk 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 adatgyjtk alkalmazása A mérési adatgyjt hálózat egy átalakító készülékbl és egy vagy több adatgyjtbl építhet fel. Az átalakító közvetíti a digitális jeleket a számítógép felé, illetve „utasítja” az adatgyjtket a különböz mveletek végrehajtására. A mérmodulok bemenetére feszültség, áramersség vagy ellenállás kapcsolható, míg a kimenetek általában különböz kapcsoló állások. Mind a bemeneti, mind a kimeneti adatgyjt modulok többcsatornásak is lehetnek. Az adatgyjtk azonos vezeték-párra (csavart érpár) csatlakoznak. Az átalakító, illetve rajta keresztül a számítógép úgy különbözteti meg ket, hogy mindegyik adatgyjtnek saját, programozott címe van. A hagyományos – nyolcbites – rendszerben összesen 256 címet lehet kiosztani. Ennél egyegy hálózaton lényegesen kevesebb adatgyjt modulra van szükség. Az adatgyjt modulokat bármilyen magasabb szint programnyelv segítségével tudjuk programozni, legegyszerbb esetben az Excel táblázatkezelben is megtalálható VBA (angol: Visual Basic Application) is megfelel. Ebben az esetben az érkez adatok azonnal a táblázat rovataiba gyjthetk. A programozás legfontosabb sora a lekérdez utasítás, amelynek általános formája: #0A+chr(13), ami azt jelenti, hogy a számítógépes program a 10-es címen (hexadecimális 0A) elérhet modultól megkérdezi, hogy mennyi a bemeneti értéke. A modul válasza erre például >+0.012+chr(13), ami azt jelentheti, hogy a megkérdezett mérési adatgyjt modul a bemenetén 12 milliamper áramersséget 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 adatgyjtk 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 adatgyjt kapcsolással Az elz feladatban megismert tárolóhatású áramkör kapcsolója és mszerei mérési adatgyjt rendszerbl is kezelhetk az alábbi összeállítás szerint:

48. ábra. Tárolóhatású áramkör szabályozása Ha például az Advantech gyár által forgalmazott ADAM mérési adatgyjtt használjuk, akkor a kapcsoló feladatot az ADAM 4060-as modul, míg a feszültségmérést az ADAM 4017-es feszültségmér bemeneti modul fogja elvégezni. Állítsuk össze a kapcsolást, óvatosan végezve a mérmodulok bekötését! A számítógépen elkészített program segítségével elször vizsgáljuk meg az áramkör tároló tulajdonságait! A kapcsolójel periodikus változtatásával (be/ki) vizsgáljuk meg a kimen feszültség változási ütemére jellemz 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 idállandóját! Vizsgáljuk meg, milyen mértékben lehet a feszültséghatárokat közelíteni egymáshoz anélkül, hogy az ADAM 4060-as modul folyamatosan kattogásba kezdene! Készítsük el az áramkört mködtet program algoritmikus vázlatát! (Írjuk le, hogy a program szerintünk hogyan mködik!)

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

51

VESZTESÉGMÉRÉS SZÁMÍTÓGÉPES ADATFELDOLGOZÁSSAL Kapcsolási vázlat

49. ábra. Veszteségmérés számítógépes irányítási rendszerrel A fkapcsoló bekapcsolása után az adatgyjt feszültség alá kerül. Az elektronikus vezérl jobb alsó sarkában lév vezérlés váltókapcsoló segítségével kézi vezérlés vagy számítógép vezérlés állásba kapcsolhatunk.

52


II/14. ÉVFOLYAM

50. ábra. Vezérl elektronika Számítógépes vezérlés: ebben az állásban a számítógéphez illesztett adatgyjtn keresztül történik a jelfogó behúzása, a berendezés mködtetése. A számítógépes program veszi át a vezérlést, elvégzi az adatgyjtést, az adatokat megjeleníti a képernyn.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

53

FÜGGELÉK A FELADATOK MEGOLDÁSA 1.5. feladat megoldása Adatok: h = 60 mm = 6010-3 m = 1000 kg/m3 A mért nyomás: p h g 60 10 3 m 1000 kg / m 3 10 m / s 2 600 Pa 1.6. feladat megoldása Adatok: l = 50 mm = 5010-3 m = 30, sin = 0,5 = 13600 kg/m3 A mért nyomás: p l sin 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 = 210-3 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 átmér: d 2

A b 4 db

4 A

d b 35,7 mm

54

40 10 4 m 2

3,57 10 2 m


II/14. ÉVFOLYAM

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

m3 V s 1,57 m , a) A sebesség: v 2 2 s d

(0,2 m)

4 4 b) A Reynold-szám: d v d v d v 0,2 m 1,57 m / s 1000 kg / m 3 Re , Re 0,314 10 6 3 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 = 103 kg/m3 = 10-6 m2/s

a) V A v

d 2

v 4

4 V 4 0,01 m 3 / s d = 0,1 m

v

1,3 m/ s v d 1,3 m/ s 0,1 m 1,3 10 5 b) Re 10 6 m 2 / s Az áramlás kevered, 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 gyznünk a szintkülönbséget és a nyomáskülönbséget: A fajlagos energiaszükséglet: p p1 H (h2 h1 ) 2 g A fajlagos helyzeti energiák: h1 = 0, (az alapszintet tetszlegesen 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: Célszer túlnyomásban számolni: Az 1 pontban: p1 = 0, A 2 pontban: p2 = 5105 Pa A fajlagos nyomási energiaszükséglet: p 2 p1 5 10 5 Pa 50 J / N . 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 . g A szállításhoz szükséges elméleti, hasznos teljesítmény:

P V 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, pveszt = 30000 Pa, = 50% = 0,5 A keresztmetszet és az áramlási sebesség: d 2 0,076 2

0,00453 m 2 A 4 4 3 3 m 9 , 1 10 V s 2 m/s V Av v 3 A 4,53 10 m 2 A szállítómagasság-igény: v2 ( 2 m) 2 30000 Pa p J H h 20 m 23,26 2 2 2g g N m kg m 2 9,81 1000 3 9,81 s s m A hasznos teljesítmény: m3 kg m J Ph V 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 3.3. feladat megoldása

Adatok:

V = 240 dm3/min =0,004 m3/s, = 1100 kg/m, P1 = 1 bar = 105 Pa, P2 = 5 bar = 5105 Pa, 56


II/14. ÉVFOLYAM

d = 50 mm = 0,05 m

d

V A v 4 2

m3 4 V s =2,03 m v 2 = 2 2 d 0,05 m

s 4 0,004

.

V d 2

V Av v , v 2 4 d

4 2 2 l v v h 2g d 2g l = 8 m + 4 m + 2 m + 6 m + 10 m = 30 m = 2. könyök + szelep + 2.T-idom + belépés = 5,69 30m 2, 032 2, 032 5, 6 3, 69m h 0, 02 0, 05m 2 9,81 2 9,81 p p1 v 2 H man h2 h1 2 h 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 g 0, 004 49 1100 9,81 2643,8W Peff 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): ΔpU = Δpf = 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


II/14. ÉVFOLYAM

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

Átlag

3. mérés

1. mérés

2. mérés

Ferdecsöves nyomásmérővel mért értékek Δlf, mm

Átlag

3. mérés

2. mérés

1. mérés

Sorszám

U-csöves nyomásmérővel mért értékek ΔhU, mm

1. 2. Stb.

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

ΔhU, 10 -3 m

ΔpU, Pa

Δlf, 10 -3 m

Δpf, 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 (ΔV1= 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 = ΔpU = Δpf = A mérőperemmel mért mennyiség: .

V = A multi Pitot-csővel mért mennyiség: .

V = III. Dokumentálás szempontjai Jegyzőkönyv elkészítése

60


II/14. ÉVFOLYAM

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

ΔV, liter

ΔV, 10 -3 m3

Mérőperem Δt, s

.

V,

ΔhU, 10 -3 m

ΔpU, Pa

10 -3 m3/s xxx

xxx

xxx

xxx

Multi Pitot-cső .

V,

ΔlHg, 10 -3 m

ΔpHg, Pa

10 -3 m3/s xxx

xxx

xxx

.

V, 10 -3 m3/s

xxx

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


II/14. ÉVFOLYAM

V. A táblázat javasolt kivitele:

V. A táblázat javasolt kivitele: Vízóra

Sorszám

Vx

V0

ΔV, liter xxx

Δt, s xxx

.

Rotamétert

.

Vv

Vv

dm3/s

10 -3·m3/s

xxx

xxx

v v, m/s xxx

.

.

Vr

Vr

dm3/h

10 -3·m3/s

xxx

xxx

Reszám

Az áramlás jellege

vr, m/s

xxx

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


II/14. ÉVFOLYAM

V. A táblázatok javasolt kivitele:

V. A táblázatok javasolt kivitele: Sorszám

.

Δh, 10 -3 m

.

V

V

liter/óra

10 -4 m3/s

Δp, Pa

h’, J/N

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

V

liter/óra

10 -4 m3/s

Δh, 10 -3 m

Δp, Pa

h’, J/N

1 2 Stb.

66


II/14. ÉVFOLYAM

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

V

liter/óra

10 -4 m3/s

h’, J/N

v, m/s

Δh, 10 -3 m

Δp, Pa

ξ

Re-szám

h’, J/N

1 2 Stb.

Sorszám 1 2 Stb.

68


II/14. ÉVFOLYAM

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


.

Δh, 10 -3 m

.

V

V

liter/óra

10 -4 m3/s

Δp, Pa

h’, J/N

1 2 Stb.

Sorszám

h’, J/N

v, m/s

ξ

Re-szám

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

70


II/14. ÉVFOLYAM

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

Δh, 10 -3 m

Δp, 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


II/14. ÉVFOLYAM


p, 10 -5 Pa

H m, J/N

Pö, W

Δh, 10 -3 m

Δp, 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


II/14. ÉVFOLYAM


p, 10 -5 Pa

H m, J/N

Pö, W

Δh, 10 -3 m

Δp, 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


II/14. ÉVFOLYAM

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

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

78

= b) helyettesítés (mértékegységgel) ..................................................... d) mértékegység


II/14. ÉVFOLYAM

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

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

= b) helyettesítés (mértékegységgel)

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


II/14. ÉVFOLYAM

d) Határozza meg a nyomáskülönbséget, ha a víz hidrosztatikai nyomását a mérésnél figyelembe veszszük! 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


II/14. ÉVFOLYAM

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


II/14. ÉVFOLYAM

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


II/14. ÉVFOLYAM

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

Nemzeti Fejlesztési Ügynökség ÚMFT infovonal: 06 40 638 638 [email protected] • www.nfu.hu

Általános környezetvédelmi technikusi feladatok

Recommend Documents