Gumiházas csavarszivattyú

Vegyipari és áramlástechnikai gépek. 5. előadás Készítette: dr. Váradi Sándor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék

1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80 Fax: 463-30-91 http://www.vizgep.bme.hu

Gumiházas csavarszivattyú Használják:

Élelmiszeripar, sűrű rostos anyag szállítására Olajipar iszapjainak szállítására Papíripari cellulóz masszák szállítására Építőipari habarcs, finombeton szállítására

Prof. Rene Moineau 1939-ben készített disszertációjában írja le a működési elvet A rotor anyaga: CrNiMo; CrNi stb. (rendkívül kemény kopásálló felületek) Elasztikus ház: kaucsuk gumi, szilikon gumi, műanyag Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

A közepes folyadékszállítás

q k = η v qe = η v 4ed hállórész n Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

S1, S2, S3, S4 a rotor súlyponti tengelyeinek (S-S tengely) helyzetei

O1, O2, O3, O4, O5 a rotor keresztmetszeteinek (körök) középpontjainak helyzetei


Az „O1” pont egyenes pályán mozog miközben „K2” legördül a belső fogazású „K1”-en


(A2-nél is ϕk, mert ϕk váltószög) A kerületek aránya: 4eπ/(2eπ)=2 De a belül legördülő kör teljes körbefutásakor egyszer ellentétesen körbefordul, így 2-1=1-szer kell ϕk szöget A2-be visszamérni, így kerül A1

x d = 2e − 2e cos ϕ k = 2e − 2e cos(ω k t )


Általános következtetésként megjegyezhető, hogy az előző modell-ábrabeli geometria felhasználásakor a belül legördülő kerék a gördülés irányával ellentétesen forog ezért 1”α”-val kell visszaforgatni. Ha kívül gördülne le, akkor 3”α”-val kellene előre forgatni A pillanatnyi dugattyúsebesség a pillanatnyi dugattyú elmozdulásának deriválásával számítható

dx d = = 2e ω k sin ϕ k = 2 v k sin ω k t vd dt Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

A dugattyú csúszási sebessége a falon a momentán pólusból rajzolt hasonló háromszögekből számítható:

v cs1 = vd d d d + sin ϕ k sin ϕ k 2 2 2

1 + sin ϕ k 1 + sin ϕ k = 2 v k sin ϕ k = 2e ω k (1 + sin ϕ k ) vcs1 = v d sin ϕ k sin ϕ k Hasonlóan vcs2 levezethető, amely

vcs 2 = 2e ω k (1 − sin ϕ k )


Legnagyobb csúszási sebesség (így kopás is) „1” ill. „2”-ben van Dugattyú csúszási sebessége a falon A

B

C

1

D

E

F

2

A

vcs1 , vcs2 [m/s]

0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0

0,1

0,2 0,3 0,4 o ϕ k =90 x [m] vcs1

0,5 0,6 o ϕ k =270 vcs2


0,7

Szokásos konstrukciós adatok

h 20 ≤ ≤ 35 e h 1 . 5 ≤ ≤ 3. 5 d

egy bekezdésű menet esetén

h 3.1 ≤ ≤ 5 d

két bekezdésű menet esetén

ahol: h – a ház menetemelkedése d – az orsó átmérője Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Gumiházas csavarszivattyú jelleggörbe


Tömszelence nélküli szivattyú (Betétcsöves gép) Használják: 1. Radioaktív közeg szállítására (atomreaktor) 2. Drága anyag szállítására (gyógyszeripar) 3. Robbanást okozó közeg szállítására 4. Vákuum alatti rendszer szivattyújaként 5. Fűtés keringető szivattyúként csendes járása miatt (nincs golyóscsapágy zaj; zajelnyelő folyadékgyűrű)



Csúszócsapágy a) b) c) d)

Szilíciumkarbid Szilíciumoxid Cirkozitoxid Tungstenkarbid

A felsorolt anyagok keménysége ~40-szerese az acélénak A csapágyakat a szállított folyadék keni. A kemény csapágycsészét a rossz kenőképességű (esetleg) szállított folyadék indokolja Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Betétcső A betétcső falvastagsága 0.3-0.5mm, nem mágnesezhető anyagból készül a) b) c)

Nagy mechanikai stabilitás Kémiailag ellenálló Nagy fajlagos villamos ellenállású anyag HASTELLOY B: 135 Ώmm2/m HASTELLOY C: 139 Ώmm2/m Alumínium: 0.03 Ώmm2/m

Ha a betétcső mágnesezhető anyagból készülne, akkor leárnyékolná a forgórészt, így abban nem tudna áram indukálódni. A rotor átmérője kicsi legyen, az azonos teljesítmény átvitel hosszabb forgórésszel legyen megoldva, a súrlódási veszteség ugyanis 3 5 '

P ≈n D


Az előzőekben ismertetettek miatt hosszú, kis átmérőjű hajtó motort alkalmaznak, amelynek viszont a hatásfoka 40-60% közötti A betétcsövet, mint lemezt hengerlik, majd védőgázas hegesztéssel pálca nélkül hegesztik Követelmény:

Kifogástalan anyagminőség kell Kifogástalan hegesztés kell

A tengely hosszában át van fúrva, laza csapágyillesztést választanak, hogy a folyadék cirkulálni tudjon. Ez keni és hűti a csapágyakat, továbbá vezeti a rotort a folyadékgyűrű, így a csapágyak igénybevétele kisebb Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Nedves tekercselésű gép


Kényszer keringetésű LA-MONT kazánhoz, búvárszivattyúként telepítve alkalmazzák mély-kutakba. Felül a szivattyú, alul a motor, hogy az esetleges gázkiválás a szivattyúnál legyen. A nagy alapnyomás miatt krómacél ötvözetű vastag fal kialakítása szükséges Olcsóbb, mint a betétcsöves gép Jellemző adatai: P max = 2000 2500 kW

(

)

V = 3 − 6 kV η mot max = 0.89 ~ 0.91 A csapágyakat a szállított víz keni Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Oldalcsatornás szivattyú SIMEN-HINTSCH


Az oldalcsatorna elhelyezése térfogatváltozást eredményez centrális rotor esetén is


Kis jellemző fordulatszámmal, („nq”-val) rendelkező örvény elven működő gépet helyettesít Rossz hatásfok Pl. n = 1440 1/min H = 16 m q = 10 m3/h = 0.00277 m3/s

nq = n q H 1/ 2

−3 / 4

= 1440 x 0.00277 1/ 2 x16 −3 / 4 = 9.49


Többlépcsős kivitel




A csatorna egységnyi hosszúságú szakaszán a szekunder áramlásból származó folyadékmennyiség legyen: qo, amelynek mértékegysége

[qo] =

m

3

s m


Az impulzustétel alkalmazásával

∫ c dm& = ∫ c ρ c dA = − ∫ p dA + ∫ ρ g dV + ∫ dF Felhasználva, hogy ∫ ρ g dV ≈ 0 és ∫ dF − c au dm& + cv dm& = p Acs − ( p + dp ) Acs dm& (c au − cv ) = − p Acs + ( p + dp ) Acs s

s

≈0

dm& (c au − cv ) = dp Acs dm& = ρ qo dl helyettesítésével


L

p2

0

p1

ρ qo (c au − cv )∫ dl = Acs ∫ dp Ahol „L” az oldalcsatorna hossza

ρ q o (c au − cv )L = Acs ( p 2 − p1) qo qo ⎛ p 2 − p1 q ⎞ (cau − cv )L = = ⎜ c au − ⎟L He = ρg Acs g Acs g ⎝ Acs ⎠ Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Oldalcsatornás (SIHI) szivattyú jelleggörbéi Oldalcsatornás szivattyú 0,45

14

0,4

12

0,35 0,3

8

0,25

6

0,2

η [-]

He [m]

10

0,15

4

0,1 2

0,05

0

0 0

0,002

0,004

0,006

0,008

3

q [m /s] He

h'

H

eta


Oldalcsatornás (SIHI) szivattyú jelleggörbéi Oldalcsatornás szivattyú

1000

Ph , Pö [W]

800 600 400 200 0 0

0,002

0,004

0,006

0,008

3

q [m /s]

Ph

Pö


Gázsűrítők Osztályozás a nyomásviszony 1. 2. 3.

Szellőző vagy ventilátor Fúvó Kompresszor

pv π= p sz

alapján

π=1.0-1.1 π=1.1-3.0 π>3.0


1. Szellőző (Ventilátor) Ha psz=1 bar, akkor

∆p = 0 .1 p sz

π = 1.1 =

pv p sz + ∆p ∆p =1+ = p sz p sz p sz

∆p = 0.1 p sz = 0.1x100000 = 10000Pa = 10kPa

Tehát 10 kPa nyomásnövekedésig az összenyomhatóságot nem vesszük figyelembe, azaz ebben a tartományban állandó gázsűrűséggel számolhatunk


2. Fúvó Itt a méretezés során figyelembe kell venni az összenyomhatóságot. A kompresszió során keletkező hő nagy részét a hűtőbordák elvezetik, így külön hűtőt nem igényel a gép


3. Kompresszor A méretezéskor figyelembe kell venni az összenyomódást, külön hűtőt kell alkalmazni


ROOTS FÚVÓ (forgódugattyús fúvó) Francis M. Roots és Philander H. Roots amerikai testvérpár szabadalma A speciális forgódugattyú profil 1859-ben jelenik meg először 1867-ben a párizsi világkiállításon mutatják be (fából készült B=2m szélességű és D=0.8m méter átmérőjű a forgódugattyú) A forgódugattyúk felületét bőrrel vonták be


ROOTS FÚVÓ Szokásos méretviszony: B/D=0.9-1.5 (2) ∆p max ≅ 1bar ekkor a dugattyú kerületi sebessége

v ≥ 30m / s A dugattyúk valós kerületi sebessége max. 40 m/s


A klasszikus kétszárnyas Root-fúvó szívási fázisai

Az álló ház és a forgórész közti beszívott gáz térfogatot a forgó dugattyú kompresszió nélkül szállítja a szívócsonktól a nyomócsonkig. Amikor a dugattyú elfordulásával a munkatér a nyomócsonkkal kerül összeköttetésbe, a nyomócsonkból az ott uralkodó nagyobb nyomás miatt visszaáramlás indul meg. A visszaáramlott ∆V térfogatú közeg a munkatérben lévő gázt összesűríti a nyomócsonkban uralkodó nyomásnak megfelelő pv értékre. Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Háromszárnyas profilú forgódugattyús fúvó működési módja Ezeket a forgódugattyús fúvókat már a bevezetésükkor is a máig jellemző felhasználási területükön alkalmazták: pneumatikus szállítóberendezésekben, sörfőzdékben, kémiai és petrolkémiai technológiákban, kazánlevegő-előállításban, fémgyártásban, gázellátásban és gázfelhasználásban. A háromszárnyas profilok bevezetésének oka a gyártók azon törekvése, hogy csökkentsék az anyagáram szállítási karakterisztikából eredő pulzációt. A pulzáció a szállítási kamrában már összesűrített gáz ciklikus visszaütéséből, valamint a gáztérfogatnak a forgódugattyú lapjaiból történő kiszorításából adódik. Mindkét impulzus fellép a szállítási frekvenciánál és ez vezet a magas zajszintre a rezonancia következtében a nyomóvezetékben. A háromszárnyas profilok továbbfejlesztésével, az un. utókamrás konstrukcióval kombinálva a nyomóoldali pulzálás jelentősen tovább csökken. Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

A forgódugattyúk szinkronizált, érintésmentes járását a vezérlő fogaskerekek biztosítják A lehető legjobb hatásfok elérése érdekében a forgódugattyú radiális és axiális játéka a lehető legkisebb kell legyen Korlát a tengely lehajlás a távoli csapágyak miatt, valamint a hőtágulás és így a résveszteség


Lehetőleg kis ∆s2, azaz kis „D” azért, hogy a hőtágulás ne legyen nagy és így itt a résáramlás kicsi legyen ∆s1 nagyobb lehet a hosszabb „B” nagyobb hőtágulása miatt, mivel itt a nagyobb felület miatt a résellenállás is nagyobb


A gördülőcsapágyak és a vezérlő fogaskerekek kenése merülőkenés, a fúvó háza a hajtás és a kerekek oldalán külön olajtereket képez A szállított gáz nem érintkezik a kenőolajjal: A FORGÓDUGATTYÚS FÚVÓK OLAJMENTESEN SZÁLLÍTANAK Működési tartomány:

Nyomóüzemben: 0 - 1000 mbar Szívóüzemben: -500 mbar – 0

A legnagyobb méret (ÄERZENER) ∆p = 0.9 bar q = 65000 m3/h Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

ROOTS-FÚVÓ MŰKÖDÉSI TARTOMÁNYA


Alkalmazási területek

A légfúvók alkalmazása igen elterjedt a víz- és szennyvízkezelés és –tisztítás eljárásaiban, de ugyanígy nélkülözhetetlen a malomipari, faipari, élelmiszer-ipari, vegyipari, gáz- és olajipari folyamatok területén is, ahol kisnyomású (max.1400mbar) és nagy térfogatáramú OLAJMENTES levegő vagy gáz szállítása szükséges (80000m3/h) Ugyanezek a berendezések száraz vákuum előállítására is alkalmasak 500mbar (vagy efölött) Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

A fúvó gyártmányának követelményei

Az élelmiszer-, petrolkémiai, gyógyszer- és kémiai iparok különleges előírásainak megfelelően, különleges anyagokból (öntött acél, bronz, hastelloy stb.), különleges tömítésekkel, kívánságnak megfelelően szóró- vagy kényszerolajozással készíthetők A fúvó az üzemi feltételekhez és igényekhez méretezve hajtó motorral, közlőművel, hang és rezgésnyelővel, szűrőeltömődés-jelzővel, biztonsági és visszacsapó szelepekkel és csatlakozó szerelvényekkel, szükség szerint komplett zajcsökkentő burkolattal rendelhető Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás

Kétpiskótás fúvó modellmetszete


Háromszárnyú forgódugattyú


Háromszárnyú forgódugattyús fúvó modellmetszete


Gumiházas csavarszivattyú

Recommend Documents