Járművek és motorok hő- és áramlástani rendszerei

Járművek és motorok hő- és áramlástani rendszerei 12. Előadás Szivattyúk

2016.07.11.

Belső Égésű Motorok Tanszék - Dr. Hanula Barna

Jelölés

-

2016.07.11.

Nem törzsanyag


2

Áramlás csövekben •

Súrlódásos közeg valóságos csőben történő áramlásakor – a közeg súrlódásos volta miatt – energia disszipáció (elnyelődés) lép fel. A veszteséget Δp nyomásveszteség formájában adják hozzá a Bernoulli-egyenlethez. Veszteséges Bernoulli-egyenlet

•

Terhelő magasság: az áramlási veszteségek következtében fellépő nyomómagasság csökkenést jelenti.

•

A csősúrlódási tényező értéke a Reynolds-számtól függ, ami a tehetetlenségi és súrlódási erők arányát fejezi ki. c: csőben áramló közeg átlagsebessége d: a cső belső átmérője ν: a közeg kinematikai viszkozitás tényezője

2016.07.11.


3

Áramlás csövekben Lamináris áramlás • Kis Reynolds-szám esetén (Re < 2320) az egyenlő sebességű koncentrikus rétegek egymáson keveredés nélkül csúsznak el. • A csőben a sebesség eloszlása parabolikus, nincs falra merőleges komponens.

• A súrlódási tényező értéke: • A cső belső falának minősége nem befolyásolja a λ értékét.

2016.07.11.


4

Áramlás csövekben Turbulens áramlás

• A műszaki gyakorlatban gyakrabban fordul elő (Re > 2320) • Hidraulikailag sima falú csőben sebességeloszlás szempontjából 3 réteget különböztetünk meg: – Közvetlenül a fal mellett mindig réteges az áramlás. – A lamináris határréteg után – de még mindig a fal közelében – turbulenssé válik az áramlás. Ebben a rétegben a sebesség csak a faltól mért távolság függvénye, így a cső átmérőjétől független. – A cső keresztmetszetének középső részén a közeg áramlás továbbra is turbulens, sebessége a faltól mért távolság és a cső átmérőjének viszonyától függ.

2016.07.11.


5

Áramlás csövekben Turbulens áramlás

• Van falra merőleges (keresztirányú) sebességkomponens. • Súrlódási tényező meghatározása:

2016.07.11.


6

Áramlás csövekben Csővezetékek jelleggörbéi

Csővezeték jelleggörbéje: A szivattyú hidraulikai teljesítményét írja le. Szivattyú-oldalról nézve

Csővezeték-oldalról nézve Nyomásveszteség. Jele: H. Mértékegysége: - szivattyúknál: bar - erőgépeknél: Pa, kPa

Szállító magasság, vagy nyomás. Jele: H. Mértékegysége: [m] vagy [bar]

A folyadékszállító kapacitást, általában [m3/h] A folyadékszállító kapacitást, általában vagy [l/min] esetleg [l/s] mértékegységben kifejezve. [m3/h] vagy [l/min] esetleg [l/s] A térfogatáram jele: Q vagy 𝑉 . mértékegységben kifejezve. A térfogatáram jele: Q vagy 𝑉. 2016.07.11.


7


• Ha a csővezeték átmérője állandó és elágazások ill. egyesítések nincsenek beépítve, a jelleggörbe képe parabola. • Szintkülönbség mellett üzemelő berendezések: A q0 folyadékszállításig a szivattyú beépítése fölösleges, hisz a kezdeti és végpont helyzeti energiakülönbsége fedezi a veszteségeket. Veszteségmagasság:

Statikus szállítási magasság: Hst

2016.07.11.


8


Nyomáskülönbség mellett üzemelő berendezések: Nagyobb nyomású helyről kisebb nyomású helyre szállító berendezéseknél a q0 folyadékszállításig szivattyút nem kell beépíteni (alsó görbe). A gyakorlatban a folyadékszállítási feladatok általában összetetten jelentkeznek.

2016.07.11.


9


Sorosan kapcsolt vezeték: – A folyadékszállítás az egyes részeknél megegyezik, a terhelőmagasság pedig összegződik. – Ha külön-külön ismeretes a szívó- és nyomóvezeték jelleggörbéje, az eredő görbét az azonos folyadékszállításoknál lévő terhelőmagasság (ordináta) értékek összegzésével kapjuk.

2016.07.11.


10


Párhuzamosan kapcsolt vezeték: – Elágazások és párhuzamos ágak csomópontjaiban – anyagmegmaradás elve alapján – a beérkező és távozó közegmennyiségek összege zérus. – Minden csomópontban csak egyféle nyomás uralkodhat. – Az eredő jelleggörbét az egyes csőszakaszok jelleggörbéinek azonos terhelőmagassághoz tartozó folyadékszállítások és az abszcissza hosszúságok összegzésével képezzük.

2016.07.11.


11

Vízgépek • A vízgépeket két nagy csoportra lehet osztani: – Szivattyúk – Turbinák

• A szivattyú üzemének legfontosabb jellemzői: – – – – – – –

Manometrikus szállítómagasság: H Időegység alatt szállított közeg térfogata (folyadékszállítás): qv Hajtáshoz szükséges teljesítmény: Pmotor Hatásfok: η Maximális szívóképesség: Hsmk Fordulatszám: n Perdületapadási tényező: λ 2016.07.11.


12

Szivattyúk • Folyadék szállítására szolgáló gépek. • A szivattyúk feladata a folyadék energiatartalmának (munkavégző képességének) növelése, amely mechanikai munka befektetése árán érhető el. • A kívülről forgó vagy alternáló mozgás révén bevezetett mechanikai munkát alakítják át a folyadék helyzeti, mozgási energiájává és nyomásban tárolt munkavégző képességgé. • A víz szállításához szükséges munkát közvetlenül a folyadéknak közvetítik. 2016.07.11.


13

Első szivattyúk Archimedesi-csavar: Legrégebben (i.e. 3. század) alkalmazott szivattyú, víz emelésére alkalmas egyszerű gép. Merítőkerék: Vízkerékkel hajtott végtelenített kötélre kötött vödrökkel, merítőkerékkel emeltek ki nagyobb mennyiségű vizet. A szerkezet folyamatos üzemre is alkalmas volt

Gőzhajtású szivattyú: Az első ilyen magyarországi szivattyút Selmecbányán használták. 2016.07.11.


14

Szivattyúk csoportosítása

2016.07.11.


15

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Dugattyús szivattyú Forgó mozgást végző szivattyú

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Működési elv: – Térfogat kiszorítás. – Az energiaátalakítást a tér egy körülzárt részében végzik oly módon, hogy a térrész térfogatát az idő függvényében periodikusan változtatják. – A nagy nyomású közeg munkát tud végezni: a tartály térfogatát változtatjuk úgy, hogy egy nyíláson keresztül csővezetékhez kapcsolódik → a tartály térfogatának növelésével a csőből folyadékot vagy gázt lehet áramoltatni a tartályba, a térfogat csökkentésével a közeg a tartályból a csővezetékbe áramlik. Ezáltal lehetőség nyílik a közeg beszívására és kiszorítására. 2016.07.11.


17

Térfogat-kiszorítású szivattyúk • Működésük: 1. A közeget be kell juttatni abba a térbe (a munkatérbe). ahol az energiaátalakítást végző alkatrész a munkáját végzi. 2. A munkateret be kell zárni. 3. Az energiaátalakítást végző alkatrész – pozitív és negatív értelemben – elvégzi a munkáját → a közeg nyomása és hőmérséklete változik. 4. A lezárt teret ki kell nyitni. 5. A közeget el kell távolítani a munkatérből

• Konstrukciós kialakítások:

Soros

V-elrendezés

2016.07.11.

Radiális

Axiális


18

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Csoportosítás 1. I.

Ha az energiaátalakítást végző alkatrész egyenes vonalú lengőmozgást végez, akkor dugattyús, vagy membrán szivattyúról beszélünk. 1. Dugattyús szivattyú: – – – –

A térfogatváltozást a hengerben mozgó dugattyú valósítja meg. Az áramlás irányát (általában) önműködő szelepek vezérlik. Legnagyobb nyomások ezzel a típussal érhetők el. Folyadékszállításuk nem egyenletes → gondot jelent → több hengerrel készülnek.

2. Membrán szivattyú: működési elv szempontjából ide tartoznak. –

A rugalmas membrán megakadályozza a közeg dugattyú melletti szivárgását.

2016.07.11.


19

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Csoportosítás 1. 1. Dugattyú kapcsolódása szerint: – A dugattyú hajtása közvetlenül kapcsolódik egy másik géphez: szabadlöketű szivattyú. – A dugattyú hajtása valamilyen mechanizmus közbeiktatásával kapcsolódik egy másik géphez: kényszerlöketű szivattyú.

2. Hengerek száma szerint: – –

Egyhengeres dugattyús szivattyú Több hengeres dugattyús szivattyú

3. Munkavégzés szerint: a dugattyúnak egy vagy mindkét oldala részt vesz-e a munkavégzésben: – –

Egyszeres működésű szivattyú Kétszeres működésű szivattyú

2016.07.11.


20

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Dugattyús és membrán szivattyúk Szabadlöketű szivattyú

Kényszerlöketű szivattyúk

Membrán szivattyúk

2016.07.11.


21

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Csoportosítás 2/1 II. A térfogat-kiszorítást forgó alkatrész valósítja meg: a közeg mozgása a szivattyúban lehet: 1.

Kerületi: az energiaátalakítást végző alkatrész helyzete lehet: •

Koncentrikus: forgórész száma szerint lehet: –

–

•

Egy forgó részes szivattyú » Záró lamellás (I. ábra, a) leggyakoribb » Forgó lamellás (I. ábra, b és c) Több forgó részes szivattyú: két forgó részes, külső fogazású fogaskerekekkel készített szivattyúk: » Fogaskerék szivattyú Kis és nagy fogszámú típusok (I. ábra, d - h) » Fogaskerékmotor

Excentrikus – – – – – – – – – –

Excentrikus forgólamellás (II. ábra, a, b , d) Forgó tolattyús Excentrikus hajtású központos kettős forgótolattyús (II. ábra, c) Excentrikus hengerhajtású három forgótolattyús (II. ábra, e) Excentrikus forgórészes zárólamellás (II. ábra, f) Excentrikus forgórészes körszelettolattyús (II. ábra, g) Excentrikus hajtású bolygódugattyús (II. ábra, h, i) Excentrikus belső fogazású (II. ábra, j, k) Szárnylapátos Vízgyűrűs 2016.07.11.


22

Térfogat-kiszorítású szivattyúk I. ábra

II. ábra

2016.07.11.


23

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Fogaskerék szivattyúk • • •

• •

Kiszorítóelemek: egymáson legördülő fogaskerekek, nincs szükség szelepekre. Ház + fogárok = cella → folyadékot a szívótérből a nyomótérbe szállítja. Egyenletesebb folyadékszállítás a dugattyús szivattyúhoz képest. Nagy fordulatszámmal járatható és nagy nyomáskülönbség előállítására is alkalmas. Minél nagyobb a közeg viszkozitása annál kisebb fordulatszám alkalmazható. Kihasználási fok: egy fordulatra eső geometriai térfogat-kiszorítás értéke. Szállítás szempontjából csak a sraffozott terület a hasznos.

Kihasználási fok

Geometriai szállítás 2016.07.11.


24

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Fogaskerék szivattyúk – olajszivattyúk

Gerotor 2016.07.11.


25

Fogaskerék szivattyúk Jelleggörbék • Pontatlan megmunkálás okozta nagyobb rések. • Ház fedele nem elég merev és a nagyobb belső nyomás miatt kihajlik. • Kisebb fordulatszámnál a görbék erősebben hajlanak, mint nagyobb fordulatszámok esetén. • Volumetrikus hatásfok változás állandó fordulatszám esetén. • A szívó-, és nyomótér közötti nyomáskülönbség növekedésével csökken a szállítómagasság. • A megengedhető legnagyobb fordulatszám a szállított folyadék viszkozitásától függ.

2016.07.11.


26

Fogaskerék szivattyúk Jelleggörbék

• A fordulatszám növekedésével a résveszteség fajlagosan csökken. • A fordulatszám csökkenésével az összhatásfok romlik.

• Összhatásfok a szállítómagasság függvényében. • Kedvező, hogy a görbe a maximum környékén lapos. • • A görbe a szállított közeg hőmérsékletétől függ. •

2016.07.11.

Géphatásfok a fogaskerekek kerületi sebességének függvényében. Kisnyomású szivattyúknál nem nagy kerületi sebességet hanem nagy modulusú fogaskereket érdemes alkalmazni.


27

Térfogat-kiszorítású szivattyúk Csoportosítás 2/2

II. A térfogat-kiszorítást forgó alkatrész valósítja meg: a közeg mozgása a szivattyúban lehet: 2. Axiális: csavarszivattyúk, tengelyirányban szállítanak, a kiszorító elem a csavarorsó. –

Csavarorsó száma szerint: • • •

–

Egy csavarorsós szivattyú (III. ábra, a) Két csavarorsós szivattyú (III. ábra, b - d) Három csavarorsós szivattyú (III. ábra, e) 1) és e) 2))

A folyadék átömlésének iránya szerint: • •

Egyirányú Kettős átömlésű (ellenáramú)

2016.07.11.


28

Térfogat-kiszorítású szivattyúk III. ábra

e) 1)

2016.07.11.

e) 2)


29

Tömlős szivattyú • A (1) görgők a rugalmas anyagú (2) tömlőt periodikusan összeszorítják, majd felengedik, miközben a folyadékot a forgásirányba szorítják. • Egyszerű és olcsó. • Hermetikusan elzárt folyadéktere miatt a vegyipar, a gyógyászat és az élelmiszeripar használja.

2016.07.11.


30

Örvényszivattyúk Centrifugál szivattyú Axiál szivattyú Félaxiál szivattyú

Örvénygépek • Olyan áramlástechnikai gépek, amelyek az impulzusnyomatéki tétel (Euler elv) alapján működnek. • Az energiaátalakítást végző alkatrész olyan lapátokkal ellátott járókerék, amely a munkaközeg perdületét változtatja meg és amelyre az Euler-féle turbinaegyenlet vonatkozik.

2016.07.11.


32

Örvényszivattyúk • A járókerekek száma és elrendezése alapján: – Egy járókerekes szivattyú – Több járókerekes szivattyú • Több fokozatú (turbó) szivattyú: Szállítómagasságot növelik. Egymás után sorba kapcsolt járókerekek, melyek között vezetőkerekek találhatók. • Kettős beömlésű szivattyú: Folyadék-mennyiséget növelő szivattyú. Párhuzamosan kapcsolt járókerekek.

• Hidrodinamikus nyomatékváltóknál és hidrodinamikus sebességváltóknál alkalmazzák. 2016.07.11.


33

Centrifugál szivattyú • Működése a perdületváltozás elvén alapul. • A vízszintesen elhelyezkedő, szívócsonkon lép be a folyadék → szivattyú járókerék: egyenletes forgó mozgást végez, szerepe a forgó motor energiájának átadása a folyadékra. Az itt elhelyezkedő lapátok kényszerítik a folyadékot a tengely felől a járókerék szélei felé történő örvénylő áramlásra. • A járókerék széleinél kilépő folyadék mozgási energiája magasabb mint a szívócsonkon belépőé. A megnövekedett mozgási energiájú folyadékot elvezetik a szivattyú nyomócsonkjához. 2016.07.11.


34

Centrifugál szivattyú A legegyszerűbb centrifugál szivattyú: egy fokozatú, vezetőkerék nélküli csigaházas. • A forgásba hozott folyadék a centrifugális erő hatására a forgó mozgás mellett sugár irányban mozog. • A folyadék forgási és sugárirányú sebessége összegződik. • A tengely középvonalától mért távolságtól függően különböző helyeken más és más. • A folyadék mozgását a forgó lapátkoszorú lapátozása is befolyásolja.

2016.07.11.


35

Centrifugál szivattyúk Folyadék mozgása Folyadékrészecske belépése a lapátozásba (a D1 átmérő valamelyik pontja): A forgó mozgása, kerületi sebessége és a rá ható centrifugális erő arányos a középponttól mért R1 távolsággal és az n fordulatszámmal. A folyadékrészecskére centrifugális erő is hat, ezért sugár irányban is mozog → nő a forgási tengelytől való távolság, amivel arányosan nő a rá ható centrifugális erő nagysága. Folyadékrészecske mozgása a D1 és D2 átmérő között: Forgó mozgása gyorsul: a lapátozás miatt a folyadéknak fel kell vennie a lapátkoszorú azon pontjának kerületi sebességét, amely mellett éppen van. A tengelyvonaltól való távolodás arányosan növeli a kerületi sebességet. Folyadékrészecske kilépése a lapátozásból (a D2 átmérő valamelyik pontja): Nagyobb a folyadékrészecske sebessége, mint belépéskor. 2016.07.11.


36

Örvényszivattyúk Járókerék kialakítások • A lapátozás és a járókerék alakja attól függ, hogy a szivattyút milyen folyadékszállításra és szállítómagasságra tervezték. • Adott fordulatszám mellett minél nagyobb a D2 átmérő, annál nagyobb a kilépő kerületi sebesség és ezáltal a szállítómagasság értéke. • A járókerék belépő D1 átmérőjét a folyadékszállítás határozza meg.

Szállítómaga

sság csökken

2016.07.11.


37

Örvényszivattyúk Járókerék kialakítások a) A folyadékszállításhoz képest nagy szállítómagasság, vagy a szállítómagassághoz képest kis folyadékszállítás. b) A folyadékszállításhoz képest közepes szállítómagasság, vagy a szállítómagassághoz képest közepes folyadékszállítás. c) A folyadékszállításhoz képest kis szállítómagasság, vagy a szállítómagassághoz képest nagy folyadékszállítás. d) A folyadékszállításhoz képest nagyon kicsi szállítómagasság, vagy a szállítómagassághoz képest nagyon nagy folyadékszállítás.

2016.07.11.


38

Örvényszivattyúk Járókerék kialakítások – jellemző fordulatszám nq - Jellemző (gyorsjárati) fordulatszám: • Típus jellemző. Mindig egyszeres beömlésű járókerékre, egy fokozatra és névleges pontra értelmezik. • Egy típuson belül, annak a gépnek a fordulatszámával azonos, amely qv=1 m3s-1 folyadékmennyiséget H=1 m magasra szállít a legjobb hatásfokú pontban. Szivattyú tervezéskor a járókerék kialakításnál fontos.

Dimenzió nélküli

nq < 100 → tiszta radiális átömlés nq > 200 - 300 → axiális átömlés 2016.07.11.


39

Örvényszivattyúk Járókerék kialakítások Radiális be- és kiömlésű (radiális átömlésű) kerék

Félaxiális beömlésű és radiális kiömlésű kerék

A lapátcsatornába a folyadék a meridián metszetben lép be és lép onnan ki. Nagynyomású szivattyúkban alkalmazzák.

2016.07.11.

Kicsi és közepes szivattyúknál alkalmazzák.


40

Örvényszivattyúk Járókerék kialakítások Félaxiális átömlésű kerék

Kisnyomású szivattyúknál alkalmazzák.

Teljes axiális átömlésű kerék

2016.07.11.


41

Örvényszivattyúk Járókerék kialakítások jelleggörbéi

Szállítómagasság nq függvényében

2016.07.11.

Felvett teljesítmény nq függvényében


42

Euler - turbinaegyenlet • Szivattyúk esetében: A kívülről forgó vagy alternáló mozgás révén bevezetett mechanikai munkát alakítja át a folyadék helyzeti, mozgási energiájává és nyomásban tárolt munkavégző képességgé. • Az Euler - turbinaegyenlet e két paraméter között ad kapcsolatot. • Euler - turbinaegyenlet = impulzusnyomatéki tétel alkalmazása a járókerékre. • Impulzusnyomatéki tétel: Véges nagyságú áramló folyadéktömegre ható külső erők nyomatéka az impulzuserők nyomatékával egyenlő Euler – turbinaegyenlet

Ye: járókerék elméleti fajlagos munkája 2016.07.11.


43

Sebességi háromszögek

c1=v1 és c2=v2

Belépő sebességi háromszög

Kilépő sebességi háromszög 2016.07.11.

A belépő W1 és kilépő W2 relatív sebességek irányát a lapátok β1 és β2 belépő és kilépő szöge határozza meg. b1 és b2 a belépő és kilépő lapátszélesség. r1 és r2 lapátok sugarai. Belépő kerületi sebesség: u1 = r1 · ω Kilépő kerületi sebesség: u2 = r2 · ω Meridián sebességek: c1m: a belépő sebesség merőleges komponense c2m: a kilépő sebesség merőleges komponense Belső Égésű Motorok Tanszék - Dr. Hanula Barna

44

Örvényszivattyúk Lapátkialakítások • Axiális átömlésű járókerék: állandó sugarú hengerfelületek mentén áramlik a folyadék. – A kerületi sebességkomponens (lapátok görbülete) növelése – Szögsebesség növelése

ad lehetőséget a munkavégzésre

• Radiális átömlésű járókerék: a folyadékrészek távolodnak a forgástengelytől. – Kerületi komponens növelése – Sugárirányú elmozdulás (meridián metszettől)

növeli a perdületet

• Azonos fordulatszám esetén, nagy fajlagos munkavégzésre a radiális átömlésű járókerék alkalmasabb.

2016.07.11.


45

Örvényszivattyúk Lapátkialakítások • A járókerék minden lapátjának két oldala van: – Nyomott oldal: maga előtt tolja a folyadékot – Szívott oldal

• A belépő éltől kezdve a szívott oldalon gyorsabban nő a sebesség, mint a nyomott oldalon. Egy lapát két oldalán szükségszerűen különböznie kell a sebességnek, különben nem lehetne a cirkuláció zérustól különböző érték. • Két szomszédos lapát közötti lapátcsatornában folyamatosan változik a sebesség. w relatív sebességnek a lapát szívott és nyomott oldalán szakadása van.

2016.07.11.

- Nyomóoldal piros, szívóoldal kék. - Szögsebesség vektor: ω - Kilépő él sebességvektorai: - Piros: abszolút sebesség - Kék: kerületi sebesség - Zöld: relatív (lapát irányú) sebesség


46

Örvényszivattyúk Lapátkialakítások

β2

β2

β2

Egyenes lapátozású járókerék

Hátra hajló lapátozású járókerék

Fojtás hatására egyre jobban nyomja a folyadékot. β2 < 90°

Fojtásra érzéketlen. β2 = 90°

Előre hajló lapátozású járókerék

Fojtás hatására egyre kevésbé nyomja a folyadékot. β2 > 90°

*A lapát hajlási irányát a járókerék forgási irányához viszonyítjuk. ** β2 W és c2u vektorok között mérhető. 2016.07.11.


47

Szivattyúk veszteségei Áramlási veszteség: A folyadék áramlásában a szívócsonk és a nyomócsonk közötti veszteségforrások miatt lépnek fel. – Súrlódási veszteség: A szívócsonktól a nyomócsonkig történő áramlás során, a vezetőkeréken és a lapátkeréken, valamint a szívó és nyomócsonkon keresztülhaladva lép fel. Nagysága az időegység alatt átáramló qv folyadékmennyiséggel négyzetesen arányos Jele: h’ – Iránytörési veszteség: Névleges folyadékszállítástól eltérő folyadékszállításoknál az irányváltozások miatt lép fel. Jele: h’B – Volumetrikus (rés) veszteség: Tömítetlenség következménye, a folyadékszállítás (térfogatáram) csökkenésében jelentkezik. A forgó járókerék és az álló ház között rések találhatók, melynek következménye, hogy a felemelt folyadék egy része nem jut el a nyomócsonkhoz, hanem a szívótorokhoz kerül vissza. A volumetrikus hatásfokkal jellemzik: ηv – Mechanikai veszteség: Csapsúrlódás, tömszelencén átvezetett tengely súrlódási munkájából származik. A mechanikus hatásfokkal jellemzik: ηm

2016.07.11.


48

Szivattyúk veszteségei Áramlási veszteség: – Hidraulikus veszteség: A lapátok közötti lapátcsatornában és a szivattyú egyéb, folyadékkal átáramlott részein ébredő csősúrlódási veszteségek okozzák. Turbulens áramlás esetén a térfogatáram négyzetével arányos. – Leválás: A tervezésinél kisebb vagy nagyobb térfogatáramok esetén alakul ki a lapát belépő élét követő szakaszon, és más olyan helyeken ahol az áramlási keresztmetszetekben nem a tervezési térfogatáram halad keresztül. – Szekunder áramlás: A tervezettől eltérő térfogatáram. A lapátcsatornában a nyomáskülönbség miatt a lapátok között egy másodlagos áramlás jön létre. Iránya a járókerék forgási irányával ellentétes. A valós és a tervezett térfogatáram eltérésének – jó közelítéssel második – hatványával arányos.

Áramlási veszteségek összege: ∑h’ = h’súrl + h’lev

2016.07.11.


49

Örvényszivattyúk Jelleggörbék 1. Fojtási görbe: A szállítómagasság és a folyadékszállítás közti összefüggést szemlélteti állandó fordulatszámon. Akkor lapos, ha kismértékű (1-2%) szállítómagasság változáshoz 10-20%-os folyadékszállítás változás tartozik.

2. Teljesítmény görbe: Adott üzemi állapothoz szükséges teljesítmény olvasható le, aminek alapján kiválasztható a hajtómotor. 3. Hatásfok görbe: A szivattyú üzemeltetésének gazdaságosságát jellemzi. 4. Szivattyú maximális szívóképesség görbe: Megállapítható, hogy a Hsm tényleges szívómagasság kisebb vagy nagyobb-e a Hsmkl értéknél. A szivattyú csak akkor működik, ha Hsmkl > Hsm. 2016.07.11.


50

Örvényszivattyúk Jelleggörbék

• Függ:

– Járókerék kialakításától: a β2 kilépési lapátszögtől – Jellemző fordulatszámtól

• A szivattyú szállítómagassága a kerületi sebesség négyzetével arányos

A fojtásgörbe lapos, a szállítómagasságot tartja különböző folyadék szállításoknál. A teljesítményfelvétel a folyadékszállítással nő.

Közepes fordulatszámú A terhelőmagasság növelésével szivattyú. Teljesítmény- leválik az felvétel állandó áramlás → állandó marad vagy visszaesik a szállítómagasság.

2016.07.11.


51

Örvényszivattyúk Fajlagos üzemi jelleggörbék A dimenzió nélküli (*-gal jelölt) fajlagos üzemi paraméterek definiálásához a legjobb hatásfokú (ηmax) pont üzemi jellemzőivel (Qopt, Hopt, Pbe opt) osztott jellemzőket használjuk. r – radiális, fa – félaxiális, a – axiális Egy diagramban az azonos üzemi paraméterek szerepelnek: H*(Q*), Pbe *(Q*), η*(Q*)

Radiális gép: Kis Q* értékhez tartozó, emelkedő szakasza a labilis szakasz.

Teljesítményfelvétele a térfogatáram növekedésével nő.

Hatásfok széles térfogatáram tartományban nagy.

Axiális gép: Az inflexiós ponttól balra lévő tartomány lengések kialakulásai miatt veszélyes.

Teljesítményfelvétele a térfogatáram növekedésével csökken.

Hatásfok csak az optimális üzemi pont szűk környezetében elfogadható.

Félaxiális gép:

Teljesítményfelvétele széles tartományban állandó. 2016.07.11.


52

Örvényszivattyúk Jelleggörbék

Radiális Félaxiális Axiális NPSH – Net Positive Suction Head, nettó pozitív szívó magasság (belső nyomásesés). NPSHr – A szivattyú által igényelt (required) érték.

2016.07.11.

NPSH görbe változása a (Q) térfogatáram függvényében, ha Q lényegesen nagyobb az optimálisnál. Q h: az a térfogatáram, ahol a fekete NPSH görbe erősen emelkedni kezd.


53

Fordulatszám hatása a jelleggörbékre Affinitás • • •

A szivattyúk jelleggörbéit több állandó fordulatszámon veszik fel és adják meg. H≈n2 és Q≈n miatt egy n1 fordulatszám mellett mért jelleggörbe, egy másik n2 fordulatszámra átszámítható. Ha úgy változtatjuk a fordulatszámot, hogy a sebességi háromszögek csak nagyságukat változtassák (alakjukat ne), akkor a különböző fordulatszámhoz tartozó sebességi háromszögek hasonlóak, tehát a fordulatszám (kerületi sebesség) változásával arányosan változik a meridián sebesség. Összetartozó pontjai origón átmenő, másodfokú parabolán fekszenek. Nem tudni, hogy különböző fordulatszámokon a szivattyú hatásfoka a folyadékszállítás függvényében hogyan változik, mérésekkel kell meghatározni.

2016.07.11.


54

Fordulatszám hatása a jelleggörbékre Affinitás

• Szilárdsági probléma miatt az n2 fordulatszám – Felső korlátja: n2 < nmax – Alsó korlátja: n2 > nmin

• Ha n csökken → Reynolds-szám csökken → változik az áramlás jellege. • Affinitás – átszámítási szabályok – alkalmazhatósági tartománya H(Q) diagramban:

2016.07.11.


55

Fajsúly hatása a jelleggörbékre • Nem befolyásolja: – Szállítómagasság – Folyadék szállítás – Hatásfok

• Befolyásolja: – Teljesítmény felvétel

2016.07.11.


56

Viszkozitás hatása a jelleggörbékre Nő a viszkozitás → nő a súrlódási veszteség → romlik a hidraulikai hatásfok → csökken a szivattyú emelőmagassága. Emellett a nagyobb viszkozitással csökken a résveszteség.

2016.07.11.


57

Szivattyúk hatásfoka A hatásfok maximum jó gépek esetén nq növelésével nő, majd kismértékben csökken. Radiális, fél axiális átömlésű, egy fokozatú szivattyúk esetén a hatásfok:

A gép méretétől is függ a hatásfok: a térfogatáram növelésekor nő a geometriai méret.

2016.07.11.


58

Cordier-diagram nq: jellemző fordulatszám Dq: jellemző átmérő - Kis nq értékű gépek radiális (centrifugális) átömlésűek. - Nagy nq értékű gépek axiális átömlésűek.

2016.07.11.


59

Kavitáció • Az áramló folyadék abszolút nyomásának nagymértékű csökkenése miatt a folyadék belsejében gőzbuborékok keletkeznek. • A járókerék belépő élének közelében a lapát hátoldaláról indul ki. • A folyadék azon részén lép fel, ahol az abszolút nyomás a folyadék adott hőmérsékletéhez tartozó telített gőz nyomása alá csökken → a folyadék folytonossága megszakad → az űrt a folyadék gőzei töltik ki.

2016.07.11.


60

Kavitáció Szilárd anyagoknál

Szilárd szerkezeti anyagok felszínén kialakuló kavitáció: – 1. fázis: A fellépő gőztér az anyag felszínén látszólag helyben marad. Káros hatást nem fejt ki, sőt a gépek hatásfokát kissé javítja is. – 2.fázis: Az anyagok felületén tovasodródó buborékok előrehaladásuk folyamán olyan helyre jutnak, ahol a nyomás újra eléri a telített gőznyomást. A gőzbuborékok kondenzálódnak. Ebben a környezetben következik be a buborék hirtelen összeroppanása. Ezután lépnek fel a káros jelenségek, melyek nagysága és minősége a kavitáció kifejlődésének mértékétől függ. 2016.07.11.


61

Kavitáció Szilárd anyagoknál

• Kavitáció következményei: 1. Zörejek fellépése: önmagában még nem káros. 2. Alkatrészek vagy az egész rendszer rezgésbe, lengésbe jöhet: rövidíti a berendezés élettartamát, töréshez vezethet. 3. Szerkezeti anyag roncsolása: először a felületet támadja meg, majd lyukacsossá teszi, végül teljesen átmarja az anyagot.

2016.07.11.


62

Sugárszivattyúk

Sugárszivattyú • Működési elv: Egy nagy energiájú – primer – (víz, gőz, gáz) sugár és egy kis energiájú – szekunder – sugár impulzuscseréje a keverőtérben. • A primer és a szekunder közeg lehet azonos vagy eltérő, összenyomható vagy összenyomhatatlan. Általában vizet vagy gőzt használnak. • Típusai: – Szívó sugárszivattyú (ejektor) – Nyomó sugárszivattyú (injektor): üzemanyag befecskendező

2016.07.11.

Mindkét típus lehet: - Vízsugárszivattyú - Gőzsugárszivattyú - Gázsugárszivattyú


64

Sugárszivattyú Működés: 1. A primer sugár energiáját kompresszorral hozzák létre. 2. A szűkítőbe lépve sebessége felgyorsul, nyomása lecsökken. 3. Felszívja a szállítandó anyagot – szekunder – egy tartályból csővezetéken keresztül. 4. A keverőtérben elegyedik a munkaközeggel – primer. 5. A keverék a diffúzoron keresztül távozik.

A1: primer fúvóka keresztmetszete A2: szekunder fúvóka keresztmetszete c1: primer sugár sebessége c2: szekunder sugár sebessége cx: primer és szekunder sugár kiegyenlítődött sebessége

2016.07.11.


65

Sugárszivattyú Alkalmazási tartomány

Vízsugárszivattyú alkalmazási

H2 2   2 1     tartománya: H1  H 2 1 

A γ sebesség-viszony 0 és 1 között változhat: γ =0: Szekunder sugár sebessége zérus → nem szállít a szivattyú. γ =1: A szekunder sugár sebessége megegyezik a primer sugár sebességével → nincs impulzus csere → nem vízsugárszivattyú. A képlet bal oldalán álló kifejezés értéke 0 és 1 között változhat: H2=0: A szekunder sugár hasznos hidraulikai teljesítménye és így a hatásfok zérus. H1=0: A bevezetett hidraulikai teljesítmény zérus. α: fajlagos keresztmetszet viszony

 2   2 , H2    4   2 / 3, H1  H 2   ,



2016.07.11.




ha   0 ha   0,5 ha   1 66

Egyéb szivattyúk

Mammut-szivattyú • •

• • •

A vizet nagy nyomású levegő vagy gáz segítségével szivattyúzza. Egy nagy átmérőjű függőleges cső merül a kiszivattyúzandó vízbe. A csőre felülről nyúlik rá a nyomóvezeték csöve, melybe alulról bevezetik a kompresszor által szállított levegőt. A levegő kisebb fajsúlya révén buborékok formájában felemelkedik és mozgás közben magával ragadja a vizet. Hatásfoka alacsony. Érzéketlen a víz szennyezettségére és arra, ha a szívott térből leszívja az összes folyadékot. Levegő a kompresszortól

2016.07.11.

Víz nyomócsonkja


68

Torlónyomás-szivattyú • Egy derékszögben meghajlított csövet vízbe merítve és gyorsan mozgatva a szabad nyílás irányába, a torlónyomás a folyadékot áthajtja a csövön. • Az Amerikai Egyesült Államokban a gőzmozdonyokon használták: A két sín között elhelyezett vízmedencébe nyújtottak le szájával a menetirányba állított csövet, így megállás nélkül tudtak pótvizet felszippantani. • Hasonló megoldást alkalmaznak a tűzoltó repülőkön is.

2016.07.11.


69

Járművek és motorok hő- és áramlástani rendszerei

Recommend Documents