GANZ ENGINEERING ÉS ENERGETIKAI GÉPGYÁRTÓ KFT.
Szívókönyökök veszteségeinek
és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével Készítette: Bogár Péter Háznagy Gergely Egyed Csaba Zombor Csaba
Budaörs, 2015.04.23.
Bevezetés • • • •
Szívócsövek bemutatása Vizsgálatok okai Elméleti háttér, képletek Szimuláció – – – –
Geometria ismertetése Háló felépítése Modell paramétereinek definiálása, peremfeltételek Eredmények kiértékelése
• Összefoglalás, előrelépési lehetőség
Szívócsövek bemutatása I. • Szivattyú esetén – A járókerék előtt elhelyezkedő csőszakasz – A szívócsövön történik a folyadék beszívása – Kialakítása: konfúzoros -> áramlás egyenletesítése
Szívócső
Szívócsövek bemutatása II. • Turbina esetén – A járókerék után elhelyezkedő csőszakasz – A szívócsövön történik a folyadék kiáramlása – Kialakítása: diffúzoros
Francis-turbina
Vizsgálatok okai • • • •
Szivattyú: konkrét megrendelés Turbina: ajánlatkészítés Veszteségek csökkentése, hatásfok javítás Szivattyú: – A kilépő keresztmetszeten a folyadék perdületmentes belépése a járókerékhez
• Turbina: – A szívócső hatásfokának növelése és így a turbina összhatásfokának növelése
Elméleti háttér, veszteségek • Veszteségmagasság, veszteségek – A veszteséges Bernoulli egyenlet 2 vbe ps ,be U be vki2 ps ,ki U ki p ' 2 2
– Δp’=pbe-pki [Pa] súrlódási veszteség,
Δ𝑝′ –ℎ = [m] ρ∙g ′
– 𝜐ℎ =
ℎ′ 𝐻
%,
veszteségmagasság, relatív veszteség,
ahol turbina esetén az esés Ht=4,3 [m], és szivattyú esetén a szállítómagasság Hsz=2,95 [m]
Elméleti háttér – kilépő szögek - szivattyú • Feltétel: szivattyú járókerekére történő perdületmentes belépés (szívócsőből kilépés) • α > 5° előperdülettel már szabályozunk • α: szívócsőből kilépő sebességek axiális irányhoz képesti szöge • Sebességi háromszögek: – 1 indexű: belépés
Szimuláció – Víztér modell I. • SolidWorks • Közvetlenül a víztér geometria modellezése • Szivattyú: egyféle, létező geometria ellenőrzése • Turbina: többféle kialakítás vizsgálata – Oka: S alakú szívócső – hajlatában egy rövid konfúzoros szakasz
Szimuláció – Víztér modell II. Szivattyú
Turbina
-
CFZm 1800 ferde tengelyű szivattyú
-
S-turbina szívócső alapján készült modell
-
Névleges tömegáram Qn=7500 [kg/m3]
-
Névleges tömegáram Qn=57000 [kg/m3]
-
Szállítómagasság: 2,95 [m]
-
Esés: 4,3 [m]
-
Szívócső befoglaló méretek: 6,3x2,5x4,3 [m]
-
Szívócső befoglaló méretek: 31,8x8,2x6 [m]
Szimuláció – Hálókészítés • ANSYS alaphálózóját használtuk • Többféle globális elemméret mellett futtattunk • Határréteg sűrítéssel, 30
Szimuláció – Modell tulajdonságok • • • • •
ANSYS CFX Stacioner Közeg: víz Vizsgált turbulencia modellek: k-ε, SST, k-ω Peremfeltételek: Szivattyú
Turbina
Belépő km.
Össznyomás Tömegáram
Kilépő km.
Tömegáram Össznyomás
– Össznyomás = hidrosztatikai nyomás – Szállított tömegáram ismert
Szimuláció – Eredmények - szivattyú • Veszteségek A veszteségek a tömegáram függvényében 0,7 0,6 0,5
νh[%]
0,4 0,3
νh[%]
0,2
Polinom. (νh[%])
0,1 0,0 0
pbe=0.12753 [bar] Q [kg/s]
1 0
pki [bar]
2000
4000
-0,1
6000
8000
10000
Q [kg/s]
2 2500
3 5000
4 5500
5 6000
6 6500
7 7000
8 7500
9 8000
10 8500
11 9000
0.12738
0.12696
0.12685
0.12673
0.1266
0.12646
0.12631
0.12616
0.12599
0.12581
h' [m]
0
1.53E-03
5.81E-03
6.93E-03
8.15E-03
9.48E-03
1.09E-02
1.24E-02
1.40E-02
1.57E-02
1.75E-02
νh[%]
0
0.052
0.197
0.235
0.276
0.321
0.370
0.422
0.473
0.532
0.594
Szimuláció – Eredmények - szivattyú • Sebességeloszlás a szimmetriasíkban
Szimuláció – Eredmények - szivattyú • Kilépő szögek I.
Szimuláció – Eredmények - szivattyú • Kilépő szögek II.
5°
Szimuláció – Eredmények - turbina • Veszteségek Változat 1 2 3 4 5 6 7
νh [%] 2,837 3,001 3,024 3,136 3,174 3,281 3,416
A különböző esetekben a νh -k alakulása százalékosan 3,500
νh [%]
3,300 3,100 2,900
2,700 0
1
2
3
4 Változat
5
6
7
8
Szimuláció – Eredmények - turbina • Áramvonalak
Szimuláció – Eredmények - turbina • Sebességeloszlás a szimmetriasíkban
Összefoglalás • Szivattyú: – Leválás nincs, veszteség 1% alatt – Egyenletes kilépés, perdületmentes kilépés nem teljesül a teljes keresztmetszeten – Geometria optimalizálása: • Szivattyú – könyök utáni szakasz meghosszabbítása – Ív sugarának növelése
• Turbina: – Több geometria közül az optimális megtalálása – A több változat közül sikerült egy olyan változatot megtalálni, ahol a konfúzoros hatás számunkra a legjobban érvényesül
• Továbblépési lehetőség: – A modell egyszerűsítése szempontjából a szimmetriát kihasználva érdemes lenne fél modellel számolni – Eredmények esetleges validálása mérésekkel
Köszönjük a figyelmet!
