Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel,...
Transcript of Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel,...
![Page 1: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/1.jpg)
Mechanika tekutinerpadla
11.12.2013, Brnoipravil: Tomáš Vít z
![Page 2: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/2.jpg)
Doprava tekutin m že být uskute ována pomocí
erpadel,
- ventilátor ,
- kompresor .
Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny, která:
- zm ní rychlost (pr tok),
- zm ní tlak,
- zm ní výšku.
erpadla - za ízení pro dopravu tekutin
strana 2
![Page 3: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/3.jpg)
Hydrostatická – p ímá transformace mechanické energie naenergii hydraulickou
Hydrodynamická – nep ímá transformace mechanickéenergie na energii hydraulickou, prost ednictvím zm nykinetické energie kapaliny (ob žné kolo)
erpadla jiných princip
Principy funkce erpadel
strana 3
![Page 4: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/4.jpg)
Hydrostatická erpadla
strana 4
![Page 5: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/5.jpg)
strana 5
erpadla jiných princip
![Page 6: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/6.jpg)
Hydrodynamická erpadla
strana 6
![Page 7: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/7.jpg)
Pr tok Q – užite ný objem dopravované kapaliny [m3.s-1]
Dopravní výška H – energie p edaná každému kilogramukapaliny, vyjad uje se v [m] sloupce kapaliny
Otá ky n – charakterizují pohon erpadla [s-1]
Hlavní parametry erpadel
strana 7
![Page 8: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/8.jpg)
Koncepce a tvar stroje vychází z:
- požadovaných hlavních parametr (Q, H, n),
- sací schopnosti,
- vlastností dopravované tekutiny,
- požadavk na umíst ní erpadla v trubním systému,
- platných zákonných p edpis ,
- technických pravidel.
Hydrodynamická erpadla
strana 8
![Page 9: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/9.jpg)
Významné konstruk ní znaky:
- po et stup (jednostup ové, vícestup ové),
- poloha h ídele (horizontální, vertikální),
- sk (radiální - spirální, axiální - válcová),
- po et proud v ob žném kole (jednoproudé, dvouproudé),
- typ elektromotoru.
Hydrodynamická erpadla
strana 9
![Page 10: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/10.jpg)
Princip funkce – Eulerova rovnice
Hydrodynamická erpadla
strana 10
c – absolutní rychlost (v i pevnému prostoru)
w – relativní rychlost (v i ob žnému kolu)
u – unášivá rychlost (sou in polom ru a úhlovérychlosti, u = r · )
![Page 11: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/11.jpg)
Rychlostní profil tekutiny uvnit ob žného kola
Hydrodynamická erpadla
strana 11
![Page 12: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/12.jpg)
Rychlosti na vstupu a výstupu z ob žného kola
Hydrodynamická erpadla
strana 12
![Page 13: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/13.jpg)
Hydrodynamická erpadla
strana 13
Výstupní rychlostní trojúhelník
Vstupní rychlostní trojúhelník
![Page 14: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/14.jpg)
Hydrodynamická erpadla
strana 14
Bodová rychlost na lopatce ob žného kola
![Page 15: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/15.jpg)
Ob žná kola
Hydrodynamická erpadla
strana 15
![Page 16: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/16.jpg)
Charakteristika erpacího sytému
strana 16
![Page 17: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/17.jpg)
Celková dopravní výška
=
Geodetická dopravní výška + ztráty
Charakteristika erpacího sytému
strana 17
dopravní
výška
pr tok
Geodetická výška
Ztrátová
výška
Charakteristika
potrubí
pr tok
Geodetická výškadopravní
výška
Charakteristika
potrubíZtrátová
výška
![Page 18: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/18.jpg)
Charakteristika erpadla
- vztah mezi pr tokem a výškou
Charakteristika erpacího sytému
strana 18
Výška [m]
Pr tok [m3 s-1]
![Page 19: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/19.jpg)
Charakteristika erpadla
Charakteristika erpacího sytému
strana 19
Teoretická výška (Eulerova)
Pr tok, Q
Výš
ka, H
Ztráty recirkulací
Ztráty t ením
Ztráty odporyAktuální dopravní výška
![Page 20: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/20.jpg)
Pracovní bod erpadla
Charakteristika erpacího sytému
strana 20
pr tok
výška
geodetická
výška
Charakteristika erpadla
Charakteristikapotrubí
Pracovní bod
erpadla
![Page 21: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/21.jpg)
Developed
Head
Impeller
Diameter
Efficiency
Flow Rate
NPSH
Horsepower
![Page 22: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/22.jpg)
Vycházíme z Bernoulliho rovnice, která vyjad uje proustálený stav proud ní podíl jednotlivých druh energie.
Tlakovou diferenci mezi vstupem a výstupem vypo teme zedchozího vztahu.
Hydrodynamická erpadla - výpo ty
strana 22
tlakováenergie
kinetickáenergie
svislá odlehlost sacího avýtla ného hrdla
![Page 23: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/23.jpg)
geodetická výška – rozdíl hladin v sací a výtla né nádrži
tlaková výška – rozdíl tlak nad hladinami v sací a výtla né nádrži
rychlostní výška – rozdíl rychlostních výšek v nádržích
ztrátová výška – hydraulické ztráty
Vycházíme z Bernoulliho rovnice, která
vyjad uje pro ustálený stav proud ní podíl jednotlivých druh energie
!!! Všechny tlaky v Bernoulliho rovnici dosazovat v absolutní hodnot !!!
tlakové kineticképolohové ztrátové
Daniel Bernoulli(1700 – 1782)
Dopravní výška erpacího systému
strana 23
![Page 24: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/24.jpg)
V praxi možno vycházet z ur itých zjednodušeníDaniel Bernoulli
(1700 – 1782)- zanedbat len rychlostních výšek
- pokud jsou otev ené nádrže další zjednodušení
Dopravní výška erpacího systému
strana 24
![Page 25: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/25.jpg)
Hydrodynamická erpadla - výpo ty
strana 25
Geodetická výškaSací (vakuometrická)
výškaVýtla ná
(manometrická) výška
![Page 26: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/26.jpg)
íkon erpadla
innost erpadla
Hydrodynamická erpadla - výpo ty
strana 26
![Page 27: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/27.jpg)
Hydrodynamická erpadla - výpo ty
strana 27
Zákony podobnosti
![Page 28: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/28.jpg)
Charakteristika erpadla
strana 28
![Page 29: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/29.jpg)
Navrhn te erpací stanici, kde se ponorným kalovým erpadlem erpáQ = 17 l s-1 odpadní vody do objektu mechanického p ed išt ní.
a) navrhn te erpadlo,
b) výtla né potrubí (litinové),
c) vypo ítejte celkovou dopravní výšku.
edpokládejte, že erpadlo má pr r výtla ného hrdla 125 mm.Rychlost ve výtla ném adu uvažujte v < 2 m s-1.
íklad - návrh erpací stanice
strana 29
![Page 30: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/30.jpg)
strana 30
ítok odpadníchvod
ponorné kalovéerpadlo
Spínací hladinyerpadel
Armatury(zp tná klapka,šoupátko,…..)
výtla né potrubí
(délka 15 m)
erpací stanice
![Page 31: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/31.jpg)
1. Návrh výtla ného potrubí (na základ požadované rychlosti)
2. Výpo et Re
3. Stanovení geodetické výšky
4. Výpo et sou initele t ení – Colebrook – White
5. Stanovení sou initele místních ztrát
6. Výpo et dopravní výšky
7. Návrh erpadla
Postup výpo tu
strana 31
![Page 32: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/32.jpg)
Záv r: minimální pr r výtla ného potrubí je 105 mm.
V zadání máme pr r výtla ného hrdla 125 mm, tedy:
Záv r:
Potrubí vyhovuje, rychlost ve výtla ném potrubí bude 1,4 m s-1 < 2,0 m s-1.
1. Návrh výtla ného potrubí
strana 32
![Page 33: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/33.jpg)
Záv r: Rozvinuté turbulentní proud ní
2. Výpo et Re
strana 33
![Page 34: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/34.jpg)
strana 34
POZOR:i max. hladin v S je
Hgeo jen 1,1 m !!!!S tím je nutné po ítat.
Hgeo
4,8 m
225,4 m.n.m.
230,2 m.n.m.
3. Stanovení geodetické dopravní výšky
![Page 35: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/35.jpg)
Litina: = 0,001 m - z tabulek
Sou initel t ení je 0,036 m žeme dosadit, Coriolisovo íslo uvažujeme 1,1.
Zbývá vypo ítat místní tlakové ztráty.
4. Stanovení sou initele t ení
strana 35
![Page 36: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/36.jpg)
5. Stanovení sou initele místních ztrát strana 36
Koleno 90° - = 2 x 0,3
Zp tná klapka= 2,2 Uzavírací šoupátko = 0,5
![Page 37: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/37.jpg)
Záv r:
Návrhová dopravní výška je 5,65 m. Známe Q i H, m žeme navrhnouterpadlo (nesmíme zapomenout ho posoudit i p i max. hladin erpací
stanici – bude v tší Q – je zásadní chybou na tuto skute nostzapomenout).
6. Výpo et dopravní výšky
strana 37
![Page 38: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/38.jpg)
Pro návrh erpadla je nutné znát:
- charakteristiku erpadla (od výrobce),
- charakteristiku potrubí.
7. Návrh erpadla
strana 38
![Page 39: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/39.jpg)
7. Návrh erpadla
strana 39
17 l s-1 = 4,7 m3 h-1
![Page 40: Mechanika tekutin - MENDELU€¦ · Doprava tekutin m $že být uskuteþ ována pomocí þerpadel, - ventilátor $, - kompresor $. Tato za ízení zvýší mechanickou energie tekutiny,](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022052812/608e5cd5d2bff173d72b0927/html5/thumbnails/40.jpg)
strana 40
kuji za pozornost