ÓE BGK Hő- és áramlástechnika II. Örvénygépek
description
Transcript of ÓE BGK Hő- és áramlástechnika II. Örvénygépek
ÓE BGKHő- és áramlástechnika II.
Örvénygépek
2013.02.09.
Laguel Endre
Témakörök
• Áramlástechnikai gépek• Euler-elv• Sebességi háromszögek• A vezetőkerék (Stator / Nozzle)• Stabilitás• Munkapont, normálpont• Kagylódiagram• Csővezeték hálózat jelleggörbéi
A vízgép• Vízgépnek nevezünk minden olyan gépet, amely valamely folytonos
közegen végez energiaátalakítást, Az energiavándorlás iránya dönti el, milyen gépről van szó
• Munkagép: Meghajtómotor → mechanikai munka → közeg kinetikai munka– Szivattyú– Keverő– Kompresszor– Ventilátor
• Erőgép: Közeg kinetikai munka → mechanikai munka → generátoron energia– Vízturbina– Szélturbina– Gőzturbina
• Hajtómű: Meghajtómotor → mechanikai munka → közeg kinetikai munka → mechanikai munka → közeg kinetikai munka (vagy generátoron energia)– Gázturbina– Sugárhajtómű
SzivattyúkAxiális
SzivattyúkFélaxiális
SzivattyúkRadiális
VízturbinákAxiális
VízturbinákFélaxiális
VízturbinákRadiális
SzélturbinákAxiális
SzélturbinákRadiális
Gőzturbinák
GázturbinákAxiális egymagos
GázturbinákAxiális többmagos
GázturbinákAxiális kétáramú (bypass)
GázturbinákRadiális egyszeres
GázturbinákRadiális kettős (fordítós)
GázturbinákTeljes radiális
Alapfogalmak 1.• Szivattyúk:
– Manometrikus szállítómagasság (Hm): a beömlő és a kiömlő csonk közötti folyadék-munkavégző képesség
– Statikus szállítómagasság (Hst): a két vízszint magasságkülönbsége
– Terhelőmagasság (H): a csővezeték-hálózat összes vesztesége, amit a szivattyúnak a legkisebb vízszállítás mellett is le kell győznie
– Hidraulikai hatásfok (ηh): a járókerék elméleti és a gép szállítómagasságának hányadosa
– Volumetrikus hatásfok (ηv): a járókerék töltési foka és a járókeréken átáramló folyadékmennyiség hányadosa
Alapfogalmak 2.
• Turbinák:– Hasznos esés (H): munkavégző képesség-különbség
a járókerék előtt és után
– Statikus/geodetikus esés (Hst): hasznos esés + minden veszteség, ami nem a turbinából fakad
Az Euler-elv
• A munkavégző képességet forgó mozgással növeljük meg
• A forgó mozgás energiáját a járókerék adja át a folyadéknak, vagy a gáznak
• A munkavégző képesség megnövekedése perdület formájában jelentkezik
• A perdület egy részét diffúzorral nyomássá alakítjuk, a megmaradó perdület sebességi energiaként jelentkezik
• Ebből következőleg többszörös energiaátalakulásról beszélhetünk
• Ha a sorrendet megfordítjuk, akkor turbinát kapunk
Sebességi háromszögek
• A járókeréken belüli és körüli közegáramlást hivatottak modellezni
• Csak örvénygépeknél léteznek
• ξ áttételi szám jelentősége
• Beömlés, kiömlés, átömlés
• A perdület és a cirkuláció
Egy tipikus sebességi háromszög
A háromszögek fogalmai
• u: a járókerék kerületi (meridián-) sebessége
• w: a folyadék relatív sebessége
• c: a folyadék valóságos (abszolút) sebessége
• 1: belépéskor vett vektorok
• 2: kilépéskor vett vektorok
• Később vegyesen is előfordulnak
Euler-féle turbinaegyenlet
k
lelke
uu
uue
cp
cp
pce
eu
u
u
uue
p
c
pce
zQb
Mzgg
H
VÉGES
rcrc
gg
ucucH
HH
HH
HHH
g
uH
u
c
rcK
rcK
KKgg
ucucH
g
ww
g
uu
g
ppH
g
ccH
HHH
222
:
22
221
10
0;2
22
2
1122
1122
22
2
2
111
222
121122
22
21
21
2212
21
22
Γ - cirkuláció
ξ – áttételi szám
Euler-turbinaegyenlet érvénye
0.3
0.2
0.1
z
A vezetőkerék
• Szerepe, hogy a járókerékből kilépő folyadék kinetikai energiáját túlnyomórészt nyomás-magassággá (nyomásenergiává) alakítsa át.
• Többlépcsős gépeken található, ill. nagyfordulatú egylépcsős gépeken általában.
Előnyök/hátrányok
+ Hatásfokjavító
0 Többlépcsős axiálgépekénél nélkülözhetetlen
- Torlópontjának pontossága kritikus
- Többletköltség
- A második lépcsőtől kérdéses a perdületmentes belépés, ami hatásfokrontó (visszavezetés)
Radiális vezetőkerék (Stator)
Axiális vezetőkerék (Nozzle)
CFD elemzés
Stabilitás
• Fordulatszám függő
• Labilis ágon veszélyes lengések alakulhatnak ki
• Labilis szivattyú is működhet jól
Munkapont, normálpont
• Normálpont: Q(H) görbén ηmax értékhez tartozó üzemi pont
• Munkapont: Q(H) görbe és a csővezeték jelleggörbe metszéspontja
• Szinte kizárt, hogy a munkapont egyben a normálpont is legyen (irracionálisan precíz méretezés)
N (normálpont)
m (munkapont)
Q
H
η
Q
Kagylódiagram
• Legfontosabb üzemi jellemzők
• Állandó fordulatszámok
• Q(H,η) kétváltozós függvény, alapeset
• P és geometriai főméreteket nem tartalmaz
• Üzemi optimum keresés csak ezen valósulhat meg
29501/min
88%
85%80%
75%
70%16751/min1015
1/min
7301/min600
1/minQ
H
HN
QN
ηmax=88,25%
Kagylódiagram
Csővezeték hálózat jelleggörbéi
• Colebrook-White alapegyenletek
• Veszteségmagasság-számítás
• Hosszmenti veszteségek
• Helyi veszteségek
• A rendszer terhelőmagassága ezek algebrai összege
Hosszmenti ellenállás
Qbe Qell (m)
h 2 (
m)
h 1 (
m)
mhhΔhh' 21
Hosszmenti ellenállás
• Hossza és átmérője• Felületének relatív vagy abszolút érdessége• Közeg sebessége, és turbulenciafoka• λ katalógusadat tartalmazza az összes
áramlástani összefüggést (MÉRÉS!)
g2
v
d
lλh'
2
hossz
Helyi ellenállás
• Összefogó geometriai kifejezés• Sebesség befolyásolja• Vízóra, szelepek, könyökök, keresztmetszet
válozás, stb.
g2
vξh'
2
lokális
Rendszer terhelőmagassága
• Egy példán keresztül
terhelőstatikus
szelepkönyök
2
2szelep
2könyök
2
Hh'H
ξξd
lλ
g2
vh'
g2
vξ
g2
vξ
g2
v
d
lλh'
Egy rendszer teljes hatásfoka
• Szivattyúk hidraulikus hatásfoka adott munkapontban (kagylódiagram)
• Rendszer terhelőmagasságából számított rendszerhatásfok
• Hatásfokok szorzata
h'H
Hη
statikus
statikusrendszer
Köszönöm a figyelmet!