ÓE BGK Hő- és áramlástechnika II. Örvénygépek

1. ÓE BGKHő- és áramlástechnika II.Örvénygépek 2013.02.09. Laguel Endre

2. Témakörök • Áramlástechnikai gépek • Euler-elv • Sebességi háromszögek • A vezetőkerék (Stator / Nozzle) • Stabilitás • Munkapont, normálpont • Kagylódiagram • Csővezeték hálózat jelleggörbéi

3. 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

4. SzivattyúkAxiális

5. SzivattyúkFélaxiális

6. SzivattyúkRadiális

7. VízturbinákAxiális

8. VízturbinákFélaxiális

9. VízturbinákRadiális

10. SzélturbinákAxiális

11. SzélturbinákRadiális

12. Gőzturbinák

13. GázturbinákAxiális egymagos

14. GázturbinákAxiális többmagos

15. GázturbinákAxiális kétáramú (bypass)

16. GázturbinákRadiális egyszeres

17. GázturbinákRadiális kettős (fordítós)

18. GázturbinákTeljes radiális

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. Egy tipikus sebességi háromszög

24. 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

25. Euler-féle turbinaegyenlet

26. Γ - cirkuláció

27. ξ – áttételi szám

28. Euler-turbinaegyenlet érvénye

29. A vezetőkerék • Szerepe, hogy a járókerékből kilépő folyadék kinetikai energiáját túlnyomórészt nyomás-magassággá (nyomásenergiává) alakítsa át. • Többlépcsős gépeken található, ill. nagyfordulatú egylépcsős gépeken általában.

30. Előnyök/hátrányok + Hatásfokjavító 0 Többlépcsős axiálgépekénél nélkülözhetetlen - Torlópontjának pontossága kritikus - Többletköltség - A második lépcsőtől kérdéses a perdületmentes belépés, ami hatásfokrontó (visszavezetés)

31. Radiális vezetőkerék (Stator)

32. Axiális vezetőkerék (Nozzle)

33. CFD elemzés

34. Stabilitás • Fordulatszám függő • Labilis ágon veszélyes lengések alakulhatnak ki • Labilis szivattyú is működhet jól

35. 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)

36. H N (normálpont) m (munkapont) Q η Q

37. 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

38. H ηmax=88,25% HN 88% 85% 80% 75% 70% 1675 1/min 730 1/min 600 1/min 1015 1/min Q QN Kagylódiagram 2950 1/min

39. Csővezeték hálózat jelleggörbéi • Colebrook-White alapegyenletek • Veszteségmagasság-számítás • Hosszmenti veszteségek • Helyi veszteségek • A rendszer terhelőmagassága ezek algebrai összege

40. Hosszmenti ellenállás h1 (m) h2 (m) l (m) Qbe Qel

41. Hosszmenti ellenállás • Hossza és átmérője • Felületének relatív vagy abszolút érdessége • Közeg sebessége, és turbulenciafoka • λ katalógusadat tartalmazza az összes áramlástani összefüggést (MÉRÉS!)

42. Helyi ellenállás • Összefogó geometriai kifejezés • Sebesség befolyásolja • Vízóra, szelepek, könyökök, keresztmetszet válozás, stb.

43. Rendszer terhelőmagassága • Egy példán keresztül

44. Egy rendszer teljes hatásfoka • Szivattyúk hidraulikus hatásfoka adott munkapontban (kagylódiagram) • Rendszer terhelőmagasságából számított rendszerhatásfok • Hatásfokok szorzata

45. Köszönöm a figyelmet!