ÓE BGK Hő- 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

Szivattyúk Axiális

Szivattyúk Félaxiális

Szivattyúk Radiális

Vízturbinák Axiális

Vízturbinák Félaxiális

Vízturbinák Radiális

Szélturbinák Axiális

Szélturbinák Radiális

Gőzturbinák

Gázturbinák Axiális egymagos

Gázturbinák Axiális többmagos

Gázturbinák Axiális kétáramú (bypass)

Gázturbinák Radiális egyszeres

Gázturbinák Radiális kettős (fordítós)

Gázturbinák Teljes 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

Γ - cirkuláció

ξ – áttételi szám

Euler-turbinaegyenlet érvénye

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)

H N (normálpont) m (munkapont) Q 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

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

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

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

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

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

Rendszer terhelőmagassága Egy példán keresztül

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

Köszönöm a figyelmet!