ÁLTALÁNOS GÉPTAN Előadó: Dr. Fazekas Lajos Debreceni Egyetem

Az előadások a következő témára: "ÁLTALÁNOS GÉPTAN Előadó: Dr. Fazekas Lajos Debreceni Egyetem"— Előadás másolata:

1 ÁLTALÁNOS GÉPTAN Előadó: Dr. Fazekas Lajos Debreceni Egyetem
Műszaki Kar

2 8. Előadás Légnemű anyagokat szállító gépek
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

3 A légnemű anyagokat szállító gépek
A légnemű anyagok szállítását, illetve nyomásának növelését végző légszállító gépekre is az energiaátalakítás a jellemző, ugyanis mechanikai munkavégzés révén érik el a légnemű anyagok energiájának növelését. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

4 Légszállító gépek helye a gépek rendszerében
Villamos gépek Áramlástechnikai gépek Erőgépek Munkagépek Folyadék szállítására alkalmas Volumetrikus szivattyú Áramlástechnikai szivattyú Levegő szállítására alkalmas Ventilátor Kompresszor Vákuumszivattyú Hőtechnikai gépek Debreceni Egyetem Műszaki Kar

5 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A légszállító gépek felosztása rendeltetés és szerkezeti kialakítás szerint Az ipari üzemekben használatos légszállító gépeket többféle szempont szerint lehet osztályozni: Debreceni Egyetem Műszaki Kar

6 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A légszállító gépek felosztása rendeltetés és szerkezeti kialakítás szerint Debreceni Egyetem Műszaki Kar

7 Légszállító gépek sűrítési foka
A légszállító gépek feloszthatók az ún. sűrítési fok, azaz végnyomás (p2) és kezdőnyomás (p1) hányadosaként is: Gép Kompressziós fok Ventilátorok p2/p1 = 1; …; 1,1 Fúvók p2/p1 = 1,1; …; 2 Kompresszorok p2/p1 = 2; …; 1000 Vákuumszivattyúk p2/p1 < 1 Debreceni Egyetem Műszaki Kar

8 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kompresszorok Debreceni Egyetem Műszaki Kar

9 Dugattyús kompresszorok
A dugattyús kompresszorokat elterjedten használják az ipartelepek ún. kompresszor házaiban, ahol az egész üzem számára szükséges sűrített levegőt állítják elő. A dugattyús kompresszor működési elve alapvetően azonos a dugattyús szivattyúéval, és szerkezetük is eléggé hasonló. Működésükben az a különbség, hogy a kompresszorban a gáz térfogata változik, összenyomódik, és eközben hőmérséklete növekszik, ezért gondoskodni kell a keletkező hőmennyiség elvezetéséről. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

10 Dugattyús kompresszorok
A gázok sűrűsége sokkal kisebb, mint a folyadéké, ezért a szelepek és tömítések kivitele is eltérő. A hő elvonására víz- vagy léghűtést alkalmaznak. A dugattyús kompresszorok lehetnek egy- vagy többhengeresek. A sűrítési fokozatok száma is lehet egy vagy több. Nyomásuk szerint lehetnek kisnyomású (0,2…0,8 MPa), középnyomású (0,8…2 MPa) és nagynyomású (2…100 MPa) kompresszorok. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

11 Dugattyús kompresszorok
Kapcsoló Villanymotor (hajtómotor) (4 kW, 3 fázis) Henger (425 l/perc) Kivezető csap Légtartály (270 l) Debreceni Egyetem Műszaki Kar

12 Kompresszorok levegő-előkészítő egységei
A kondenzvíz durva leválasztását általában az utóhűtőt követően végzik, míg a finomleválasztást és szűrést, valamint a sűrített levegő utókezelését közvetlenül a felhasználási hely előtt oldják meg. Fokozott figyelmet kell fordítani a levegő nedvességtartalmára. Víz (nedvesség) a kompresszor által beszívott levegővel kerül a léghálózatba. A levegő nedvességtartalma függ annak relatív páratartalmától, melyet a hőmérséklet és az időjárási helyzet befolyásol. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

13 Kompresszorok levegő-előkészítő egységei
Az abszolút páratartalom az 1 m3 levegőben lévő víz mennyiségét adja meg. A telítettségi érték az a legnagyobb vízmennyiség, amelyet 1 m3 levegő az adott hőmérsékleten képes felvenni. A levegő telítettségi értékét a hőmérséklet függvényében a “Harmatpont Görbe” szemlélteti. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

14 Absz. páratartalom [g/m^3]
Harmatpont-görbe. Absz. páratartalom [g/m^3] Debreceni Egyetem Műszaki Kar Hőmérséklet

15 Kompresszor és egy vízleválasztó levegő-előkészítő egység
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

16 Egyfokozatú dugattyús kompresszor
1- forgattyús hajtómű; 2- henger; 3- dugattyú; 4- szívócsonk; 5- nyomócsonk; 6- szívószelep; 7- nyomószelep; 8- hűtővíz Debreceni Egyetem Műszaki Kar

17 Egyfokozatú dugattyús kompresszor valóságos indikátor diagramja
Az 1 pont V0 ún. kompresszió teret p2 nagynyomású gáz tölti ki. A dugattyú balról jobbra haladva a V0 térfogatú gáz hirtelen expandál a 2 pontig. A 2 pontban kinyílik a szívószelep, és a 3 pontig a dugattyú beszívja a hengerbe a gázt. A 4 pontban kinyílik a nyomószelep, és a 4-1 szakaszon a dugattyú áttolja a nyomásra összenyomott gázt egy tároló tartályba. Az indikátordiagram bezárt területe az egy munkaütem alatt elfogyasztott munkával arányos. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

18 Dugattyús kompresszorok hűtése és töltésfoka
A hengert hűtővízköpeny veszi körül, hogy kompresszió közben túlmelegedés ne lépjen fel. A kompresszió alkalmával nem engedhető meg 160…180°C-nál nagyobb hőmérséklet, mert a hengerben az olajgőz felrobbanna. A dugattyús kompresszor szelepei rugóterhelésű szelepek. A rugók előfeszítettek, hogy a megfelelő szívó- és kompresszió-nyomáskor nyíljanak. Arra kell törekedni, hogy az 1-2 hiperbola az eszményi adiabatikus expanziót minél jobban megközelítse, mert annál jobb a kompresszor ún. töltésfoka:

19 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Dugattyús kompresszorok töltésfokát befolyásoló tényezők és az indikált munka Az adiabatát akkor lehet jól megkülönböztetni, ha a forgattyús hajtómű forgattyúsugár és hajtókar hányadosa nagy, mivel ezzel lehet elérni a forgattyús hajtómű indulásakor fellépő nagy gyorsulást. Megállapítható, hogy a valóban beszívott hasznos térfogat mennyivel csökkent, azaz mennyivel rosszabb a töltésfok. Arra kell törekedni, hogy a kompresszió inkább az eszményi izotermikus állapotváltozást közelítse meg, mert akkor kisebb a Wi indikált munkaterület. A szaggatott berajzolt 3-4’ hiperbola azt mutatja, hogy mennyivel több munka kell a kompresszor hajtásához, ha melegszik a henger, azaz adiabatikus az állapotváltozás. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

20 A kompresszió-viszony és az indikált munka
Vhelm – teljes hengertérfogat V0 – kompressziótér A kompresszió viszony: A kompresszióviszony értéke kb. 3-4, időszakos üzem esetén 5-7. A kompresszor indikált munkája izotermikus sűrítés esetén: adiabatikus sűrítésnél: K - kitevő, adiabatikus állapotváltozás esetén. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

21 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A sűrítési munka ismeretében a kompresszor hajtásához szükséges bevezetett teljesítmény: A kis és közepes méretű kompresszorok rendszerint függőleges hengerelrendezésűek; a kisebbek többnyire egyhengeresek, a nagyobbak hengereinek száma kettő és nyolc között változik. Egyhengeres, egyszerű működésű gépek esetén különösen a tengelytömítésre és (légkompresszoroknál) a forgattyúház légzésére kell ügyelni, hogy elkerüljék a dugattyú alatti kompressziót. n = fordulatszám i = a működések száma ηKompr. = a kompresszor hatásfoka, ηkompr ≈ 0,65-0,85 Debreceni Egyetem Műszaki Kar

22 Többhengeres dugattyús kompresszorok
A többhengeres kompresszor előnye, hogy nagy fordulatszáma miatt közvetlenül hajtható nagy percenkénti fordulatszámú, olcsó villamos motorral. További előnye a tehetetlenségi erők nagyobb mértékű kiegyensúlyozottsága. Jóval kisebb lehet egyrészt a gépalap, másrészt a nagyobb sebességgel és a forgatónyomaték kisebb ingadozásával forgó lendítőkerék tömege. Minél nagyobb a hengerek száma, annál kisebb ez az ingadozás. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

23 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Az egyfokozatú kompresszorok vázlata Az álló elrendezésű egyfokozatú, egyhengeres kompresszor vázlata a) V-hengerelrendezésű; b) W-hengerelrendezésű Debreceni Egyetem Műszaki Kar

24 Kettő- és háromhengeres dugattyús kompresszorok hengerei
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

25 Többfokozatú dugattyús kompresszorok
A komprimált gáz egyenletesebben áramlik a nyomóvezetéken át, ezért a többhengeres kompresszorok csővezetéke kisebb átmérőjű lehet. A nagynyomású üzemekben két- vagy többfokozatú (lehet akár hat fokozat is) dugattyús kompresszorokat is használnak, melyekben 8…100 MPa nyomás is előállítható. A következő dián kétfokozatú, az azutánin pedig háromfokozatú kompresszorok vázlatai láthatók. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

26 A kétfokozatú kompresszorok vázlata
első fokozat lépcsősdugattyú mögött, a második fokozat a lépcsősdugattyú előtt; mindkét fokozat lépcsősdugattyú mögött; a szélső hengerek képezik az első, a középső henger a második fokozatot Az I. fokozatot a nagyobb, illetve legnagyobb átmérőjű hengerben állítják elő, ahonnan hűtőn keresztül kerül a sűrített gáz a második, illetve onnan hűtőn keresztül a harmadik fokozatba. Az összesűrített gáz lehűtése azért szükséges, hogy ezzel a következő fokozatba beszívott gáz tömegét csökkenteni lehessen.

27 A háromfokozatú kompresszorok hengerelrendezése
fekvő kompresszor, amelynek első fokozata kétszeres működésű, második fokozata a henger elülső, harmadik fokozata ennek hátsó részén van soros hengerelrendezésű álló kompresszor; Az I. fokozatot a nagyobb, illetve legnagyobb átmérőjű hengerben állítják elő, ahonnan hűtőn keresztül kerül a sűrített gáz a második, illetve onnan hűtőn keresztül a harmadik fokozatba. Az összesűrített gáz lehűtése azért szükséges, hogy ezzel a következő fokozatba beszívott gáz tömegét csökkenteni lehessen.

28 Differenciáldugattyús kompresszor felépítése
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

29 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egyéb kompresszorok A csúszólapátos kompresszor a kis nyomásokon versenytársa a dugattyús kompresszornak. A gépnek nincsenek lengő tömegei, ezért nagy fordulatszámmal járatható és így közvetlenül összekapcsolható villamos motorral. A nagy fordulatszám miatt a gép mérete és saját tömege kicsi. Nincs szívószelepe, sőt legtöbb esetben nyomószelepe sem. A mechanikus és a volumetrikus hatásfoka rosszabb, mint a dugattyús gépeké, végnyomása korlátozott. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

30 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egyéb kompresszorok A forgórész az álló házhoz képest excentrikusan ágyazott. A forgórész radiális, olykor ferde irányban bemunkált hornyaiban csúszólapátok (lamellák) helyezkednek el, amelyek forgás közben a ráható erők következtében a ház külső falán csúsznak. Amikor a cellák a szívónyílás előtt haladnak el, a cellák térfogatának növekedése következtében azok megtelnek a szívócsonkból érkező gázzal. A forgórész továbbfordulása során elkezdődik a kompresszió. Az összesűrített gázt a lapátok a nyomótérbe szorítják. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

31 Egyéb kompresszorok Csúszólapátos kompresszorok elvi rajza.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

32 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egyéb kompresszorok A csavarkompresszor a forgódugattyús gépek csoportjába tartozik. Szerkezeti kivitele hasonló a csavarszivattyúkéhoz. A csavarkompresszor a gázt a belső munkatérben összesűríti. Helyszükséglete kicsi, érzéketlen a gáz szennyeződéseivel szemben, a sűrített gáz olajmentes, ezért újabban elterjedten használják ott, ahol a térfogatáram 350…40000 m3/h közötti, a legnagyobb nyomás pedig nem haladja meg a 40 bar-t. A csavarkompresszor forgó részei egymáshoz, valamint az álló házhoz igen kis réssel illeszkednek. A forgórész profilkiképzése olyan, hogy annak egy körülfordulása során a kompresszor által szállított gázmennyiség minél nagyobb legyen. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

33 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egyéb kompresszorok Kardántengely A rotor külső fogak Rotor belső fogak Belépő karima Kipufogó Karima Csapágyfedél Rögzítés Hármas tengelytömítés Csapágyak Csavarkompresszor Debreceni Egyetem Műszaki Kar

34 Egyéb kompresszorok A spirálkompresszor működési elve.
Mechanikus turbo-feltöltésű gépkocsiknál alkalmazott spirálkompresszor. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

35 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Roots-fúvó A Roots-fúvónak két „piskóta” alakú ún. forgódugattyúja van. Ezzel a forgódugattyúk egymással és az álló házzal nem érintkeznek, köztük a szerkezettől függő nagyságú rés van. A két forgódugattyú együttforgásáról fogaskerékpár gondoskodik (56. ábra). A ház, a forgódugattyú profilképzése sokféle lehet. Gyakori az evolvens- és a körívdarabokból összetett görbe. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

36 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Roots-fúvó A Roots-fúvó előnye, hogy nagy fordulattal járhat, kicsi a saját tömege, helyszükséglete és meghibásodási lehetősége. Hátránya, hogy egész nyomólökete teljes ellennyomás ellen dolgozik, amely a megvalósítható nyomás nagyságát jelentősen csökkenti. Hatásfoka a nagy résveszteség ellenére is jó (70-80%). A turbófúvó összenyomható közeget kisebb nyomású térből számottevően nagyobb nyomásúba szállító hűtés nélküli áramlástechnikai gép. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

37 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Roots-fúvó Debreceni Egyetem Műszaki Kar

38 Roots-fúvó Egy megbontott Roots-fúvó -,
- és egy kétütemű dízel motornál feltöltésként alkalmazott Root-s fúvó. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

39 Ipari nagynyomású légellátó Roots-fúvó.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

40 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ventilátorok Debreceni Egyetem Műszaki Kar

41 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ventilátorok A ventilátorok a levegőt vagy más légnemű közeget általában kisebb nyomású térből nagyobb nyomású térbe szállítják, eközben sebességét általában megnövelik. A ventilátorok a hajtásukra fordított teljesítmény árán tehát egyrészt nyomáskülönbség ellenében végeznek munkát, másrészt megnövelik a szállított levegő mozgási energiáját. Vannak esetek, amelyekben a nagyobb sebességű levegősugár előállítása a ventilátor alkalmazásának egyedüli célja, vagy a nagyobb nyomású térbe történő légszállítás mellett a mozgási energia növelése előnyös, mégis a ventilátorok túlnyomó részénél a levegő mozgási energiájának megnövelése nem gazdaságos. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

42 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ventilátorok Csak a levegő sebességének növelését célozzák azok az asztali vagy mennyezeti ventilátorok, amelyek a nyári melegben az emberi test hőátadásának javításával teszik kellemesebbé a közérzetet. Ezeknél a nyomáskülönbség ellenében végzett munka zérus, illetve pontosan nem is határozható meg. A jobb hőátadás követelménye felmerülhet az ipari hűtés, illetve szárítás esetében is, de ezeknél a hőátadó elem ellenállásának legyőzéséhez rendszerint már nyomáskülönbség ellenében végzett munkára is szükség van. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

43 Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ventilátorok Végül hasznosnak minősül a kifúvó sebesség minden olyan ventilátornál, amely a levegőt csővezetékbe szállítja mindaddig, amíg az nem haladja meg a csővezetékben egyébként is szükséges sebességet. Áramlási és szerkezeti szempontból a ventilátorok két fő típusát különböztetik meg: - a radiális átömlésű vagy centrifugális ventilátort - az axiális átömlésű ventilátort. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

44 A radiális- és az axiális ventilátor felépítése
A radiális ventilátor elvi vázlata Az axiális ventilátor elvi vázlata 1- ház; 2- szívócsonk; 3- vezetőlapátozás; 4- járókerék; 5- nyomócsonk; 6- tengely Debreceni Egyetem Műszaki Kar

45 A radiális ventilátor működése
Radiális ventilátoroknál a levegő a ventilátor járókerekébe a tengellyel párhuzamos irányból lép be (esetleg már perdülettel), majd a tengelyre merőleges síkba terelődik (52. ábra). Az elterelődés után a járókerékben az áramlás nem sugárirányban (radiálisan) folytatódik, hanem a tengelyre merőleges síkban a lapátok között különféle hajlású áramvonalat képez. A járókerékből a palást mentén kilépő levegőt a csigaház tereli tovább és az a nyomócsonkon át a tengelyre közel merőleges irányban lép ki a ventilátorból.

46 Radiális ventilátor hasznos teljesítménye
Radiális ventilátornál a hasznos teljesítmény: Ph=q·(p1-p2)=A·v·(p1-p2) q - a térfogatáram, p1 - a szívócsonkban fellépő nyomás, p2 - a nyomócsőben fellépő nyomás, A - a ventilátor légáramlás céljából szabad keresztmetszete, v - a ventilátor légsebessége az adott szabad keresztmetszetben. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

47 Az axiális ventilátor működése
Axiális ventilátoroknál a tengelyirányból (esetleg perdülettel) beáramló levegő ugyancsak a tengely irányában (esetleg perdülettel) lép ki a ventilátorból. Az áramvonalak a lapátok között áthaladva, jó közelítéssel a tengellyel koncentrikus hengerfelületeken, csavarvonalakhoz hasonlóan alakulnak ki. A két ventilátortípust külsőleg a csigaház, illetve a csőszerű hengeres burkolat különbözteti meg egymástól.

48 Az axiális ventilátor hasznos teljesítménye
Axiális ventilátornál a hasznos teljesítmény: A = a ventilátor légáramlás céljából szabad keresztmetszete, ρl = a levegő sűrűsége, v = a ventilátor légsebessége az adott szabad keresztmetszetben.

49 A radiális- és az axiális ventilátor bevezetett teljesítménye
A bevezetett teljesítmény mind a radiális, mind az axiális ventilátornál: ηvent = a ventilátor hatásfoka, ηvent≈80% Debreceni Egyetem Műszaki Kar

50 A radiális- és az axiális ventilátor
Falszárító radiális ventilátor Debreceni Egyetem Műszaki Kar

51 Ipari radiális ventilátor.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

52 Jó minőségű… radiális ventilátorok
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

53 A félaxiális ventilátor (utóterelő lapátozással)
A két szélső eset között átmeneti, félaxiális megoldás is lehetséges, amelynél az áramvonalak kúpfelületeken vagy ahhoz hasonló forgásfelületeken alakulnak ki. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

54 A félaxiális ventilátor elvi vázlata
1- szívócső; 2- perdület szabályozó; 3- járókerék; 4- vezetőkerék; 5- nyomócsonk. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

55 A félaxiális ventilátor (utóterelő lapátozással)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

56 Köszönöm figyelmüket! Viszont látásra!
Debreceni Egyetem Műszaki Kar