Transcript 8. előadás - DE Műszaki Kar

ÁLTALÁNOS GÉPTAN
Előadó: Dr. Fazekas Lajos
Debreceni Egyetem
Műszaki Kar
8. Előadás
Légnemű anyagokat szállító gépek
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
Légszállító gépek helye a gépek
rendszerében
Gépek
Áramlástechnikai
gépek
Villamos gépek
Erőgépek
Hőtechnikai gépek
Munkagépek
Folyadék
szállítására
alkalmas
Volumetrikus
szivattyú
Levegő szállítására
alkalmas
Áramlástechnikai
szivattyú
Ventilátor
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kompresszor
Vákuumszivattyú
A légszállító gépek felosztása rendeltetés és
szerkezeti kialakítás szerint
Az ipari üzemekben használatos légszállító
gépeket többféle szempont szerint lehet
osztályozni:
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A légszállító gépek felosztása rendeltetés és
szerkezeti kialakítás szerint
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
Kompresszorok
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
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
Dugattyús kompresszorok
Kapcsoló
Kivezető csap
Henger
(425 l/perc)
Villanymotor (hajtómotor)
(4 kW, 3 fázis)
Légtartály
(270 l)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
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
Absz. páratartalom [g/m^3]
Harmatpont-görbe.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Hőmérséklet
Kompresszor és egy vízleválasztó
levegő-előkészítő egység
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egyfokozatú dugattyús kompresszor
1- forgattyús hajtómű; 2- henger; 3- dugattyú; 4- szívócsonk;
5- nyomócsonk; 6- szívószelep; 7- nyomószelep; 8- hűtővíz
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
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:
Vhval

Vhelm
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
A kompresszió-viszony és az indikált
munka
Vhelm  V0
kompresszió viszony:   V0
•Vhelm – teljes
hengertérfogat
• A
•V – kompressziótér
•A kompresszióviszony értéke kb. 3-4, időszakos
üzem esetén 5-7.
•A kompresszor indikált munkája izotermikus
sűrítés esetén:
Wiz  p1 V1  n
•adiabatikus sűrítésnél:
K - kitevő, adiabatikus
állapotváltozás esetén.
0
p2
p1
Wad 

 1
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
( p2  V2  p1  V1 )
•A sűrítési munka ismeretében a kompresszor
hajtásához szükséges bevezetett teljesítmény:
Pb 
W  ni
 kompr .
•n = fordulatszám
•i = a működések száma
•ηKompr. = a kompresszor
hatásfoka, ηkompr ≈ 0,65-0,85
•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.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
Az álló elrendezésű
egyfokozatú,
egyhengeres
kompresszor
vázlata
Az egyfokozatú kompresszorok vázlata
a) V-hengerelrendezésű;
b) W-hengerelrendezésű
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kettő- és háromhengeres dugattyús
kompresszorok hengerei
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
A kétfokozatú kompresszorok vázlata
mindkét fokozat
lépcsősdugattyú
mögött;
a szélső hengerek képezik az
első, a középső henger a
második fokozatot
első fokozat
lépcsősdugattyú
mögött, a második
fokozat a
lépcsősdugattyú
előtt;
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.
A háromfokozatú kompresszorok
hengerelrendezése
soros hengerelrendezésű
álló kompresszor;
fekvő kompresszor,
amelynek első
fokozata
kétszeres működésű,
második fokozata a
henger elülső,
harmadik fokozata
ennek hátsó részén
van
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.
Differenciáldugattyús kompresszor felépítése
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
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
Egyéb kompresszorok
Csúszólapátos kompresszorok elvi
rajza.
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
Egyéb kompresszorok
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Kardántengely
A rotor külső fogak
Rotor belső fogak
Belépő karima
Kipufogó Karima
Csapágyfedél
Rögzítés
Hármas
tengelytömítés
9. Csapágyak
Csavarkompresszor
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egyéb kompresszorok
Mechanikus turbo-feltöltésű
gépkocsiknál alkalmazott
spirálkompresszor.
A spirálkompresszor működési
elve.
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
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
Roots-fúvó
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Roots-fúvó
Egy megbontott
Roots-fúvó -,
- és egy kétütemű
dízel motornál
feltöltésként
alkalmazott Root-s
fúvó.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ipari nagynyomású
légellátó Roots-fúvó.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ventilátorok
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
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
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
A radiális- és az axiális ventilátor felépítése
Az axiális ventilátor elvi vázlata
1- ház;
2- szívócsonk;
3- vezetőlapátozás;
4- járókerék;
5- nyomócsonk;
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
6- tengely
A radiális ventilátor elvi vázlata
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.
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
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.
Az axiális ventilátor hasznos
teljesítménye
Axiális ventilátornál a hasznos teljesítmény:
A   3
Ph 
v
2
• A = a ventilátor légáramlás céljából
szabad keresztmetszete,
• ρl = a levegő sűrűsége,
• v = a ventilátor légsebessége az
adott szabad keresztmetszetben.
A radiális- és az axiális ventilátor
bevezetett teljesítménye
A bevezetett teljesítmény mind a radiális, mind
az axiális ventilátornál:
Pb 
Ph
vent
ηvent = a ventilátor hatásfoka, ηvent≈80%
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A radiális- és az axiális ventilátor
Axiális ventilátor
Falszárító radiális ventilátor
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Ipari radiális ventilátor.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Jó minőségű… radiális ventilátorok
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
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
A félaxiális ventilátor elvi vázlata
1- szívócső;
2- perdület szabályozó;
3- járókerék;
4- vezetőkerék;
5- nyomócsonk.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A félaxiális ventilátor (utóterelő
lapátozással)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Köszönöm figyelmüket!
Viszont látásra!
Debreceni Egyetem Műszaki Kar