KOMPRESORY, ČERPADLÁ, POTRUBNÉ SIETE. KOMPRESORY DEFINÍCIA Komresory sú zariadenia, ktoré sa oužívajú na stláčanie lynov. Plyny sa stláčajú z rôznych dôvodov. Najčastejšie je to rírava stlačeného vzduchu re rozličné neumatické stroje a zariadenia. V chemickom riemysle sa lyny stláčajú re rozmanité fyzikálno - chemické rocesy, ktorých riebeh závisí od tlaku (nar. skvaalňovanie, chemické reakcie a od.). Veľmi rozšírenou oblasťou je stláčanie ár v chladiacej technike a komresia tvorí základnú oeráciu v teelných čeradlách. Tlakový omer Je ukazovateľom stlačenia lynu a je to omer tlaku lynu o jeho stlačení v k tlaku red stlačením s. Dôležitým arametrom je aj výkonnosť, ktorá sa udáva objem lynu nasávaného za jednotku času a ríkonu otrebného na ohon stroja. ROZDELENIE VENTILÁTORY Ak sa tlakový omer blíži k, otom je možné zanedbať stlačenie lynu a zariadenia ktoré racujú s takýmto tlakovým omerom sa nazývajú ventilátory. Môžu byť radiálne, alebo tiež nazývané aj odstredivé, a axiálne. Ventilátory sa rozdeľujú odľa rozdielu tlaku na vstue a výstue na : - nízkotlakové Δ = 60 000Pa - strednotlakové Δ = 000 000Pa - vysokotlakové Δ = 000 0000Pa Obr. Zobrazenie axiálneho a radiálneho ventilátora. - -
Obr. Plastové radiálne nízkotlakové ventilátory NV a obežné kolo lastového ventilátoru NV. Plastové radiálne nízkotlakové ventilátory NV sa môžu ožiť re oravu vzduchu a k odsávaniu agresívnych chemikálií ako sú kyseliny a luhy. Ich výhodou je, že lasty, z ktorých sú vyrobené, majú dobrú chemickú odolnosť a reto neotrebujú ochranné nátery. Vyrábajú sa z PVC alebo z olyroylénu, sú vhodné do výbušného rostredia. KOMPRESORY Sú zariadenia, ktoré racujú s väčšími hodnotami tlakového čísla. Pre stláčanie malých a stredných množstiev lynu (6000 5000 m 3.h - ) sú vhodné objemové komresory. Na veľké množstvá sa oužívajú turbokomresory. Podľa dosahovaných tlakov sú: nízkotlakové: výtlačný tlak do,5 MPa strednotlakové: výtlačný tlak od,5 do 0 MPa vysokotlakové: výtlačný tlak od 0 do 50 MPa Podľa očtu stláčaných stuňov sa delia komresory na: - jednostuňové, - dvojstuňové - viacstuňové. Dvoj a viac stuňové komresory sa oužívajú vtedy, ak sa má dosiahnuť vysoký tlakový omer. V axiálnych turbokomresoroch býva očet stuňov až 0, retože v jednom stuni sa získava malý tlakový omer. V iestových komresoroch sa volí tlakový omer 3 5, v radiálnych turbokomresoroch je to,,5 a v axiálnych do,3. - -
Často oužívanými komresormi sú: iestové komresory Obr. 3 Vzduchom chladený iestový komresor.. valec,. hlava valca s ventilmi, 3. iest, 4. ojnica, 5. kľukový hriadeľ, 6. kľuková skriňa, 7. zotrvačník. Obr. 4 Rez ležatým dvojstuňovým komresorom. - 3 -
Obr. 5 Pohľad na komresorovú stanicu. TURBOKOMPRESORY Pracujú s dynamickým účinkom svojej činnej časti na lyn. Loatky udeľujú lynu kinetickú energiu, ktorá s ostune mení na tlakovú energiu. Podľa smeru rúdenia lynu v obežnom kolese sa delia na radiálne a axiálne. Radiálne turbokomresory racujú na odobnom rincíe ako odstredivé čeradlá, majú však vyššie otáčky a obvodové rýchlosti bývajú 5 až 380 m.s -. Axiálne komresory racujú na odobnom rincíe ako axiálne čeradlá. Schéma osemstuňového axiálneho turbokomresora je uvedená na obr. 6. Používajú sa re väčšie výkony od 5 do 500 m 3 s -. - 4 -
Obr. 6 Schéma axiálneho turbokomresora. Obr. 7 Schéma axiálneho turbokomresora. - 5 -
Obr. 8 Dvojstuňový radiálny turbokomresor.. hriadeľ,. skriňa, 3. obežné koleso rvého stuňa, 4. revádzač, 5. obežné koleso druhého stuňa, 6. sacie hrdlo. - 6 -
Na obr. 7 a obr. 8 je znázornený dvojstuňový radiálny komresor. Stláča lyn v dvoch stuňoch. Plyn je nasávaný hrdlom (6) a vlyvom dynamického účinku odstredivého kolesa. stuňa (3) stláčaný. Stlačený lyn rechádza revádzačom (4) do obežného kolesa. stuňa (5) a z neho odchádza výstuným hrdlom. VÝVEVY Sú to stroje, ktoré odsávajú lyn z uzavretých riestorov a vytvárajú v nich nízky tlak (odtlak). Pracujú niekedy s vysokým tlakovým omerom v jednom stuni, nar. až 40. Obr. 9 Rez jednočinnou vodokrúžnou vývevou. Vodokružná výveva je schematicky znázornená na obr. 9. Je jednoduchá a soľahlivá a nenáročná na obsluhu. Pozostáva z loatkového rotora a valca, ktorá je vzhľadom na rotor excentrický. Valec je čiastočne zalnený kvaalinou. Stláčanie lynu je sôsobené kvaalinou, ktorá vlyvom ohybu rotora vytvára vo valci rotujúci rstenec, ktorý koíruje tvar valca. Týmto vznikajú v rotore medzi loatkami racovné riestory, v ktorých rebieha ri otáčaní rotora cyklus nasávania, stláčania a vytláčania lynu. Kvaalinový rstenec môže súčasne intenzívne ochladzovať stláčaný lyn, čo má význam ri stláčaní lynov, kedy je ich vyššie ohriatie nežiaduce. Do valca sa musí rivádzať otrebné množstvo chladiacej vody, aby nahrádzala otelenú vodu, ktorá je strhávaná s vytláčaným lynom do výstuného otvoru a oddeľuje sa otom v odlučovači. PRINCÍP VÝPOČTU Termodynamické základy stláčania lynov a ár sú založené na výočte rocesu stláčania lynu omocou rovnice ideálneho lynu RT v = () M - 7 -
Tento výočet sa dá oužiť len vo veľmi obmedzenom ríade výočtov, obyčajne je ostačujúci re nízke tlaky lynu. V odstatnej väčšine výočtov sa oužívajú rôzne rovnice reálnych lynov. Jednou z nich je nar. rovnica ideálneho lynu korigovaná komresibilitným faktorom z. RT v = z () M Sôsoby alikácie takýchto rovníc a výočty rôznych stavov lynov je možné nájsť nar. v [3]. Tlakový diagram jednostuňového komresora. Ois komresie lynu bude uvedený re stláčanie v jednostuňovom a jednoiestovom komresore. Pracovný cyklus, t.j. nasanie lynu, tlačenie a výtlak v takomto komresore sa uskutoční očas jednej otáčky kľukového hriadeľa. Pracovný cyklus sa dobre sleduje v diagrame, v ktorom bude zakreslený riebeh tlaku lynu v závislosti od olohy a smeru ohybu iesta. Nech celý dej rebieha v ideálnom komresore, ktorý ma nasledujúce vlastnosti: - racuje s ideálnym lynom - nemá tlakové ani mechanické straty - je dokonale tesný a nemá nijaký škodlivý riestor, tj všetok nasaný a stlačený lyn sa vytlačí do výtlaku - exonent krivky n komresie v n = konšt je konštatný V 3 4 V =V V Obr. 0 Tlakový diagram ideálneho komresora. - 8 -
a b c Obr. Priebeh komresie. a) izotermická, b) olytroická, c) adiabatická. Otvorený racovný obeh (racovný obeh ideálneho komresora) činnosť takého komresora je na obr. 35. Pri ohybe iesta z ľavej krajnej olohy (úvrate) v ktorej iest úlne vylnil rietor valca (bod 4) sa do valca nasáva lyn s tlakom. V ravej krajnej olohe (bod ) nasávanie končí a ri sätnom ohybe iesta sa lyn stláča (krivka ) až na tlak, ktorý je v riestore nad výtlačným ventilom a otom sa stlačený lyn z valca vytláča (úsečka 3). Pretože sa v ideálnom komresore vytlačí všetok vzduch do výtlaku, klesne v racovnom valci na začiatku ďalšieho nasávacieho ohybu iesta tlak lynu okamžite na nasávací tlak. Komresia lynu Komresiu lynu oisuje krivka. a) izotermická komresia je komresia lynu ri konštantnej telote a vtedy zo stavovej rovnice ideálneho lynu vylýva V V = V = V = konšt (3) b) adiabatická komresia rebieha ri nulovej výmene tela s okolím kde κ je adiabatický exonent κ κ κ V = V = V = konšt (4) c κ = (5) cv Pre vzduch je κ =,4 c) olytroická komoresia n n n V = V = V = konšt (6) - 9 -
kde n je olytroický exonent < n < κ. Sotreba mechanickej v racovnom cykle komresora je znázornená lochou v diagrame V. Je to tlaková (technická) ráca. A = Vd (7) Pre izotermický cyklus komresora sa dostane sojením (3) a (7) vzťah A iz = V ln (8) Teoretický ríkon ri izotermickej komresii sa získa, ak sa za objem dosadí objem nasávaný za jednotku času P = V iz ln (9) Pre adiabatický cyklus komresora je technická ráca : a adiabatický ríkon κ κ κ A ad = V (0) κ κ κ κ P = V ad () κ Pre olytroický dej latia tie isté vzťahy ako re dej adiabatický. Rozdiel je v tom, že adiabatický exonent κ sa nahradí olytroickým exonentom n. Skutočný výkon komresora sa od ideálneho líši redovšetkým tým, že má komresný škodlivý riestor a racuje so stratami. Pracovný diagram skutočného komresora, ktorý možno na komresore namerať, sa nazýva indikátorový diagram. - 0 -
3 i l 4 L L Obr. Indikátorový diagram komresora. Hlavný rozdiel je v tom, že body 3 a 4 neležia na čiare nulového objemu, retože medzi hlavou valca a iesta zostáva škodlivý riestor, (obr., úsek označený úsekom l). Tento je otrebný na umiestnenie a srávnu činnosť ventilov a otrebnou vôľu medzi hlavou komresora a iestom v jeho výtlačnej úvrati. Krivka rezentuje riebeh stláčania lynu. Konečný tlak v bode je vyšší než výtlačný tlak v dôsledku stratu na výtlačnom ventile a v dôsledku rekonávania rítlačnej sily ventilu. Čiara 3 redstavuje vytláčanie lynu. Krivka 3 4 rerezentuje exanziu lynu, ktorý ostal v škodlivom riestore. Čiara 4 redstavuje nasávanie nového lynu do valca. Tlak vo valci je v dôsledku strát a zotrvačnosti nasávacieho ventila nižší ako v nasávacom hrdle. Práca komresora je graficky znázornená lochou indikátorového diagramu. Nahradením tejto lochy rovnako veľkou lochou obdĺžnika, ktorý má dĺžku základne rovnakú ako je dĺžka indikátorového diagramu (veľkosť zdvihu iesta L), sa získa stredný indikátorový tlak i, ktorý je určený výškou obdĺžnika. Indikovaný ríkon P i na jeden valec komresora sa môže určiť zo vzťahu P = SLn () i i kde S je lošný rierez valca, L je dĺžka racovného zdvihu a n je frekvencia ohybu iesta. Izotermická účinnosť je otom definovaná: P iz η iz = (3) Pi Adiabatická účinnosť je: - -
P Mechanická účinnosť: ad η ad =, (4) Pi P i η m = (5) Pef Mechanické účinnosť komresorov s križiakom je 0,88-0 96. Celková izotermická účinnosť: η = η η (6) ciz iz m Je hodnoty sú re menšie komresory 0,4 0,5 a re väčšie komresory 0,55 0,65. Celková adiabatická účinnosť η = η η (7) cad ad m Je hodnoty sú re menšie komresory 0,5 0,7 a re väčšie komresory 0,55 0,80 Telota lynu na konci adiabatickej komresie. Telota lynu na konci komresia je niekedy dôležitá. Je to nar. re návrh komresorov do teelných čeradiel, kedy ráve telota na výstue je rvoradým ukazovateľom. Pri adiabatickej komresii sa telota na konci komresie dá vyočítať z rovnice: κ κ κ V T = T = T (8) V Táto rovnica umožňuje vyočítať telotu T na konci adiabatickej komoresie ri známej telote T nasávaného lynu. V ríadoch, kedy je otrebný veľký komresný omer sa využívajú viacstuňové komresory. Sú síce zložitejšie, ale oužívajú sa z toho dôvodu, že zvyšovaním tlakového omeru / klesá objemová účinnosť, zvyšuje sa telota, narastajú sily a od. ČERPADLÁ DEFINÍCIA Čeradlá možno vo všeobecnosti definovať ako zariadenia, ktoré menia mechanickú energiu dodávanú z iného zdroja na mechanickú energiu čeranej kvaaliny. HYDROSTATICKÉ ČERPADLÁ ROZDELENIE Priamym ôsobením racovného elementu čeradlá dávajú čeranej kvaaline tlakovú energiu. - -
4 3 L Obr. 3 Schéma iestového čeradla.. iest,. valec, 3. nasávací ventil, 4. výtlačný ventil. Pracovný element môže konať - vratný osuv: čeradlá iestové alebo lunžerové - rotačný ohyb: čeradlá zubové, lamelové, vretenové Charakteristika Teoretický objemový výkon V t je daný súčinom racovného objemu V a frekvencie otáčania n. V = n V (9) t Pracovný objem V je určený účinom lošného obsahu iesta S a jeho zdvihu L. Skutočný objemový výkon je menší ako teoretický vlyvom netesností. Y V o t n=konst Obr. 4 Charakteristika hydrostatického čeradla.. teoretická, skutočná. Tyický tvar charakteristiky je hydrostatického čeradla je na obr. 4, kde rerušovaná čiara restavuje teoretickú charakteristiku ri konštantnej frekvencii n. Podľa nej V t nezávisí od Y. Skutočný objemový výkon vlyvom strát netesnosťami s rastom šecifickej energie mierne klesá. V o - 3 -
Maximálna šecifická energia je obmedzená konštrukciou čeradla, t.j. maximálnym retlakom, na ktorý sú dimenzované hlavné časti čeradla. Z tohto dôvodu nesmie byť na výtlačnom otrubí hydrostatických čeradiel uzatvárací rvok, nar. ventil. HYDRODYNAMICKÉ ČERPADLÁ Dodávajú kvaaline energiu dynamickýcm účinkom obežného kolesa. Tieto čeradlá môžu byť Radiálne čeradlá V obežnom kolese sa mení axiálny smer ohybu na radiálny smer a získava sa súčasne kinetická energia, ktorá sa v statore mení na tlakovú energiu. Axiálne čeradlá Obr. 5 Schéma radiálneho čeradla.. obežné koleso,. stator. Obr. 6 Schéma axiálneho čeradla.. obežné koleso,. stator. Charakteristika čeradla Charakteristika čeradla je závislosť šecifickej energie ktorú dodáva čeradlo od rietoku kvaaliny cez čeradlo. Je to najdôležitejší arameter čeradla, ktorý je nevyhnutný re - 4 -
srávny výber čeradla. Charakteristiky sú merané výrobcami na reálnych čeradlách a sú súčasťou onukového listu týchto čeradiel (obr. 7 a obr. 8): ( V ) Y = f (0) Takto definovaná charakteristika je neúlná, lebo neberie do úvahy nar. otáčky čeradla alebo viskozitu čeranej tekutiny. Ďalej je možné uviesť závislosť veľkosti ríkonu energie na ohon čeradla od rietoku: ( V ) P = f () Tiež je možné nájsť charakteristiku zadefinovanú ako funkčnú závislosť účinnosti remeny rivedenej mechanickej energie z čeradla do kvaaliny: ( V ) η = f () č 3 Niektorí výrobcovia udávajú účinnosť čeradla v tvare: V ρy ηč = (3) P Charakteristika hydrodynamického čeradla závisí od tvaru loatiek obežného kolesa, od tvaru rietokových kanálov obežného kolesa a od tvaru a drsnosti statorových kanálov. Na zložitejšie výočty sa oužívajú kriteriálne funkčné závislosti. Na tieto účely boli re čeradlá odvodené kritériá: -Reynoldsovo - bezrozmerný rietok n d ρ Re = (4) η V * = (5) 3 n d V - bezrozmerná šecifická energia Y * Y = (6) n d - ríkonové číslo P Po = (7) ρn 3 d 5-5 -
Y Y V o a) b) V o P P P P V o 0 V o 0 c) d) Obr. 7 Charakteristiky čeradiel. a) tyický tvar charakteristiky radiálneho (odstredivého) hydrodynamického čeradla, b) tyický tvar charakteristiky axiálneho hydrodynamického čeradla, c) charakteristika ríkonu a účinnosti radiálneho hydrodynamického čeradla, d) charakteristika ríkonu a účinnosti axiálneho hydrodynamického čeradla. Najsrávnejšie vyjadrenia charakteristík by boli na základe uvedených kritérií Y n d V = f ; Re 3 n d (8) alebo o vyjadrení omocou ríkonového čísla P V Po = = f ; Re 3 5 3 ρn d n d (9) Na nasledujúcich obrázkoch sú uvedené ríklady charakteristík čeradiel komerčne redávaných čeradiel. Na osi x je uvedený rietok čeradla V a na osi y je výtlačná výška - 6 -
čeradla h v, ktorá sa vyočíta odľa (45). Čísla, ktoré sú uvedené v žltých oliach (nar. 3-0-00) znamenajú označenie čeradla. Tak nar. čeradlo 3-0-00 ak bude doravovať 0 m 3.hod - vody (súčasťou charakteristiky aj informácia o tom, re akú tekutinu charakteristika latí, obyčajne je to voda) tak jej dodá energiu, ktorá odovedá výtlačnej výške asi 55 m. Označenie 900 r..m. alebo 450 r..m. znamená otáčky asynchrónneho motora, ktorý oháňa čeradlo. Obr. 8 Príklady charakteristík komerčne redávaných čeradiel. - 7 -
PRINCÍP VÝPOČTU Ak sa kvaaline ridáva otrebná energia čeradlom, otom sa Bernoulliho rovnica (33) musí obsahovať člen e č, ktorý vyjadruje otrebné množstvo mechanickej energie na kg čeranej kvaaliny. 3c 3d 3e II 5 6 7 8 9 3b h 3a 4 5 I h vztazna rovina Obr. 9 Príklad otrubnej vetvy so čeradlom, otrubiami a miestnymi odormi. Čeradlo dodá tekutine také množstvo energie, ktorá zabezečí, že sa tekutina dostane z nižšieho miestna (obr. 9, nádrž ) na vyššie miesto (nádrž ). Pritom táto energia musí zabezečiť, že tekutina bude rúdiť ožadovanou rýchlosťou (rietokom) cez otrubie, rekonajú sa všetky dĺžkové straty v otrubí (3b 3e) a miestne straty, ktoré ozostávajú zo strát v oblúkoch v otrubí (5), zúženia otrubia (6), uzatváracieho rvku, nar. ventilu (7) a rozšírenia otrubia ri vtoku do nádrže (9). Pre výočet otrubných sietí sa oužívajú dve základné rovnice. ROVNICA KONTINUITY Pre integrálnu bilanciu hmotnosti látky rúdiacej v otrubí je vhodné zaviesť ojem riemernej hmotnostnej rýchlosti. ws = ρ uds = ρus w = ρu (30) S za redokladu, že hustota ρ je konštantná v celom riereze S. w je riemerná hmotnostná rýchlosť v riereze S a u je riemerná objemová rýchlosť. Ak má ootm otrubie v bode veľkosť rietokovej lochy, kolmej na rýchlosť rúdenia látky v danom riereze S a mieste rierez S otom re stacionárne rúdenie latí: w = (3) S ws - 8 -
a v ríade nestlačiteľnej tekutiny, nar. kvaaliny: u S = u S (3) BERNOULLIHO ROVNICA Bernoulliho rovnica re otrubnú sieť obsahujúcu čeradlo má tvar: κ u + + gh + eč = κ u + + gh + e z (33) ρ ρ Vzťahuje sa len na vetvu za čeradlom, teda medzi bodmi I a II, ričom indexy na ľavej strane rovnice latia re miesto I a indexy na ravej strane rovnice latia re miesto II. Prvky ktoré sa nachádzajú red čeradlom a to zúženie na vtoku do otrubia () a otrubie (3a) sa nezaočítavajú do výtlaku čeradla, lebo sú ešte re čeradlom a ovlyvňujú nasávací tlak red čeradlom. Koeficienty κ a κ sú korekčné súčinitele kinetickej energie s ohľadom na objemovo ustrednené rýchlosti u a u. Ich hodnota závisí od rýchlostného rofilu kvaaliny v otrubí a charakterizuje ho Reynoldsovo číslo. Tieto hodnoty sú v tabuľke. Tabuľka. Závislosť hodnoty súčiniteľa κ od Reynoldsovho čísla. Re 300 4.0 3,3.0 4,.0 5,.0 6.0 6 3,.0 6 κ,44,038,03,09,09,05,05 Hodnoty ustrednených rýchlostí sa môžu vyočítať z rietoku a rovnice kontinuity. Tlaky a sú tlaky v miestach I a II, h a h sú výšky týchto miest voči vzťažnej rovine. Do rovnice treba vyočítať energiu riadajúcu na dĺžkové a miestne straty e z. Vlyvom týchto odorov ríde k oklesu tlaku medzi vstuom (I) a výstuom (II) z otrubného systému, ktorý odovedá tlakovej strate Δ z. Tomuto oklesu tlaku odovedá disiačná energia e z, ktorá sa remení na telo. Vzťah medzi nimi je: kde ρ je hustota tekutiny. z = e z ρ (34) Pre výočet strát trením je dôležité oznať charakter rúdenia tekutíny v otrubí. Môže to byť laminárny alebo turbulentný tok. Laminárny tok je možné si redstaviť ako šmýkanie sa jednej vrstvy kvaaliny o druhej vrstve. Turbulentný tok je odobný ako redchádzajúci, avšak jednotlivé vrstvy sa navzájom remiešavajú. Vlyvom tohto remiešavania sa intenzívnejšie odovzdáva hybnosť jedných častíc tekutiny iným jej časticiam a reto je re turbulentný tok kvaaliny ri strene otrubia väčší rýchlostný gradient tekutiny a z toho dôvodu aj intenzívnejšie odovzdávanie hybnosti tekutiny na steny otrubia. - 9 -
smer hlavneho toku vrstvy smer hlavneho toku vrstvy smer riecneho toku vrstvy a) b) Obr. 0 Porovnanie laminárneho a turbulentného charakteru rúdenia tekutiny. Pre výočet disiačnej energie ri rúdení tekutín v otrubných sieťach treba teda oznať nasledujúce veličiny. STRATY TRENÍM PRI PRÚDENÍ TEKUTINY V POTRUBÍ STRATY TRENÍM PRI PRÚDENÍ TEKUTINY CEZ ROVNÉ POTRUBIE Pre raktické výočty veľkosti straty mechanickej energie trením ri rúdení rovným otrubím konštatného rierezu sa zvyčajne oužíva D Arcy Weisbachova rovnica. Na obr. 9 sú to úseky (3b) a (3c), ktoré majú rovnaký riemer a otom úseky (3d) a (3e), ktoré majú menšie riemery ale tiež rovnaké. e z L u = λ (35) d Táto rovnica sa oužíva re výočet disiačnej energie ri laminárnom aj turbulentnom rúdení. Charakter rúdenia udáva Reynodsovo číslo udρ Re = (36) η Rýchlosť rúdenia tekutiny sa odorúča voliť odľa hodnôt uvedených v tabuľke. Čim je rýchlosť rúdenia tekutiny vyššia, tým sú väčšie tlakové straty v otrubí. Okrem toho je vysoká rýchlosť rúdenia tekutiny sojená aj s takými neríjemnými javmi ako sú dynamické rázy v otrubí nar. v okamihu uzavretia ventilu, čo má za následok ostuné oškodenie armatúr. Tiež vysoké rýchlosti rúdenia sôsobujú že hluk v otrubnej sieti a od. - 0 -
Tabuľka. Odorúčané rýchlosti kvaalín a lynov v otrubí. Tekutina otrubia Rýchlosť [m.s - ] voda Gravitačné rúdenie v otrubí Hydrodynamické čeradlá - sacie otrubie - výtlačné otrubie Piestové čeradlá - sacie otrubie - výtlačné otrubie Rozvodná sieť itnej vody a úžitkovej vody 0,5 3 0,5 3 0,5 0,5 0,7 Chemické suroviny Vodná ara Vzduch Benzín, nafta - sacie otrubie - výtlačné otrubie Diaľkové roovody Parovody re vykurovaciu aru s nízkym tlakom Parovody re sýtu aru s tlakom do MPa Parovodu re rehriatu aru s tlakom 4 MPa Parovody re vysokotlakovú aru 4,5 MPa Rozvod stlačeného vzduchu Ventilátor - sacie otrubie - výtlačné otrubie Plyny s tlakom 0 30 MPa 0,5 0,8,0,3,0 3 0 5 5 30 0 40 30-60 5 8 0 5 30 8 Hodnota ekvivalentného riemeru d je uvedená v tabuľke 3. Tabuľka 3. Hydraulický riemer d= d h a konštanta A h re rôzne rietokové rofily. Tvar rierezu Charakteristický rozmer Ekvivalentný riemer A h kruh medzikružie obdĺžnik d d d d d d 0 = 0 = = 0,5 h =0 b h =0 b h = b b d d d h d 64 80, d d 89,37 95,5 94,7 bh b + h 84,68 56,9 - -
Laminárne rúdenie Pre laminárne rúdenie v otrubí kruhového a nekruhového rierezu sa očíta súčiniteľ trenia tekutiny z rovnice A h λ = (37) Re Hodnota arametra A závisí od tvaru otrubia a je uvedená v tabuľke XXX. Turbulenntné rúdenie Pre výočet súčiniteľa trenia tekutiny λ je v ríade turbulentného rúdenia nutné uvažovať aj s drsnosťou ovrchu otrubia. Vo všeobecnosti otom latí: * λ = f (Re, k ) (38) Parameter k * sa nazýva omerná drsnosť vnútornej steny otrubia a vyočíta sa k * k = d str (39) Parameter k str je stredná drsnosť otrubia a jeho hodnoty sú ublikované v literatúre. Príklady sú uvedené v tabuľke 4. Tabuľka 4. Stredná absolútna drsnosť k str otrubia z rôznych materiálov Materiál rúr k str [mm] Sklo, dosadz, meď hladko ťahané 0,005 0,005 Bezošvé oceľové rúry valcované alebo ťahané, neskorodované 0,03 0,06 Oceľové rúry odĺžne zvárané, neskorodované 0,04 0,0 Oceľové rúry mierne skorodované 0,5 0,40 Oceľové rúry silno skorodované 0,50,50 Oceľové rúry vo vnútri ozinkované 0,0 0,5 PVC 0,00 Liatina nová 0,0 0,60 Pre výočet turbulentného rúdenia otrubím nekruhového rierezu sa dosadzuje za riemer d tzv. hydraulický riemer 4S d h = (40) O kde S je lošný obsah rietokového rierezu a O je zmáčaný obvod rietokového rierezu otrubia alebo kanála. Na základe týchto arametrov sa z grafu (obr. ) určí hodnota súčiniteľa trenia tekutiny λ a dosadí sa do vzťahu re výočet dĺžkových strát. - -
0, 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 3. RELATIVNA DRSNOST e * = e d 0,05 0,04 0,03 0,0 0,0 0,05 0,008 0,03 0,0.. 0,006 0,004 0,00 0,00 0,0006 0,0008 0,0004 0,000 0,0 0,009 0,008 0,00000 0,000 0,00005 0,000005 0,0000 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 Re= u d Obr. Závislosť súčiniteľa trenia tekutiny na Re a k *. STRATY TRENÍM PRI PRÚDENÍ TEKUTINY CEZ MIESTNE ODPORY Prúdenie tekutín v otrubí je však väčšinou narušené tvz. miestnymi odormi, ktorými sú rôzne ohyby, odbočny, ventily a od (obr. 9 oz. 5 oz. 8). Pri nich nastáva disiácia energie na veľmi krátkom úseku dĺžky otrubia, ale nariek tomu môže byť výrazná. Strata mechanickej energie, sôsobená miestnymi odormi sa vyočíta zo vzťahu e z u = ξ (4) kde ξ je stratový súčiniteľ miestneho odoru (sú činiteľ miestnej straty) Jeho hodnota sa dá získať z tabuliek re konkrétny ty rvku. Hodnota jeho odoru otom závisí od jeho tvaru a od charakteru rúdenia tekutiny, ktorá sa udáva Reynoldsovým číslom. Väčšinou je však charakter rúdenia cez odory turbulentný a tak sa ξ stáva nezávislé od Re. Pri určovaní súčiniteľa miestnej straty z tabuliek a grafov treba dôkladne zistiť, re ktorý rietokový rierez je uvažovaná rýchlosť u. S S u u S = ζ 0,5 (4) S Obr. Náhle zúženie otrubia. - 3 -
0,5 0,4 0,3 0, 0, r d 0,0 0,08 0,6 0,4 0,3 t / d Obr. 3 Závislosť súčiniteľa miestnej straty od geometrie otvoru re vtok do otrubia. S S u u 0,5 S ζ = (43) S Obr. 4 Náhle rozšírenie rierezu. - 4 -
,0 r d 0,5 0,0 0,5,0,5 t / d Obr. 5 Súčiniteľ miestnej straty v hladkom ohybe otrubia o 90. 9 8 7 6 5 4 3 0 A D E F B C S 0 00 00 300 400 D N A uzatvárací ventil s kovaným a vŕtaným telesom B sätný riamy ventil C uzatvárací ventil s liatym telesom D sätný rohový ventil E uzatvárací rohový ventil F uzatvárací ventil so šikmým vretenom S osúvačový uzáver s nezúženým rierezom Obr. 6 Hodnoty súčiniteľa miestných strát re niektoré armatúry. Výsledná disiačná energia e z, je otom súčtom všetkých disiačných energií jednotlivých rvkov (otrubí, oblúkov, ventilov, zúžení a od.) ktoré sú v otrubí. k e z = e zi (44) - 5 -
Z Bernouliho rovnice (33) sa vyočíta šecifická energia e č, ktorú dodá kvaaline čeradlo. Z nej sa otom určí výtlačná výška čeradla, ktorá je väčšinou udávaná výrobcami v katalógoch čeradiel (obr. 8): e h = č v g (45) Tiež je možné určiť otrebné zvýšenie tlaku kvaaliny čeradlom: = ρ (46) e č Pre návrh čeradla je otom otrebná oznať dva základné arametre: - rietok V [m 3.s - ] - dodávanú šecifickú mechanickú energiu e č [J.kg - ] Okrem nich trreba zohľadniť: - otrebnú nasávaciu výšku čeradla - fyzikálno chemické vlastnsoti čeranej kvaaliny alebo tekutej zmesi MAXIMÁLNA SACIA VÝŠKA ČERPADLA Pri návrhu nasávacieho otrubia je veľmi dôležitou veličinou tlak v nasávacom hrdle čeradla. Hodnota tohto tlaku musí byť taká, aby bolo zaručené, že tlak ani v jednom mieste čeradla neklesne na tlak nasýtených ár, ríadne na tlak, ri ktorom dochádza k uvoľňovaniu rozustených lynov. V oačnom ríade by rišlo k retrhnutiu stĺca kvaaliny a ku kavitácii, ktorá má škodlivé účinky na čeradlo. Na výočet tlaku sac v nasávacom hrdle čeradla sa oužije Bernoulliho rovnica re nasávaciu vetvu otrubia, ktorá je schematicky znázornená na obr.7. sac h sac Obr. 7 Schéma sacej vetvy otrubia. - 6 -
= u ρ sac + sac ρ + gh sac + e zs (47) Z tejto rovnice sa vyjadrí sac = u sac ρghsac ρ ρezs (48) Minimálna ríustná hodnota tlaku sac ja daná súčtom tlaku nasýtených ár kvaaliny " a hodnoty sac, ktorá berie do úvahy okles tlaku na vstue do obežného kolesa " + (49) sac sac Hodnota sac je udávaná výrobcom re danú konštrukciu a arametre čeradla. Minimálna ríustaná hodnota tlaku sac nesmie oklesnúť od hodnotu udávanú rovnicou (49). Preto je otrebné čeradlo umiestniť čo najbližšie k miestu odberu, voliť v nasávacom otrubí nižšie rýchlosti rúdenia kvaaliny (vhodné je oužiť väčšie riemery otrubia), zaradiť minimálny očet miestnych odorov (kolená, zúženia a od) do otrubia. KAVITÁCIA Kavitácia je sôsobená vznikom bubliniek ár alebo rozusteného lynu v mieste najnižších tlakov v čeradle. Tieto bublinky re rechode do oblasti vyšších tlakov náhle kondenzujú Obr. 8 Poškodenie kolesa čeradla vlyvom kavitácie. - 7 -
a tým sôsobujú imlózie, ktoré zaríčiňujú intenzívne miestne dynamické namáhanie materiálu obešného kolesa. Kavitácia sôsobuje sočiatku zdrsnenie časti ovrchu obežného kolesa, neskôr rozrušovanie materiálu na rozhraní kryštálov a nakoniec deštrukciu obežného kolesa. APARÁTY HYDROSTATICKÉ ČERPADLÁ Tieto čeradlá udeľujú kvaaline vysokú šecifickú energiu v jednom čeracom stuni a to aj ri čeraní malého množstva čeranej kvaaliny. Činné časti čeradla majú omerné malé rýchlosti. K tyickým restaviteľom atria: iestové Čerací výkon sa reguluje zmenou frekvencie racovného cyklu, alebo zmenou zdvihu šeciálne riešených ohybových mechanizmov. Používajú sa na malé čeracie výkony, lae často re veľké šecifické energie čeranej kvaaliny (tlaku až 00MPa) Čeradlo má na vo vstunom uzatvárací ventil (), ktorý sa ri ohybe iesta () do zadnej úvrate otvorí vlyvom odtlaku, ktorý je vyvolaný ohybom iesta do zadnej úvrate. Zároveň sa vlyvom odtlaku nasaje kvaalina. V okamihu ako sa iest () začne ohybovať do rednej úvrate, vlyvom retlaku, ktorý nastane vo valci čeradla, ventil sacieho hrdla () sa zavrie a otvorí sa ventil výtlačného hrdla (3). Tekutina začne rúdiť z čeradla do výtlačného hrdla a z neho do otrubia. Obr. 9 Schéma iestového čeradla.. uzatvárací ventil v sacom hrdle,. iest, 3. uzatvárací ventil vo výtlačnom hrdle. membránové Používajú sa tam, kde je otrebné čeranú kvaalinu hermeticky oddeliť od hnacieho iesta. Používajú sa na veľmi korozívne a erozívne kvaaliny. Princí ich činnosti je rovnaký ako ri riestových čeradlách. Rozdiel je len v tom, že ohyblivou funkčnou časťou nie je iest, ale membrána (3). - 8 -
Obr. 30 Schéma membránového čeradla.. uzatvárací ventil v sacom hrdle,. iest, 3. uzatvárací ventil vo výtlačnom hrdle. Obr. 3 Trojstuňové čeradlo. V ríade, že sa ožadovaný tlak na výstue nedosiahne jedným čeradlo, je možné zaojiť do série niekoľko čeradiel. Na obr. 3 je zostava troch čeradiel oháňaných jedným elektromotorom, ktorý oháňa riamo rvé čeradlo. Druhé čeradlo je s rvým sojené sojkou. Tak isto je sojené aj tretie čeradlo s druhým. Cez nasávacie hrdlo rvého čeradla sa nasáva tekutina do rvého čeradla, ktoré má výstuné hrdlo sojené otrubím s nasávacím hrdlom druhého čeradla. Podobne je sojené druhé a tretie čeradlo. Výtlačné hrdlo tretieho čeradla však už je sojené s otrubím. - 9 -
zubové Patria k najstarším tyom moderných hydrostatických čeradiel s evolventným ozubením a sú aj výrobne lacné. Používajú sa najčastejšie na čeranie mastiacich olejov alebo na čeranie a dávkovanie viskóznych kvaalín. Čerací výkon sa dá odhadnúť zo vzťahu ( D h Dr ) bnη0 π V = (50) 4 D h riemer hlavovej kružnice ozubeného kolesa D r riemer rozostuovej kružnice ozubeného kolies b činná šírka ozubeného kolesa n k frekvencia otáčania η 0 objemová účinnosť ktorá závisí od stavu čeradla, rozdielu tlakov na vstue a výstue a od viskozity kvaaliny (nar. 0,8) Obr. 3 Zubové čeradlo. vretenové Sú to moderné hydrostatické čeradlá.čerací účinnok sa dosahuje otáčaním závisotvých vretien, ričom sa kvaalina doravuje závitovými riestormi. Môžu byť jedno alebo viacvretenové. Jednoveretoné čeradlá tyu MONO sa oužívajú na čeranie susenzií. V takomto ríade je stator aj rotor namáhaný abrazívnymi účinkami tuhých častíc. Obr. 33 Jednovretenové čeradlo. - 30 -
HYDRODYNAMICKÉ ČERPADLÁ Hlavnou časťou týchto čeradiel je obežné koleso. Pre ožiadavky dodávania veľkej šecifickej energie, ak ju nemôže získať kvaalina v jednom obežnom kolese, sa konštruujú čeradlá s viacerými stuňami zaojenými do série. Obr. 34 Sériové zaojenie obežných kolies hydrodynamického čeradla. Na obr. 35 je ty radiálneho obežného kolesa je ríklad šeciálneho obežného kolesa hydrodynamického čeradla. Obr. 35 Šeciálny tvar obežného kolesa hydrodynamického čeradla. Čeracie kanáliky sú vytvorené riestormi medzi loatkami a bočnými diskami obežného kolesa. Tieto kanáliky sa v axiálnom smere s rastúcim olomerom zužujú a v obvodovom smere s rastúcim olomerom rozširujú. Takýto tvar kanálov obežného kolesa je vhodný z hľadiska rúdenia čistých kvaalín. Na ďalších obrázkoch sú konštrukčné usoriadania čeradiel. - 3 -
Obr. 36 Rez hydrodynamickým jednostuňovým čeradlom. - 3 -
Obr. 37 Rez hydrodynamickým jednostuňovým čeradlom s vyznačením všetkých konštrukčných rvkov čeradla. - 33 -
Obr. 38 Rez a ohľad na hydrodynamické jednostuňové čeradlo.. motor,, hriadeľ obežného kolesa, 3. mechanická uchávka, 4. otvor re mazanie uchávky, 5. výtlačné hrdlo, 6. obežné koleso, 7. nasávacie hrdlo. Obr. 39 Priestorový rez hydrodynamickým jednostuňovým čeradlom. - 34 -
a) c) b) Obr. 40 Ponorné čeradlo. a) ohľad na onorné čeradlá, b) rez onorným čeradlom, c) charakteristika rôznych tyov onorného čeradla, d) inštalácia onorného čeradla. d) - 35 -
Ponorné čeradlá majú šeciálnu konštrukciu, ktorá umožňuje ich celé onorenie do kvaaliny. S výhodou sa oužívajú re hlboké vrty, kedy nie je možné oužiť klasické čeradlá, lebo by bola otrebná veľká sacia hĺbka, ktorá by neumožnila revádzku čeradla, res. by hrozila kavitácia v sacom otrubí. Ponorné čeradlo, tým že je celé onorené v kvaaline neotrebuje sacie otrubie. Má len výtlačné otrubie. Na obr. 40 b je červenou farbou znázornený rotor so štyrmi obežnými kolesami. PRIEMYSLENÉ APLIKÁCIE Čeradlá atria medzi najoužívanejšie zariadenia v chemickom, otravinárskom riemysle, energetike a od. Kladú sa na ne rôzne ožiadavky. Niekedy slúžia na doravu tekutín na veľké vzdialenosti, ričom obyčajne sa doravujú väčšie množstvá tekutín. Inokedy sa oužívajú na resné vstrekovanie malých objemov, nar. do reaktorov, alebo do motorov. Môžu doravovať rôzne kvaaliny od riedkych (málo viskóznych) ako je nar. voda, mlieko, benzín až o tekutiny husté, ako sú nar. olyméry, cukrový siru. často sa oužívajú re čeranie susenzií, obsahujúcich tuhé častice. Samostatnú ozornosť treba venovať čeraniu nebezečných a výbušných tekutín, kedy je otrebné oužiť čeradlá šeciálnej konštrukcie, aby sa zabránilo úniku nebezečných látok cez tesnenia. Pre doravu skvaalnených lynov, horľavých alebo zdravotne škodlivých kvaalín sa oužívajú rozmanité druhy mechanických uchávok. Pre najnáročnejšie odmienky, kde sa vyžaduje absolútna tesnosť, nar. ri rudko jedovatých, výbušných alebo rádioaktívnych kvaalinách sa oužívajú bezuchávkové čeradlá. Sú konštruované tak, že tvoria s motorom hermeticky uzatvorený blok. Rotor sa otáča v čeranej kvaaline, ktorá zároveň maže ložiská a chladí čeradlo a jeho motor. Priestor statora je od čeranej kvaaliny hermeticky oddelený uzdrom z nemagnetického materiálu, ktoré je umiestnené v medzere medzi rotorom a statorom. Obr. 4 Jednostuňové bezuchávkové čeradlo.. sacie hrdlo,. obežné koleso, 3. výtlačné hrdlo, 4. rotor, 5. hnací hriadeľ s magnetom, 6. uzdro, 7.??? 8. ätky. - 36 -
Hermetické odstredivé čeradla so zaúzdreným motorom sú v chemickom riemysle oužívané čoraz častejšie, retože zaručujú, hlavne ri extrémnych racovných arametroch, tesnosť, významne redukovaný hluk, trojnásobne redĺžený čas medzi oravami a rehliadkami a menšie nároky na riestor oroti konvenčným čeradlám. Pre všetky odstredivé čeradlá je významným činiteľom ohraničený racovný rozsah, ričom revádzkovanie mimo tento rozsah vedie obyčajne k oruchám revádzky alebo tiež k havárii čeradla. Poznanie minimálneho a maximálneho doravovaného množstva, teda daného dooručeného revádzkovania, je zvlášť dôležité. Pre čeradlá so zaúzdreným motorom sa k tomu riája aj tá osobitosť, že elektromotor je súčasťou hydraulického okruhu. (obr.4, 4 a 43). Obr. 4 Funkčná schéma jednostuňového čeradla s chladiacim rúdom. Obr. 43 Funkčná schéma viacstuňového čeradla s chladiacim rúdom. Tesnosť stroja je zaručená tým, že žiadne rotujúce časti nerechádzajú telesom čeradla. Uloženie soločného hriadeľa čeradla a motora je v ložiskách, ktoré sa tiež nachádzajú v riestore vylnenom doravovaným médiom. K odvedeniu teelných strát motora slúži odoberaný čiastkový rúd kvaaliny, ktorý využíva diferenciu tlaku medzi saním a výtlakom čeradla. Chladiaci rúd rechádza štrbinou medzi rotorom a statorom, cez vŕtaný hriadeľ do sania red obežné koleso. Týmto sôsobom sa odvedie 80 až 95 % tela, zvyšok sa vyžiari do okolia ovrchom telesa čeradla. Toto má tiež vlyv na možnosti oužitia čeradla. - 37 -
POTRUBNÁ DOPRAVA KVAPALÍN DEFINÍCIA V otrubiach sa tekutiny doravujú na rôzne vzdialenosti. Môžu to byť transkontinentálne siete ako sú roovody a lynovody, kratšie vzdialenosti ako mestské rozvody itnej vody, krátke vzdialenosti ako nar. otrubné siete vo fabrikách až o vzdialenosti niekoľko centimetrov, nar. ri otrubiach sájajúcich dve zariadenia. Vlyvom viskózneho trenia doravovanej tekutiny o steny otrubia a vlyvom dynamických účinkov nerovnosti steny otrubia na rúdiacu tekutinu dochádza v rúdiacej tekutine k disiácii mechanickej formy energie na teelnú. Táto disiácia energie sa rejavuje stratou tlaku v rúdiacej tekutine. HNACIA SILA Hnacia sila je rozdiel šecifickej mechanickej energie na vstue a výstue z otrubia. Ak sa kvaalina doravuje z miesta s vyššou energiou do miesta sa nižšou energiou vtedy sa môže re doravu oužiť riamo tento rozdiel energií. Prietok V sa vtedy nastaví tak, aby sa hnacia sila, t.j. rozdiel energií kvaaliny, rovnala disiácii energie sôsobenej súčtom odorov trením a miestnych odorov. Tomuto sa hovorí dorava kvaalín samosádom. Ak kvaalina nemá na doravu otrubím dostatočnú hnaciu silu, otom sa musí chýbajúci rozdiel energií dodať. Toto sa realizuje nar. : - čeradlami - hydrostatickými - hydrodynamickými - tlakom lynu alebo ary na hladinu kvaaliny red jej vstuom do otrubia rúdom inej kvaaliny, lynu alebo ary PRINCÍP VÝPOČTU Strata mechanickej energie ri rúdení tekutiny v oturbí je teda sôsobená trením v rovnom otrubí a vlyvom miestnych odorov ri rúdení v ohyboch, odbočkách, ventiloch a od. 3c 3d 3e II 5 6 7 8 9 3b I 3a 5 Obr. 44 Príklad otrubnej vetvy s otrubiami a miestnymi odormi re doravu tekutiny samosádom. Pre bilancovanie mechanickej energia nestlačiteľnej tekutiny, rúdiacej medzi dvomi miestami a v otrubí sa oužije integrálny tvar Bernoulliho rovnice. Vzťahuje sa na vetvu - 38 -
medzi bodmi I a II, ričom indexy na ľavej strane rovnice latia re miesto I a indexy na ravej strane rovnice latia re miesto II. κ u + + gh = κ u + + gh + e z (5) ρ ρ Rovnica má odobný tvar ako re výočet otrubia s vetvou obsahujúcou čeradlo, len s týn rozdielom, že člen zahrňujúci energiu čeradla e č v nej nie je. NÁVRH PRIEMERU POTRUBIA PRE ZADANÝ PRIETOK Pri rojektovaní otrubí sa väčšinou rieši roblém návrhu riemeru otrubia re zadaný rietok, ričom nie je redísaná tlaková strata tekutiny v otrubnej sieti. Postu je nasledovný.. Navrhne sa odorúčaná rýchlosť rúdenia látky re rôzne účely odľa hodnôt v tabuľke. Pri voľbe rýchlosti sa vychádza z týchto zásad: - s rastúcou rýchlosťou narastájú aj tlakové straty. - re krátke a jednoduché otrubie bez veľkého očtu miestnych odorov sa volí vyššia rýchlosť - re otrubia s vyšším racovným retlakom a dovoleným väčším tlakovým sádom sa volí väčšia rýchlosť - re otrubia menších riemerov sa volia menšie rýchlosti. Pre zvolenú rietokovú rýchlosť a zadaný rietok sa vyočíta rierez otrubia V S = (5) u Z neho sa vyočíta riemer otrubia. Tento sa zaokrúhli na najbližší riemer rúry, ktorá sa vyrába a re tento riemer sa vyočíta rýchlosť rúdenia tekutiny v otrubí s týmto riemerom. 3. Určí sa charakter rúdenia odľa Reynoldsovho čísla 4. Pre toto rúdenie sa určí hodnota súčiniteľa trenia tekutiny λ, ostuom uvedeným re výočet otrubnia s čeradlom a vyočíta sa veľkost straty mechanickej energie trením e z. 5. Z Bernoulliho rovnice sa otom vyočíta nar. rozdiel tlakov v bodoch I a II, res. iné arametre otrebné arametre re navrhovaný otrubný systém. PRACOVNÝ BOD ČERPADLA Pracovný bod čeradla sa získa ako riesečník energetickej charakteristiky otrubného systému a energetickej charakteristiky čeradla. Y V je daná rovnicou (53), Charakteristika energetického nároku otrubného systému ( ) ktorá sa vyjadrí ako funkcia V. Ak sa zanedbá rozdiel kinetických energií na vstue a výstue otrubia, otom re turbulentný tok kvaaliny bude Y L + L = + g 8λ 5 ρ d e ( h h ) + 0, V (53) - 39 -
Vo vzťahu vystuuje člen L e, ktorý redstavuje tzv. ekvivalentnú fiktívnu dĺžku otrubia, ktorá má rovnakú dĺžkovú stratu ako ríslušný miestny odor v otrubí. Ekvivalentná dĺžka sa získa reočítaním ríslušnej miestnej straty omocou vzťahu: 3 d = λ ξ i Le i di (54) To znamená, že treba určiť hodnoty všetkých miestnych strát, tieto reočítať odľa vzťahu (54) na ekvivalentné fiktívne dĺžky otrubí, tieto sočítať a dosadiť do rovnice (53). Grafické znázornenie tyického tvaru oboch charakteristík, t.j. energetického nároku otrubia a energetickej onuky hydrodynamického čeradla s radiálnym obežným kolesom je na obr. Y, e g(h -h ) - V o V o Obr. 45 Určenie racovného bodu čeradla.. charakteristika otrubia,. charakteristika čeradla. Tvar charakteristiky otrubia sa určí z rovnice (53) re rôzne hodnoty rietoku V a jemu odovedajúce dĺžkové straty otrubia L a miestne straty revedené na ekvivalentné fiktívne dĺžky otrubia L e. Charakteristika čeradla sa odčíta z katalógu čeradla, dodávaného výrobcom. Pracovný bod čeradla je otom daný riesečníkom oboch charakteristík. Tento bod udáva aký tlak a rietok zabezečí konkrétne čeradlo o zaojení do danej siete. Čerací výkon hydrodynamických čeradiel možno regulovať škrtením rietoku kvaaliny regulačným orgánom (ventil,...) na výtlačnom otrubí. Takáto regulácia zmení charakteristiku otrubného systému (čiarkovaná čiara) a je energeticky nevýhodná. Výhodnejšie je regulovať omocou zmeny otáčok obežného kolesa. - 40 -
ZOZNAM SYMBOLOV b - dĺžkový rozmer [m] c - šecifická teelná kaacita ri konštantnom tlaku [J.kg -.K - ] c v - šecifická teelná kaacita ri konštantnom objeme [J.kg -.K - ] d - riemer otrubia [m] d h - hydraulický riemer otrubia [m] e č - šecifická energia od čeradla dodaná tekutine [J.kg - ] e z - disiačná energia v otrubí [J.kg - ] e zs - disiačná energia v sacom otrubí [J.kg - ] e zi - disiačná energia v i tej armatúre [J.kg - ] g - ťiažové zrýchlenie [m.s - ] h - dĺžkový rozmer [m] h sac - sacia výška [m] h v, - výtlačná výška čeradla [m] k str - stredná drsnosť otrubia [m] k * - omerná drsnosť vnútornej steny otrubia [ - ] n - olytroický exonent [ - ] n k - frekvencia otáčania [s - ] n - frekvencia ohybu iesta. [s - ] - tlak [Pa] i - stredný indikátorový tlak [Pa] s - tlaku red stlačením v komresore [Pa] sac - sací tlak v sacom otrubí čeradla [Pa] v - tlaku lynu o jeho stlačení v komresore [Pa] " - tlaku nasýtených ár kvaaliny [Pa] r - rádius [m] u - riemerná objemová rýchlosť [m.s - ] u - rýchlosť kvaaliny v sacom otrubí [m.s - ] sac v - mólový objem [m 3.mol - ] w - riemerná hmotnostná rýchlosť [kg.m -.s - ] z - komresibilitný faktor [ - ] Δ - tlaková strata [Pa] sac - tlaková stata v sacom otrubí [Pa] Δ z - tlaková stata v otrubí [Pa] A - ráca [J] A h - konštanta otrubia [ - ] D h - riemer hlavovej kružnice ozubeného kolesa [m] D r - riemer rozostuovej kružnice ozubeného kolesa [m] D N - svetlosť otrubia [m] L - zdvih komresora [m] L e, - ekvivalentnú fiktívnu dĺžku otrubia [m] M - mólová hmotnosť [kg.mol - ] O - zmáčaný obvod rietokového rierezu otrubia [m] P - ríkon [W] Po - ríkonové číslo [ - ] R - univerzálna lynová konštanta [J.mol -.K - ] Re - Reynoldsovo číslo [ - ] S locha iesta alebo otrubia [m ] T telota [K] - 4 -
V objem [m 3 ] V objemový rietok [m 3.s - ] * V bezrozmerný rietok [ - ] V racovný objem [m 3 ] V teoretický objemový výkon hydrostatického [m 3.s - ] t čeradla Y šecifická energia ktorú dodáva čeradlo od [J.kg - ] rietoku kvaaliny Y energetického nároku otrubného systému [J.kg - ] Y * bezrozmerná šecifická energia [J.kg - ] η dynamická viskozita [Pa.s] η ad adiabatická účinnosť komresora [ - ] η cad celková adiabatická účinnosť [ - ] η ciz celková izotermická účinnosť [ - ] η m mechanická účinnosť komresora [ - ] η iz izotermická účinnosť komresora [ - ] η 0 objemová účinnosť [ - ] ρ hustota tekutiny [kg.m -3 ] κ adiabatický exonent [ - ] κ i korekčné súčinitele kinetickej energie [ - ] λ súčiniteľa trenia tekutiny [ - ] ξ stratový súčiniteľ miestneho odoru [ - ] LITERATÚRA [] Vavro K., Peciar M.: Procesné strojníctvo I, STU v Bratislave, Vydavateľstvo STU, Bratislava, 998, ISBN 80-7-030-X [] Vavro K., Novák V., Rieger F.: Hydraulické ochody, SVŠT v Bratislave, Edičné stredisko SVŠT, Bratislava, 983 [3] Michalička F., Molnár A.: Alikovaná fyzikálna chémia, SVŠT v Bratislave, 988 [4] Neumaier R.: Hermetische Pumen, W.H. Faragallah, D-65843 Sulzbach Verlag und Bildarchiv 994, ISBN-3-9968-05- PRÍKLADY. Návrh hydrodynamického čeradla re zadaný rietok a výtlačnú výšku. Výočet maximálnej sacej výšky čeradla 3. Výočet racovného bodu čeradla OTÁZKY NA SKÚŠKU. Čeradlá, rozdelenie, schematické zobrazenie rincíu týchto čeradiel a ich charakteristiky. Princí výočtu čeradla odľa Bernoulliho rovnice. Maximálna sacia výška čeradla.. Potrubná dorava kvaalín, výočet tlakových strát v otrubí a ich alikácia v Bernoulliho rovnici. Návrh riemeru otrubia re zadaný rietok. Pracovný bod čeradla v otrubnej sieti. - 4 -