Maszyny przepływowe opracowanie PDF

Preview

Summary

Download Maszyny przepływowe opracowanie PDF

Description

Maszyny przepływowe Wykład – opracowanie pytania z zeszłych lat + inne 1. Różnica między turbiną a sprężarką Turbiny: to silniki, przepływ energii odbywa się od płynu do wirnika Sprężarki: to maszyny robocze, przepływ energii odbywa się od wirnika do płynu 2. Różnica między stopniem akcyjnym a reakcyjnym Akcyjny: następuje zamiana energii cieplnej w energię kinetyczną tylko w kanale kierowniczym. Ciśnienia przed i za wirnikiem są jednakowe. ρ≤10%. Inna nazwa: tarczowe Reakcyjny: rozprężanie następuje w kanale kierowniczym i kanale wirnikowym. Ciśnienia przed i za wirnikiem są różne. ρ>10%. Inna nazwa: bębnowe O rodzaju turbiny mówi stopień reakcyjności ρ. 3. Narysować wykres i-s stopnia akcyjnego p0c p0

i0c i0

c02/2 t0 0

hi

hu p1 = p2 ik

Σw Δhwyl Hk=Hs

i2

2

Δhτ

i1 1

Δhd

i1s

1s = 2s

4. Praca obwodowa na wykresie powyżej to hu. 5. Rozpoznaj z rysunków, który trójkąt prędkości jest w turbinie akcyjnej, a który w reakcyjnej. Turbina akcyjna: 𝛼1 ≠ 𝛽2 , 𝑐1 ≠ 𝑤2 β2

α1

α2

β1 c1

w2 w1 c2

u

u

Turbina reakcyjna (wirnik bębnowy): 𝑐1 = 𝑤2 , 𝛼1 = 𝛽2 ,

𝑤1 = 𝑐2 , 𝛽1 = 𝛼2 β2

α1

β1 w2

α2

c1 w1

c2

u

u

Turbina reakcyjna (wirnik tarczowy): 𝑤1 = 𝑤2 , 𝛽1 = 𝛽2 β1 α1 c1

c2

w1=w2

u

u

6. Narysować na wykresie i-s parametry całkowite (p0c, T0c, p2c, T2c)

7. Kiedy wykres mocy jest nieprzeciążalny? Dla 𝛽2 < 90°, czyli dla łopatki wygiętej do tyłu ΔNut∞

ΔNut∞

Najbardziej korzystna nieprzeciążalna

ΔNut∞

Przeciążalna

Przeciążalna

Punkt pracy

β290°

V

8. Charakterystyka niestateczna spiętrzenia charakterystyka niestateczna występuje przy kącie 𝛽2 > 90° (łopatka wygięta do przodu). Można pracować w niej tylko na ramieniu po prawej od ekstremum (punktu pracy). Na lewym ramieniu nie można pracować, gdyż występuje pompaż. Taka charakterystyka jest niekorzystna.

9. Jaka jest różnica między charakterystyką stateczną a niestateczną? stateczna występuje dla 𝛽2 < 90° (ł. Wygięta do tyłu). Całe ramię charakterystyki jest opadające więc można pracować na całej długości. Nie posiada ekstremum. Jest bardziej korzystna od niestatecznej. 10. Charakterystyka dławieniowa – regulacja parametrów przez dławienie

11. Jak kąt 𝛽2 wpływa na spręż? gdy łopatka jest wygięta do przodu (łopatka z prawej) kąt 𝛽2 > 90°. Wtedy występuje największa wartość c2u – nawet 2u2. Z równania Eulera wynika, że wartość pracy technicznej jest wtedy największa – jest więc również największy spręż. Dla 𝛽2 < 90° występuje najmniejsza wartość c2u która może być nawet równa 0.

12. Jaki parametr wpływa na sprawność obwodową? 𝜂𝑢 = Praca obwodowa uwzględnia 3 grupy strat

ℎ𝑢 𝐻𝑠

-dwie straty łopatkowe (kierownicze i wirnikowe) -straty wylotowe ℎ𝑤𝑦𝑙 =

𝑐22 2

ℎ𝑢 = 𝐻𝑠 − (ℎ𝑤𝑦𝑙 + Δℎ𝑑 + Δℎł ) Δℎ𝑑 =

2 −𝑐12 𝑐1𝑠 2

Δℎł =

2 −𝑤22 𝑤2𝑠 2

więc można też napisać że na spr obwodową

wpływają prędkość bezwzględna na wlocie i względna na wylocie 13. Metody regulacji wentylatora Regulacja za pomocą liczby obrotów silnika

dławienie

Regulacja krętem 14. Równanie Eulera – wyprowadzenie I postać: 𝑀 = 𝐾󰇗2 − 𝐾󰇗1 = 𝑚󰇗 × 𝑐2 𝑙2 − 𝑚󰇗 × 𝑐1 𝑙1 𝑀 = 𝑚󰇗 × (𝑐2 𝑟2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 − 𝑐1 𝑟 1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 ) 𝑀 = 𝑚󰇗 × (𝑐2𝑢 𝑟2 − 𝑐1𝑢 𝑟 1 ) 𝑁∞ = 𝑀 × 𝜔 = 𝑚󰇗 × (𝑐2𝑢 𝜔𝑟2 − 𝑐1𝑢 𝜔𝑟 1 ) 𝑁∞ = 𝑚󰇗 × (𝑐2𝑢 𝑢2 − 𝑐1𝑢 𝑢1 ) 𝑁∞ = 𝑚󰇗 × 𝑙𝑡∞ 𝑙𝑡∞ = 𝑐2𝑢 𝑢2 − 𝑐1𝑢𝑢1 II postać: 𝑤22 = 𝑢22 + 𝑐22 − 2𝑢2 𝑐2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑤22 = 𝑢22 + 𝑐22 − 2𝑢2 𝑐2𝑢

𝑤12 = 𝑢12 + 𝑐12 − 2𝑢1 𝑐1𝑢 𝑐1𝑢 =

𝑢12 + 𝑐21 − 𝑤12 2𝑢1

𝑐2𝑢 =

𝑢22 + 𝑐22 − 𝑤22 2𝑢2

𝑙𝑡∞ = 𝑙𝑡∞ =

1 1 2 (𝑢2 + 𝑐22 − 𝑤22 ) − (𝑢12 + 𝑐12 − 𝑤12 ) 2 2 2 2 2 (𝑐2 − 𝑐1 ) + (𝑤1 − 𝑤22 ) + (𝑢22 − 𝑢21 ) 2

15. Wykres turbiny reakcyjnej

16. Przedstaw pracę obwodową w turbinie ℎ𝑢 = 𝐻𝑠 − (ℎ𝑤𝑦𝑙 + Δℎ𝑑 + Δℎł ) ℎ𝑤𝑦𝑙 = Δℎ𝑑 =

2 𝑐1𝑠 −𝑐12

𝑐22 2 Δℎł =

2

2 −𝑤22 𝑤2𝑠 2

17. I zasada termodynamiki dla maszyny przepływowej rozprężnej 𝑖0 +

𝑐12 𝑐02 = 𝑖1 + 2 2

𝑖0 − 𝑖1 =

𝑐12 − 𝑐02 2

18. Równanie energii w ruchu obrotowym O równaniu energii w ruchu obrotowym decyduje zasada zachowania krętu: 𝑀 = 𝐾󰇗2 − 𝐾󰇗1 = 𝑚󰇗 × 𝑐2 𝑙2 − 𝑚󰇗 × 𝑐1 𝑙1 𝑀 = 𝑚󰇗 × (𝑐2 𝑟2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 − 𝑐1 𝑟1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 ) 𝑀 = 𝑚󰇗 × (𝑐2𝑢 𝑟2 − 𝑐1𝑢 𝑟1 )

19. Naszkicuj zmiany energii 2-stopniowego wentylatora

20. Omów pełną charakterystykę wentylatora oraz punkt pracy

Punkt pracy to przecięcie się charakterystyki oporów sieci i charakterystyką wentylatora. Punkt wyznacza nam, jakie powinno być spiętrzenie wentylatora, aby pokonać opory sieci. Nominalny punkt pracy jest przy najwyższej sprawności. Na wykresie obok widzimy charakterystykę wentylatora, zwaną również krzywą spiętrzenia lub krzywą dławienia (Δp), krzywą mocy (N) i krzywą sprawności (η).

21. Kinematyka stopnia reakcyjnego w turbinie dla ρ=0,5 𝑐1 = 𝑤2 , 𝛼1 = 𝛽2 , 𝑤1 = 𝑐2 , 𝛽1 = 𝛼2 β2

α1

β1 w2

α2

c1 w1

u

c2

u

22. Różnica między kierownicą a dyszą w stopniu turbinowym Kierownice – przyrządy rozprężne o stale zmniejszającym się przekroju (przepływ poddźwiękowy lub co najwyżej krytyczny) Dysze - przyrządy rozprężne, których przekrój maleje do krytycznego, a następnie zwiększa się (przepływ naddźwiękowy) Dysze kierują parę na łopatki wirnika. Dysze mogą być wykonane w formie rur lub wieńca nieruchomego z łopatkami kierowniczymi o kształcie podobnym do wirnika. W dyszy rozszerzającej się u wylotu może być osiągana prędkość naddźwiękowa. Kierownica jest szczególnym rodzajem dyszy, której powierzchnia otworu wylotowego ma najmniejsze pole przekroju. Maksymalna prędkość przepływu w kierownicy na wylocie nie przekracza prędkości dźwięku.

Rysunek 3. Kierownica

Rysunek 1. Po lewej dysza, po prawej kierownica

Rysunek 2. Dysza

23. Scharakteryzuj parametry geometryczne łopatki

𝑑𝑝 − ś𝑟𝑒𝑑𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑝𝑜𝑑𝑧𝑖𝑎ł𝑜𝑤𝑎 𝑙 − 𝑤𝑦𝑠𝑜𝑘𝑜ść ł𝑜𝑝𝑎𝑡𝑘𝑖

24. Zapisz i przeanalizuj równanie maszyny przepływowej sprężającej promieniowej w zależności od warunków wlotowych 𝑙𝑡∞ = 𝑐2𝑢𝑢2 − 𝑐1𝑢 𝑢1 gdy prędkość doprowadzona jest bez zawirowań, nie ma krętu, tzn. że prędkość jest doprowadzana osiowo c1=c1a;

c1u=0 𝑙𝑡∞ = 𝑐2𝑢𝑢2

25. Określ sprawność termodynamiczną drugiego stopnia w III stopniowej sprężarce

𝜂𝑡 =

Δ𝑖𝑠1−3 𝑐𝑝 𝑇3𝑠 − 𝑐𝑝 𝑇 1 𝑐𝑝 (𝑇3𝑠 − 𝑇 1 ) 𝑇3𝑠 − 𝑇1 = = = 𝑐𝑝 (𝑇3 − 𝑇1 ) Δ𝑖1−3 𝑇3 − 𝑇1 𝑐𝑝 𝑇3 − 𝑐𝑝 𝑇 1

26. Poprawa sprawności sprężarki wielostopniowej Chłodzenie międzystopniowe

27. Elementy maszyny przepływowej w których zachodzi konwersja energii Akcyjna: następuje zamiana energii cieplnej w energię kinetyczną tylko w kanale kierowniczym Reakcyjny: zamiana występuje w kanale kierowniczym i kanale wirnikowym 28. Jak zmieni się energia kinetyczna cieczy, jeśli jej prędkość wzrośnie trzykrotnie? (3 ∙ 𝑐)2 = 4,5 ∙ 𝑐 2 2 29. Porównaj kinematykę w stopniach osiowym i promieniowym. a – osiowy, b - promieniowy...