Wykład dla studentów II roku Inżynierii Środowiska PWr. Urządzenia Mechaniczne w Inżynierii Środowiska

Transkrypt

1 Wykład dla studentów II roku Inżynierii Środowiska PWr Urządzenia Mechaniczne w Inżynierii Środowiska dr inż. Mieczysław Łuźniak pok. 236b bud. D-2, tel , mieczyslaw.luzniak@pwr.wroc.pl materiały do wykładu na stronie www: forum.iios.pwr.wroc.pl Literatura Podstawowa: W. Jędral, Pompy wirowe odśrodkowe, Oficyna Wyd. Polit. Warszawskiej, W-wa 1996 M. Stępniewski, Pompy, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, W-wa 1978, F. Jankowski, Pompy i wentylatory w inżynierii sanitarnej, Wydawnictwo Arkady W-wa 1975, M. Janiak, Urządzenia mechaniczne w inżynierii środowiska, Część II, Skrypt Pol. Poznańskiej 1995, E. Waniek, Sprężarki i wentylatory, Skrypt Polit. Wrocławskiej 1982, Literatura Uzupełniajaca: A. Traskolański, Pompy wirowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, W-wa 1973, K. Szablowski, Pompy wyporowe, PWN Warszawa-Kraków 1972, E. Tuliszka, Sprężarki, dmuchawy i wentylatory, WNT War szawa1976r, 1

2 Zakres tematyki wykładu Urządzenia Mechaniczne w Inżynierii Środowiska - II rok IŚ - Przenośniki cieczy. Klasyfikacja, budowa. Pompy wirowe - Pompy wirowe. Zasady pracy, budowa, zastosowanie, charakterystyczne cechy. - Przepływ cieczy przez wirniki pomp wirowych. Charakterystyczne prędkości oraz kąty. - Podstawowe równanie maszyn wirowych. Założenia, wyprowadzenie, szczególne przypadki. - Rzeczywista wysokość podnoszenia pompy wirowej. Zależności, trójkąty prędkości. - Teoretyczna i rzeczywista wydajność pompy wirowej. Wpływ wymiarów geometrycznych wirników pomp. - Siły osiowe w pompach wirowych. Przyczyny powstawania, zależności, sposoby eliminowania skutków. - Napór promieniowy w pompach wirowych. Przyczyny powstawania, zależności, sposoby eliminowania skutków. - Podstawowe wielkości charakteryzujące pracę pomp wirowych. - Charakterystyki pomp wirowych. Klasyfikacja, sposoby wyznaczania. - Układy pompowe. Parametry, podział, przykłady zastosowań technicznych. - Straty hydrauliczne w układach pompowych. Klasyfikacja, metody wyznaczania, przykłady współpracy sieci. - Pole stosowalności pomp wirowych. Przykłady, zasady określania. - Współpraca pomp wirowych. Przykłady, charakterystyki zastępcze, punkty pracy. - Sposoby regulacji parametrów pracy pomp wirowych. Metody, skuteczność, przykłady. - Kawitacja w czasie pracy pomp wirowych. Definicja, miejsca występowania, skutki, sposoby eliminowania. - Zasady eksploatacji pomp wirowych. Pompy wyporowe - Pompy wyporowe. Klasyfikacja, zasady pracy, budowa, przykłady zastosowań. - Kinematyka układu korbowego. Zależności, rozkłady prędkości i przyśpieszeń tłoka. - Teoretyczna wydajność i wysokość podnoszenia pomp wyporowych tłokowych. - Wewnętrzna oraz rzeczywista wydajność pompy wyporowej. Przykłady wykresów indykatorowych. - Warunki prawidłowej pracy pompy wyporowej. - Powietrzniki w pompach wyporowych. Budowa, przeznaczenie, zasada pracy. - Sposoby regulacji parametrów pracy pomp wyporowych. Przykłady. - Charakterystyki pracy pomp wyporowych. - Ogólne zasady eksploatacji pomp wyporowych. 2

3 Maszyny do sprężania gazów - Maszyny do sprężania gazów. Klasyfikacja, budowa, zastosowania. - Rozkład ciśnień w instalacjach wentylacyjnych. - Wielkości charakteryzujące pracę wentylatorów. - Wpływ zmian prędkości obrotowej, średnicy zewnętrznej wirnika oraz gęstości gazu na podstawowe parametry pracy wentylatora. - Wpływ zanieczyszczeń gazu sprężanego na pracę wentylatora. - Charakterystyki pracy wentylatorów promieniowych oraz przepływowych. - Sposoby regulacji wentylatorów. Przykłady, porównanie metod wg zapotrzebowania mocy. - Specyficzne przykłady pracy wentylatorów. Praca wentylatora jako ssawa, współpraca z kominem itp., - Stateczność pracy maszyn sprężających gazy. Warunki, charakterystyki niestateczne, przykłady pracy niestatecznej wentylatorów. - Praca sprężania w dmuchawach oraz sprężarkach. - Chłodzenie międzystopniowe w sprężarkach przepływowych. Cel, sposoby realizacji. - Przepływ gazu przez osiowy stopień sprężający. Rozkład prędkości, przyrosty entalpii całkowitej, - Sprężarki tłokowe. Klasyfikacja, budowa, zastosowanie. - Wielostopniowe sprężarki tłokowe. Przykłady obliczeń. - Zapotrzebowanie mocy do napędu sprężarki tłokowej. Historyczne etapy rozwoju pomp r. p.n.e pompa pożarnicza w Aleksandrii tłokowa dwucylindrowa (bliźniacza), - V w. n.e. pierwsza pompa wirowa, - koniec XV w. n. e. Leonardo da Vinci wykonał pierwsze szkice pompy z wykorzystaniem siły odśrodkowej, Ramelli zbudował pompę łopatkową ( rotacyjną ), Denis Papin zbudował model pompy odśrodkowej, ulepszył przez zastosowanie wirnika wielostopniowego, J. Skeys zgłasza patent na pierwszą pompę śmigłową, Tomas Newcomen pompa tłokowa napędzana silnikiem parowym, oraz 1850 Whortington wynalazł pompę tłokową bezkorbową napędzaną maszyną parową ( Simplex, Duplex ), W. D. Andrews zastosował łopatki zakrzywione, pierwsza pompa odśrodkowa wielostopniowa ( bez łopatek kierowniczych), powstaje pierwsza firma Klein, Schanzlin und Becker. Rozpoczyna produkcję seryjną pomp wraz z ich badaniami, Osborn Reynolds zastosował kierownice od- i do-środkowe w wielostopniowej pompie odśrodkowej, firma Weise & Sohne rozpoczyna produkcję pomp śmigłowych i diagonalnych, firma Schwade zbudowała pompę wirową o sprawności ok %, - od końca XIX wieku następowały tylko ulepszenia mechaniczne, - obecnie produkuje się różne typy i rodzaje pomp wirowych, tłokowych dla różnorodnych gałęzi przemysłu. Maksymalne parametry obecnych pomp: wydajność Q do m 3 /h, ciśnienie p do 500 MPa, moc N do 250 MW 3

4 Czerpadło poiemnikowe-ciegłowe Przeznaczone do wydobywania wody z głębokich studni Najstarsze z lat 1700 r. p.n.e. Znane np. w Kairze dla studni o głębokości 91,5 m Rys Czerpadło pojemnik owe cięgłowe; 1 czerpak, 2 cięgło przegubowe, 3 zbiornik dolny, 4 zbiornik górny Czerpadło śrubowe przeznaczone do przepływu ciągłego zwane śruba Archimedesa wysokość podnoszenia do 5 6 m. Rys Czerpadło śrubowe: a) schemat, b) widok; 1 - śruba podnosząca ciecz, 2 - zbiornik dolny, 3 - zbiornik górny 4

5 Pierwsza pompa wyporowa tłokowa Rys Pompa pożarnicza z Aleksandrii z 230 r. p.n.e. wykonana z brązu; 1 - tłoki nurnikowe, 2 zawory ssawne klapowe, 3 - zawory tłoczne klapowe, 4 - otwory ssawne, 5 króciec tłoczny, 6 - dźwignia napędowa Pierwsza pompa wirowa odśrodkowa z V wieku n. e. Rys Pompa z kopalni miedzi w San-Domingos w Portugali z wirnikiem wykonanym z drewna o przestrzennej krzywiźnie łopatek. 5

6 Pierwsza pompa wirowa odśrodkowa opatentowana przez D. Papina model z roku 1687 ulepszona w 1705 przez zastosowanie wirnika wielołopatkowego promieniowe) w osłonie spiralnej (łopatki Rys Denis Papin ( ) Pierwsza pompa odśrodkowa produkowana seryjnie Produkcja od 1818 r. przez firmę Massachusetts Pumps, wirniki dwustrumieniowe o łopatkach promieniowych Rys Pierwsza seryjnie produkowana pompa odśrodkowa. 6

7 Rys Daniel Bernoulli ( ) Rys Leonhard Euler ( ) W 1805 r. Anglik Thomas Newcomen wynalazł pompą tłokową napędzaną za pomocą pary wodnej. Rys Pompa tłokowa Newcomena z napędem parowym; 1 - tłoczysko pompy, 2 - dźwignia napędowa, 3 - przeciwwaga, 4 - tłok, 5 - cylinder parowy, 6 - zbiornik wody zimnej, 7 - dysza wtryskowa wody zimnej, 8 - wytwornica pary. 7

8 Rys Seryjne odśrodkowe pompy wirowe z napędem elektrycznym produkowane przez W, Lederle Engine and Pump Factory z roku