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

1. 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.

1. Narysować wykres i-s stopnia akcyjnego

2. Praca obwodowa na wykresie powyżej to h_u.

3. Rozpoznaj z rysunków, który trójkąt prędkości jest w turbinie akcyjnej, a który w reakcyjnej.

Turbina akcyjna: α₁ ≠ β₂,   c₁ ≠ w₂

Turbina reakcyjna (wirnik bębnowy): c₁ = w₂, α₁ = β₂ , w₁ = c₂ , β₁ = α₂

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

1. Narysować na wykresie i-s parametry całkowite (p_0c, T_0c, p_2c, T_2c)

1. Kiedy wykres mocy jest nieprzeciążalny? Dla β₂ < 90, czyli dla łopatki wygiętej do tyłu

2. 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.

1. 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.

1. Charakterystyka dławieniowa – regulacja parametrów przez dławienie

1. Jak kąt β₂ wpływa na spręż?

gdy łopatka jest wygięta do przodu (łopatka z prawej) kąt β₂ > 90. Wtedy występuje największa wartość c_2u – nawet 2_u2. Z równania Eulera wynika, że wartość pracy technicznej jest wtedy największa – jest więc również największy spręż.

Dla β₂ < 90 występuje najmniejsza wartość c_2u która może być nawet równa 0.

1. Jaki parametr wpływa na sprawność obwodową?

$$\eta_{u} = \frac{h_{u}}{H_{s}}$$

Praca obwodowa uwzględnia 3 grupy strat -dwie straty łopatkowe (kierownicze i wirnikowe)

h_u = H_s − (h_wyl + Δh_d + Δh_l)

$\Delta h_{d} = \frac{c_{1s}^{2} - c_{1}^{2}}{2}$ $\Delta h_{l} = \frac{w_{2s}^{2} - w_{2}^{2}}{2}$ więc można też napisać że na spr obwodową wpływają prędkość bezwzględna na wlocie i względna na wylocie

1. Metody regulacji wentylatora

Regulacja za pomocą liczby obrotów silnika dławienie

Regulacja krętem

1. Równanie Eulera – wyprowadzenie

I postać:

$${M = {\dot{K}}_{2} - {\dot{K}}_{1} = \dot{m} \times c_{2}l_{2} - \dot{m} \times c_{1}l_{1}\backslash n}{M = \dot{m} \times \left( c_{2}r_{2}\cos\alpha_{2} - c_{1}r_{1}\cos\alpha_{1} \right)\backslash n}{M = \dot{m} \times \left( c_{2u}r_{2} - c_{1u}r_{1} \right)\backslash n}{N_{\infty} = M \times \omega = \dot{m} \times \left( c_{2u}\omega r_{2} - c_{1u}\omega r_{1} \right)\backslash n}{N_{\infty} = \dot{m} \times \left( c_{2u}u_{2} - c_{1u}u_{1} \right)\backslash n}{N_{\infty} = \dot{m} \times l_{t\infty}}$$

l_t∞ =  c_2uu₂ − c_1uu₁

II postać:

$${w_{2}^{2} = u_{2}^{2} + c_{2}^{2} - 2u_{2}c_{2}\cos\alpha_{2}\backslash n}{w_{2}^{2} = u_{2}^{2} + c_{2}^{2} - 2u_{2}c_{2u}\backslash n}{w_{1}^{2} = u_{1}^{2} + c_{1}^{2} - 2u_{1}c_{1u}\backslash n}{c_{1u} = \ \frac{u_{1}^{2} + c_{1}^{2} - w_{1}^{2}}{2u_{1}}\backslash n}{c_{2u} = \ \frac{u_{2}^{2} + c_{2}^{2} - w_{2}^{2}}{2u_{2}}}{l_{t\infty} = \frac{1}{2}\left( u_{2}^{2} + c_{2}^{2} - w_{2}^{2} \right) - \frac{1}{2}\left( u_{1}^{2} + c_{1}^{2} - w_{1}^{2} \right)\backslash n}{l_{t\infty} = \frac{\left( c_{2}^{2} - c_{1}^{2} \right) + \left( w_{1}^{2} - w_{2}^{2} \right) + \left( u_{2}^{2} - u_{1}^{2} \right)}{2}}$$

1. Wykres turbiny reakcyjnej

1. Przedstaw pracę obwodową w turbinie

h_u = H_s − (h_wyl + Δh_d + Δh_l)

$$h_{\text{wyl}} = \ \frac{c_{2}^{2}}{2}$$

$\Delta h_{d} = \frac{c_{1s}^{2} - c_{1}^{2}}{2}$ $\Delta h_{l} = \frac{w_{2s}^{2} - w_{2}^{2}}{2}$

1. I zasada termodynamiki dla maszyny przepływowej rozprężnej

$$i_{0} + \frac{c_{0}^{2}}{2} = i_{1} + \frac{c_{1}^{2}}{2}$$

$$i_{0} - i_{1} = \frac{c_{1}^{2} - c_{0}^{2}}{2}$$

1. Równanie energii w ruchu obrotowym

O równaniu energii w ruchu obrotowym decyduje zasada zachowania krętu:

$${M = {\dot{K}}_{2} - {\dot{K}}_{1} = \dot{m} \times c_{2}l_{2} - \dot{m} \times c_{1}l_{1}\backslash n}{M = \dot{m} \times \left( c_{2}r_{2}\cos\alpha_{2} - c_{1}r_{1}\cos\alpha_{1} \right)\backslash n}{M = \dot{m} \times \left( c_{2u}r_{2} - c_{1u}r_{1} \right)}$$

1. Naszkicuj zmiany energii 2-stopniowego wentylatora

1. 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).

1. Kinematyka stopnia reakcyjnego w turbinie dla ρ=0,5

c₁ = w₂, α₁ = β₂ , w₁ = c₂ , β₁ = α₂

1. 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.

1. Scharakteryzuj parametry geometryczne łopatki

dp − srednica podzialowa ∖ nl − wysokosc lopatki ∖ n

1. Zapisz i przeanalizuj równanie maszyny przepływowej sprężającej promieniowej w zależności od warunków wlotowych

l_t∞ =  c_2uu₂ − c_1uu₁

gdy prędkość doprowadzona jest bez zawirowań, nie ma krętu, tzn. że prędkość jest doprowadzana osiowo

c1=c1a; c1u=0

l_t∞ =  c_2uu₂

1. Określ sprawność termodynamiczną drugiego stopnia w III stopniowej sprężarce

$$\eta_{t} = \ \frac{\Delta i_{s1 - 3}}{\Delta i_{1 - 3}} = \frac{c_{p}T_{3s} - c_{p}T_{1}}{c_{p}T_{3} - c_{p}T_{1}} = \frac{c_{p}(T_{3s} - T_{1})}{c_{p}{(T}_{3} - T_{1})} = \frac{T_{3s} - T_{1}}{T_{3} - T_{1}}$$

1. Poprawa sprawności sprężarki wielostopniowej

Chłodzenie międzystopniowe

1. 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

1. Jak zmieni się energia kinetyczna cieczy, jeśli jej prędkość wzrośnie trzykrotnie?

$$\frac{{(3 \bullet c)}^{2}}{2} = 4,5 \bullet c^{2}$$

1. Porównaj kinematykę w stopniach osiowym i promieniowym.

a – osiowy, b - promieniowy