partea i + partea ii hidra subiecte rezolvate

Upload: ingerece

Post on 08-Jul-2015

189 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Partea I

1. Maini hidraulice, definiii, clasificriMaina de for reprezint un ansamblu de organe de maini ce realizeaz un transfer de energie. Mainile hidraulice sunt acele maini de for la care n transferul de energie este implicata energia hidraulic (EH). Generatoare hidraulice (pompe, ventilatoare, suflante, compresoare, etc.) E -> EH Motoare hidraulice (turbine, cilindri de acionare, mori de vnt, etc.) EH -> E Transformatoare hidraulice: In circuit inchis (cuplajul hidraulic, ambreajul hidraulic, torbotransmisia) E -> EH -> E In circuit deschis (Brglzan, sisteme de desecare Olanda) EH -> E -> EH Dup modul de realizare a transferului de energie, generatoarele hidraulice pot fi clasificate n: Generatoare hidrodinamice (turbopompe, ventilatoare) Generatoare volumice Pompe cu fluid motor Pompe electromagnetice Elevatoare hidraulice Generatoare hidrodinamice Generatoarele hidrodinamice (turbogeneratoare, turbomaini) - transfera energie prin interaciunea dintre rotor si fluidul vehiculat, datorita modificrii momentului cinetic. Sunt caracterizate de viteze mai mari ale fluidului in comparaie cu organele active ale mainii, de faptul ca aspiraia si refularea comunica intre ele, iar energia cedata fluidului este funcie de debit. Generatoare volumice Generatoarele volumice - transfera energie prin transportul periodic al unor volume elementare de fluid sub presiune, intre aspiratie si refulare. Sint caracterizate prin viteze de acelasi ordin de marime ale organelor active si ale fluidului, prin faptul ca aspiratia este separata etans de refulare, iar energia cedata fluidului este teoretic independenta de debit.

Pompe cu fluid motor Generatoarele cu fluid motor - transfera energie prin amestecul a doua fluide cu energii diferite. (ejectoare, pompe mamouth, pompe cu gaz comprimat)

Pompe electromagnetice Pompele electromagnetice - transfera energie prin inducerea unui cmp de viteze, intr-un fluid electroconductor, de catre cimpul electromagnetic al energiei primare.

Elevatoare hidraulice Elevatoarele hidraulice - transfera energie sub forma de energie potentiala, prin ridicarea periodica a unor volume de lichid la o cota geodezica superioara.

2. Parametri fundamentali ai generatoarelor hidraulice. Suprafee caracteristice. Curbecaracteristice Transferul de energie realizat de un generator hidraulic poate fi analizat cu ajutorul unor parametri. Pentru definirea acestora s-a adoptat schema unui sistem care cuprinde: un generator hidraulic, un motor, un sistem de cuplare precum si legaturile cu circuitul hidraulic, aspiratia a si refularea r.

Debitul volumic Q - volumul de fluid care traverseaz seciunea de refulare n unitatea de timp. [m3/s] Energia specifica cedata curentului de fluid - diferenta dintre: energia specifica medie a curentului de fluid in sectiunea de refulare r si energia specifica medie a curentului de fluid in sectiunea de aspiratie a.

La generatoarele pentru gaze aceast energie, numit presiune total i notat cu D pt , are expresia: se exprim dimensional n presiuni,[Dpt] = L-1 MT-2 . Puterea absorbit P - puterea necesar generatorului hidraulic pentru transferul puterii utile ctre masafluid (putere msurat la intrarea n generatorul hidraulic).

Randamentul generatorului (h) - gradul de transformare a energiei in interiorul masinii, exprimat derelatia:

=

Pu P

Viteza unghiulara (w) - numarul de radiani parcursi intr-o secunda. Turatia (n) - numarul de rotatii pe minut ale arborelui generatorului hidraulic. n = 30 Momentul la arbore M - cuplul masurat la arborele generatorului, avind expresia:

M=Pmotoare.

Randamentul cuplajului hc - eficienta energetica a sistemului de cuplare dintre generator si masina Randamentul motorului hm - gradul de transformare a energiei in interiorul motorului de antrenare. Puterea agregatului (grupului) Pag - puterea absorbit de motorul de antrenare. ntre puterea util i cea agrupului exist relaia: Pu = c m Pag

NPSH [m]Energia minim absolut raportat la planul de referin cavitaional. (vezi cap. Cavitaie)

Nivelul de zgomot:L = 20 ln (PS/PSmin) [-] PSmin = 0,00002 N/m2 In timpul functionarii unui generator hidraulic poate fi pusa in evidenta o dependenta functionala intre parametrii generatorului, ai motorului de antrenare, ai sistemului hidraulic in care se incadreaza generatorul si caracteristicile fizice ale fluidului de lucru. Aceasta dependenta, stabilita experimental, nu poate fi exprimata sub forma unor relatii generale matematice, ceea ce determina utilizarea ei, in general sub forma grafica.

dependenele primare H = f(n,Q) i M= f(n,Q) corespunztoare energiei cedate H i momentului M. dependente specifice: a coeficientului de cavitaie la pompe sau a nivelului de zgomot la ventilatoare, ambele in funcie de turaie i debit.

Dependenele derivate se pot calcula: P = f(n,Q) si h = f(n,Q).Intr-un sistem de axe cartezian triortogonal, funciile de mai sus reprezint suprafee caracteristice: H = f(n,Q) - suprafaa caracteristic energetic M= f(n,Q) - suprafaa caracteristic a momentului

Suprafete si curbe caracteristice pentru o pompa centrifuga

Interdependenta principalilor parametri. Suprafee caracteristice. Curbe caracteristice.

caracteristica universala

3. Functionarea generatoarelor hidraulice in conditii diferite de cele normale

4. ncadrarea generatoarelor in sisteme hidraulice . Punctul de funcionare.

H h j = H ha + M ja Q 2j a

H hr = H hk + M r k Qr2kH = H hr H haQ jk = Q ja = Qrk = QUnde:

Hh = z + p/rg + a v2/2g = Hp +Mc Q2 Hp = z + p/rgIn consecinta:

Hpj + H = Hpk + M*Q2jk ecuatia de continuitate in noduri, de tipul SQj+SQjk=0, in care debitele Qj sunt debitele concentrate in nodulj,iar debitele Qjk , cele de pe arterele convergente in nodul j; ecuatia energiilor pentru tronsoanele care nu contin generatoare hidraulice de tip Hpj - Hpk = MQjk|Qjk|, in care sensul debitului Qjk este necunoscut, insa considerat pozitiv de la j la k; ecuatia energiilor pentru tronsoanele care contin generatoare hidraulice, de tip H+Hpj= MQ2jk+ Hpk, in care sensul debitului Qjk este cunoscut de la j la k.

H + H pi = H pe + MQ 2

H = z e zi +H g = z e zi

pe pi + MQ 2 g

H s = H pe H pi = z e zi +

pe pi p pi = Hg + e g g

5. Factori care influeneaz punctul de funcionare.Specifici mainii ( tip, n, D) Specifici sistemului (Hs, M) Specifici fluidului ( densitate, vscozitate, coninut polifazic al fluidului, temperatura) Specifici mainii ( tip, n, D)

Specifici sistemului (Hs, M)

Hs = 0 Instalatii de ventilare Instalatii de incalzire Alte instalatii in circuit inchis In cazul gazelor (la instalatii de ventilare), caracteristica sistemului este:

pt = pe pi + gMQ 2 ceea ce pentru cazul aspiratiei si refularii in atmosfera devine pe=pi=pat:

pt = gMQ 2

Specifici fluidului ( densitate, vscozitate, coninut polifazic al fluidului, temperatura) Doua masini identice care vehiculeaza fluide de densitati diferite H1 =H2 (H= constant), (pr)1(pr)2 ; (pa)1(pa)2 pr pa H g

Influenta temperaturii: Dimensiuni geometrice (dilatatie) Vascozitatea Presiunea de vaporizare (NPSH)

6. Cuplarea in SERIE a generatoarelor hidraulice.Se determina caracteristica unui ANSAMBLU (Generator echivalent): Staie de pompare Centrala de ventilare Se aplica schema clasica de determinare a punctului de funcionare. Se determina parametri individuali ai generatoarelor reale.

c =

gQans H ans H + H2 = 1 gQ1 H1 gQ2 H 2 H1 H 2 + + 1 2 1 2

7. Cuplarea in PARALEL a generatoarelor hidraulice.

HI + Hpa = Hpr + MIQI2 HII + Hpa = Hpr + MII QII2 Caracteristica redusa: Hpr Hpa = Hredus = H M Q2

Cazul 1 MI QI2 MII QII2 0 Relatiile devin: Hansamblu = HI = HII Qansamblu = QI + QII

c =

g Qst Hst Q +Q = 1 2 g Q 1 H1 g Q2 H 2 Q1 Q2 + + 1 2 1 2

Cazul 2 MI QI2 MII QII2 0 Relatiile devin: Hansamblu = HredusI = HredusII = (Hst) Qansamblu = QI + QII = (Qst)

c =

g Qst H s t Q1 + Q2 = g Q 1 H1 g Q2 H 2 Q1 H1 Q2 H 2 + + 1 2 1 H st 2 H st

8. Cavitaia. Determinarea lui NPSH. Cavitatia este un fenomen caracteristic numai lichidelor si se manifesta prin aparitia, dezvoltarea si disparitia prin implozie a unor bule de gaz in interiorul masei de lichid in miscare.Aparitia cavitatiei are loc in momentul in care in interiorul masinii presiunea scade sub valoarea presiunii de vaporizare, ceea ce determina formarea de bule de vapori si gaz, bule cavitationale antrenate de curentul de fluid in regiuni cu presiuni ridicate unde isi micsoreaza dimensiunile pina cind isi pierd stabilitatea si se distrug prin implozie. Efectele cavitatiei asupra comportarii masinilor hidraulice sint: * scaderea brusca a performantelor energetice ale masinii prin modificarea cimpului hidrodinamic din rotor; * aparitia unor vibratii si zgomote puternice datorate imploziei bulelor de gaz in zonele cu presiuni ridicate; * distrugerea materialului in zona de implozie a bulelor cavitationale. Mecanismul distrugerii cavitationale: - Solicitari mecanice. - Solicitarile termice. - Solicitarile de natura chimica. - Solicitarile de natura electrica.

Cavitaia apare numai la LICHIDE. Toate presiunile ce apar in capitolul de cavitaie sunt in SCARA ABSOLUTA. PLANUL DE REFERINTA CAVITATIONAL este situat deasupra axului pompei cu presiunea critica (devaporizare). NPSH (net positive suction head) NPSH cerut, valoare specifica pompei.

Pentru evitarea aparitiei in interiorul generatorului hidraulic a cavitatiei, deci pentru mentinerea in oricepunct a unei presiuni mai mari decit cea de vaporizare este necesar ca la aspiratia generatorului sa se asigure in functie de debit o anumita energie specifica MINIMA. Aceasta energie raportata la planul de referinta cavitational este NPSH cerut.

Se determina experimental de catre furnizor si sint puse la dispozitia beneficiarului sub forma unei curbecaracteristice de cavitatie NPSH = f(Q), impreuna cu celelalte caracteristici ale generatorului hidraulic.

NPSH disponibil, valoare specifica sistemului si definita pe baza schemei urmtoare ca fiind: Energia specifica absoluta, raportata la planul de referina cavitaional, pe care o are lichidul la intrarea in pompa.

NPSH d = zi +

pi v2 p + i i hri a z a v g 2 g g

Hga = za - zi (inaltimea geodezica de aspiratie) hri-a = MaQ2 La proiectare, (calcule) se aplica:

NPSH d =NPSH

pi pv i vi2 + H ga M a Q 2 g 2 g

La aspiraia dintr-un bazin deschis relaia se simplifica:d

= 10 H ga M a Q 22 pa pv a v a + g 2 g

La exploatare (msurtori) se aplica de regul:

NPSH d =

9. Factori care influenteaza debitul limita cavitational. Factori care influenteaza debitul limita cavitational Qlim.: Factori specifici intrrii in sistem Factori specifici traseului de aspiratie Factori specifici fluidului Factori specifici intrrii in sistem Presiunea de intrare (de obicei impusa) Viteza de intrare (de obicei 0)

Factori specifici traseului de aspiraie: Hga (nlimea geodezica de aspiraie) M (modulul de rezistenta a traseului de aspiraie)

(Hga) max. este nlimea maxim pn la care se poate ridica pompa, fa de nivelul apei, fr ca aceasta s caviteze. Se atinge atunci cand NPSHd = NPSHc , adica pentru Q N = Q lim

( H ga ) max =

pi pv i vi2 2 + M a QN NPSH (QN ) g 2 g

Desigur ca punctul de functionare energetic nu depinde de pozitia pompei. Pozitia pompei in sistem este limitata de cavitatie (Hga mx) Influenta pierderilor de sarcina de pe traseul de aspiraie (M cu cat mai mic cu att mai bine ). Diametru mai mare ca la refulare; Traseu cat mai scurt; Cat mai puine schimbri de direcie (pierderi locale de sarcina); Vana de pe aspiratie deschisa complet

Factori specifici fluidului Temperatura: determina cresterea presiunii de vaporizare

La sistemele la care aspiratia se face dintr-un rezervor in care are loc condensarea/vaporizarea, presiunea deintrare este egala cu cea de vaporizare deci pi pv = 0. In acest context

NPSH

d

= H ga M a Q 2

10. Micarea IDEALA a fluidului prin rotor. Leonhard Euler a enunat trei ipoteze: Paletele sunt in numr infinit z = (numai o particula trece o data printre doua palete si deci traiectoria ei este cunoscuta). Paletele nu au grosime d = 0 (elimina o incompatibilitate introdusa de prima ipoteza). Fluidul este perfect n = 0 (lipsit de vscozitate). Vitezele fluidului: Viteza de transport u (tangenta la cercul rotoric). Ea este egala cu u = r Viteza relativa w (tangenta la paleta). Viteza absoluta v (rezulta din compunerea celor doua).

In regim permanent, ecuatia de conservare a momentului cantitatii de miscare (momentul cinetic) pentru suprafata de control A este:

(r v )( v n dA) = MA

Pentru ca vl nl = 0 relatia devine: (r1 v1 )( v1 n1 dA1 ) + (r2 v2 )( v2 n2 dA2 ) = MA1 A2

Dar Si

v1 n1 = vm1

v2 n2 = vm 2

2 (r2 v2 ) Qt ( r1 v1 ) Qt = M

A1

(v

m1

dA1 ) = (vm 2 dA2 ) = QtA

( r2 v2 sin( 90 0 2 )) Qt ( r 1 v1 sin( 90 0 1 )) Qt = MDar Pt = rgQt Ht = M Si deci:

( r2 ) v2 c o s 2 Qt ( r1 ) v1 co s 1 Qt = M = g Qt HtDe unde 1 Ht = (u2 v2 cos 2 u1 v1 cos 1 ) g Intrare dreapta a1 = 900

Ht =

u 2 v2 cos 2 g

11. Micarea REALA a fluidului prin rotor, randamentul hidraulic. Paletele sunt in numar finit (ip. 1)

Particula nu mai urmareste strict traseul paletei Ht = Ht/(1+c) c coeficient ( 0.1 0.3) variabil cu debitul Paletele au grosime finita (ip.2) d 0; Initial Qt =p D1 b1 vm1 = z1 t1 b1 vm1 Considerand vm1 constant la palete cu grosime rezulta: Qt = z1 (t1-d1) b1 vm1 < Qt Fluidul este real (ip.3) Exista VASCOZITATE si deci Pierderi de sarcina. Trei categorii de pierderi de sarcina: Liniare (distribuite); Locale; Prin oc;

H = Ht M Qt2 Ms (Qopt Qt)2In maina hidraulica sunt trei randamente pariale: Randamentul hidraulic, Randamentul volumic, Randamentul mecanic. hH= H/Ht hH = 1/(1+c) (M Q2 + Ms (Qopt Q)2)/ Ht Curba caracteristica

12. Randamentul volumic hv = Q/Qt Qt =p D1 b1 vm1 Qt = z1 (t1-d1) b1 vm1 Q = Qt qr qp qr= debit recirculat qp = debit pierdut

Zona A (etanare fr contact):d2 = distanta dintre rotor i carcas MA ~ 1/d24 (p2 pA)= MA qr2 Zona B (etanare fr contact): d1 = distanta dintre rotor si carcasa MB ~ 1/d15 si deci, (pB p1)= MB qr2 DAR pA = pB si deci (p2 p1) = (MA + MB) qr2

qr =

( p2 p1 ) (M A + M B )

MB >> MA deoarece d1