Koncept tryskového odstředivého hydromotoru

Podobné dokumenty
Proč funguje Clemův motor

Reaktivní turbína a zákon zachování energie

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

Odstředivý tryskový motor

CVIČENÍ č. 11 ZTRÁTY PŘI PROUDĚNÍ POTRUBÍM

CVIČENÍ č. 7 BERNOULLIHO ROVNICE

PŘÍKLADY Z HYDRODYNAMIKY Poznámka: Za gravitační zrychlení je ve všech příkladech dosazována přibližná hodnota 10 m.s -2.

Elektromechanický oscilátor

Clemův motor vs. zákon zachování energie

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov. Modelování termohydraulických jevů 3.hodina. Hydraulika. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Výsledný tvar obecné B rce je ve žlutém rámečku

Návrh toroidního generátoru

3.1.8 Hydrostatický tlak I

Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Inovace magisterského studijního programu Fakulty ekonomiky a managementu

Síla, vzájemné silové působení těles

Cvičení z termomechaniky Cvičení 8.

4. Kolmou tlakovou sílu působící v kapalině na libovolně orientovanou plochu S vyjádříme jako

Dynamika vázaných soustav těles

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

Odhad změny rotace Země při změně poloměru

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Motory s potlačenou funkcí generátoru

DOPRAVNÍ A ZDVIHACÍ STROJE

DYNAMIKA ROTAČNÍ POHYB

nafty protéká kruhovým potrubím o průměru d za jednu sekundu jestliže rychlost proudění nafty v potrubí je v. Jaký je hmotnostní průtok m τ

MODERNÍ TECHNOLOGIE A DLOUHOLETÁ ZKUŠENOST

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

Měření momentu setrvačnosti

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

HUSTOTA PEVNÝCH LÁTEK

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. = (pascal) tlak je skalár!!! F p = =

Teoretické otázky z hydromechaniky

Rezonanční elektromotor II

VY_32_INOVACE_C hřídele na kinetickou a tlakovou energii kapaliny. Poháněny bývají nejčastěji elektromotorem.

MODERNÍ TECHNOLOGIE A DLOUHOLETÁ ZKUŠENOST

Toroid magnet motor VIII

Proudění ideální kapaliny

Hydromechanické procesy Hydrostatika

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

Katalog vertikálních čerpadel série T

Laboratorní úloha Měření charakteristik čerpadla

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

KLOBOUČNÍKU, POTŘEBUJI FEZ!

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

Příloha-výpočet motoru

LAMELOVÁ ČERPADLA V3/25

3.1.7 Počítáme s tlakem

trubku o délce l. Prut (nebo trubka) bude namáhán kroutícím momentem M K [Nm]. Obrázek 1: Prut namáhaný kroutícím momentem.

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Stanovení kritických otáček vačkového hřídele Frotoru

KATALOGOVÝ LIST. VENTILÁTORY AXIÁLNÍ PŘETLAKOVÉ APMB 1600 a 2400 pro mikrochladiče

Fyzika - Kvinta, 1. ročník

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Toroid magnet motor IV

p gh Hladinové (rovňové) plochy Tlak v kapalině, na niž působí pouze gravitační síla země

32 CVX SIGMA PUMPY HRANICE ODSTŘEDIVÁ, RADIÁLNÍ, ČLÁNKOVÁ HORIZONTÁLNÍ ČERPADLA

Dimenzování pohonů. Parametry a vztahy používané při návrhu servopohonů.

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Otázky pro Státní závěrečné zkoušky

RPS SIGMA PUMPY HRANICE

Projection, completation and realisation. MHH Horizontální odstředivá kondenzátní článková čerpadla

Rychlostní a objemové snímače průtoku tekutin

102FYZB-Termomechanika

MODERNÍ TECHNOLOGIE A DLOUHOLETÁ ZKUŠENOST

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Dvojčinné kulové, pístové čerpadlo. Oblast techniky

Katalog vertikálních čerpadel série T

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

OBSAH. Katalog zubových čerpadel Obsah

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

Ideální kapalina. Tekutiny ve farmaceutickém průmyslu. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. » Kapaliny. » Plyny

MODERNÍ TECHNOLOGIE A DLOUHOLETÁ ZKUŠENOST

Rozumíme dobře Archimedovu zákonu?

Pokud uvažujeme v dynamice tekutin nestlačitelné proudění, lze si vystačit pouze s rovnicí kontinuity a hybnostními rovnicemi. Pokud je ale uvažováno

7. MECHANIKA TEKUTIN - statika

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH TRUBKOVÝCH SVAZKŮ

(1) Řešení. z toho F 2 = F1S2. 3, 09 m/s =. 3, 1 m/s. (Proč se zde nemusí převádět jednotky?)

Míchání a homogenizace směsí Míchání je hydrodynamický proces, při kterém je různými způsoby vyvoláván vzájemný pohyb částic míchaného materiálu.

Příklady z hydrostatiky

Na libovolnou plochu o obsahu S v atmosférickém vzduchu působí kolmo tlaková síla, kterou vypočítáme ze vztahu: F = pa. S

Univerzita obrany. Měření součinitele tření potrubí K-216. Laboratorní cvičení z předmětu HYDROMECHANIKA. Protokol obsahuje 14 listů

OBSAH. Katalog zubových čerpadel Obsah

RV, RK SIGMA PUMPY HRANICE A KOMPRESORY

Název společnosti: Vypracováno kým: Telefon: Datum: Pozice Počet Popis. 1 Čerpadlo má rotor zapouzdřený izolační membránou,

p V = n R T Při stlačování vkládáme do systému práci a tím se podle 1. věty termodynamické zvyšuje vnitřní energie systému U = q + w

Doprava kapalin čerpadly

Povrchy, objemy. Krychle = = = + =2 = 2 = 2 = 2 = 2 =( 2) + = ( 2) + = 2+ =3 = 3 = 3 = 3 = 3

MOMENT SETRVAČNOSTI 2009 Tomáš BOROVIČKA B.11

Měření součinitele odporu pláště kužele

Datum: Čerpadlo se vyznačuje měkkým rozběhem a je vybaveno ochranou proti běhu nasucho, vztlaku, přepětí, podpětí, přetížení a přehřívání.

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

PFP SIGMA PUMPY HRANICE HORIZONTÁLNÍ

účinnosti) Dovolený pracovní tlak 17,00 bar.a Teplota dopravovaného 40,0 C média Viskozita dopravovaného 0,66 mm²/s Výstupní tlak 7,05 bar.

, = , = , = , = Pokud primitivní funkci pro proměnnou nevidíme, pomůžeme si v tuto chvíli jednoduchou substitucí = +2 +1, =2 1 = 1 2 1

Pohyby tuhého tělesa Moment síly vzhledem k ose otáčení Skládání a rozkládání sil Dvojice sil, Těžiště, Rovnovážné polohy tělesa

Transkript:

1 Koncept tryskového odstředivého hydromotoru Ing. Ladislav Kopecký, květen 2017 Obr. 1 Návrh hydromotoru provedeme pro konkrétní typ čerpadla a to Čerpadlo SIGMA 32-CVX-100-6- 6-LC-000-9 komplet s motorem 3 kw s těmito parametry: Číslo produktu: 124009 Výrobce: SIGMA PUMPY HRANICE Dopravní výška H max.: Výtlak H : 61 m Dopravované množství Q max.: Průtok Q : 1,75 l/s Jmenovité napětí: 400V naše cena bez DPH: 22 470 Kč naše cena s DPH (21 %): 27 189 Kč https://www.cerpadlo-cerpadla.cz/cerpadla-ok/eshop/3-1-povrchova-cerpadla/411-4-cvx- bez-motoru/5/4508-cerpadlo-sigma-32-cvx-100-6-6-lc-000-9-komplet-s-motorem-3-kw- AKCE Výpočty budeme provádět na základě metodiky zpracované v článku http://freeenergy.xf.cz/teorie/clem.pdf, případně v dalších článcích v sekci o vynálezech a objevech na mých stránkách. Tuto teorii zde opakovat nebudeme, ale přímo použijeme příslušné vzorce. Nejdříve vypočítáme celkový průřez trysek. K tomu potřebujeme znát maximální výstupní tlak, který je dán maximální výtlačnou výškou. Ta je h = 61m. Čerpadlo musí překonat hydrostatický tlak p, který je dán vzorcem p = ρ.g.h [Pa, kg/m 3, m/s 2, m] kde ρ = 1000 kg/m 3 je hustota kapaliny, v našem případě vody, g = 9,81m/s 2 je gravitační zrychlení a h je výška v metrech. p = 1000.9,81.61 = 598,41kPa Vyjdeme z Bernoulliovy rovnice:

2 p = r.g.h + 1/2.r.v 2 Ta obsahuje dva sčítance. První představuje statický tlak a druhá dynamický tlak. Předpokládáme, že potrubí je vodorovné, takže v něm není hydrostatický tlak (h = 0) a tlak je tvořen pouze jeho dynamickou složkou. Z takto zjednodušené Bernoulliovy rovnice vypočítáme rychlost v proudění kapaliny při jmenovitém výkonu čerpadla: Dále budeme pracovat s rovnicí kontinuity: v = (2p/ρ) = (2.598410/1000) = 34,6m/s S 1.v 1 = S 2.v 2 Obr. 2. Ilustrace rovnice kontinuity Tato rovnice říká, že při změně průřezu S potrubí se změní rychlost v proudění kapaliny tak, aby průtok I = S.v zůstal stejný. To samozřejmě platí pouze pro nestlačitelné tekutiny, jako je voda. Abychom mohli vypočítat celkový průřez trysek, potřebujeme vědět, jaký je průtok při maximální dopravní výšce, avšak v údajích o čerpadle je uveden maximální průtok. Protože v odstředivém hydromotoru odstředivé síly vytvářejí podtlak, čímž odlehčují čerpadlo, budeme počítat s maximálním průtokem. Jestliže průměr přívodního potrubí je D = 32mm, potom jeho průřez S1 bude S 1 = π.d 2 /4 = 0,000804247m 2 Takže rychlost v 1 proudění kapaliny v přívodním potrubí bude v 1 = I/S 1 = 1,75.10-3 /0,000804247 = 2,176m/s Nyní již můžeme z rovnice kontinuity vypočítat celkový průřez S2 trysek: S 2 = S 1.v 1 /v 2 = 0,000804247.2,176/34,6 = 0,00005058m 2 = 50,58mm 2 Pokud například zvolíme 4 trysky, tak průřez jedné trysky bude 50,58/4 = 12,645mm 2 a když tryska bude mít kruhový tvar, její průměr d bude: d = (4.S/π) = (50,58/π) = 4mm Nyní vypočítáme další parametry tryskového hydromotoru. Nejdříve musíme zvolit průměr rotoru. Čím bude průměr větší, tím bude větší krouticí moment a nižší otáčky. Větší průměr také umožní akumulovat více kapaliny. Potřebujeme větší objem nádoby rotoru proto, aby se kapalina stačila roztočit na otáčky blízké otáčkám rotoru, než hydromotor opustí tryskami. Čím vyšší budou otáčky kapaliny, tím bude vyšší tlak v tryskách, protože k tlaku čerpadla přibyde tlak způsobený odstředivými silami. Větší proměr rotoru bude také mít větší moment setrvačnosti, což se kladně projeví v klidnějším chodu hydromotoru. Na druhé straně čím větší bude průměr rotoru, tím vyšší budou výrobní náklady. Ohledně průměru rotoru jsou zde protichůdné požadavky, takže zvolíme vhodný kompromis. Zvolme tedy průměr rotoru v oblasti trysek 20cm. Nejdříve určíme maximální otáčky. Ty budou závislé na výtokové rychlosti v2 kapaliony z trysek. Přesnou hodnotu spočítat

nedokážeme, ale budeme předpokládat, že bez zátěže se obvodová rychlost motoru bude rovnat výtokové rychlosti. Vzorec pro obvodovou rychlost je 3 v = ω.r kde ω = 2π.f je úhlová rychlost a R je poloměr rotujícího tělesa. Odtud získáme vztah pro výpočet úhlové rychlosti ω = v/r = 34,6/0,1 = 346 1/rad a konečně otáčky n za minutu n = 30ω/π = 30.346/π = 3304 ot./min. Dále můžeme vypočítat krouticí moment a odhadnout výkon hydromotoru. K tomu potřebujeme určit reakční sílu kapaliny vytékající z trysek. Reakční síla je dána časovou změnou hybnosti kapaliny : F = dh/dt = r.s 2.dl/dt.v 2. Takže trysky po obvodu rotoru působí celkovou silou F 2 = r.s 2.v 2 2 = 1000.0,00005058.34,6 2 = 60,55N Krouticí moment: Výkon: M = F.R = 60,55.0,1 = 6,055Nm P = M.ω = 6,055.346 = 2095W Nyní odhadneme příkon hydromotoru. Opět budeme přesně počítat s nepřesnými čísly. Vlivem rotace kapaliny totiž dojde k odlehčení čerpadla, takže tlak kapaliny bude ve skutečnosti menší, tudíž bude i menší příkon hydromotoru. O kolik bude tlak vlivem odstředivé síly menší je těžké odhadnout. Příkon je dán součinem tlaku a průtoku: P p = p.i kde průtok I známe (je dán parametry čerpadla) a tlak na primární straně je dán rychlostí průtoku kapaliny, kterou jsme také vypočítali: p = 1/2.r.v 2 = 0,5.1000.2,176 2 = 2367,5Pa P p = 2367,5.0,00175 = 4,14W Příkon elektromotoru pohánějícího čerpadlo bude pochopitelně větší. Jednak motor má nějakou účinnost, nějakou účinnost má i čerpadlo a dále jsou zde ztráty v potrubí. Pokud bychom počítali s tím, že vliv odstředivých sil bude nulový, bude tlak ve vstupním potrubí stejně velký jako v tryskách. V tom případě příkon bude: P p = 598410.0,00175 = 1047W. Ve skutečnosti se příkon bude pohybovat někde mezi těmito dvěma hodnotami.

4 Nyní se zaměříme na vlastní konstrukci hydromotoru, přičemž cílem bude dosáhnout co největší odstředivé síly. Obr. 3: Koncept hydromotoru z boku Na obr. 3 a 4 máme nakreslen koncept hydromotoru, který bude rotovat ve vaně s kapalinou podobně jako původní Clemův motor. Z tohoto důvodu není třeba příliš řešit utěsnění přechodu mezi přívodní trubkou a rotorem. Stačí, když se použije běžné kluzné ložisko, které bude kapalinou zároveň mazáno. Použité médium závisí na provozní teplotě. Clem použil kuchyňský olej, protože teplota média předahovala 100 C. Věřím, že při takto nízkém tlaku (600kPa) můžeme použít vodu. Ve výše zmíněném článku clem.pdf je následující věta: Porovnáme-li vztah (12) s Bernoulliovou rovnicí (5), zjistíme, že tlak na stěny rotujícího válce se rovná dynamickému tlaku kapaliny proudící potrubím rychlostí, která se rovná obvodové rychlosti válce. Tato věta říká, že pokud kapalina bude rotovat stejnou rychlostí jako celý hydromotor, bude tlak na stěny rotoru roven tlaku kapaliny vytékající z trysek. To však platí v případě, že nádoba má tvar válce o poloměru R. V našem případě je ale poloměr nádoby proměnlivý a směrem k tryskám se zvětšuje. Jaký to má smysl? Pokud máme nádobu ve tvaru válce, tak tento odstředivý tlak má efekt pouze v místě, kde jsou trysky. V jiných místech nemá žádný účinek. Jestliže je tvar nádoby kónický, odstředivý tlak způsobuje, že tlak na trysky působí nejen radiálně, ale také z boku, čímž dosáhneme vyššího tlaku na trysky. Představte si to tak, jako kdybyste jeli z kopce. V tom případě dosáhnete zrychlení působením gravitační síly a u hydromotoru je to podobné, jen gravitaci

nahradíme odstředivým zrychlením. Tolik k vysvětlení, proč jsme použili kónický tvar nádoby. Původně jsem chtěl použít tvar kuželu, ale potom mě napadlo, že výhodnější bude zvyšovat postupně sklon po části kružnice. 5 Obr. 3: Koncept hydromotoru zepředu