1. Masini Masini hidraul hidraulice ice si pneuma pneumatice tice (4)
Acestea convertesc energia mecanica in energie hidraulica sau pneumatica ,si/sau invers. Aceasta energie poate fi folosita pentru deplasarea fluidului intre punctele instalatiei sau poate fi folosita pentru actionarea altei masini . Fluidele cu care opereaza masinile se numesc fluide de lucru . Ele se
deosebesc prin starea de agregare , viscozitate, densitate, provenienta, continut de suspensii, punct de autoaprindere. In industria navala se folosesc : -Apa de mare, mare, apa tehnica, tehnica, apa potabila, produse petroliere, lichide chimice, amestecuri ,bitumuri. -Aer comprimat (lansare si tehnic),aer, gaze de ardere, gaze lichefiate, azot, !", spume. onditiile de lucru , pentru toate categoriile sunt presiunea si temperatura. ele doua componente au impact ma#or asupra functionarii masinilor hidraulice. a folosire lichidele sunt : •
ele transportate ca marfa
•
ele folosite ca agent ptr instalatiile navale.
onversia energiei se face prin : - efect di dinamic - efec efectt sta stati ticc (vol (volum umic ic)) $asinile pot fi convertibile , adica cu reversibilitatea transformarii. Elementele (marimile ) de conversie ptr fluide sunt debit si sarcina , %, &. Elementele mecanice sunt momentul si viteza unghiulara, $, '. Energia specifica a unui fluid poate fi eprimata ca fiind suma energiilor dinamica si statica.
omponenta
se regaseste in modificarea cinematicii particulei
omponenta
se regaseste in modificarea presiunii statice
$asinile la care conversia se face pe baza componentei dinamice se numesc masini cu principiu de functionare dinamic . $asinile la care conversia se face preponderent pe baza componentei statice se numesc masini cu principiu hidrostatic de functionare . *unctionarea masinilor volumice se face pe baza variatiei ciclice a volumului de lucru . +entru cuplarea la aspiratie si refulare se folosesc organe de distributie : -supape masinile fiind nereversibile - distribuitoare masinile fiind reversibile onversia se face in general in mod continuu. unt cazuti cind conversia se face in timp limitat ,deci pe o distanta scurta sub unghi limitat. Aceste masini se numesc motoare liniare sau oscilante Actionarile hidropneumatice sunt impartite in doua categorii : -ransmiterea de puteri la mare distanta -ele care ransmit comanda la elemente mecanice ale instalatiei prin intermediul fluidului energetic . +ierderile de putere se fac in ambele situatii a generatoarelor si motoarelor :
1. Masini hidraulice cu principiu de functionare dynamic
Aceste masini realizeaza conversia energetic prin modificarea componentei cinetice a energetice ca urmare a interactiunii intre fluid si rotor. inematica ( de ce e important ptr particularizari) e fac urmatoarele ipoteze : - *luidul este ideal (omogen, continuu si fara viscozitate) - raiectoria particulelor ce strabat rotorul este o linie continuua cu miscare relativa - otorul are o infinitate de paleti cu grosime zero avind forma liniilor de current $iscarea se face in doua sisteme de referinta -0nul fi cu carcasa -Altul mobil , solidar cu rotorul e foloseste un sistem de referinta in coordinate cilindrice . 1ersorii directiilor sunt : 2r, 2u , 2z. viteza absoluta raportata la sistemul fi - viteza relativa a fluidului viteza de transport a sistemului
3otind cu viteza unghiulara a rotorului , si cu pozitie a punctului + atunci
vectorul de
1iteza absoluta , relative si de transport satisface relatia oriolis :
eprezentarea grafica a relatie oriolis se numeste triunghiul vitezelor. -
Unghiul dintre viteza de transport noteaza cu α.
-
uplimentul unghiului dintre viteza de transport relativa
si viteza absoluta
se
si viteza
se noteaza cu !.
inind cont de relatia oriolis rezulta ca u runghiul vitezelor se traseaza pentru masini generatoare si pentru masini motoare. (4 56)
$odul de realizare a conversiei energetice. +ornind de la ecuatia Euler in sistem de referinta fi
se obtine ec. :
, pentru doua puncte 7 si " de pe linia de current , pentru masini aiale cu vitezele tangential u7 si u" se obtine:
oncluzie : "ariatia energiei cinetice # piezometrice # si de pozitie intr$un rotor de masina centrifuga (membrul sting)# are loc pe seama lucrului mecanic efectuat de fortele centrifuge# in deplasarea radiala a particulelor de la r1 la r%. &onversia energiei la masinile centrifuge se realizeaza prin acumularea in rotor a energiei cedate de fortele centrifuge. 'articulele trebuie sa aiba o miscare radiala.
8a masinile aiale la punctele care nu au miscare deplasare radiala ,energia acumulata de fluid sub forma cinetica , piezo si geodezica apare de la lucrul mecanic efectuat prin rotirea vinei de fluid. 8egatura dintre parametric cinematic a pompelor si sarcina . Ecuatia fundamental a pompelor centrifuge. +resupunind segmentule de fluid in spatiul dintre doi paleti , se aplica teorema momentului 9inetic .
e constata ca momentul cinetic este dat doar de component tangentiala , numai proiectia pe aa , ( in raport cu care se produce miscarea de rotatie). implificind se gaseste ecuatia cuplului : +uterea mecanica transmisa aului este egala cu puterea hidraulica la iesirea din pompa .
e obtine c. uler ce face legatura intre energia specifica primita de fluid in rotor si parametri cinematici ai particulei ce strabate rotorul .
elatia de mai sus poarta denumirea de ec. Euler si face legatura intre energia specifica primita si parametri cinematic ai particulei ce strabate rotorul. $etode epermentale de studiu ale masinilor cu principiu d;namic de functionare In multe cazuri din considerente de modelare a miscarii fluidului se recurge in proiectarea pompelor prin metode epermentale . In acest caz scopul final este asigurarea unui radament maim . +roiectarea se face in doua etape , prima consta in dimensionarea in conditii simplificatoare , apoi se definitiveaza prin eperiment. Acestea aduc corectii pentru o energie disipata mica si randament mare. ranspunerea de la model la scara naturala se face prin criteriile de similitudine. rebuiesc indeplinite urmatoarele conditii: 7.Asemanarea geometrica a pompelor ".Asemanare cinematica <.espectarea criteriului e 7. onditia asemanarii geometrice :
". Asemanarea cinematicii implica respectarea conditiei ca triunghiul vitezelor sa fie asemenea model si natura m si n. Aceasta inseamna satisfacerea criteriului de similitudine trouhal .
ezulta prin calcul ca :
aportul vitezelor este proportional cu = si raportul turatiilor. >educerea parametrilor debit, sarcina, se face aplicind similitudinea cinematica.
- aportul debitelor: ebitul este dat de viteza radiala a vitezei la iesirea din rotor .
aportul debitelor este proportional cu =? si cu raportul turatiilor
- aportul sarcinilor : e considera ec. fundamentala a pompelor :
>aca intrarea in pompa se face radial u76
aportul sarcinilor este proportional cu =@ si cu patratul raportului turatiilor - aportul puterilor : >eoarece +%&, rezulta direct :
aportul puterilor este proportional cu =⁵ si cubul raportului turatiilor. <. espectarea criteriului e cu cel cinematic nu se poate face simultan . imilitudinea cinematica implica respectarea criteriului h. e este foarte mare deci identitatea dupa e se realizeaza automat. . e introduce drept criteriu de comparatie B turatia specificaC.
Aceasta defineste ca turatia unui model de pompa asemenea geometric cu modelul din natura care respecta similitudinea h, sau triunghi de viteze asemanator , si care transferind acelasi lichid realizeaza o sarcina egala cu 7m&₂!, consumind putera de 7+,(D<F).
'ompe centrifuge
+ompa primeste energia mecanica de la motorul electric si o transmite fluidului prin intermediul paletilor . >eplasarea fluidului se face datorita fortelor centrifuge . 8a iesirea din rotor particulele au viteze mari , energie cinetica mare . arcasa are rol de a prelua energia cinetica fara pierderi la trecerea prin rotor si de a conduce fluidul cu energia cinetica catre refulare. Ea transforma energie cintica in energie potential cind refularea este inchisa. ensul palelor este avind curbura in spatele sensului de rotatie . Antrenarea pompelor se poate face electric , cu motoare hidraulice , turbine sau motoare termice.
onstructia pompelor centrifuge poate fi : - u paleti liberi - otor semideschis - otor inchis
*enomenul de cavitatie poate fi preintimpinat prin constructia unui prerotor sau a unui rotor etins. In general in constructiile navale pompele centrifuge sunt verticale cu prindere de cele mai multe ori pe postament orizontal. ! problema practica reprezinta cuplarea si centrarea pompelor cu tubulatura . arcasele pompelor pot si simple si supraeta#ate.
$asinile centrifuge nu sunt in general autoamorsable. +entru functionare este necesara umplerea tubulaturii de aspiratie cu lichid sau evacuarea aerului pe conducta de aspiratie pina ce fluidul inunda statorul . olutiile in acest sens sunt: -functionarea inecata,sau -cu valvula cu retinere - cu statie de amorsare, incluzind o pompa volumica si un e#ector. - cuplarea pe acelasi arbore pe care este fiat rotorul pompei a unei pompe cu inel de apa. +ompa este autoamosrsabila si scoate aerul din tubulatura , raminind cuplata , functionind in paralel cu pompa principala. In instalatiile de la bordul navei se utilizeaza des pompele centrifuge in inst de ballast, santina, *i-*i , apa tehnica, sanitara, marfa petroliere, ect. +ompele pot lucra ca si turbine prin intrarea apei radial si evacuarea aial (turbina *rancis).
&inematica particulei in rotorul pompei # stabilirea triunghiului vitezelor la intrarea si iesirea din rotor.
e definesc vitezele la intrarea 7 si iesirea din rotor " parcurse de debitul %, I turatie n . 7 viteza absoluta de intrare in rotor F7 viteza relative de intrare in rotor u7 viteza de transport la intrarea in rotor vitezele de transport se calculeaza cu relatia:
Iar directiile lor sunt tangente la rotor in punctele de intersectie cu paletul. e poate defini modulul vitezei absolute functie de debit si sectiunea de intrare.
>aca pompa nu are director la intrare vectorul 7 se dispune radial. Ec . oriolis in acest caz:
*1 tangenta la palet
>aca nu eista director si este satisfacuta relatia de mai sus unghiul G 56 grade.
>aca eista director atunci alfa e diferit de 56 grade.
+entru trasarea triunghiului vitezei la iesire :
In caz uzual r"r7 , aceasta pentru a evita salturile de viteza radiala, care ar genera forte de inertie ce conduc la cavitatie. e impune apoi unghiul beta " de asezare a paletilor . +e baza turatiei se calculeaza modulul vitezei de transport u" si apoi pe baza relatiei oriolis se construieste triunghiul vitezelor :
eactia rotorului reprezinta raportul dintre sarcina statica si sarcina totala. Hradul de reactie este dat de raportul dintre sarcina statica si sarcina totala. e considera epresia sarcinii teoretice realizate de rotor:
In cazul lipsei directorului , la care viteza de intrare este dispusa radial u76 , deoarece G56 grade si in acest caz va fi valabil doar triunghiul vitezelor la iesire .
in ec de mai sus sarcina este cu atit mai mare cu cit componenta tangentiala este mai mare . +entru aceasta se
considera triunghiul de viteze la intrare si iesire . Ec Euler devine :
>in ec de mai sus rezulta ca de la intrare la iesire are loc un transfer de energie atit dinamic cit si static.
+rimul termen este dinamic , iar ultimii doi statici. $arimea care defineste raportul de energie specifica statica si energie specifica totala se noteaza cu r si se numeste grad de reactiune a rotorului.
- +nfluenta nr finiti de paleti +entru ca modelul matematic prezentat sa poata reprezenta fidel fenomenul fizic este nevoie ca el sa fie corectat. +rezenta paletilor cu grosime finita modifica triunghiul vitezelor astfel incit componentele radiale ale vitezelor sunt ecranate de grosimea nenula a paletilor . In aceste conditii la intrare si la iesire vom avea :
$atorita grosimii finite a paletilor sectiunile de trecere se micsoreaza si deci vitezele radiale cresc. Un alt effect apare datorita miscarii de circulatie a apei intre paleti . in aceasta cauza lichidul intre paleti va capata o miscare rotationala.
+e fata paletului viteza este mica iar pe spate este mai mare . Apare un fenomen de frinare datorita diferentei de presiune statica . $odificarea triunghiului de viteza conduce la modificarea unghiului de intrare si deci la aparitia socurilor . inematica particulei se modifica prin aparitia componenentelor notate cu asteris9.
Efectul este introdus prin intermediul unui coefficient subunitar J.
- efinirea caracteristicilor functionale ale pompei centrifuge
aracteristica functional este data de legatura dintre sarcina & si debitul %. +entru o pompa ideala din ec ."7(<."..".),
*acind reprezentarea grafica in coordinate &%, functia este dependenta de unghiul 4 (F si u)
>in curba &t infinit se obtine prin scadere &f(pierderi frecare rotor ) curba &t reala. e considera si pierderile prin soc (delta ,s ) , pe
portiunea %-6 de pornire prin devierea vinei de lichid . Aceste pierderi se scad din curba &-%. este inferior debitului nominal % triunghiului vitezei se modifica.
>aca debitul la intrare %n , atunci configuratia
>in reprezentarea vectoriala regimul de functionare este dat de parametri (vectorii) , , . +entru ca intrarea sa se faca fara soc viteza F trebuie adusa pe directia paletilor la intrare prin modificarea cu viteza K . Aceasta implica devierea unghiului
la valoarea 47.
>in asemanarea triunghiurilor rezulta :
onsideram pierderile prin soc de forma pierderilor locale
i
rezulta:
->educerea analitica a epresiei sarcinii Epresia analitica a caracteristicilor este functia f(%,&,n) este un paraboloid hiperbolic.
>ependenta de beta, soc, frecari *acind notatia :
>eterminarea s si L se face din literature. Epresia sarcinii devine:
oeficientii M7, 9",9< reprezinta valori constante pentru pompa data. cuatia de mai sus reprezinta un paraboloid hiperbolic .
-urbele I, II,III sunt curbe de turatie nct. ,rezultate din intersectia pinzei cu plane paralele %-&. -urbele a-a, b-b, c-c, orizontale ,paralele cu planul %-n sunt linii de refulare constanta . Acestea sunt h;perbole si a caror asimptote se intersecteaza pe aa &. Ele definesc comportamentul pompei la o anumita inaltime de pompare. $odificarea debitului se face prin reglarea turatiei. -+arabola & este rezultatul intersectiei cu un plan paralel cu planul &-n. Aceste parabole indica cum trebuie variata turatia pentru a mentine debitul contant la diferite inaltimi de pompare . 8a unele pompe se defineste un domeniu de functionare n ma si n min.
Alegerea regimului se face pe panta descendenta in care regimul este stabil . +e panta ascendenta pina in punctul de maim regimul este instabil . e prefer ca panta descendenta sa fie cit mai abrupta astfel incit pentru variatii mari ale sarcinii sa avem variatii mici de debit. egimul nominal trebuie plasat acolo unde randamentul este maim. aracteristicile plane sunt trasate de obicei pentru o singura turatie a pompei sau o familie de pompe (functie de putere sau turatia aului). ->eterminarea parametrilor functionali ai pompei centrifuge cuplata in int de tubulatura egimul stabil al masinii hidraulice pe o instalatie se face atunci cind se realizeaza egalitatea debitelor si energiilor cedate de masina si respective primite. +roblema se rezolva pe cale grafica sau analitica. -$etoda grafica onsiderind o instalatie cu o configurare geometrica ptr care se determina sarcina instalatiei :
onditia de cuplare :
ermenul s%@ contine si componenta dinamica .
In regim stationar %p %i deci &p&i +unctul de intersectie ce rezulta din suprapunerea celor doua caracteristici defineste punctul de functionare energetic . +entru definirea parametrilor pompei cuplata in instalatie se analizeaza cum aspira pompa.
+unctul 3 defineste punctul energetic, nedefinind in intregime ansamblul . e defineste graficul &vf(%) pentru pompa si &af(%) , pentru instalatie . e defineste sarcina pe instalatie :
&c7-p reprezinta caracteristica de cuplare pentru aspiratie a pompei. +rimul termen din membrul drept reprezinta caracteristica de cuplare .
&v adm 1p@NgpNhp
(pag <5)
Intersectia &v admis(%) cu &a(%), reprezinta punctul $. >aca $ este la dreapta punctului 3 ,rezulta ca sarcina este mai mare decit cea ceruta si se poate realiza umplerea pompei . >aca $ este la stinga punctului 3 , rezulta ca aspiratia cere o sarcina mai mare si apa nu mai a#unge la pompa.
tabilitatea functionarii pompelor centrifuge in instalatii. *unctionarea pompei intr-un punct poate fi in regim stabil sau instabil . >aca in urma unei perturbatii punctual oscileaza si revine in pozitia initiala regimul este stabil . >aca in urma perturbatiei pompa nu revine in parametrii initiali regimul este instabil . Anea :m r
