5. előadás - Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék - Budapesti ...

Vegyipari és áramlástechnikai gépek. 5. előadás 

Készítette: dr. Váradi Sándor 

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 

Gépészmérnöki Kar 

Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 

1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. 

Tel: 463-16-80 Fax: 463-30-91 

http://www.vizgep.bme.hu

Gumiházas csavarszivattyú 

Használják: 

 

 

 

 

Élelmiszeripar, sűrű rostos anyag szállítására 

Olajipar iszapjainak szállítására 

Papíripari cellulóz masszák szállítására 

Építőipari habarcs, finombeton szállítására 

Prof. Rene Moineau 1939-ben készített disszertációjában írja le a 

működési elvet 

A rotor anyaga: CrNiMo; CrNi stb. (rendkívül kemény kopásálló 

felületek) 

Elasztikus ház: kaucsuk gumi, szilikon gumi, műanyag 

Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 5. előadás


A közepes folyadékszállítás 

q =η q =η 4ed h 

k v e v 

állórész 

n 


S 1 , S 2 , S 3 , S 4 a rotor súlyponti tengelyeinek (S-S tengely) 

helyzetei 

O 1 , O 2 , O 3 , O 4 , O 5 a rotor 

keresztmetszeteinek (körök) 

középpontjainak helyzetei 


Az „O 1 ” pont egyenes pályán mozog miközben „K 2 ” 

legördül a belső fogazású „K 1 ”-en 


(A 2 -nél is ϕ k , mert ϕ k váltószög) 

A kerületek aránya: 4eπ/(2eπ)=2 

De a belül legördülő kör teljes 

körbefutásakor egyszer 

ellentétesen körbefordul, így 

2-1=1-szer kell ϕ k szöget 

visszamérni, így kerül A 1 

A 2 -be 

x 

d 

= 2e 

− 2ecosϕ 

= 2e 

− 

k 

( t) 

2ecos 

ω k 


Általános következtetésként megjegyezhető, hogy az előző 

modell-ábrabeli geometria felhasználásakor a belül 

legördülő kerék a gördülés irányával ellentétesen forog 

ezért 1”α”-val kell visszaforgatni. Ha kívül gördülne le, 

akkor 3”α”-val kellene előre forgatni 

A pillanatnyi dugattyúsebesség a pillanatnyi dugattyú 

elmozdulásának deriválásával számítható 

v 

d 

= 

dx 

dt 

d 

= 2 eω 

k sinϕ 

= 

k 

2v 

k 

sin ω k t 


A dugattyú csúszási sebessége a falon a momentán pólusból rajzolt 

hasonló háromszögekből számítható: 

v 

1+ 

sinϕ 

k 

sinϕ 

Hasonlóan v cs2 levezethető, amely 

vcs1 

d 

= 

v 

d d d 

+ sinϕ 

k 

sinϕ 

k 

2 2 2 

1+ 

sinϕ 

k 

sinϕ 

ω ( ϕ ) 

k 

= 2e 

k 1 sin 

k 

sinϕ 

cs1 = d = 2 k 

+ 

v 

k 

v 

v 

cs2 = − 

2eωk 

k 

( 1 sin ) 

ϕ 

k 


Legnagyobb csúszási sebesség (így kopás is) „1” ill. „2”-ben van 

Dugattyú csúszási sebessége a falon 

0,8 

A B C 1 D E F 2 A 

vcs1, vcs2 [m/s] 

0,6 

0,4 

0,2 

0,0 

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 

ϕ k =90 o 

x [m] 

ϕ k =270 o 

vcs1 

vcs2 


Szokásos konstrukciós adatok 

h 

20 ≤ ≤ 35 e 

h 

1.5 

≤ ≤ d 

3.5 

egy bekezdésű menet esetén 

h 

3.1≤ ≤ d 

5 

két bekezdésű menet esetén 

ahol: h – a ház menetemelkedése 

d – az orsó átmérője 


Gumiházas csavarszivattyú jelleggörbe 


Tömszelence nélküli szivattyú (Betétcsöves gép) 

Használják: 

1. Radioaktív közeg szállítására (atomreaktor) 

2. Drága anyag szállítására (gyógyszeripar) 

3. Robbanást okozó közeg szállítására 

4. Vákuum alatti rendszer szivattyújaként 

5. Fűtés keringető szivattyúként csendes járása miatt 

(nincs golyóscsapágy zaj; zajelnyelő folyadékgyűrű) 



Csúszócsapágy 

a) Szilíciumkarbid 

b) Szilíciumoxid 

c) Cirkozitoxid 

d) Tungstenkarbid 

A felsorolt anyagok keménysége ~40-szerese az acélénak 

A csapágyakat a szállított folyadék keni. 

A kemény csapágycsészét a rossz kenőképességű (esetleg) 

szállított folyadék indokolja 


Betétcső 

A betétcső falvastagsága 0.3-0.5mm, nem mágnesezhető anyagból 

készül 

a) Nagy mechanikai stabilitás 

b) Kémiailag ellenálló 

c) Nagy fajlagos villamos ellenállású anyag 

HASTELLOY B: 135 Ώmm 2 /m 

HASTELLOY C: 139 Ώmm 2 /m 

Alumínium: 0.03 Ώmm 2 /m 

Ha a betétcső mágnesezhető anyagból készülne, akkor leárnyékolná 

a forgórészt, így abban nem tudna áram indukálódni. 

A rotor átmérője kicsi legyen, az azonos teljesítmény átvitel 

hosszabb forgórésszel legyen megoldva, a súrlódási veszteség 

ugyanis 

' 

≈ 

3 5 

P 

n 

D 


Az előzőekben ismertetettek miatt hosszú, kis átmérőjű 

hajtó motort alkalmaznak, amelynek viszont a 

hatásfoka 40-60% közötti 

A betétcsövet, mint lemezt hengerlik, majd védőgázas 

hegesztéssel pálca nélkül hegesztik 

Követelmény: 

 

 

Kifogástalan anyagminőség kell 

Kifogástalan hegesztés kell 

A tengely hosszában át van fúrva, laza csapágyillesztést 

választanak, hogy a folyadék cirkulálni tudjon. Ez 

keni és hűti a csapágyakat, továbbá vezeti a rotort a 

folyadékgyűrű, így a csapágyak igénybevétele kisebb 


Nedves tekercselésű gép 


Kényszer keringetésű LA-MONT kazánhoz, búvárszivattyúként 

telepítve alkalmazzák mély-kutakba. Felül a szivattyú, alul a 

motor, hogy az esetleges gázkiválás a szivattyúnál legyen. A 

nagy alapnyomás miatt krómacél ötvözetű vastag fal kialakítása 

szükséges 

Olcsóbb, mint a betétcsöves gép 

Jellemző adatai: 

P ( max = 2000 2500)kW 

V = 3 − 6 kV 

η mot max 

= 0.89 ~ 0.91 

A csapágyakat a szállított víz keni 


Oldalcsatornás szivattyú SIMEN-HINTSCH 


Az oldalcsatorna elhelyezése térfogatváltozást 

eredményez centrális rotor esetén is 


Kis jellemző fordulatszámmal, 

(„n q ”-val) rendelkező örvény elven 

működő gépet helyettesít 

Rossz hatásfok 

Pl. n = 1440 1/min 

H = 16 m 

q = 10 m 3 /h = 0.00277 m 3 /s 

1/ 2 − 3/ 4 

1/ 2 −3/ 

4 

nq = nq 

H 

= 1440 

x0.00277 

x16 

= 9.49 


Többlépcsős kivitel 




A csatorna egységnyi 

hosszúságú szakaszán a 

szekunder áramlásból 

származó 

folyadékmennyiség 

legyen: q o , amelynek 

mértékegysége 

[ ] 

m 

s 

m 

3 

q o 

= 


Az impulzustétel alkalmazásával 

∫cdm& 

∫ cρ 

cdA = −∫ 

p dA + ∫ ρ g dV + 

= dF 

∫ 

s 

ρ g dV ≈ 0 ∫ dF 

s ≈ 0 

Felhasználva, hogy és 

− 

c 

dm& 

c 

dm& 

∫ 

p A 

au + v = cs − + 

dm& 

c 

( p dp) A 

( ) ( ) au − cv 

= − p Acs 

+ p + dp A 

dm& 

c 

dm& 

( c ) dp A 

− = 

au v 

= ρ q 

o 

dl 

cs 

helyettesítésével 

cs 

cs 


ρ q 

o 

L 

( c − ) ∫ = ∫ 

au cv 

dl Acs 

0 

Ahol „L” az oldalcsatorna hossza 

q 

p 

p 

2 

1 

dp 

( − ) L = ( ) 

c c A p − 

o au v cs 2 

p1 

H 

e 

ρ ( ) L 

p2 

− p 

ρ g 

= 

1 

= 

A 

q 

cs 

o 

g 

c 

au 

− 

c 

v 

L 

= 

A 

q 

cs 

o 

g 

⎛ 

⎜ 

⎝ 

c 

au 

− 

q 

A 

cs 

⎟ 

⎠ 

⎞ 


Oldalcsatornás (SIHI) szivattyú jelleggörbéi 

Oldalcsatornás szivattyú 

He [m] 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0,45 

0,4 

0,35 

0,3 

0,25 

0,2 

0,15 

0,1 

0,05 

0 

0 0,002 0,004 0,006 0,008 

q [m 3 /s] 

He h' H eta 

η [-] 


Oldalcsatornás (SIHI) szivattyú jelleggörbéi 

Oldalcsatornás szivattyú 

1000 

800 

Ph, Pö [W] 

600 

400 

200 

0 

0 0,002 0,004 0,006 0,008 

q [m 3 /s] 

Ph 

Pö 


Gázsűrítők 

π = 

v 

Osztályozás a nyomásviszony alapján 

1. Szellőző vagy ventilátor π=1.0-1.1 

2. Fúvó π=1.1-3.0 

3. Kompresszor π>3.0 

p 

p 

sz 


1. Szellőző (Ventilátor) 

Ha p sz 

=1 bar, akkor 

pv 

psz 

+ ∆p 

π = 1.1 = = = 1+ 

p p 

sz 

sz 

∆p 

p 

sz 

∆p 

p 

sz 

= 0.1 

∆p 

= 0 .1psz = 0.1x100000 

= 10000Pa 

= 10kPa 

Tehát 10 kPa nyomásnövekedésig az összenyomhatóságot 

nem vesszük figyelembe, azaz ebben a 

tartományban állandó gázsűrűséggel számolhatunk 


2. Fúvó 

Itt a méretezés során figyelembe kell venni az összenyomhatóságot. 

A kompresszió során keletkező hő 

nagy részét a hűtőbordák elvezetik, így külön hűtőt 

nem igényel a gép 


3. Kompresszor 

A méretezéskor figyelembe kell venni az összenyomódást, 

külön hűtőt kell alkalmazni 


ROOTS FÚVÓ (forgódugattyús fúvó) 

Francis M. Roots és Philander H. Roots amerikai 

testvérpár szabadalma 

A speciális forgódugattyú profil 1859-ben jelenik 

meg először 

1867-ben a párizsi világkiállításon mutatják be 

(fából készült B=2m szélességű és D=0.8m méter 

átmérőjű a forgódugattyú) 

A forgódugattyúk felületét bőrrel vonták be 


ROOTS FÚVÓ 

Szokásos méretviszony: 

B/D=0.9-1.5 (2) 

∆ p 1bar 

ekkor a 

dugattyú kerületi sebessége 

max ≅ 

v ≥ 30m/ 

s 

A dugattyúk valós kerületi 

sebessége max. 40 m/s 


A klasszikus kétszárnyas Root-fúvó szívási fázisai 

Az álló ház és a forgórész közti beszívott gáz térfogatot a forgó dugattyú 

kompresszió nélkül szállítja a szívócsonktól a nyomócsonkig. Amikor a 

dugattyú elfordulásával a munkatér a nyomócsonkkal kerül összeköttetésbe, 

a nyomócsonkból az ott uralkodó nagyobb nyomás miatt 

visszaáramlás indul meg. A visszaáramlott ∆V térfogatú közeg a 

munkatérben lévő gázt összesűríti a nyomócsonkban uralkodó 

nyomásnak megfelelő p v értékre. 


Háromszárnyas profilú forgódugattyús fúvó 

működési módja 

Ezeket a forgódugattyús fúvókat már a bevezetésükkor is a 

máig jellemző felhasználási területükön alkalmazták: 

pneumatikus szállítóberendezésekben, sörfőzdékben, kémiai 

és petrolkémiai technológiákban, kazánlevegő-előállításban, 

fémgyártásban, gázellátásban és gázfelhasználásban. 

A háromszárnyas profilok bevezetésének oka a gyártók azon 

törekvése, hogy csökkentsék az anyagáram szállítási 

karakterisztikából eredő pulzációt. A pulzáció a szállítási 

kamrában már összesűrített gáz ciklikus visszaütéséből, 

valamint a gáztérfogatnak a forgódugattyú lapjaiból történő 

kiszorításából adódik. 

Mindkét impulzus fellép a szállítási frekvenciánál és ez vezet a 

magas zajszintre a rezonancia következtében a 

nyomóvezetékben. 

A háromszárnyas profilok továbbfejlesztésével, az un. 

utókamrás konstrukcióval kombinálva a nyomóoldali 

pulzálás jelentősen tovább csökken. 


A forgódugattyúk szinkronizált, érintésmentes járását 

a vezérlő fogaskerekek biztosítják 

A lehető legjobb hatásfok elérése érdekében a 

forgódugattyú radiális és axiális játéka a lehető 

legkisebb kell legyen 

Korlát a tengely lehajlás a távoli csapágyak miatt, 

valamint a hőtágulás és így a résveszteség 


Lehetőleg kis ∆s 2 , 

azaz kis „D” 

azért, hogy a 

hőtágulás ne 

legyen nagy és 

így itt a 

résáramlás kicsi 

legyen 

∆s 1 nagyobb 

lehet a hosszabb 

„B” nagyobb 

hőtágulása miatt, 

mivel itt a 

nagyobb felület 

miatt a 

résellenállás is 

nagyobb 


A gördülőcsapágyak és a vezérlő fogaskerekek kenése 

merülőkenés, a fúvó háza a hajtás és a kerekek 

oldalán külön olajtereket képez 

A szállított gáz nem érintkezik a kenőolajjal: A 

FORGÓDUGATTYÚS FÚVÓK OLAJMENTESEN 

SZÁLLÍTANAK 

Működési tartomány: 

 

Nyomóüzemben: 0 - 1000 mbar 

Szívóüzemben: -500 mbar – 0 

A legnagyobb méret (ÄERZENER) ∆p = 0.9 bar 

q = 65000 m 3 /h 


ROOTS-FÚVÓ MŰKÖDÉSI TARTOMÁNYA 


Alkalmazási területek 

A légfúvók alkalmazása igen elterjedt a víz- és 

szennyvízkezelés és –tisztítás eljárásaiban, de 

ugyanígy nélkülözhetetlen a malomipari, faipari, 

élelmiszer-ipari, vegyipari, gáz- és olajipari 

folyamatok területén is, ahol kisnyomású 

(max.1400mbar) és nagy térfogatáramú 

OLAJMENTES levegő vagy gáz szállítása szükséges 

(80000m 3 /h) 

Ugyanezek a berendezések száraz vákuum 

előállítására is alkalmasak 500mbar (vagy efölött) 


A fúvó gyártmányának követelményei 

Az élelmiszer-, petrolkémiai, gyógyszer- és kémiai 

iparok különleges előírásainak megfelelően, 

különleges anyagokból (öntött acél, bronz, hastelloy 

stb.), különleges tömítésekkel, kívánságnak 

megfelelően szóró- vagy kényszerolajozással 

készíthetők 

A fúvó az üzemi feltételekhez és igényekhez méretezve 

hajtó motorral, közlőművel, hang és rezgésnyelővel, 

szűrőeltömődés-jelzővel, biztonsági és visszacsapó 

szelepekkel és csatlakozó szerelvényekkel, szükség 

szerint komplett zajcsökkentő burkolattal rendelhető 


Kétpiskótás fúvó modellmetszete 


Háromszárnyú forgódugattyú 


Háromszárnyú forgódugattyús fúvó modellmetszete

5. előadás - Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék - Budapesti ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?