تحقیق درباره توربو ماشین ها

تحقیق درباره توربو ماشین ها

مقدمه

براي آن كه امتداد جرياني را منحرف كنيم يا سرعت آن را تغيير دهيم ، بايد نيرويي به آن وارد كنيم . هنگامي كه يك پره متحرك امتداد جرياني را منحرف مي كند و مومنتم آن را تغيير مي دهد ، نيرويي از پره به سيال ـ يا بعكس از سيال به پره ـ وارد مي شود . با حركت پره و جابجا شدن نيرو ، كار انجام مي شود . اساس كار توربوماشين ها بر مبناي همين اصل است . پمپها ، دمنده ها و كمپرسورها بر روي سيال كار انجام مي دهند و بر انرژي آن مي افزايند . توربين هاي آبي ، گازي و بخاري انرژي سيال را مي گيرند و به انرژي مكانيكي روي محور گردنده تبديل مي كنند . كوپلينگ سيالي و مبدل گشتاور ، متشكل از يك پمپ و يك توربين هستند و براي انتقال ملايم قدرت مكانيكي به كار مي روند .
تبديل انرژي در توربوماشين ها پيوسته است . درطراحي توربوماشين ها هم از تئوري بهره مي گيرند و هم از آزمايش .
با كاربرد تئوري تشابه مي توان از طرح ماشيني كه داراي ابعاد و سرعت دوراني مشخصي است و كارآمد بودن خود را در عمل نشان داده است استفاده كرده ، ماشين هاي مشابه ديگري با ابعاد و سرعت هاي متفاوت طراحي نمود .

تحقیق درباره توربو ماشین ها
در اين گزارش ابتدا تشابه هندسي و تشابه كاري توربوماشين ها را تعريف كرده ، روابط تشابه را به دست مي آوريم . سپس تئوري كسكيدها و به دنبال آن تئوري توربوماشين ها را ارائه مي دهيم . آنگاه به ترتيب به بررسي توربين هاي عكس العملي ، پمپها و دمنده ها ، توربين هاي ضربه اي و كمپرسورهاي سانتريفوژ مي پردازيم . در انتها نيز پديده كاويتاسيون را شرح خواهيم داد .

ماشينهاي مشابه ، سرعت مخصوص
دو توربو ماشين را درنظر بگيريد كه داراي تشابه هندسي باشند يعني با ضرب ابعاد هندسي يكي از آنها در عدد ثابتي ، ابعاد هندسي متناظر ماشين ديگربه دست آيد . اگر اين دو ماشين طوري كار كنند كه خطوط جريان آنها نيز تشابه هندسي داشته باشند ، گوييم دو ماشين تشابه كاري دارند . در اين صورت بين مشخصات كاري دو ماشين نيز تشابه وجود خواهد داشت . براي آنكه بتوانيم در طراحي يك توربوماشين نمونه از اطلاعات مربوط به مدل آن استفاده كنيم ،
بايستي مدل و نمونه علاوه بر تشابه هندسي ، تشابه كاري نيز داشته باشند . متأسفانه مجبوريم از اثرات لزجت صرف نظر كنيم ، زيرا عموما نمي توان هم دو شرط فوق الذكر را برقرار كرد و هم اعداد رينولدز مدل و نمونه را برابر نمود .

تحقیق درباره توربو ماشین ها
در صورتي كه خطوط جريان در دو ماشين مشابه باشند ، دياگرام سرعت ها در ورود به يا خروج از پروانه هاي دو ماشين مشابه خواهند بود . در شكل(1) دياگرام سرعت ها در خروجي پروانه يك پمپ نشان داده شده است . حال با نشان مي دهيم . استفاده از اين شكل ، شرط تشابه الگوي جريان را فرمول بندي مي كنيم . زاويه پره را به
نشان مي دهيم . سرعت مطلق سيال از جمعِ u و سرعت محيطي پروانه را به v سرعت سيال نسبت به پره را به
نشان مي دهيم . مولفه سرعت مطلق در امتداد شعاعيV به دست مي آيد . سرعت مطلق سيال را به u و v برداري
نشان مي دهيم . متناسب با دبي است . زاويه سرعت مطلق با سرعت محيطي را به Vr نشان مي دهيم . Vr را به
در آنها يكسان باشد و شرط تشابه كاري ايجاب مي كند شرط تشابه هندسي دو ماشين ايجاب مي كند كه زا ويه
در آنها يكسان باشد . كه زاويه

و دبي حجمي D، قطر پروانه N در ماشين هاي مشابه را مي توانيم بر حسب سر عت دوراني شرط برابري
بيان كنيم . Q جريان
. Vr متناسب است با u و V متناسب است با Vr ثابت ، است ، پس به ازاي Vr = Vsin چون
را مي توان به صورت زير بيان كرد : بنابراين شرط برابري

متناسب است با Vr ، پس D2 برابر است با دبي تقسيم بر سطح جريان . چون سطح جريان متناسب است با Vr

.ND متناسب است با u، پس N متناسب است با و D متناسب است با r . چون r برابر است با u از طرفي
لذا رابطه فوق را مي توان به صورت زير بيان كرد :

تحقیق درباره توربو ماشین ها

اين رابطه شرط تشابه كاري ماشين هاي مشابه است .
بيان كنيم . براي اين كار از فرمولA و يك سطح مقطع مثل H دبي ماشين هاي مشابه را مي توانيم بر حسب ارتفاع
اريفيس يعني :
Q = CdA

براي ماشين هاي مشابه مي توان نوشت :Cd استفاده مي كنيم . با ثابت فرض كردن

با تغيير عدد رينولدز تغيير كمي مي كند . به همين دليل راندمان ماشين هايCd است . البته D2 متناسب با A زيرا
مشابه با ابعاد مختلف كمي متفاوت است . تغيير راندمان با تغيير عدد رينولدز را اثر مقياس گويند . در ماشين هاي كوچكتر ، شعاع هيدروليكي مجاري كوچكتر است ، لذا عدد رينولدز جريان كمتر است ، از اين رو ضريب اصطكاك بزرگتر است و بنابراين راندمان كمتر مي باشد . اختلاف راندمان مدل و نمونه مي تواند 1تا 4 در صد باشد .
در تئوري تشابه از اثر مقياس صرفنظر مي شود و لذا براي تعيين راندمان نمونه از روي راندمان مدل بايد از روابط تجربي استفاده كرد .
از معادلات بالا به دست مي آوريم :Qبا حذف

ذيلا براي روشن تر شدن موضوع ، روابط تشابهي فوق را با استفادعه از آناليز ابعادي به دست مي آوريم .

به دست آوردن روابط تشابه با استفاده از آناليز ابعادي
متغيرهاي موثر در جريان تراكم ناپذير در يك توربو ماشين عبارتند از : جرم مخصوص و لزجت سيال ، قطر و سرعت دوراني پروانه ، دبي ، ارتفاع و قدرت ماشين . رابطه بين متغيرها به صورت زير قابل بيان است :

تحقیق درباره توربو ماشین ها

پسورد: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر