KURZUS: Gépek üzemtana

MODUL: III. modul: Energetikai gépek és berendezések üzemtana

Gyakorló feladatok a III. modulhoz

Ha külön nincs jelezve, akkor a feladatok megoldásánál a gravitációs gyorsulást minden esetben 10 m/s2 értékűnek lehet venni!

1. feladat

Határozzuk meg annak a szivattyúnak a statikus szállítómagasságát, mely 5 m-es hozzáfolyással üzemel, a nyomócső legmagasabb pontja a szivattyú középvonala felett 12 m-rel van és a szivattyú egy nyitott tároló tartályból egy 2 bar túlnyomású zárt tartályba szállítja a vizet!

A megoldás...

2. feladat

Mekkora a teljesítményszükséglete annak a volumetrikus szivattyúnak, mely 2,2 m-es szívómagassággal, 26 m-es nyomómagassággal és 16 bar nyomáskülönbség ellenében dolgozik? Vegye figyelembe, hogy a szivattyú 350 l/min térfogatáramot produkál, hatásfoka pedig kb. 57%. A csővezetéki jelleggörbe menetére az jellemző, hogy 100 l/min térfogatáram esetén 4 m a veszteségmagasság.

A megoldás...

3. feladat

Egy szivattyú 8 m-es statikus szállítómagasság mellett az (500 l/min;19 m) értékekkel jellemzett munkapontban üzemel. Fojtásos szabályozással a szivattyú munkapontját a (350 l/min; 21 m) értékekkel jellemzett új munkapontba visszük át.

Határozza meg a szabályozási veszteség nagyságát kW-ban és az éves költségvonzatot, ha tudja, hogy a szivattyú szabályozott üzemben évente 1000 órát üzemel és a villamos energia egységköltsége 22 Ft/kWh!

A megoldás...

4. feladat

Legfeljebb mekkora lehet a szívómagassága annak az egy hengeres és egyszeres működésű dugattyús szivattyúnak, melynek fordulatszáma percenként 120? A szivattyú meleg vizet szállít, melynek hőmérsékletéhez tartozó telítési gőznyomás 35000 Pa. A szívócső hossza 0,5 m-rel nagyobb a szívómagasságnál, átmérője 80 mm és megegyezik mind a hengerátmérővel, mind pedig a lökethosszal. A forgattyús hajtómű véges hosszúságú hajtórúdjának torzítását figyelmen kívül hagyhatja.

A megoldás...

5. feladat

Mekkora a maximális folyadékszállítása annak az axiáldugattyús szivattyúnak, mely 4 hengeres, a hengerek átmérője 30 mm, a lökethossz maximuma 20 mm és a percenkénti fordulatszám 300? A volumetrikus hatásfok becsült értéke 85%.

A megoldás...

6. feladat

Mekkora a teljesítménye annak a hidromotornak, melyen percenként 48 liter olaj áramlik át és a be- és kilépő csonkokon mért nyomások különbsége 12,3 bar. A hidromotor összhatásfoka 60%.

A megoldás...

7. feladat

Az ábrán látható elrendezésű szivattyú-berendezés 2900 liter vizet szállít percenként. Határozza meg a szivattyú teljesítményfelvételét arra az esetre, ha a szállított víz mennyisége 35%-kal megnő! Tételezze fel, hogy a szivattyú összhatásfoka mindkét üzemállapotban 65%.

A megoldás...

8. feladat

Az alábbi ábra alapján határozza meg a statikus szállítómagasságot, a veszteségmagasságot és a szivattyú hajtásához szükséges teljesítményt. A térfogatáram 7,3 liter másodpercenként. A szivattyú összhatásfoka 58%.

A megoldás...

9. feladat

Számítsa ki annak a forgólamellás szivattyúnak a hajtásához szükséges villamosmotor teljesítményét, melyről a következőket tudja:

  • a furat 125 mm,
  • a forgórész átmérője 100 mm,
  • a lamellák száma 12,
  • a lamellák vastagsága 3 mm
  • a lamellák hossza 250 mm
  • a percenkénti fordulatszám 750.

A lamellás szivattyú szállítómagassága 50 m. A volumetrikus hatásfok becsült értéke 80%, a mechanikai hatások 60%.

A megoldás...

10. feladat

Mekkora teljesítmény szükséges annak a ventilátornak a hajtáshoz, mely túlnyomásos szellőztetést valósít meg, 16 v.o.mm túlnyomással? A ventilátor 600×600 mm méretű nyomócsövében a levegő sebessége 16 m/sec. A szívó- és a nyomócső hosszát tekintse elhanyagolhatónak! A levegő sűrűsége kb. 1,2 kg/m3, a ventilátor összhatásfoka 60%.

A megoldás...

11. feladat

Egy ventilátor szívócsövében a depresszió 23 v.o.mm. A ventilátor nyomócsövében a túlnyomás 5,75 v.o.mm. Határozzuk meg a ventilátor teljesítményfelvételét, ha a hatásfok kb. 65%, a szívócső 800 mm átmérőjű és a nyomócső 1000x1000 mm-es! A levegő sűrűsége legyen 1,15 kg/m3. Mekkora a túlnyomás mértéke a szellőztetett térben?

A megoldás...

12. feladat

Depressziós szellőztetés során a helyiségben a nyomás 55 Pa-lal kisebb, mint a légköri nyomás. A ventilátoron végzett mérések szerint ekkor az össznyomásnövekedés 324 Pa, a meghajtó villamos motor teljesítményfelvétele 1,85 kW. Határozzuk meg a ventilátorból és a motorból álló gépcsoport eredő hatásfokát és a ventilátor által óránként szállított levegő térfogatát, ha tudjuk, hogy a ventilátor kilépő keresztmetszete 380×380 mm belméretű! A levegő sűrűsége kb. 1,12 kg/m3.

A megoldás...

13. feladat

Egy ventilátor szívócsonkjának belső átmérője 200 mm, nyomócsonkjának belmérete pedig 150×250 mm. A ventilátor szívócsonkjában a depresszió 75 Pa. Határozzuk meg a ventilátor hasznos teljesítményét, ha tudjuk, hogy az 36 Pa túlnyomásos szellőztetést valósít meg! A levegő sűrűsége 1,21 kg/m3.

A megoldás...

14. feladat

Kiegyenlített szellőztetést alkalmazva egy helyiségben a szellőző levegő térfogatárama percenként 100 m3. A ventilátor nyomócsonkja 400×400 mm belméretű. Mekkora ventilátor teljesítményszükséglete, ha a becsült hatásfoka 56%? A levegő sűrűsége 1,05 kg/m3.

A megoldás...

15. feladat

Határozzuk meg annak az adiabatikus kompresszorból kilépő nitrogén gáz véghőmérsékletét, ha tudjuk, hogy a nitrogén belépő hőmérséklete 10 °C és atmoszférikus nyomásról 6 bar túlnyomásra történik a sűrítése!

A megoldás...

16. feladat

Hány m3 5 bar nyomású 20 °C hőmérsékletű sűrített levegőt termel percenként az a kompresszor, mely percenként 12 m3 atmoszférikus nyomású, 15 °C hőmérsékletű levegőt szív be? Mekkora a kompresszor teljesítményszükséglete? Vegye figyelembe, hogy a kompresszió politropikus, n=1,1!

A megoldás...

17. feladat

Mennyi víz szükséges percenként annak a politropikus (n=1,15) kompresszornak a hűtéséhez, mely óránként 100 m3 atmoszférikus nyomású, 16 °C hőmérsékletű levegőt szív be és azt 2 bar túlnyomásra komprimálja? Vegye figyelembe, hogy a víz hőmérsékletváltozása a hűtés során 4 °C lehet!

A megoldás...

18. feladat

Mekkora a szállítóteljesítménye annak az izotermikus kompresszornak, mely 17 °C hőmérsékletű levegőt szív be? A kompresszor nyomásviszonya 4,5, teljes lökettérfogata 1800 cm3, a káros térfogat a lökettérfogat 1,8%-a. Mekkora a kompresszor teljesítményszükséglete? a kompresszor fordulatszáma 1500 ford/min, a volumetrikus hatásfok 90%.

A megoldás...

19. feladat

Határozzuk meg annak a két fokozatú dugattyús kompresszornak a teljesítményszükségletét és a hűtővízszükségletét (liter/h) mértékegységben, mely percenként 250 liter atmoszférikus nyomású 15 °C hőmérsékletű gázt szív és azt 23 bar nyomásra komprimálja. A kompresszióra jellemző politropikus kitevő értéke 1,15, a gáz specifikus gázállandója 270 J/kg.K, adiabatikus kitevője 1,35. A káros tér hatását hanyagolja el és tételezze fel, hogy a közbenső hűtőben a visszahűtés a környezeti hőmérsékletig történik! A hűtővíz hőmérsékletváltozása 5 °C.

A megoldás...

20. feladat

Egy 6,5 bar névleges nyomású légtartályról három különböző nyomású fogyasztót látunk el sűrített levegővel az alábbi táblázatban megadottak szerint:

Névleges nyomás (bar)Térfogatáram a környezeti hőmérsékleten (liter/perc)
1. fogyasztó3,585
2. fogyasztó5135
3. fogyasztó6,570

A 4,5 m3 térfogatú légtartályt egy olyan kompresszor táplálja, mely percenként 3,6 m3 környezeti hőmérsékletű és atmoszférikus nyomású levegőt szív.

Határozzuk meg a kompresszor üzem és állásidejét, továbbá légtartály üres állapotból történő feltöltéséhez szükséges időt. Tételezzük fel, hogy a fogyasztók mindegyike állandó térfogatáramot használ fel! A légtartályra szerelt, a kompresszor üzemét irányító nyomáskapcsoló érzékenysége
±0,25 bar. A környezeti levegő hőmérséklete 18 °C.

A megoldás...

21. feladat

Mekkora a hőátviteli tényező abban a víz-víz felületi hőcserélőben, ahol a csövekben áramló víz hőátadási tényezője 3500 W/m2.K, a csövek körül áramló víz hőátadási tényezője 1300 W/m2.K, a csövek anyaga acél, melynek hővezetési tényezője 60 W/m.K, falvastagsága 2,5 mm?

A megoldás...

22. feladat

Mennyi melegvizet tud szolgáltatni óránként az a felületi hőcserélő, melybe óránként 1300 m3
395 °C hőmérsékletű füstgáz lép be. A füstgáz kilépő hőfoka 296 °C. A felmelegedő víz belépő hőmérséklete 13 °C, kilépő hőmérséklete pedig 40 °C. A számítások során a füstgáz anyagi jellemzőit vegye közel azonosnak a levegőéivel!

A megoldás...

23. feladat

Hány m2 hőcserélő felület szükséges abban a felületi hőcserélőben, ahol a belépő füstgáz vizet melegít? A füstgáz belépő hőfoka 400 °C, kilépő hőfoka 300 °C, a víz belépő hőfoka 12 °C, kilépő hőfoka 60 °C. A víz térfogatárama 1,6 liter/min.

A füstgázoldali hőátadási tényező 100 W/m2.K, a vízoldali pedig 2000 W/m2.K, a csőfal vastagsága 1 mm, hővezetési tényezője 60 W/m.K.

A megoldás...

24. feladat

Határozzuk meg egy 2 m2 fűtőfelületű egyenáramú hőcserélőben a közegek kilépési hőmérsékletét, valamint a kicserélt hőmennyiséget, ha a meleg illetve a hideg közeg belépési hőmérséklete 120 °C, ill 10 °C. A hőátviteli tényező 1000 W/m2.K és a két közeg vízértékárama egyaránt 1000 W/K.

A megoldás...

25. feladat

Mekkora legyen annak a keresztáramú hőcserélőnek a felülete, melyben óránként 350000 m3 levegőt melegítenek fel 16 °C-ról 44 °C-ra. A hőcserélőbe vezetett meleg közeg 95 °C-ról hűl le
60 °C-ra. A hőátviteli tényezőt becslés alapján 100 W/m2.K értékűre lehet felvenni. A logaritmikus közepes hőfokkülönbség korrekciós tényezőjét 0,85-re vegye fel!

A megoldás...

26. feladat

Egy bonyolult áramlási geometriájú felületi hőcserélőben folyadékok közötti hőcserét akarunk megvalósítani. A hőleadó folyadék térfogatárama 13500 l/h, hőmérséklete 124 °C, a hőt felvevőé 9875 l/h ill. 26 °C. Milyen hőmérsékletre lehet felmelegíteni a hőt felvevő folyadékot, ha az ehhez rendelkezésre álló hőcserélő felülete 6,5 m2 és a hőátviteli tényező becsült értéke 850 W/m2.K? Mindkét folyadék sűrűségét a vízével azonosnak vehetjük. A hőleadó közeg fajlagos hőkapacitása 3720 J/kg.K a hőt felvevőé pedig 2380 J/kg.K. A logaritmikus közepes hőmérsékletkülönbség korrekciós tényezőjét 0,8-nek vegye fel!

A megoldás...

27. feladat

A vízgőz i-s diagramja segítségével állapítsa meg, mekkora a termikus hatásfoka annak az ideális Rankine-Clausius körfolyamat szerint működő erőműi blokknak, melyben a kazán nyomása 70 bar, a gőzturbinát elhagyó közeg 0,5 bar nyomású és 10%-os nedvességtartalmú? A szivattyúzási munkát elhanyagolhatja.

A megoldás...

28. feladat

Határozzuk meg a napi lignitfogyasztását annak a kazánnak, melyben óránként 160 tonna, 40 bar nyomású, 450 °C hőmérsékletű túlhevített gőzt állítanak elő 34 °C hőmérsékletű tápvízből.

A kazánhatásfokot vegye 85%-nak, a lignit fűtőértékét pedig 19700 kJ/kg-nak.

A megoldás...

29. feladat

Egy Rankine-Clausius ciklus szerint üzemelő erőműi blokk (egy kazán és egy turbina) teljesítménye 100 MW. A gőz túlhevítési hőmérséklete 500 °C, nyomása 80 bar. A kondenzátornyomás 0,3 bar. Határozzuk meg a gőzturbinához vezető gőzvezeték szükséges átmérőjét, ha tudjuk, hogy a maximális sebesség 18 m/sec lehet és a gőz fajtérfogata a turbinába történő belépéskor kb. 0,041 m3/kg.

A megoldás...

30. feladat

Mennyi hő elvonása szükséges abban a kondenzátorban, melybe percenként 35 kg gőz érkezik egy olyan gőzturbinából é, amelynek belépésénél a hőmérséklet 450 °C, a nyomás pedig 45 bar? Tételezze fel, hogy a kondenzátorba érkező expandált gőz éppen telítési állapotú!

A megoldás...