Základy strojnictví Kód předmětu N444005 Modul – 5 Zařízení a prostředky pro dopravu tekutin Emil Jirák Ondřej Ekrt Vysoká škola chemicko-technologická.

Prezentace na téma: "Základy strojnictví Kód předmětu N444005 Modul – 5 Zařízení a prostředky pro dopravu tekutin Emil Jirák Ondřej Ekrt Vysoká škola chemicko-technologická."— Transkript prezentace:

1 Základy strojnictví Kód předmětu N444005 Modul – 5 Zařízení a prostředky pro dopravu tekutin Emil Jirák Ondřej Ekrt Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

2 Potrubí Potrubí má v technické praxi a zvláště v chemickém průmyslu a potravinářství mimořádný význam. Je nejdůležitějším prostředkem transportu materiálu a velmi často představuje jediný způsob distribuce energie. Druh potrubí je možné hodnotit podle několika kritérií, které je možné charaterizovat především jako: - typ dopravovaného materiálu (plyn, kapalina, pára…) - účel potrubí (sací, dopravní, chladicí, výpustní…) - umístění potrubí (venkovní, vnitřní, podzemní) - materiál potrubí - průtočný průřez potrubí - pracovní tlak (přetlak, podtlak) Potrubní systém sestává z několika částí: - trubky (obvykle kruhového průřezu) - spojovací prvky - uzavírací armatury (ventily, šoupátka, kohouty atd.) - podpůrné komponenty (podpěry, závěsy, kompenzátory teplotních dilatací, tlakové pojistky, měřicí zařízení, tepelné izolace…)

3 Základní určující veličiny potrubí strana 1 Jmenovitá světlost Parametr jmenovitá světlost odpovídá u trubek s kruhovým průřezem vnitřnímu průměru trubky, většinou však pouze přibližně. Značí se písmeny DN (ve starší dokumentaci JS) a číslem v milimetrech (např. DN 100). V technické praxi je z výrobních důvodů běžné, že jmenovité světlosti tvoří pouze vybraná číselná řada a že tloušťky stěn trubek jsou odstupňovány podle předpokládaného pracovního tlaku. Uvážíme-li fakt, že vnější průměr trubek bývá konstantní (např. z důvodu normované řady závitů), potom s narůstajícím tlakem musí růst tloušťka stěny a tedy klesat skutečná světlost (vnitřní průměr trubky).

4 Základní určující veličiny potrubí strana 2 Jmenovitý tlak Tento parametr určuje maximální, v rámci normované číselné řady použitelný, přetlak. Označuje se písmeny PN (ve starší dokumentaci JT) a číselným údajem, představujícím jednu desetinu tlaku MPa (v rozsahu od 0,1 do 800). Pracovní stupeň Poslední důležitou veličinou rozhodující pro volbu materiálu a rozměrů jednotlivých částí potrubí z hlediska pevnosti materiálu v závislosti na teplotě je pracovní stupeň a představuje teplotu protékající látky. Oblast teplot od 0 do 575°C je rozdělena na 10 tříd, které se označují římskými číslicemi. Oblast pod 0°C se dělí na tři třídy označované písmeny A, B, C. Pracovní stupeň a jmenovitý tlak je vždy uváděn současně formou zlomku, kde v čitateli je označení jmenovitého tlaku a ve jmenovateli pracovní stupeň. Např: PN 63/III nebo PN 25/B

5 Stanovení průměru potrubí doporučené rychlosti médií Pro stanovení definitivního průměru potrubí (d), vycházíme především z rychlosti proudění (v) dopravované látky. Doporučené rychlosti proudění některých základních látek jsou tabelovány: voda: 0,5 - 3 m·s -1 plyn: 7 - 25 m·s -1 pára: 20 - 70 m·s -1 Rychlosti proudění jednotlivých médií jsou doporučovány vzhledem k ekonomicky nejvýhodnějšímu řešení. Rychlost se nesmí volit příliš malá, protože pak vychází průměr potrubí příliš velký a tím se zvětšuje i hmotnost i náklady na výstavbu potrubí. Příliš velká rychlost způsobuje zase při průtoku velké ztráty třením, projevující se ztrátami tlaku.

6 Stanovení průměru potrubí výpočetní vztah Pokud známe požadovaný průtok (Q) [m 3 ·s -1 ] můžeme přibližně stanovit optimální průměr potrubí (d) podle rovnice: Při konstruování potrubí je dále nutné brát v úvahu celkové namáhání potrubí. Zatížení je vyvoláno hlavně vnitřním přetlakem, vlastní tíží potrubí a silami vznikajícími vlivem deformacích při změnách teploty potrubí.

7 Materiál potrubí kovové materiály MATERIÁLPOUŽITÍ / VLASTNOSTI ocel nejčastější používaný materiál, široký rozsah vyráběných světlostí, přípustných tlaků, teplot a délek vyráběných trubek; rozsáhlé uplatnění (vnitřní instalace, rozvod studené i teplé vody, plynu vzduchu; důležité je použití legovaných korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí, především pro chemický průmysl a energetiku) litina obvykle různé druhy vodovodního potrubí a plynovody a spojovací součásti (fitinky) měď chemická a potravinářská výroba, tepelné výměníky hliník olovo chemický průmysl, odpadní potrubí (pro pitnou vodu nepřípustné)

8 MATERIÁLPOUŽITÍ / VLASTNOSTI sklo kamenina vysoká chemická odolnost, velmi důležité materiály pro chemický průmysl, kanalizační účely (kamenina), doprava velmi agresivních látek, použití do nepříliš vysokých tlaků; nevýhodou je značná křehkost a citlivost na rychlé změny teplot umělé hmoty nejrozšířenější v současných domovních rozvodech; vysoká korozní odolnost, malá hmotnost, nízká cena; aplikace trubek z umělých materiálů může být zatížena určitým teplotním omezením; ohebné hadice z pryže, PVC, silikonu, atd. Materiál potrubí nekovové materiály

9 Spoje trubek rozebíratelné Přírubové spoje: Přírubový spoj je složen ze dvou přírub (mezikruhové desky s otvory pro šrouby), spojovacích šroubů a těsnění (1). Hlavní druhy přírub: s krkem (1): příruba je spojena s trubkou kuželovou částí (krkem); tento druh přírub je použitelný pro všechny jmenovité světlosti a jmenovité tlaky ploché (2a): příruba je k trubce přivařena závitové (2b): příruby jsou na trubky našroubovány, jsou používané především pro malé světlosti a velké tlaky točivé (2c): volně a otočně nasazena na trubku opatřené na koncích obrubami např. přivařenými, nebo zalemovanými dělené (3): používají se pro skleněné nebo kameninové trubky, pro zajištění rovnoměrného tlaku se na trubku vkládá kroužek z pružného materiálu 1 3 2a2b 2c

10 Spoje trubek rozebíratelné Šroubení: Šroubení se používá k rozebíratelnému spojení trubek menších průměrů pro neagresivní plyny a kapaliny a pro připojování potrubí k přístrojům. Hlavními součástmi šroubení jsou přesuvná matice (1), hrdlo (2) a pružný těsnící prstenec (3), který po dotažení matice zajistí těsnost mezi hrdlem a trubkou (4).

11 Spoje trubek nerozebíratelné, nebo obtížně rozebíratelné Svařování a pájení: nejdůležitější způsob nerozebíratelného spojování trubek; ocelové trubky se svařují tavně elektrickým obloukem nebo plamenem, žáropevná nebo korozivzdorná ocel se svařuje wolframovou elektrodou, pájení se provádí pomocí měkkých (cínových), nebo tvrdých pájek (např. mosazných) Hrdlové spoje: jsou tvořeny trubkou s hrdlem do něhož se zasune konec druhé trubky; spoj se těsní napěchováním (temováním) měkkých materiálů (např. konopných provazců, olova nebo hliníku); spoj je částečně poddajný, umožňuje malé vychýlení os trubek v hrdle (uplatňuje se především pro potrubí uložená v zemi) Závitový kuželový spoj: spojení dvou trubek s vnějším kuželovým závitem pomocí nátrubku s vnitřním válcovým závitem; utěsňuje se obvykle konopným vláknem napuštěným fermeží

12 Uzavírací armatury ventily Nejpoužívanější uzavírací armatura; k otvírání nebo zavírání průtočného průřezu dochází v otvoru, jehož okraj (sedlo) tvoří těsnící plochu pro kuželku (3) spojenou s vřetenem (2) Výhody: vysoká těsnost, snadná opravitelnost Nevýhody: značná tlaková ztráta způsobená změnou směru proudění a průtočného průměru značná stavební délka použitelné pouze pro jeden směr proudění

13 Uzavírací armatury šoupátka funkce šoupátka může být přirovnána k funkci stavidla u rybníků; těsnící plochy jsou uzavírány dělicí deskou (3) klínového tvaru Výhody: malá tlaková ztráta malá síla na vřetenu – velmi důležité pro velké světlosti Nevýhody: nebezpečí zadření těsnicích ploch velký zdvih, značná stavební výška nákladné opravy Hlavní využití: pro světlosti ≥DN 200 se téměř výhradně používají šoupátka případy, kde je vyžadováno obousměrné proudění pro dopravu hustých, viskózních nebo znečištěných látek

14 Uzavírací armatury kohouty kohout se skládá z tělesa (1) s přírubami nebo závitem a obvykle s kuželovou dutinou, do které je vložen kužel (2) s otvorem kolmo k ose tělesa kohouty umožňují propojení tří a nebo více hrdel – trojcestné a složitější kohouty s otvory ve tvaru L nebo T apod. výhody: jednoduchost, nízká cena malá tlaková ztráta, rozměry a rychlá manipulace nevýhody: náchylnost k zadření (vyžadují občasné otočení kuželky) rychlé opotřebení (nejsou vhodné pro velmi časté přestavování) obtížné dosažení trvalé těsnosti hlavní využití: pro malé světlosti (<DN 150), tlaky (< PN 16) a teploty méně důležitá potrubí, rozvod vzduchu a plynu vhodné pro naftová a olejová potrubí (z důvodů mazacího efektu dochází k malému opotřebení)

15 Tvarovky Tvarovky jsou součásti umožňující změnu směru a průřezu potrubí, dělení a spojování proudu apod. Změna směru potrubí – ohyby trubek za tepla nebo za studena, litá přírubová kolena (1) nebo případně různá kolena na koncích opatřená závitem, svařované segmentové oblouky (2) nařezané z rovné trubky apod. Potrubní odbočky – tvarovky „T“, „Y“, „ + “ svařené z ocelových trubek (3), příp. kované nebo lité (4) z oceli a vyrobené i z ostatních materiálů včetně umělých hmot. Konce odboček jsou přizpůsobeny pro různé způsoby spojení. 1 2 43 5 Závitové tvarovky – jedná se o nejčastější druh tvarovek, používají se pro potrubí ze závitových trubek. Na obr. 5 je ukázka kolena 90° a „T“ kus.

16 Ostatní části potrubí Vedení a uložení potrubí: vedení vnějšího potrubí na nosných konstrukcích (mezi budovami) zabudovaná ve stěnách a podlahách budov ve výkopu pod zemí – látky s pracovní teplotou do 30°C (plynovod, vodovod), výjimečně rozvod teplé vody nebo páry, stálá teplota zeminy, ochrana proti zamrzání (dostatečná hloubka uložení) obecně je nutno uložením zachytit veškerá zatížení působící na potrubí (vnitřní přetlak, tíha potrubí a dopravované látky, zatížení sněhem…) uložení: a) pevná (zakotvení) b) umožňující pohyb v ose potrubí (osová vedení, podpěry, závěsy) Kompenzátory: vyrovnávají délkové změny potrubí způsobené změnami pracovní teploty, snižují síly a momenty působící na potrubí (vlnovce, lyrové a „U“ kompenzátory, ucpávkové kompenzátory vyrovnávající posunem válcové části) Zařízení k vyprazdňování potrubí: odvzdušňovací a zavzdušňovací: umístěna v nejvyšším místě potrubí, vypouštění vzduchu během plnění potrubí, odvod plynů vylučujících se trvale z kapalin vypouštěcí: umístěno v nejnižším místě potrubí (při návrhu potrubí je třeba zamezit vzniku nevypustitelných kapes) odvodňovací: odvod kondenzátů dopravovaných par a plynů z důvodu zužování průtočného průřezu a zamezení rázům v koncových zařízení v důsledku strhávání kondenzátu; nutností je zamezit průtok páře nebo plynu odvodňovacím zařízením

17 Ostatní části potrubí Pojistná zařízení: Pojistné ventily: zabraňují nedovolenému zvýšení tlaku v potrubí. Zpětné ventily: chrání potrubí před nežádoucím zpětným tokem. Řízení tlaku a množství: Regulační ventily: provedení stejné jako u uzavíracího ventilu; kuželka a sedlo mají tvar umožňující rovnoměrné zvětšování průtočného průřezu a tím žádaný průběh závislosti mezi zdvihem ventilu a průtočným množstvím. Redukční ventily: nutno použít v případě, kdy spotřebič je konstruován na nižší tlak, něž je tlak v hlavním potrubí. Redukční ventily snižují tlak a samočinně jej udržují na předepsané výši (při stoupajícím tlaku snižují průtok).

18 Čerpadla ROZDĚLENÍ Čerpadla (stroje pro dopravu kapalin) rozdělujeme podle několika hledisek: Podle způsobu dopravy: hydrostatická hydrodynamická ostatní principy Podle způsobu pohonu čerpadla: s pohonem ručním se strojním pohonem rotačním nebo kmitavým s jiným pohonem (např. tlakovým vzduchem) Podle polohy hnacího hřídele: horizontální (ležatá) šikmá vertikální (stojatá) Výběr čerpadla je ovlivněn mnoha aspekty (druh kapaliny – voda, znečištěná voda, kašovité látky, teplota média, hustota kapaliny, krystalizující kapaliny, hořlavost, obsah plynů, požadované množství a dopravní výška…)

19 Čerpadla PARAMETRY H HgHg HsHs HvHv čerpadlo DOPRAVNÍ VÝŠKA H: Dopravujeme kapalinu z nádrže 1 do nádrže 2: H g – geodetická výška (vzdálenost hladin v nádržích) H g lze rozdělit na sací výšku H s a výtlačnou výšku H v. Ve skutečnosti musí čerpadlo překonat větší výšku než geodetickou, která je zvětšena o hydraulické odpory v potrubí a armaturách (H zs a H zv ) a o přírůstek rychlostní výšky výtlačným a sacím hrdlem čerpadla: platí tedy: Označujeme ji pracovní (dopravní) výška čerpadla H. H zs

20 Čerpadla PARAMETRY DOPRAVNÍ VÝŠKA H: Chceme-li čerpat kapalinu z otevřené nádrže, vždy je přítomný atmosférický tlak. Aby čerpadlo „nasálo“ musí být splněna následující podmínka: kde H B je sloupec kapaliny odpovídající barometrickému tlaku c s je průtočná rychlost v sacím potrubí H t je tenze par při dané provozní teplotě V případě, že nerovnost není splněna, dochází k odpaření kapaliny v sacím potrubí. Maximální H s studené vody pístovými čerpadly je přibližně 8 m. Abychom zabránili poruchám čerpání a eliminovali možnost odpaření v sacím potrubí v případě horké vody nebo těkavých kapalin, musíme často volit takzvanou zápornou sací výšku (viz obrázek). HvHv HgHg -H s

21 Čerpadla PARAMETRY ÚČINNOST ČERPADLA η: Celková účinnost η se skládá ze tří složek: Účinnost objemová η 0 : poměr skutečného dopravovaného množství k množství teoretickému; skutečné množství je menší o ztráty netěsnostmi ve vlastním čerpacím prostoru, zpožděným dosedáváním ventilů. Ke snížení dopravovaného množství může dojít uvolňováním rozpuštěného vzduchu z kapaliny během sání. Účinnost hydraulická η h : zahrnuje hydraulické ztráty ve vlastním čerpadle. Jde o ztráty místními odpory (změny průtočného průřezu, změny směru atd…). Účinnost mechanická η m : vyjadřuje ztráty třením v pohyblivých součástech čerpadla (ložiska, ucpávky), u pístových čerpadel je v ní rovněž zahrnuta účinnost klikového mechanismu.

22 Objemová čerpadla PÍSTOVÁ ČERPADLA sání výtlak Základní typ jednočinného pístového čerpadla je na obrázku [1]. Píst (1) vykonává přímočarý vratný pohyb; při pohybu vpravo je do činného prostoru (2) nasáta kapalina; při pohybu vlevo je kapalina vytlačena do výtlačného prostoru (4). Činný prostor je oddělen sacím (5) a výtlačným (6) ventilem. V případě jednočinného pístového čerpadla dochází k výtlaku pouze v půlperiodě otáčky klikového mechanismu. Dodávané množství tedy kolísá. Abychom tok kapaliny zrovnoměrnili, konstruujeme čerpadla se dvěma činnými plochami pístu. V případě základního dvojčinného čerpadla [2] zadní strana saje, když přední vytlačuje a obráceně. Diferenciální čerpadlo [3] je upraveno tak, že má jednočinné sání a dvojčinný výtlak. Při pohybu doprava píst nasává a zároveň z pravé komory vytlačuje objem. Při pohybu doleva píst vytlačuje objem z levé komory. 1 2 3

23 Objemová čerpadla ROTAČNÍ ČERPADLA MEMBRÁNOVÁ ČERPADLA Používají se především pro čerpání agresivních, jedovatých nebo výbušných kapalin. Dokonale zabraňují úniku kapaliny a na straně čerpaného média nemají pohyblivé části (nepotřebují tedy ucpávku). Čerpání se uskutečňuje nuceným pohybem membrány, která bývá v chemických provozech ovládána hydraulicky (tzv. pulzátorem – jednopístovým čerpadlem bez sacího a výtlačného ventilu) tlakem pomocné pracovní kapaliny (olej, glycerín). Pohyb membrány však může být realizován i na jiném principu např. mechanickém nebo elektromagnetickém. Činné prvky těchto čerpadel konají rotační pohyb (čerpadla zubová, vačková, lamelová, vřetenová). Na rozdíl od pístových čerpadel nemají ventily – sací a výtlačný prostor je oddělen činnými prvky. Dodávané množství kapaliny je rovnoměrné. Funkce zubových a vačkových čerpadel je zřejmá ze schématu. V případě vřetenového čerpadla je činnou částí vřeteno šroubovitého tvaru a kapalina je dopravována ve směru osy rotoru. schéma funkce zubových (vačkových) čerpadel vřetenové čerpadlo

24 Objemová čerpadla ČERPADLO S ROTAČNÍMI AXIÁLNÍMI PÍSTY Hřídel (1) nese rotor (2) přiléhající čelní plochou na rozvodovou desku (čelo skříně) (3). Kloub (4) zapadá do šikmé desky (5), která se otáčí společně s hřídelem a rotorem. Deska se přes ložisko opírá o unášeč (6), který je výkyvně uložen ve skříni čerpadla. Úhel sklonu desky je řízen mechanismem (7) a určuje dopravované množství. Pokud je deska kolmá k hřídeli, čerpadlo nečerpá. Objemová účinnost čerpadla je značně vysoká (98%). LAMELOVÉ ČERPADLO Čerpadlo se skládá z rotoru s lamelami a z eliptické skříně. Když lamela projede místem, v němž je rotor nejblíže skříni, vytvoří se sousední lamelou prostor, který se při dalším pohybu bude zvětšovat a čerpadlo nasává. Jakmile kapalina uzavřená v tomto prostoru mine místo, kde je vzdálenost rotoru a skříně maximální, prostor mezi lamelami se bude zmenšovat a čerpadlo vytlačuje.

25 Odstředivá čerpadla sání výtlak Na obrázku je řez horizontálním jednostupňovým odstředivým čerpadlem. Hlavní díly čerpadla jsou spirální skříň (1), a oběžné kolo čerpadla (5) s hřídelí (13).

26 Charakteristika odstředivého čerpadla Pod pojmem charakteristika čerpadla rozumíme závislost dopravní výšky H na dopravovaném množství Q. Maximum této závislosti se nazývá pracovní bod čerpadla. Charakteristika čerpadla je obvykle proměřována výrobcem a je součástí technické dokumentace. Pro lepší volbu pracovních podmínek čerpadla je užitečné uvádět také závislost účinnosti η a frekvence otáčení čerpadla N na průtoku. Q [l·s -1 ] N η H H [m]; η; N [s - 1 ]

27 Porovnání pístových a odstředivých čerpadel účinnost pístového čerpadla je vždy větší než odstředivého a viskozita čerpané kapaliny na ni nemá podstatný vliv pístová čerpadla jsou pomaloběžnější než odstředivá, při stejném dopravovaném množství bude jejich objem a hmotnost větší píst má během zdvihu proměnnou rychlost, proto je vytlačované množství nerovnoměrné a čerpadla potřebují další výstroj k jeho zrovnoměrnění (větrníky) pístová čerpadla mají větší sací schopnost, jsou tedy vhodná při čerpání z nízkých hladin; odstředivé čerpadlo a jeho sací potrubí musí být v závislosti na konstrukci většinou na začátku čerpání zaplaveno pístová čerpadla mají při konstantní rychlosti stálý průtok, který (na rozdíl od odstředivých čerpadel) nezávisí na dopravní výšce klesá-li u pístových čerpadel pracovní výška, klesá potřebný příkon; u odstředivých čerpadel s poklesem pracovní výšky roste průtok a čerpadlo se zatěžuje při zavřeném výtlaku má pístové čerpadlo teoreticky vzhledem k nestlačitelnosti kapaliny nekonečný příkon (havárie čerpadla), odstředivé příkon asi 40%; odstředivá čerpadla lze spouštět při zavřeném výtlaku - pístové nikoli účinnost odstředivých čerpadel klesá a příkon roste s rostoucí viskozitou média; pístová čerpadla mají průběh téměř konstantní

28 Porovnání pístových a odstředivých čerpadel regulování průtočného množství lze u pístových čerpadel provést plynule – přepouštěním z výtlaku do sání, případně zkrácením pracovního zdvihu, nebo přerušovaně – vynecháním pracovních zdvihů; u odstředivých čerpadel se regulace běžně provádí škrcením na výtlaku – je plynulá, ale spojená se ztrátami Pístová čerpadla se používají především pro čerpání viskózních kapalin a u nízkovizkózních tehdy, jde-li o malé průtoky a velké dopravní výšky. Pro velká průtočná množství jsou pístová čerpadla nahrazována čerpadly odstředivými. Některé další konstrukce čerpadel Mezi další typy čerpadel používaných v chemickém průmyslu patří například čerpadla proudová – k čerpání využívají energie pracovní tekutiny. Princip je založen na vytvoření podtlaku, vzniklého v místě zúžení proudu pracovní kapaliny k nasávání dopravované kapaliny. Pro čerpání malých množství se používají čerpadla hadicová – soustava kladek stlačuje hadici a odvaluje se po ní v kruhovém segmentu. V hadici vzniká podtlak (sání) a kapalina uzavřená v hadici před kladkou směřuje do výtlaku.

29 Kompresory a vývěvy Chemické procesy v plynném prostředí často probíhají při zvýšených tlacích nebo naopak vyžadují vakuum. Stroje pro stlačování a dopravu plynů nazýváme kompresory, pro vytvoření vakua se používají vývěvy. Dělení: kompresory a vývěvy objemové – pracují s přímým zvýšením tlaku plynů zmenšením jejich objemu (pístové nebo rotační kompresory) turbokompresory – udělí plynům v lopatkovém rotoru velkou rychlost a jejich kinetická energie se pak v difuzoru přemění na tlakovou kompresory a vývěvy proudové – pracují na stejném principu jako proudová čerpadla Jiným hlediskem pro dělení kompresorů je kompresní poměr (podíl sacího a výtlačného tlaku): kompresory:p s / p v > 3 dmychadla: 1,2 < p s / p v < 3 ventilátory: p s / p v < 1,2 Ventilátory překonávají pouze tlakovou ztrátu vzniklou prouděním plynu. Pokud požadujeme stlačení plynu, musíme použít dmychadlo nebo kompresor. Dále se budeme zabývat jen kompresory.

30 Kompresory a vývěvy KONSTRUKČNÍ USPOŘÁDÁNÍ KOMPRESORŮ JEDNOSTUPŇOVÉ KOMPRESORY VÍCESTUPŇOVÉ KOMPRESORY Jednostupňové kompresory se vyrábějí téměř výhradně jako stojaté. Víceválcové mají uspořádání válců do „V“ nebo „W“. Vícestupňové kompresory jsou konstruovány s odstupňovaným pístem s plochami I. a II. Při uspořádání (1) je maximální tlak v obou válcích v levé krajní poloze kliky. Rozdíl tlaků je menší než při uspořádání (2), ve kterém je-li v I. stupni sání, bude ve II. stupni komprese a vytlačování. Kompresory pro velká nasávaná množství bývají buďto ležaté dvojčinné (3) nebo s válci v tandemu (4). V praxi jsou používány až osmistupňové kompresory a požadavkem pro všechny typy uspořádání je pokud možno rovnost sil na píst pro přední a zadní úvrať, protože tím se zlepšuje rovnoměrnost chodu kompresoru. 1 2 34

31 Kompresory a vývěvy PÍSTOVÉ VÝVĚVY Největší rozdíl v konstrukci pístových vývěv proti kompresorům je v rozvodu.Použijeme-li jednostupňového kompresoru jako vývěvy, dosáhneme maximálního vakua 95%. K dosažení vysokého vakua musíme nahradit samočinné ventily šoupátkovým rozvodem s přepouštěcím kanálem k vyrovnání tlaku před pístem a za ním.

32 Kompresory a vývěvy ROTAČNÍ KOMPRESORY KŘÍDLOVÉ KOMPRESORY Princip křídlových kompresorů je analogický principu lamelových čerpadel. Při obrácení chodu může pracovat jako vývěva. VODOKRUŽNÉ KOMPRESORY Tyto stroje mají excentricky uložený rotor s pevnými lopatkami. Těleso je částečně naplněno vodou. Při otáčení rotoru se vytvoří ve skříni vodní prstenec a komůrky mezi hladinou vodního prstence a lopatkami. V čele části skříně, kde se komůrky zvětšují, je sání vodokružného kompresoru, v části, kde se komůrky zmenšují, je výtlak. Výhodou těchto kompresorů je, že přiváděný vzduch je chladný, bez prachu a oleje (chemický a potravinářský průmysl). Často se uplatňují i jako vývěvy. VAČKOVÉ KOMPRESORY Funkce těchto strojů je analogická jako rotačních vačkových čerpadel. Vačky v každém okamžiku oddělují sání od výtlaku. V okamžiku, kdy se spojí výtlačný průřez s pracovním prostorem vroste tlak plynu na hodnotu výtlačného tlaku. ŠROUBOVÉ KOMPRESORY Konstrukce podobná vřetenovým čerpadlům, plyn je dopravován v ose šroubů.

33 Kompresory a vývěvy REGULACE MNOŽSTVÍ PLYNU U PÍSTOVÝCH KOMPRESORŮ Regulace změnou otáček Výhodný způsob regulace – s otáčkami klesají ztráty způsobené odpory; nevýhodu je nutnost setrvačníku o velké hmotě pro provoz při nízkých otáčkách. Regulace zastavováním a spouštěním Vhodná pro malé kompresory, u velkých jednotek působí potíže proudový náraz při rozběhu; výhoda - vypínáním se snižuje spotřeba proudu. Regulace uzavíráním sání Řízena tlakovým regulátorem – po překročení požadovaného tlaku vpustí stlačený vzduch pod ovládací píst ventilu v sacím potrubí a ventil zavře sání. Regulace odtlačením sacích ventilů Dvoupolohová regulace – po překročení požadovaného tlaku vpustí tlakový regulátor stlačený plyn do odtlačovacího ústrojí sacích ventilů. Ventily po skončení sacího zdvihu nedosednou zpět do sedla a plyn nasátý do válce se při zpětném pohybu pístu vytlačí zpět do sacího potrubí. Kompresor přestane dodávat plyn. Regulace reduktorem Princip regulace je založen na zmenšování objemové účinnosti zvětšováním škodlivého prostoru o objem reduktoru. Obsah reduktoru je buď stálý, nebo jej lze plynule měnit pístem na šroubu.

34 Kompresory a vývěvy RADIÁLNÍ TURBOKOMPRESOR Hlavní částí turbokompresoru je několik oběžných lopatkových kol, upevněných na hřídeli. Celek se točí ve skříni turbokompresoru a tlaku se dosahuje tím, že vzdušina je nasávána i vytlačována z oběžného kola odstředivou silou a takto získaná pohybová energie vzdušiny se pak mění v pevném difuzoru na tlak. Nasávaný plyn je dopravován v radiálním směru a po výstupu z difuzorových lopatek se převádí vratným kanálem do dalšího stupně. Difuzor je nehybné kolo obepínající rotor a převádí plyn bez nárazů se zmenšenou rychlostí do výtlačného potrubí. U vysokotlakových strojů jsou v prstencovém prostoru difuzoru lopatky, které plyn usměrňují a snižují rychlost pozvolna.

35 Kompresory a vývěvy AXIÁLNÍ TURBOKOMPRESORY Axiální turbokompresor má oběžné lopatky uloženy do drážek masivního rotoru, difuzorové do drážek statoru. Tato konstrukce nemá převáděcí kanály, neboť stlačovaný plyn se pohybuje ve směru osy rotoru.

36 Kompresory a vývěvy PROUDOVÉ KOMPRESORY A VÝVĚVY Proudové kompresory a vývěvy pracují na stejném principu jako proudová čerpadla.Proudové kompresory se nazývají obvykle injektory, vývěvy ejektory. Podle typu hnacího média je rozlišujeme na proudové kapalinové vývěvy a paroproudé vývěvy. Do skupiny proudových vývěv patří tzv. difúzní vývěva. Slouží k vyvození velmi vysokého vakua a její princip spočívá ve využití difúze molekul z odsávaného prostoru úzkou mezerou do proudu hnací látky (nejčastěji rtuti). Podmínkou je, že mezera musí být užší než střední volná dráha molekul odsávaného plynu při daném absolutním tlaku.