1. Normalizacja, unifikacja, typizacja. Rodzaje norm. Historia obecna struktura PKN w Polsce.

Normalizacja - proces tworzenia, stosowania reguł zmierzających do porządkowania działalności dla dobra i przy współpracy zainteresowanych a w szczególności dla osiągnięcia optymalnej oszczędności ogólnej z uwzględnieniem bezpieczeństwa.

Unifikacja - metoda normalizacji polegająca na zastąpieniu dwóch lub więcej odmian jedną odmianą równoważną w taki sposób, aby uzyskane wyroby były zamienne w użyciu.

Typizacja - metoda normalizacji polegająca na redukcji liczby istniejących odmian do liczby wystarczającej w danych warunkach i danym czasie; powoduje nacjonalizację produkcji poprzez wybór pewnych wybranych typów.

Rodzaje norm:

- przedmiotowe - określają cechy przedmiotów fizycznych np. mur, zawór

- czynnościowe - cechy sposobów wykonania czynności

- znaczeniowe - ustalenie poprawnego słownictwa, nazw, określenia pojęć

- klasyfikacyjne

2. Podstawowe pojęcia zakresu tolerancji i pasowań: odchyłki, wymiar nominalny, wymiary graniczne, tolerancje, luzy - interpretacja graficzna.

Dla każdej średnicy wałka lub otworu podaje się wymiary graniczne: dolny A i górny B, między którymi winien być utrzymany wymiar rzeczywisty przedmiotu. Różnica tych wymiarów nazywa się tolerancją wymiaru: T = B - A

Wymiar nominalny jest to wymiar jaki powinien mieć wałek lub otwór.

Różnicę algebraiczną między wymiarem górnym i odpowiadającym mu wymiarem nominalnym nazywamy odchyłką górną Różnicę algebraiczną między wymiarem dolnym i odpowiadającym mu wymiarem nominalnym nazywamy odchyłką dolną.

Górna odchyłka:- dla wałka: es = B - N

- dla otworu ES = B - N

Dolna odchyłka: dla wałka: ei = A - N

- dla otworu EI = A - N

Zarówno górna jak i dolna odchyłka może mieć wartość dodatnią, ujemną lub zerową. Odchyłki odmierzamy od linii wymiaru nominalnego czyli tak zwanej linii zerowej, nadając Im znak plus ponad tą linię i minus poniżej niej.

Tolerancje wymiarowe są znormalizowane. W układzie określane są dla każdego wymiaru dwa elementy: szerokość pola tolerancji i położenie jego pola w stosunku do linii zerowej. Tolerancje według szerokości pola dzielą się na 18 klas dokładności. Klasy oznacza się numerami 01, 0 i od 1 do 16. Klasy dokładności od 01, 0 i od 1 do 7 stosowane są przy wyrobie części mierniczych, klasy od 5 do 16 stosuje się przy wyrobie części maszyn, przy czym klasy od 5 do 12 stosuje się w pasowaniach części maszyn, a klasy od 12 do 16 stosuje się w przypadkach wielkich luzów oraz powierzchni swobodnych i surowych .

Luzy.

Luz graniczny najmniejszy powstaje wtedy, gdy otwór będzie miał wymiar graniczny dolny A_o, a wałek wymiar graniczny górny B_w

L_min = B_o-A_w = EJ - es

Luz graniczny największy powstanie, jeżeli otwór będzie miał wymiar graniczny górny B_o, wałek wymiar graniczny dolny A_w

L_max= B_o-A_w = ES - ei

Luz średni

Tolerancja pasowania jest to różnica granicznych luzów

T_x = L_max - L_min = (ES-EJ)+(es-ei) = T_o- T_w

3. Położenie pól tolerancji względem wymiaru nominalnego, rodzaje pasowań - szkice.

Pasowania można podzielić na ruchowe, mieszane, wtłaczane. Pasowania ruchowe są to takie pasowania w których zawsze uzyskuje się luz, to znaczy: L_max > L_mon > 0

Pasowania mieszane są to takie pasowania, w których można powstać luz lub wcisk, to znaczy: L_max > 0 > L_min

Pasowania wtłaczane są to takie pasowania, w których zawsze uzyskuje się wcisk, to znaczy: 0 ≥ L_max > L_min

Układ pól tolerancji - pytanie 4

4. Układ pól tolerancji przy zasadzie stałego wałka i otworu - szkic.

Zasada stałego otworu polega na tym, że wszystkie otwory wykonujemy zawsze jako otwory podstawowe, czyli otwory suwnicze (H). Dla uzyskania zaś odpowiedniego pasowania dobieramy odpowiednio wałki. Odwrotnie postępujemy przy zasadzie stałego wałka. Wszystkie wałki wykonujemy zawsze jako podstawowe czyli suwnicze (h). Dla uzyskania zaś odpowiedniego pasowania dobieramy odpowiednio otwory Przy skojarzeniu otworu podstawowego z wałkiem otrzymamy zależnie od wałka pasowanie ruchowe, mieszane lub wtłaczane. Podobnie przy zasadzie stałego wałka możemy taż otrzymać odpowiednio pasowanie ruchowe, mieszane i wtłaczane

9. Wykres rozciągania próbki stalowej - granica proporcjonalności, sprężystości, plastyczności, doraźna wytrzymałość na rozciąganie.

Dla większości materiałów w początkowym stadium aż do osiągnięcia przez siłe rozciągającą pewnej granicznej wartości P_H wykres ma charakter prostoliniowy - obowiązuje tu prawo Hooke'aczyli proporcjonalność pomiędzy naprężeniem a odkształceniem. Granicą proporcjonalności nazywamy maksymalną wartość naprężenia przy której ważne jest jeszcze to prawo. Granica sprężystości to maksymalna wartość naprężenia przy którym rozciągana próbka bo odciążeniu powraca jeszcze do pierwotnej długości. Plastyczne płynięcie materiału bez wzrostu obciążenia następuje przyrost odkształceń R_pl. Wytrzymałość doraźna to punkt odpowiadający przyłożonej największej siły P. - Rr.

10. Naprężenia dopuszczalne w częściach maszyn. Jakie czynniki mają wpływ na określenie współczynników bezpieczeństwa.

Warunki współczynników bezpieczeństwa:

- jednorodność materiału - jakość wykonania

- naprężenia wstępne - w czasie procesu technologicznego np. kucia, odlewu, spawania

- obciążenia przewidywane i przypadkowe

- czynnik głupoty ludzkiej

- niedoskonałość metod obliczeniowych

- wpływ czasu pracy - procesy korozji, ścierania, wietrzenia

- zmęczenia materiału

- spiętrzenie naprężeń

Wartości współczynnika x przyjmujemy:

- dla lotnictwa x=1,5

- dla mostów x=2,5÷4

- dla dźwigów, łańcuchów x=7÷12

Naprężenia dopuszczalne w częściach maszyn.

Aby ustalić wsp bezpieczeństwa należy ustalić następujące czynniki:

- Stopień znaczenia części dla pewności działania maszyny

- poprawność przyjętego schematu obciążeń przy obliczeniach wytrzymałościowych

- prawidłowość uwzględnienia rodzaju obciążenia(stałe, zmienne)

- pewność odnośnie do materiału

- przewidywana jakość wykonania

- kształt części i stan jej powierzchni

Z uwzględnieniem przepisów odbioru maszyn

11. Rodzaje naprężeń zmęczeniowych - wykresy. Wytrzymałość zmęczeniowa, wykres Wohlera. Określenie współczynników bezpieczeństwa przy wytrzymałości zmęczeniowej.

Pod wpływem sił działających zmiennie w czasie

- obciążenia jednostronnie zmienne (tętniące)

- Obciążenia obustronne zmienne (wahadłowe)

- obciążenia niesymetryczne

ko=zo/x_z

wartość wsp wytzymałości zmęczeniowej określa wg metody Moszyńskiego. Xz = A B C

A- wsp spiętrzenia naprężeń; B- wsp wielkości przedmiotu; C- wsp. Pewności.

A= A1 + A2 -1 A1- działanie karbu A2= wsp stanu powierzchni A1= 1+(alfa -1) * wsp wrażliwości na działanie karbu.

Jedna z hipotez mówi że zmiany obciążeń tworzą histerezę. W praktyce naprężenie max jest małe bo jest już poza strefą sprężystą i odkształcenie plastyczne niweluje część naprężeń.

Rodzaje przełomu - statyczny (włóknisty lub ziarnisty) - zmęczeniowy ( gładki)

Wykres Wohlera

Określanie współczynnika bezpieczeństwa.

( k_rj, k_rc ) przy rozciąganiu

( k_cj ) przy ścinaniu

( k_gs, k_go­ ) przy zginaniu

( k_sj, k_so ) przy skręcaniu

( k_tj, k_to ) przy ścinaniu

(p_j, p_o ) nacisk powierzchniowy

12. Pojęcie karbu, rozkłady naprężeń, spiętrzenie naprężeń - przykłady rysunkowe.

Karb - w maszynie lub konstrukcji nagła zmiana przekroju elementu np. wgłębienia, rysa, pęknięcie; w otoczeniu karbu naprężenia spiętrzają się zmieniając wytrzymałość elementu (zwłaszcza przy obciążeniach przemiennych)

13. Rodzaje karbów, zabiegi konstrukcyjne zmniejszające działanie karbu - szkice.

Części maszyn nie mają jednolitego kształtu, lecz kształty zmieniające się, oraz powierzchnie niedostatecznie wygładzone. Z doświadczeń wiadomo, że szczególnie silny wpływ na wytrzymałość zmęczeniową wywierają gwałtowne (ostre przejścia) zmiany przekrojów przedmiotów (np. podtoczenie, karby, otwory poprzeczne i rysy), gdyż wywołują one spiętrzenia naprężeń występujące np. u dna karbu.

Rodzaje karbu.

14. Przełomy statyczne i zmęczeniowe na przykładzie zniszczonych wałów, osi i szyn kolejowych - szkice. Przyczyny zniszczeń.

Rodzaje przełomów:

rys. 14.9 - wał pędny 90 mm ognisko - karb, pęknięcie - przełom zmęczeniowy - gładka powierzchnia - błąd materiałowy - naprężenia montażowe

rys. 14.10 - wał stojący, przełom zmęczeniowy 80%, przełom statyczny, zniszczenie statyczne

rys. 14.11 - przełom zmęczeniowy, obracający się osi (oś wagonu kolejowego ) 60% przekroju zniszczone, przełom zmęczeniowy

rys. 14.12 - szyna - wtrącenia niemetaliczne w odlewie

rys. 14.13 - inny przekrój tej samej szyny - szczelina zmęczeniowa nie widoczna z zewnątrz

rys. 14.14 - przełom zmęczeniowy wału korbowego silnika ciągnika

15. Rodzaj nitów i połączeń nitowych - szkice. Zamykanie nitów. Wady i zalety połączeń nitowych.

a) złbem kulistym b) z płaskim c) soczewkowym d)grzybkowym e) soczewkowym niskim f) trapezowym

Połączenia nitowe:

- rozłączne

- nierozłączne

Połączenia nitowe - połączenie kształtowo - cierne - wykonane za pomocą odpowiedniego ukształtowania nitu, materiału nit powinien być plastyczny

Zamykanie nitów może odbywać się uderzeniowo, młotkiem ręcznym albo mechanicznym (pneumatycznym albo elektrycznym) lub naciskowo - za pomocą nitownic mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych lub elektrycznych

Zalety połączeń nitowych

- duża plastyczność

- nitowanie na gorąco i na zimno

- nitowanie nie wpływa na zmianę właściwości przedmiotów nitowanych

Wady połączeń nitowanych:

- ograniczają możliwości konstrukcyjne

- wiercenie otworów - znaczne nakłady robocizny

- wykonanie połączeń szczelnych - techniczne doszczelnianie

• duże koszty nakładowe

16. Wykres rozciągania próbki nitowej , rozkład na nitach. Postacie zniszczeń połączeń nitowych.

Wykres rozciągania próbki nitowej tablica

Rozkład naprężeń na nitach tablica

Połączenie nitowe może ulec zniszczeniu z trzech powodów :

1. zerwania blach wzdłuż osi rzędu nitowego, najczęściej rzędu skrajnego (w szwach pełnych zawsze rzędu skrajnego)

2. ścięcie nitu

3. zniekształcenia otworów nitowych w blasze z powodu zbyt dużego nacisku nitów na ściany otworów

Postacie zniszczeń połączeń nitowych tablica

17. Obliczanie wytrzymałościowe połączeń nitowych rozciąganych siłą osiową

Obliczanie blach

n' - liczba nitów w skrajnym rzędzie,

2. Obliczanie nitów na ścinanie

Warunek wytrzymałościowy wyraża wzór:

Przy szwach nakładkowych liczymy zawsze tylko połowę połączenia po jednej stronie płaszczyzny symetrii szwu

d - jest średnicą otworu nitowego , a nie nitu ; w obliczeniu bierzemy pod uwagę tę średnicę gdyż nit zamykany pęcznieje i wypełnia otwór. Liczba przekrojów ścinanych przypadająca na jeden nit jest o 1 mniejsza od liczby blach ściskanych przez ten nit, tak więc w szwie zakładkowym i nakładkowym jednostronnym na 1 nit przypada 1 przekrój, a w nakładkowym obustronnym 2 przekroje ścinane.

3. Obliczanie blachy na docisk w otworze

4. 
   

19. Rodzaje połączeń spawanych oraz spoin spawalniczych , spoiny robocze - szkice.

Spoiny mogą być :

- dolne

- górne

- pionowe

- jednowarstwowe

- jednowarstwowo - dwustronne

- wielowarstwowe

Rodzaje połączeń spawanych

- czołowe - zakładkowe- teowe- kątowe- „na zamek „

- czołowe z jednostronną nakładką

- czołowe z dwustronną nakładką'

- nakładkowe

Rodzaje spoin

- nakładki cząstkowe

- stykowa w połączeniu teowym

- stykowa w połączeniu czołowym

- stykowa w połączeniu kątowym

- szczelinowe

- otworowa

- przetapiana

- krawędziowa

- pachwinowa w połączeniu zakładkowym

- pachwinowa w połączeniu teowym

- pachwinowa w połączeniu kątowym

- stykowa ( krawędziowa )

- stykowa (pachwinowa )

- stykowa ( przetapiana )

- elektrolit

20. Naprężenia i odkształcenia spawalnicze - przyczyny powstania. Konstrukcyjne i technologiczne . Sposoby kompensacji spawalniczych.

Odkształcenia i naprężenia - przyczyny powstania:

W procesie stygnięcia następuje skurcz materiału , który ma charakter

nierównomierny wywołany

nierównomiernym rozkładem temp. Wskutek tego skurcz w materiale spawanym występują naprężenia spawalnicze oraz odkształcenia części spawanej. Naprężenia spawalnicze są bezpośrednim powodem pęknięć w czasie stygnięcia. Zmniejszenie ich jest możliwe przez odpowiednio dobrany proces technologiczny spawania, wstępne wygrzewanie elementów spawanych w całości i potem powolne ich studzenie lub przez wyżarzanie części po spawaniu. Stale stopowe stosowane do spawania poddawane są po spawaniu obróbce cieplnej, polegającej na wyżarzaniu , normalizacji lub ulepszaniu .

W spoinach występują naprężenia, żeby je zmniejszyć wykonuje się odpowiednie zabiegi np. - spawać należy blachy o tej samej grubości

21. Porównanie połączeń spawanych i nitowanych . Zastosowania wady i zalety.

Połączenia spawane stosuje się:

- w konstrukcjach stalowych , masztach, słupach, mostach,

- w budownictwie stalowym

- przy produkcji kadłubów okrętowych

- przy wytwarzaniu karoserii samochodowych

- w produkcji wagonów kolejowych

- przy wykonywaniu korpusów ciężkich maszyn

- przy wykonywaniu rozmaitych części maszynowych w różnych gałęziach przemysłu

Wady połączeń spawanych:

- niepełne przetopienie materiału łączącego , a więc przyklejanie spoiny do materiału

- przepalanie materiału lub spoiny i powstanie tlenków

- wtrącanie szlaki w spoinie

- pęknięcia w spoinie

Zalety połączeń spawanych:

- dowolne ustawienie łączących ścian

- nie osłabiają przekroju łączonych materiałów

- pozwalają osiągnąć szczelność

Zalety połączeń nitowych

- duża plastyczność

- nitowanie na gorąco i na zimno

- nitowanie nie wpływa na zmianę właściwości przedmiotów nitowanych

- nie zmieniają kształtów przedmiotów nitowanych

Wady połączeń nitowanych

- ograniczają możliwości konstrukcyjne

- wiercenie otworów

- znaczne nakłady robocizny

- wykonanie połączeń szczelnych - techniczne doszczelnianie

- duże koszty nakładowe

Połączenia nitowane stosuje się:

- w konstrukcjach stalowych, kadłubów samolotów

- zaleca się stosowanie nitów do łączenia elementów wykonanych z materiałów trudno spawalnych

- w przypadku gdy nie można spawać ze względu na odkształcenia termiczne lub ze względu na małą grubość elementów łączonych.

22. Obliczanie wytrzymałościowe spoin czołowych, naprężenia w spoinie ukośnej oraz w spoinie czołowej z nakładkami.

Spoina ukośna

- naprężenia zastępcze

Połączenie czołowe z dwiema nakładkami

F - przekrój pręta

23. Obliczanie wytrzymałościowe dwuteownika połączonego spoiną czołową z nakładkami obciążonego momentem zginającym. Gdzie należy umieścić nakładki i dlaczego?

kg` - naprężenia dopuszczalne na zginanie dla spoiny

y - odległość od skrajnych włókien

Nakładki należy dać na pólkach ponieważ I jest większe mimo Momentu gnącego mniejszego.

24. Obliczanie wytrzymałościowe spoiny pachwinowej łączącej pręt niesymetryczny (kątownik) z blachą węzłową

25. Obliczanie wytrzymałościowe spoiny pachwinowej obciążonej momentem skręcającym i siłą tnącą

między

= 0

26. Obliczanie wytrzymałościowe spoiny pachwinowej obciążonej momentem zginającym, siłą normalną i siłą tnącą na przykładzie dwuteownika przyspawanego czołowo do płyty.

- przekrój spoiny równoległych do kierunku siły T

27. Połączenia gwintowe- rodzaje gwintów i ich zastosowanie, oznaczanie gwintów, rodzaje śrub, nakrętek i podkładek. Zabezpieczanie nakrętek przed odkręcaniem się.

Połączenia gwintowe wykonuje się za pomocą łączników gwintowych. Śruby, wkręty, nakrętki

Śruba to łącznik mający łeb ukształtowany tak aby można go było wkręcić odpowiednim kluczem. Trzpień śruby może być nagwintowany na całej swojej długości lub częściowo. Wykonane najczęściej przez toczenie z prętów walcowych lub ciągnionych czworokątnych. Śruby wykonywane z prętów okrągłych - łeb wykonuje się poprzez spęcznienie trzpienia i uformowanie łba.

Wkręty - łączniki mające łeb z wcięciem do wkrętaka

Nakrętki to elementy współpracujące ze śrubami lub wkrętami.

Rodzaje gwintów

a) trójkątne (stożkowe, walcowe)

zalety:

- zapewnia szczelność,

- przenosi duży moment skręcający,

- szybkie łączenie i rozkręcanie

Wady:

- trudne wykonanie,

- niemożność regulowania przesunięć osiowych

b) okrągły

- duża sztywność zmęczeniowa,

- nie jest stosowany w szerokim zakresie

c) gwinty dociskowe i napędowe - stosowane są trapezowe i prostokątne

Oznaczanie gwintów:

2^″; 3/4^″ - calowe

Tw 48 x 8 - trapezowy symetryczny

S 48 x 8 - trapezowy niesymetryczny

Rd 40 x 1/6^″ -okrągły

M30 -metryczny zwykły

M80 x 3 - metryczny drobnozwojowy

R 3/4^″Pt - rurowy przytępiony

Em 16 - Edisona metryczny

Rodzaje śrub:- śruba surowa- śruba półsurowa- śruba toczona- śruba dwustronna- śruba do drewna

Rodzaje nakrętek:- sześciokątne- czworokątne- dwuścienne- rowkowe- otworowe- skrzydełkowe- z uchem- radełkowe- koronowa

Rodzaje podkładek:

- sprężyste

Zabezpieczenie połączenia przed poluzowaniem lub odkręceniem pod wpływem przypadkowych sił np.:przy drganiach - specjalna podkładka, zapunktowanie trzpienia, zaklepanie trzpienia

Podkładka sprężysta z ostrymi odgiętymi końcówkami wciska się jednym końcem w nakrętkę a drugim w łączony element. Nakręcenie przeciwnakrętki, Nakrętka koronowa - przez otwór wycięty w śrubie przetyka się zawleczkę i rozgina końce, podkładki odginane, zębate

28. Sposoby wykonywania gwintów, materiały do produkcji śrub.

Poprzednie pytanie

Sposoby wykonywania gwintów:

- nacinanie

- frezowanie

- walcowanie- gwinty zewnętrzne trójkątne

- odlewanie gwintów ze stopów niezależnych

Materiały do produkcji śrub:

- stale automatowe - oznaczenie A10, A12 - zawartość węgla do 0,1%

29. Obliczanie sił potrzebnych do odkręcenia (wkręcenia) nakrętki obciążonej siłą osiową - szkice.

Obracając śrubę, możemy podnieść na pewna wysokość ciężar Q lub przezwyciężyć na pewnej drodze siłę Q.

Takie zastosowanie śruby do wykonania pewnej pracy jest szeroko spotykane w budowie maszyn, np.: podnośniki gwintowe.

Pracę wykonujemy przez działanie momentem M_s na śrubę. Zwój gwintu tworzy równię pochyłą o kącie nachylenia γ. Ciężar posuwany jest wzdłuż równi przez siłę H, leżącą w płaszczyźnie prostopadłej do osi śruby. Przedstawia ona działanie momentu M_s, którego wektor leży wzdłuż os śruby. Tarcie równi powoduje odchylenie reakcji od normalnej, do równi o kąt tarcia ρ. Rozkład sił działających na ciężar pokazany jest na rys. b,

N oznacza reakcję normalną równi, R zaś reakcję wypadkową z uwzględnienie siły tarcia, przy czym:

T = N⋅μ = N⋅tgρ μ - współczynnik tarcia

Z trójkątów sił obliczamy sile H, jaka jest potrzebna do poruszania ciężaru ruchem jednostajnym H = Q⋅tg(γ+ρ)

Gdybyśmy ciężar opuszczali, to zmieni się kierunek sił tarcia, a więc zmieni się ką, jaki tworzy ona z pionem

Ogólny zapis H = Q⋅tg(γρ)

przy czym znak „+” dotyczy ruchu ciężaru w górę, czyli podnoszenia, a znak „-” dotyczy opuszczania.

30. Sens fizyczny pozornego kąta tarcia. Moment potrzeby do okręcenia nakrętki.

Obliczenia dla gwintu o zarysie trapezowym lub trójkątnym.

W tym przypadku siła tarcia będzie większa niż przy gwincie prostokątnym. Do obliczenia siły tarcia trzeba bowiem w tym przypadku wziąć reakcję N', normalną do boku zarysu i tworzącą kąt α_r z siła N

Siła tarcia wynosi

T=N'⋅μ=

Jeżeli wyrażenie μ/cosα oznaczymy symbolem μ`, to możemy obliczyć sile tarcia ze wzoru:

T = N⋅ μ` = N⋅tgρ`

Wartość ρ` nazywamy pozornym kątem tarcia i obliczamy ze wzoru

tgρ` =

Moment potrzebny do okręcenia nakrętki:

M_s = 0,5⋅d_s⋅Q⋅tg(γ±ρ`)

31. Sprawność gwintu.

Sprawność gwintu jako maszyny roboczej wyrażamy stosunkiem pracy użytecznej do pracy włożonej. Sprawność dla przypadku zmiany pracy momentu obrotowego na pracę siły podłużnej

Praca użyteczna odniesiona do jednego obrotu śruby jest równa iloczynowi siły prze skok

L_u = Q⋅h = Q⋅π⋅d_s⋅tgγ

praca włożona w czasie jednego obrotu

L_w = 2⋅π⋅M_s = 0,5⋅2⋅π⋅Q⋅d_s⋅tg(γ+ρ`)

więc sprawność

η=

czyli:

η =

Sprawność śruby zależy od kąta pochylenia linii śrubowej i od współczynnika tarcia

Kąt największej sprawności

γ_opt =

wartość zaś sprawności maksymalnej przy tym kącie wynosi:

η_max =

32. Pojęcie samohamowalności gwintu. Wykres zależności sprawności gwintu od kąta wzniosu.

Śruba będzie samohamowalna, jeżeli dowolnie duża siła osiowa Q, obciążająca śrubę, nie wywoła jej obrotu. Warunek ten będzie spełniony, jeżeli przy opuszczaniu moment M_s będzie równy zero lub mniejszy od zera:

M_s = 0,5⋅d_s⋅Q⋅tg(γ+ρ`) ≤ 0

Nierówność ta będzie spełniona, jeżeli γ≤ ρ` - warunek samohamowalności śruby. Śruba jest samohamowalna, jeżeli kąt wzniosu linii śrubowej jest mniejszy od pozornego kąta tarcia. Śruby samohamowalne są mało sprawne.

Wykres zależności sprawności gwintu od kąta wzniosu,

Z wykresu widać, że przy wzroście kąta sprawności rośnie najpierw bardzo szybko, potem woniej. Stosujemy w śrubach różnie kąty γ. W mechanizmach, w których zależy nam na dużej sprawności, np. w prasach, stosujemy kąt γ = 18 ÷ 25^o.

W mechanizmach, które muszą być samohamowalne, np. podnośniki stosujemy kąt

γ = 4 ÷ 6^o.

W śrubach złączonych wymagana jest samohamowność, toteż stosujemy małe kąty

γ = 1,5 ÷ 5^o.

33. Obliczanie wytrzymałościowe wysokości nakrętki.

Wzór na wysokość nakrętki

Obliczenie gwintu na nacisk wymaga obliczenia wysokości nakrętki. Wysokość nakrętki normalnych łączników gwintowych wynosi 0,8d. Przy normalnych łącznikach gwintowych, tworzących połączenia spoczynkowe, w których śruba i nakrętka wykonane są z tego samego materiału przyjmujemy bez obliczania normalną wysokość nakrętki:

h = 0,8⋅d

Z tych samych względów przyjmujemy bez obliczeń wysokość nakrętki w normalnych gwintach rurowych h = 3⋅s, gdzie s oznacza grubość ścianki

Natomiast wysokość nakrętki musimy obliczyć, gdy:

a) śruba i nakrętka są wykonane z różnych materiałów

b) połączenie jest ruchowe lub półruchowe

34. Obliczenie wytrzymałościowe średnicy rdzenia śruby obciążonej siłą osiową.

Przykładem takiego obciążenia jest obciążenie haka. W tym przypadku w rdzeniu śruby nie ma żadnego zacisku wstępnego. W czasie pracy złącze obciążone jest siłą rozciągającą osiową Q.

Obliczamy przekrój rdzenia śruby na rozerwanie:

(względnie k_rj)

Z tego wzoru najdokładniej jest obliczyć potrzebny przekrój rdzenia śruby:

i dobrać ze wzoru odpowiednie wymiary gwintu o przekroju rdzenia F_r - równym lub większym od obliczeniowego.

35. Obliczanie wytrzymałościowe śruby skręcanej pod obciążeniem (nakrętka rzymska).

Nakrętka rzymska - służy ona do naciągania lin lub prętów. W czasie skręcanie w rdzeniu śruby panuje naprężenie rozciągające. Jest on więc poddany naprężeniom złożonym, pochodzącym od rozciągania siła Q i od skręcania momentem M_s

- naprężenia rozciągające

- naprężenia skręcające

Wzór na naprężenia skręcające można przedstawić w postaci:

τ =

Naprężenia zastępcze przyjmujemy według hipotezy energii odkształcenia postaciowego:

Dla normalnych łączników gwintowych o gwincie metrycznym lub Whitwortha, dla których kąty γ są bardzo małe, wartość pierwiastka jest równa albo mniejsza od około 1,17. Dla takich łączników σ_z = 1,17⋅σ_r.

Warunek wytrzymałości:

σ_z ≤ k_r (lub k_rj)

można przekształcić na σ_r ≤ 0,85⋅k_r (lub k_rj)

Śruby takie można liczyć na rozerwanie, przyjmując niższe naprężenia dopuszczalne

Przekrój rdzenia śruby:

wymiary gwintu dobiera się z norm dla obliczonego rdzenia śruby.

37. Rodzaje połączeń kołnierzowych - szkice

Rodzaje kołnierzy stałych

Lużnych

1) odkuwka

2) kryza i szyjka połączone spoiną, kołnierz z rowkiem

3) kryza i szyjka połączone spoiną

4) kryza i szyjka jednoczęściowo odkuwane, połączone na gwint

5) kołnierz kryzowy - luźna kryza

6) kołnierz kryzowy - luźna kryza

7) kryza stała połączona z elementem walcowym na gwint

8) kryza połączona spoiną pachwinową

Uszczelki

38. Schemat oraz zasada działania hydroforu (pojemnościowego wymiennika ciepła)

Pojemnościowe wymienniki ciepła najczęściej stosowane są w instalacjach dostarczających ciepłą wodę do budynków mieszkalnych i zakładów przemysłowych. Zadaniem takiego wymiennika jest przygotowanie ciepłej wody o odpowiedniej stałej temperaturze w ilości zapewniającej pokrycie maksymalnego jej zużycia bez obniżenia założonej temperatury.

Główną częścią składową pojemnościowego wymiennika ciepła jest zbiornika wypełniony wodą, która jest ogrzewana przepływającym przez wężownicę czynnikiem grzejnym (para lub woda). Doprowadzony jest on z kotła lub z sieci cieplnej do głowicy wymiennika, która jest przedzielona na dwie części przegrodą.

Głowica oddzielona jest od zbiornika ścianą sitową, a elementy te są ze sobą szczelnie połączone za pomocą śrub.

Pojemnościowy wymiennik ciepła powinien być wyposażony w:

- zawór bezpieczeństwa

- zawór odpowietrzający

- termometry pozwalające odczytać temperaturę wody grzejnej i ciepłej wody

- zawór spustowy umożliwiający całkowicie opróżnienie zbiornika

- manometry wskazujące ciśnienie wody w zbiorniku i w głowicy

Powinien on być zaizolowany przed stratami ciepła, a wewnętrzna część zbiornika zabezpieczona przed korozją.

39. Obliczanie grubości kołnierza stałego i luźnego

Obliczanie grubości kołnierza stałego:

jeżeli w stałym kołnierzu kryzowym spełniony jest warunek h/g > 3 , to naprężenia w nim można obliczyć ze wzorów:

[MN/m²]

[MN/m²]

wartości naprężeń dopuszczalnych określono ze wzorów:

gdzie:

x=1,3 dla naciągu montażowego

x=1,55 dla naciągu roboczego

średnicę D₁ oblicza się:

dla naciągu montażowego:

D₁=D_u [m]

dla naciągu roboczego:

[m]

gdzie:

[MN]

40. Obliczenie naciągów montażowych w połączeniu kołnierzowym

Połączenie obciążone jest osiowymi siłami rozciągającymi, wywołanymi w śrubach dokręcaniem nakrętek przy temperaturze otoczenia i bez ciśnienia wewnętrznego. Sumę tych sił nazwano naciągiem montażowym i oznaczono N_m

N_m'=π⋅D_u⋅u_cz⋅σ_s'⋅10^-6 [MN]

N_m”=C⋅N_r [MN]

gdzie:

D_u - średnia średnica uszczelki równa

u_cz - czynna szerokość uszczelki zależna od kształtu uszczelki, jej wymiaru i sposobu zamocowania [mm]

σ_s' - naprężenia ściskające wywołane naciągiem montażowym w uszczelce, MN/m²; naprężenia te muszą być takie, aby materiał uszczelki wypełnił włoskowate kanaliki na powierzchni docisku; wartość tych naprężeń w zależność od rodzaju materiału uszczelki i jej grubości

C - współczynnik określający niezbędną wartość naciągu montażowego tak, aby przy temperaturze i ciśnieniu obliczeniowym na uszczelkę był wywierany odpowiedni nacisk; wartość tego współczynnika wynosi: 1,2 - dla połączeń o średnicy D_u­≤ 0,5 [m], 1,4 - dla połączeń o średnicy D_u> 0,5 [m]

41. Obliczanie naciągów ruchowych w połączeniu kołnierzowym

Połączenie obciążone jest, oprócz sił pochodzących od naciągu montażowego, siłami pochodzącymi od temperatury i ciśnienia wewnętrznego. Sumę tych sił nazwano roboczymi N_r.

N_r=P+b⋅S [MN] gdzie:

P - siła działająca na połączenie kołnierzowe, pochodzące od ciśnienia płynu

[MN]

b - współczynnik uwzględniający zjawisko pełzania materiału uszczelki wraz ze wzrostem temperatury

S - nacisk na uszczelkę potrzeby do wywołania naprężenia δ_s”

S=π⋅D_u⋅u_cz⋅σ_s”⋅10^-6 [MN]

σ_s” - naprężenia ściskające w uszczelce niezbędne do zapewnienia szczelności połączenia kołnierzowego przy ciśnieniu i temperaturze obliczeniowej, MN/m²

42. Obliczanie średnicy rdzenia śruby w połączeniu kołnierzowym

Średnica rdzenia śruby:

gdzie:

ϕ - współczynnik uwzględniający naprężenia skręcające w śrubie, powstające na skutek nakręcenia nakrętki. Współczynnik ten zależy od dokładności wykonania gwintu śruby:

a) dla śrub wykonanych zgrubnie ϕ=0,5

b) śrub wykonanych dokładnie ϕ=1,0

c) pozostałych śrub ϕ=0,75

k₁, k₂ - naprężenia dopuszczalne

43. Naprężenia powłokowe w zbiornikach walcowych, kulistych

Naprężenia w naczyniach ciśnieniowych (cienkościennych)

naczynie cienkościenne - grubości bardzo małe w stosunku do średnic

ds₁=ρ₁⋅dϕ₁

ds₂=ρ₂⋅dϕ₂

p⋅F=p⋅ds₁⋅ds₂ (a)

σ₁⋅F₁=σ₁ds₁⋅δ

σ₁⋅ds₁δ⋅sin(dϕ₁/2) - rzut na kierunek osi y

2⋅σ₁ds₂⋅δ⋅sin(dϕ₂/2) (b)

bok AD

σ₂⋅ds₁⋅δ

2⋅σ₂⋅δ⋅ds₁⋅sin(dϕ₂/2) (c )

układ w równowadze

a=b+c

p⋅ds₁⋅ds₂=2⋅σ₁⋅δ⋅ds₂⋅sin(dϕ₁/2)+2⋅σ₂⋅δ⋅ds₁⋅sin(dϕ₂/2)

sin(dϕ/2)= dϕ/2

p⋅ds₁⋅ds₂=σ₁⋅δ⋅dϕ₁+σ₂⋅δ⋅ds₁⋅dϕ₂

dϕ₁=ds₁/ρ₁

dϕ₂=ds₂/ρ₂

p⋅ds₁⋅ds₂=σ₁⋅δ⋅ ds₁/ρ₁+σ₂⋅δ⋅ds₁⋅ ds₂/ρ₂ /δ, ds₁, ds₂

- naprężenia w naczyniach cienkościennych

Naprężenia w powłoce kulistej

ρ₁=ρ₂=ρ=r

σ₁=σ₂=σ

44. Ciśnienia i temperatury obliczeniowe, nominalne, dopuszczalne, robocze i próbne.

Norma PN-89/H-02650

45. Współczynnik osłabienia złącza spawanego „z”.

Wytrzymałość połączeń zgrzewanych oporowych, gazowych, termitowanych obliczamy wg pełnego przekroju złącza, wprowadzając współczynnik osłabienia zgrzeiny:

z ≈ 0,8 dla zgrzein termitowych badanych wytrzymałościowo (wg przepisów kotłowych z ≈ 0,6)

z ≈ 0,9 dla zgrzein gazowych badanych wytrzymałościowo (wg przepisów kotłowych z ≈ 0,7)

z ≈ 0,7÷0,85 dla zgrzein oporowych zwarciowych

z ≈ 0,8÷0,9 dla zgrzein oporowych iskrowych

Zgrzeiny punktowe powinny być zasadniczo obciążone na ścinanie; wówczas naprężenie dopuszczalne obliczamy wg wzoru

k_t' ≈ (0,6 ÷ 0,75) k_t

k_t - jest naprężeniem dopuszczalnym dla materiału łączonych części

46. Wzór na go części walcowej zbiornika - omówienie.

Dysponując danymi p_o, D_w można obliczyć grubość ścianki zbiornika ciśnieniowego zgodnie ze wzorem:

[mm]

gdzie:

g_o - obliczeniowa grubość ścianki zbiornika w mm

p_o - ciśnienie obliczeniowe w MPa

D_w - średnica wewnętrzna zbiornika w mm

k - naprężenia dopuszczalne w MN/m²

z - obliczeniowy współczynnik wytrzymałościowy złączy spawanych

Naprężenia dopuszczalne k są ilorazem Re (granicy plastyczności dla zastosowanego materiału) przez x (współczynnik bezpieczeństwa
.

Współczynnik x jest zawsze większy od 1 i zależy od rodzaju zastosowanego materiału, przeznaczenia zastosowanego elementu, czasu pracy, warunków pracy itp.

Obliczeniowy współczynnik wytrzymałościowy złącza spawanego z składa się z dwóch elementów:

z=z₁⋅z_dop

z₁ - zależy od rodzaju połączenia spawanego

z_dop - zależy od technologii wykonania spoiny. Współczynnik ten przyznawany jest poszczególnym zakładom przez Urząd Dozoru Technicznego. Wynosi no od 0,4 do 0,9.

α=f(β)

47. Wzór na go dennicy - omówienie

Obliczeniową grubość dna tłoczonego (dennicy) możemy określić ze wzoru:

[mm]

gdzie:

D_z - średnica zewnętrzna dennicy [mm]

p_o - ciśnienie obliczeniowe [MPa]

k - naprężenia dopuszczalne [MN/m²]

y_ω - współczynnik wytrzymałościowy zależy od ω i

gdzie:

d - średnica największego otworu w dennicy

H_z - wysokość części elipsoidalnej dennicy

Jeżeli w dennicy wykonane są dwa lub więcej otwór, to mostek między dwoma otworami nie może być mniejszy od średnicy mniejszego otworu, w przeciwnym wypadku takie otwory należy traktować jako jeden otwór o średnicy zastępczej równej koła opisanego na tych otworach. Odległość między krawędzią dennicy, a krawędzią otworu nie powinna być mniejsza niż 0,1 D_z.

49. Mocowanie rur w ścianach sitowych - szkice

Otwory w ścianie sitowej mogą być rozmieszczone kilkoma różnymi sposobami. Najczęściej stosowane jest rozmieszczenie otworów na wierzchołkach trójkątów równobocznych. W ten sposób można równomiernie rozmieścić ich największą ilość na określonej powierzchni.

50. Sprawdzanie „mostka” w ścinanie sitowej

Ściana sitowa jest ważnym elementem pojemnościowego wymiennika ciepła. Grubość ściany sitowej oblicza się ze wzoru:

Średnice D przyjmuję się w zależności od sposobu zamocowania ściany sitowej. Współczynnik wytrzymałościowy ściany sitowej ϕ jest funkcją największej liczby otworów n rozłożonych wzdłuż średnicy lub w rzędzie bliskim średnicy, średnicy tych otworów d_o oraz podziałki t.

W przypadku rozwalcowywanych rurek w ścianie sitowej wielkość podziałki można obliczyć przyjmując przekrój mostka między otworami:

dla stalowych ścian sitowych

q_min = 15 + 3,4 ⋅ d_o mm²

dla ścian miedzianych i mosiężnych

q_min = 25 + 9,0 ⋅ d_o mm²

52. Obliczanie grubości rzeczywistej ścianki walcowej zbiornika ciśnieniowego.

Wzór na grubość obliczeniową grubości blachy zbiornika ciśnieniowego:

[mm]

Do obliczenia rzeczywistej grubości blachy na ściankę zbiornika niezbędna jest znajomość naddatków:

1) c₁, uwzględniającego odchyłkę minusową grubości wyrobu hutniczego; jest on dla blachy, z której będzie wykonany zbiornika

2) c₂, którego wartość zależy od szybkości korozji ścianki zbiornika, a jego średnia wartość wynosi s=0,02 ÷ 0,5 mm/rok

Wielkość tego współczynnika zależy od:

- materiału zastosowanego do konstrukcji (stal, żeliwo, stal stopowa itp.),

- rodzaju czynników mających kontakt z konstrukcją

W przypadku przewodów stalowych, przez które przepływa woda, duży wpływ na naddatek na korozję s mają następujące czynniki:

- temperatura wody

- zawartość tlenu w wodzie

- zawartość soli (np. NCL, Na₂SO₄) w wodzie: c₂ = s ⋅τ

gdzie τ założony czas pracy zbiornika.

3) c₃, naddatek grubości ścianki ze względu na występowanie w nim naprężeń związanych z ciśnieniem c₃ = 20%⋅(c₁+c₂)

53. Wzmacnianie otworów w częściach walcowych zbiorników.

Warunek wzmacniający liczymy ze wzorów:

[mm]

gdzie:

d₂ = 0,35 ⋅ D_z [mm]

d₃ = 200 [mm]

d_n ≤ d (d₁, d₂, d₃)

Otwór nie wymaga wzmocnienia. W przeciwnym razie blachę w okolicy otworu należy dodatkowo wzmocnić

Jeżeli prostokąty wzmocnienia dwóch sąsiednich otworów częściowo pokrywają się, daje się wspólne wzmocnienie.

Elementy wzmacniające powinny być tak umieszczone, aby jak najwięcej materiału wzmacniającego znajdowało się w okolicach otworu.

54. Rodzaje zaworów.

W zależności od przeznaczenia, zawory można podzielić na następujące grupy:

- zawory odcinające (zaporowe) - służące do zamykania i otwierania drogi przepływającemu czynnikowi

- zawory dławiące - służące do regulacji natężenia przepływu czynnika

- zawory zwrotne - umożliwiające przepływ czynnika tylko w jednym kierunku

- zawory bezpieczeństwa - zabezpieczające instalację przed nadmiernym wzrostem ciśnienia (zawory bezpieczeństwa ciśnieniowe) lub przed nadmiernym natężeniem przepływu (zawory bezpieczeństwa natężeniowe)
Oprócz wymienionych rodzajów zaworów istnieje duża grupa zaworów specjalnego przeznaczenia:

- sterownicze- rozrządcze- regulacyjne- spustowe- odpowietrzające

W zależności od ruchu zawieradła rozróżniamy różne typy zaworów:- wzniosowe- odchylone- przesuwne

- obrotowe

55. Szkic zaworu kulowego

60. Uszczelnienia wrzeciona - szkice.

Uszczelnienia dzielimy na spoczynkowe i ruchowe, zależne od tego czy uszczelniają one części znajdujące się we względnym spoczynku, czy też w ruchu. Uszczelnienia w ogólności powinny zapewniać: szczelność, pewność ruchu, możność doszczelniania, wymianę i rozłączność, trwałość i wytrzymałość, odporność mechaniczną, chemiczną i cieplną, mały współczynnik tarcia przy dostatecznej odporności na ścieranie.

Warunek szczelności może być uzyskany również bez użycia uszczelnienia przez: dotarcie powierzchni, spawanie, lutowanie, docisk, wtłaczanie, stworzenie szczeliny labiryntowej, odrzut cieczy, zamknięcie szczeliny cieczą.

Materiały uszczelniające mają postać: włókna, przędzy, tkaniny, sznura, taśmy, płyty lub masy plastycznej. Uszczelnienia mają zazwyczaj kształty pierścieni okrągłych, eliptycznych, kwadratowych lub inne dowolne o różnych przekrojach. Pierścienie te mogą być dzielone lub niedzielne

61. Zawór częściowo odciążony - szkice, zasada działania.

62. Zawór całkowicie odciążony - szkic, zasada działania.

64. Wymagania techniczne dla zaworów bezpieczeństwa.

Wymagania techniczne:

- kąt między tworzącymi powierzchni przylgowej grzybka i gniazda osi walca 45^o - 90^o

- grzybki i wrzeciona muszą mieć prawidłowe prowadzenie; z brakiem możliwości wyrzucenia na zewnątrz

- niedopuszczalne jest uszczelnienie wrzeciona szczeliwem

- powierzchnie przylgowe grzybka i gniazda muszą być odporne na korozję w danym ośrodku

- sprężynowe zawory bezpieczeństwa muszą mieć możliwość przedmuchania.

65. Dobór zaworu bezpieczeństwa.

Zadaniem zaworów bezpieczeństwa jest zabezpieczenie układu napędu przed nadmiernym wzrostem ciśnienia. Przy ciśnieniu przekraczającym ciśnienie pracy układu zawór samoczynnie otwiera się i wypuszcza nadmiar czynnika, zabezpieczając układ przed przeciążeniem W czasie normalnej pracy układu zawór jest zamknięty.

Najprostszym rozwiązaniem konstrukcyjnym zaworu bezpieczeństwa jest zawór kulowy. Czynnik pod ciśnieniem przepływający przez zawór działa na kulkę 1. w chwili, gdy siła wynikająca z działania ciśnienia na kulkę przekroczy napięcia sprężyny 2, kulka unosi się otwierając przepływ.

Zawory bezpieczeństwa kulkowe i podobnej konstrukcji grzybkowe nie nadają się do pracy w warunkach wyższych ciśnień i dużych natężeń przepływu przez zawór. Wtedy stosuje się odciążone zawory bezpieczeństwa. Przy wzroście ciśnienia do nastawionej wartości otwiera się zawór pomocniczy 2, co powoduje spadek ciśnienia w komorze B. W wyniku różnicy ciśnień między komarami A i B następuje przesunięcie tłoczka 1 i połączenie wlotu zaworu z wylotem.

66. Zawory zwrotne - rodzaje, szkice.

Zawory zwrotne.

Zadaniem ich jest przepuszczenie czynnika roboczego tylko w jednym kierunku i całkowite zatrzymanie w kierunku przeciwnym. Zawory zwrotne sterowane umożliwiają przepływ czynnika w kierunku przeciwnym, przy uniesieniu kulki lub grzybka przez tłoczek cylindra pomocniczego, zasilanego ciśnieniem.

Rodzaje zaworów zwrotnych:

- przelotowe z grzybkiem kulkowym

- przelotowe z grzybkiem stożkowym

- przelotowy klapowy odchylny

- płytowy wzniosowy

Warunki i zalecenia montażu i eksploatacji zaworów zwrotnych hydraulicznych i pneumatycznych:

- zawory zwrotne przystosowane są do montażu na rurach i przewodach; przy instalowaniu należy zwracać uwagę na kierunek przepływu oznaczony strzałką na kadłubie zaworu; pozycja pracy zaworu dowolna;

- zawory zwrotne w czasie prawidłowej eksploatacji nie wymagają żadnych zabiegów i obsługi

Szkice zaworów zwrotnych:

69. Definicja osi i wałów maszynowych. Klasyfikacja osi i wałów.

Osiami lub wałami nazywamy części służące do podtrzymywania ruchomych elementów maszynowych (przeważnie kół napędowych i innych), a same podparte w łożyskach.

Wałem nazywamy część, której głównym zadaniem jest przenoszenie momentu skręcającego.

Osie to tylko takie elementy, których zadaniem jest tylko podtrzymywanie elementów ruchomych. Oś nie przenosi w zasadzie momentu skręcającego.

Klasyfikacja osi i wałów:

- gładkie

- kształtowe - przekrój poprzeczny zmienny

Ze względu na sztywność:

- sztywne

- półsztywne

- giętkie

70. Obliczanie wytrzymałościowe osi ruchomych i nieruchomych

Osie obliczamy na ogół na zginanie. Po ustaleniu obciążenia zewnętrznego obliczamy reakcję łożysk osi. Następnie obliczamy moment gnący w przekroju niebezpiecznym. Jako naprężenia dopuszczalne w przypadku osi ruchomej k_go. W tym przypadku bowiem naprężenia we włóknach skrajnych zmieniają się od σ_gmax do σ_gmax. W przypadku osi nieruchomej bierzemy do obliczeń k_g lub k_gj , gdyż naprężenia nie mogą zmieniać tu znaku, a najwyżej wartość od 0 do σ_gmax. W pewnych przypadkach oś nieruchoma może być poddana obciążeniom zmiennym.

Warunek wytrzymałościowy:

skąd obliczamy średnicę osi:

lub

71. Obliczanie wałów maszynowych dwupodporowych.

Wały dwupodporowe obliczamy na zginanie i skręcanie. W dowolnym przekroju wału panują naprężenia normalne wywołane zginaniem.

oraz styczne wywołane skręcaniem

naprężenia zastępcze

(1)

- przyjmujemy naprężenia zastępcze

gdzie zredukowane naprężenie

Przekształcając ten wzór następująco

gdzie

możemy obliczyć tak zwany moment zastępczy

W przypadku jednoczesnych naprężeń zginających i skręcających obustronnie zmiennych, ważny będzie wzór (1) oraz wynikający z niego wzór na moment zastępczy.

Warunek wytrzymałości dla danego przekroju ma postać

stąd średnica danego przekroju dla wału pełnego

[cm]

dla wału drążonego uwzględniamy wartość wskaźnika wytrzymałości

72. Obliczanie wału z warunku dopuszczalnych odkształceń skrętnych

Warunek wytrzymałości na skręcanie

moment skręcający

stąd średnicę wału można obliczyć ze wzoru

Wały długie ulegają znacznym odkształceniom skrętnym. Obliczanie cieńszych wałów uzależnia się często nie tylko naprężeń skręcających , ale i od dopuszczalnego kąta skręcania,

który wynosi 1/4^o na metr długości wału. Kąt skręcania wału możemy obliczyć ze wzoru

gdzie

l - oznacza długość odcinka skręcanego

G -moduł sprężystości postaciowej, którego wartość dla stali węglowej można przyjąć równą 810000 MN/m².

I_o - biegunowy moment bezwładności przekroju wału

ϕ=0,004 rad /m

rad /m

rad /m

73. Obliczanie wałów maszynowych wielopodporowych

Długie wały wielopodporowe stanowią one belki na wielu podporach jednocześnie skręcanie zginane. Ponieważ nie znamy z góry rozstawienia podpór, więc upraszczamy sobie zagadnienie obliczając je tylko na skręcanie. Przyjmujemy za to niższe naprężenia dopuszczalne . Obciążenie skrętne takich wałów może być co najwyżej tętniące. Bierzemy do obliczenia naprężenie k_sj zmniejszone o połowę. Ponieważ 0,5 k_sj = k_so, a więc do wzorów można zamiast k_sj wstawić k_so. Warunek wytrzymałości na skręcanie ma więc postać

74. Sprawdzenie sztywności statycznej i dynamicznej wałów, prędkość krytyczna.

Sztywność statyczna jest to właściwość wału polegająca na odkształcaniu się pod działaniem sił statycznych obciążających go. siłami tymi są przede wszystkim ciężary wirników oraz siły pochodzące od elementów współpracujących, a więc naciski na koła zębate, naciągi pasów w przypadku kół pasowych itp. Sprawdzenie sztywności polega na obliczeniu maksymalnego ugięcia wału (strzałki ugięcia) i sprawdzaniu, czy nie przekracza ona wartości dopuszczalnych dla danego typu maszyn.

Wzór określający strzałkę ugięcia ma postać:

gdy masa jest umieszczona w środku wału, to znaczy a = l/2 wtedy

Strzałka ugięcia wałów maszynowych nie powinna na ogół przekroczyć wartości:

f_dop = (0,0002 ÷ 0,0003) l

Ugięcia styczne wału:

Sztywnością dynamiczną wału określamy jako właściwość ulegania odkształceniom w warunkach ruchu wału.

Dynamiczne ugięcie wału:

Na masę m działa w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału siła sprężystości ugiętego wału proporcjonalna od ugięcia y : S = k⋅y; przekładamy dla ośrodka masy siły d'Alamberta: B = m⋅y+e)⋅ω²

Siły te równoważą się: ky = m⋅(y+e)⋅ ω²

wyznaczamy stąd ugięcie dynamiczne y:

Stosunek k/m jest kwadratem częstości drgań giętych masy m na wale o sztywności k

stąd:

Współczynnik siły sprężystej k może być wyznaczony jako stosunek ciężaru wirnika do statycznej strzałki ugięcia

stąd częstość drgań giętych

Krytyczna prędkość kątowa wynosi:

ω_kr = b =

a krytyczna ilość obrotów

n_kr =

75. Klasyfikacja i cel stosowania sprzęgieł.

Cel stosowania.

Sprzęgła są to urządzenia, które służą do łączenia wałów. Stosuje się je wówczas, gdy np.

a) ze względu na znaczną długość, nie możemy użyć wału z jednolitego materiału, lecz z kilku odcinków (np. długie wały transmisyjne); mamy wówczas do czynnika ze sprzęgłami stałymi (sztywnymi)

b) zachodzi potrzeba okresowego odłączenia pewnych części wału, aby nie przenosiły ruchu np. w obrabiarkach, samochodach itp.; mamy wówczas do czynienia ze sprzęgłami wyłączalnymi

c) wały nie są współosiowe, lecz równoległe lub pochylone o pewien kąt (np. wał pędny samochodowy ze sprzęgłem Cardana); mamy wówczas do czynienia ze sprzęgłami okuwanymi lub przegubowymi

Klasyfikacja

a) sprzęgła sztywne

- sprzęgła tulejowe

- sprzęgła łubkowe

- sprzęgła tarczowe

b) sprzęgła samonastawne

- sprzęgła kołowe

- sprzęgła krzyżowe

- sprzęgła przegubowe

- sprzęgła zębate

- sprzęgła przegubowe zdwojone

- sprzęgła podatne

76. Sprzęgła sztywne i samonastawne - szkice.

Sprzęgła sztywne:

- tulejowe rys. 8.1

- łubkowe rys. 8.2

- tarczowe rys. 8.3, 8.4, 8.5

Sprzęgła samonastawne:

- kłowe rys. 8.8

- krzyżowe rys. 8.10

- przegubowe rys. 8.16

- zębate rys. 8.11

- przegubowe zwojowe rys. 8.17

- podatne rys. 8.32

77. Sprzęgła podatne, rodzaje charakterystyk, sztywność, współczynnik tłumienia - szkice

Jako sprzęgła podatne stosuje się przede wszystkim sprzęgła sprężyste. W sprzęgłach sprężystych między elementami łączącymi umieszczone zostają łączniki sprężyste Sprężyste ugięcia łącznika umożliwia pewną swobodę względnych odkształceń, w szczególności skrętnych

- sprzęgło tarczowe

tarcze łączone są ze sworzniami; sworznie połączone są z jedną tarczą sztywno, a z drugą za pośrednictwem krążków gumowych, skórzanych lub płóciennych

Sprzęgła podatne nierozłączne - sprzęgła kłowe mają one na swych tarczach występy (kły) zewnętrzne i wewnętrzne. Między kły wsunięte są skórzane klocki:

Specjalnym rodzajem sprzęgieł podatnych są sprzęgła zębate Na końcu wałów umieszczone są pierścienie z uzębieniem zewnętrznym Zęby te mają kształt łukowy i współpracują z

uzębieniem wewnętrznym umieszczonym w tulejach obejmujących wał. Takie wykonanie sprzęgła umożliwia przesunięcie względne wzdłużne oraz zmianę kąta pochylenia

osi wałów

Współczynnik tłumienia

78. Sprzęgła przegubowe - Cardana, szkice.

Do stałego łączenia wałów o osiach nie pokrywających się służą sprzęgła przegubowe (Cardana). Końce wałów zaopatrzone są w widełki, osadzone w sposób umożliwiający ich obrót na krzyżu K. Wały mogą ze sobą tworzyć kąt δ, który osiąga wartość do 30^o. wadą tych sprzęgieł jest niejednostajność prędkości kątowej ω₂ wały biernego. To niekorzystne zjawisko można usunąć przez zastosowanie dwóch sprzęgieł z wałkiem pośrednim, który powinien tworzyć jednakowych kąty z obu wałami.

79. Sprzęgła cierne, czas włączenia - szkice.

Sprzęgła cierne tarczowe - składa się z dwóch tarcz umieszczonych na końcach wałów i połączonych śrubami. Kołnierze mogą być odkute z wału, przyspawane do końca wału lub osadzone na nich skurczowo.

Najczęściej tarcze wykonane są oddzielnie i osadzone na wałach za pomocą klinów, wpustów, wieloklinów na stożek lub skurczowo. Dla środkowania tarcz stosuje się wytoczenia na płaszczyznach czołowych tarcz.

Sprzęgło tarczowe konstruujemy przy założeniu, że mement skręcający jest przenoszony tarcie między płaszczyznami czołowymi tarcz. Dla uzyskania koniecznej siły tarcia należy zaciskać tarczę śrubami z odpowiednią siła P_w.

Siła tarcia wynosi: T = P ⋅ μ

i powinna być równa sile wynikającej z momentu obrotowego

P_w ⋅ μ = P_z ⋅ μ =

stąd siła przypadająca na jedną śrubę

μ = 0,1 ÷ 0,2 - współczynnik tarcia

Czas włączania.

Moment rozruchu

M_r = M_t - M_o

wał napędzany osiągnie moment po czasie:

M_t - pełny moment tarcia, który utrzymuje się w ruchu

M_o - moment oporu wału napędowego

ω - prędkość kątowa

80. Sprzęgła hydrokinetyczne i elektromagnetyczne - szkice.

Sprzęgło elektromagnetyczne - włączane jest za pomocą elektromagnesu. Uzwojenia elektromagnesu (1) umieszczone sa w staliwnej tarczy (2), osadzonej zwykle na wale pędzącym. Tracza ta jest zaklinowana na wale. Prąd dopływa do uzwojenia za pośrednictwem izolowanych pierścieni (3). Druga tarcza (4) umieszczona jest przesuwnie na tulei (5) zaklinowanej na wale. Włączenie prądu powoduje przyciąganie tarczy przesuwnej i sprzęgnięcie wałów przez tarcie na powierzchniach pierścieni (6). Odsunięcie tarczy po włączeniu prądu następuje za pomocą sprężyn (7).

Sprzęgło hydrokinetyczne - stosowane do napędu pomp. Po stronie czynnej umieszczona jest pompo (1), po stronie biernej - turbina (2). Osłony (3) i (4) są złączone śrubami z tarczą czynną. Obejmuje ona część stałą nieruchomą (5), która może być łożyskiem wału biernego. W części tej umieszczony jest przewód (6). Przestrzeń między osłonami oraz wnętrza kanałów pompy i turbiny wypełnione są płynem. Przewód (6) i kanał (7) łączą przestrzeń między osłonami z kanałów pompy i turbiny. Przy obrocie wału czynnego pompa przepompowuje płyn na stronę bierną. Przepływ płynu powoduje obrót turbiny, a zatem i wału biernego. W sprzęgle tym występuje poślizg, czyli opóźnieni się wału biernego w stosunku do wału czynnego. Poślizg możemy regulować zmieniając ciśnienie płynu wypełniającego sprzęgło.

81. Porównanie łożysk ślizgowych i tocznych.

Łożyska toczne

Zalety

- mały współczynnik tarcia - niezależny od prędkości kątowej: 0,001 ÷ 0,003

- opory w czasie rozruchu prawie takie same jak dla ruchu ciągłego

- mniejsze zużycie smaru

- mniej wrażliwe na złe warunki smarowania

- małe wymiary wzdłużne, większe wymiary poprzeczne

- łatwa naprawa

- elementy znormalizowane, łatwo dostępne, znormalizowane według norm światowych

- małe koszty eksploatacji

Wady

- sztywność łożyskowania - duży hałas

- duże wymiary poprzeczne

- utrudniony montaż i demontaż wału

- duże koszty

- łożyska nie docierają się - duża dokładność montażu

Łożyska ślizgowe

82. Rodzaje tarcia w łożyskach ślizgowych, krzywa Stribecka.

W pracy łożyska decydującą rolę odgrywa tarcie czopa i panwi. Tarcie między dwiema powierzchniami trącymi zależy od gładkości tych powierzchni oraz od obecności smaru między nimi. Przy braku smaru - tarcie suche - co w łożyskach zasadniczo nie powinno występować, tarcie jest największe. Zwilżenie powierzchni smarem powoduje zmniejszenie współczynnika tarcia. Tarcie w tym przypadku nazywamy - półsuchym (lub mieszanym). W pewnych warunkach czop nie styka się z panwią, ale pływa w smarze. Stan taki cechuje się bardzo małym tarciem. Taki przypadek nazywamy - tarciem płynnym.

Krzywa Stribecka.

83. Materiały łożyskowe.

Materiały łożyskowe:

- brązy cynowe i ołowiane: B10, B550, B111

- stopy łożyskowe

- mosiądze - lepsza odporność na wysokie temperatury

84. Smary i smarowanie łożysk ślizgowych - szkice.

Rodzaje smarów:

a) płynne - oleje smarowe

- oleje mineralne

- oleje roślinne i zwierzęce

- oleje syntetyczne pochodzące z przeróbki wtórnej niektórych produktów ropy naftowej, bądź z przeróbki gazów

- oleje syntetyczne estrowe

- oleje syntetyczne polisiloksanowe

b) maziste

c) gazowe (łożysko Michela)

Smarowanie łożysk ślizgowych:

- smarownice knotowe

- smarownice do smarów stałych

- smarownice kroplowe

- smarownice centrowe

87. Łożyska toczne, budowa, rodzaje - szkice. Materiały.

Budowa.

Łożysko składa się z pierścienia zewnętrznego i wewnętrznego oraz elementów tocznych umieszczonych między pierścieniami. Pierścień wewnętrzny osadzony jest na wale, zewnętrznym w oprawie łożyska Elementy toczne toczą się po bieżniach wewnętrznej i zewnętrznej, wykonanych w pierścieniach. Elementy te dla zachowania stałych odległości między nimi ujęte są zwykle w lekki koszyczek wytłoczony z blachy Elementami tocznymi są kuliki lub wałeczki o kształcie walcowym, stożkowym, baryłkowym i igiełkowym

Rodzaje łożysk tocznych:

a) poprzeczne

- łożyska kulkowe

- łożyska wałeczkowe

b) wzdłużne

- łożyska kulkowe

- łożyska wałeczkowe

Materiały

Elementy toczne i pierścienie wykonuje się ze stali chromowej o zawartości 1%węgla, 1,5% chromu, 0,5% manganu.

88. Przyczyny niszczenia łożysk tocznych.

Przyczyny niszczenia:

- brak smarowania

- uderzenia i wstrząsy (drgania)- brak izolacji- zmęczenie powierzchniowe elementów tocznych i bieżni

89. Żywotność łożysk tocznych.

Zwykle trwałość łożyska określamy nie liczbą obrotów, ale liczbą godzin pracy L_n przy stałych obrotach n. W tym znaczeniu nośność podana w katalogu odpowiada trwałości L_n=500 godzin i liczba obrotów n =33¹/₃ [obr/min]. Jeżeli jest to dane obciążenie obliczeniowe łożyska P, to przyjmując łożysko ma nośność c=P, mamy zagwarantowaną pracę łożyska przy 33¹/₃ [obr/min] w ciągu 500 godzin. Zależnie od danej liczby obrotów wałka oraz żądanej liczby trwałości ustalamy nośność ruchową wg. wzoru

gdzie współczynniki przeliczeniowe

f_n - współczynnik czasu pracy

f_n - współczynnik ilości obrotów

Obciążenie zastępcze P ustalamy w zależności od rodzaju łożyska. Dla łożysk porzecznych obliczmy ze wzoru: P = x⋅P_p+y⋅P_w

gdzie

P_p - oznaczamy obciążenie poprzeczne

P_w - obciążenie wzdłużne

x - współczynnik przypadku obciążenia

y - współczynnik przeliczeniowy obciążenia wzdłużnego.

Do obliczeń bierzemy siłę obciążającą łożysko, z uwzględnieniem możliwego przeciążenia zależnego od rodzaju napędu, rozłożone na składowe porzeczne P_p i wzdłużną P_w. Obciążenia poprzeczne przeliczmy mnożąc przez współczynnik x. Wartość tego współczynnik zależy od przypadku obciążenia.

90. Nośność dynamiczna i statyczna łożyska tocznych.

Nośność ruchowa (dynamiczna) C - jest to obciążenie, które można ono przenieść bez obawy zniszczenia przed upływem jednego miliona obrotów:

P - obciążenie łożyska

C - nośność ruchowa łożyska w idealnym warunku

- współczynnik ilość obrotów

- współczynnik czasu pracy

Nośność spoczynkowa C_o - jest to takie obciążenie, przy którym odkształcenie trwałe części tocznej najbardziej obciążonej wynosi 0,001 średnicy kulki lub wałka. Obliczenie to ma na celu uniknięcie odkształceń trwałych, występujących w spoczynku pod obciążeniem. Nośność tę obliczamy ze wzoru:

C_o = s_o⋅P_o

Współczynnik bezpieczeństwa s_o przyjmujemy od 1 do 2 zależnie od charakteru obciążenia, wyższy przy uderzeniach i wstrząsach

Obciążenie obliczeniowe P_o przyjmujemy, podobnie jak P według wzoru:

P_o = x_o⋅P_po+y_o⋅P_wo

x_o = 0,5 dla łożysk skośnych i stożkowych

x_o = 1 dla pozostałych

y_o = 0,75 dla łożysk kulkowych zwykłych

y_o = 0,5 dla pozostałych

91. Osadzanie łożysk tocznych, uszczelnienie i smarowanie - szkice.

Osadzanie łożysk tocznych:

- jednostronne

- za pomocą pokrywy

- za pomocą nakrętki

- na tulei rozprężnej

- za pomocą podkładki mocowanej wkrętami

- za pomocą pierścieni dystansowych

- za pomocą pierścieni rozprężonej

- za pomocą pokrywy

Rodzaje uszczelnień:

- filcowe - uszczelnienie stykowe stosuje się przy prędkości obrotowej około 4 ^m/_s i temperaturze 100^oC, dla wału polerowanego może być większa prędkość

- kołnierzowe - kołnierze skórzane lub gumowe usztywnione blaszkami lub drutem, do prędkości około 8m/s

- odrzutnikowe - powodują przy większych prędkościach odrzucanie oleju z wału na zewnątrz nie pozwalając na wypłynięcie jego po wale

- labiryntowe - stosowane w większych urządzeniach

Smarowanie.

Łożyska toczne nie wymagają obfitego smarowania. Stosuje się smar stały lub płynny. Przy mniejszych obrotach stosujemy smar stały, który powinien wypełniać nie więcej jak jedną trzecią wnętrza łożyska. Przy większych nalewamy smar płynny do dolnych części łożyska tak, aby zanurzone były tylko najniższe kulki.

92. Przekładnie zębate - klasyfikacja, wady, zalety.

Klasyfikacja

- zębate - bezpośrednio-kształtne

- cierne - bezpośredniocierne

- pasowe - cierne pośrednie

- łańcuchowe - pośrednio-kształtowe

Przekładnie zębate

Zalety

- stałość przełożenia

- wysoka sprawność i niezawodność

- małe zużycie, duża twardość

- mało miejsca

- możliwość przenoszenia dużych mocy

- małe obciążenia wałów i łożysk

Wady

- hałaśliwość

- wysoki koszt

- sztywność - nieodporne na przeciążenia

- niemożność uzyskania większego rozstawu osi

- konieczność smarowania

93. Rodzaje kół zębatych - szkice, rozwiązania konstrukcyjne

a) o zębach prostych - koło walcowe

b) koło stożkowe o zębach prostych

c) zębatka prosta

d) zębatka koronowa

e) koło walcowe wewnętrzne z zębach prostych

f) koło walcowe zewnętrzne o zębach śrubowych

g) koło walcowe o zębach daszkowych

h) koło walcowe o zębach łukowych

i) koło stożkowe o zębach śrubowych

j)koło stożkowe o zębach łukowych

94. Metody nacinania zębów - szkice

Metody nacinania zębów

metoda Fellows'a - narzędzie ma kształt koła zębatego; narzędzie i koło obracają się tak, jak współpracujące koło zębate; narzędzie wykonuje ruchy skrawające w kierunku pionowym jak na dłutownicy; narzędzie ma posuw w głąb materiału koła i wycina wręby, wgłębiające się coraz bardziej w koło

95. Przekładnie walcowe, stożkowe ślimakowe, hipoidalne - szkice

Przekładnie walcowe: gdy koła współpracują z powierzchniami walcowymi

Przekładnie stożkowe: powierzchnie powinny być hiperboidalne w obu przypadkach

Przekładnie ślimakowe: przekładnie o osiach skośnych tworzących kąt 90^o

Przekładnie hipoidalne

96. Przekładnie cierne - klasyfikacja, wady, zalety

Klasyfikacja przekładni ciernych:

- walcowa zewnętrzna

- walcowa wewnętrzna

- stożkowa wewnętrzna

- walcowa planetarna

- stożkowa

Charakterystyka przekładni ciernych

Zalety:

- prosta konstrukcja

- cichobieżność

- płynność pracy

- możliwość przeciążeń

Wady:

- duże gabaryty na jednostkę mocy

- duże obciążenia wałów i łożysk

- występowanie poślizgów

97. Przekładnie cierne: wielorowkowe, obiegowe o bezstopniowej regulacji przełożenia

Schematy przekładni ciernych o bezstopniowej regulacji przełożenia

Przekładnia cierna obiegowa

Przekładnia rowkowa

Schemat wieńców wielorowkowych składanych

98. Przekładnie pasowe - klasyfikacja wady, zalety

Klasyfikacja przekładni pasowych:

- przekładnia otwarta

-przekładnia krzyżowa

- przekładnia półotwarta

- przekładnia z kołem luźnym

- przekładnia wielostopniowa

Charakterystyka przekładni pasowych:

Zalety

- płynność ruchu

- dowolność roztworu kół i ustawienia wału

- możliwość uzyskania zmiennych przełożeń

- wyłączanie napędów

- nie musi być wymagana duża dokładność ustawienia kół

- prosta, tania konstrukcja

- prosta obsługa

- nie wymagają smarowania

Wady:

- duże gabaryty

- duże naciski na wał i na łożyska

- zmienność przełożenia

- konieczność regulacji spowodowana rozciąganiem się pasa

- wrażliwe na chemiczne oddziaływanie ośrodka

- sprawność przekładni pasowych nie mniejsza niż przekładni zębatych czy łańcuchowych

99. Przekładnie pasowe z kołem luźnym o zmiennym przełożeniu stopniowym i bezstopniowym

Przekładnia z kołem luźnym

Na wale czynnym jest osadzone koło szerokie, na wale biernym dwa koła. Jedno z nich jest kołem roboczym i jest na stałe połączone z wałem, drugie obraca się luźno na wale. Pas można przesuwać w czasie ruchu łącząc koło czynne z kołem roboczym lub z kołem luźnym. Dzięki temu przy stale włączonym kole czynnym możemy mieć wał bierny w ruchu lub w spoczynku

100. Rodzaje pasów, materiały, sposoby łączenia, geometria pasa klinowego

Pasy stosowane w przekładniach mogą być skórzane, bawełniane, gumowe, wełniane oraz tkane z sierści Dla zwiększenia wytrzymałości stosuje się podwójne, wykonane przez sklejenie lub zszycie rzemykami warstw skóry. Pasy tkane z sierści, szczególnie wielbłądziej są mocne i odporne na nierównomierne obciążenie. Pasy gumowe wykonane są z tkaniny bawełnianej wulkanizowanej gumą.

Sposoby łączenia:

- sklejanie

- zszywanie pasa trokiem

- spinacze metalowe

Geometria pasa klinowego

W celu zwiększenia siły tarcia między pasem, a kołem stosuje się pasy klinowe. W tym przypadku koło pasowe ma jeden lub więcej rowków. Pas ma przekrój klinowy, ma więc dwie zbieżne powierzchnie tworzące ze sobą kąt 2α. Kąt α nie powinien być mniejszy do 15^o. Zwykle wykonuje się ten kąt równy 17÷20^o. Zwiększenie siły tarcia jest w tych przekładniach bardzo duże, toteż wymagane jest mniejsze napięcie wstępne pasa niż w kołach gładkich. Stosuje się przy tym mniejsze kąty opasania, których wartość może spaść nawet do 70^o. Pasek w rowku winien leżeć w ten sposób, aby opierał się o ścianki rowka powierzchniami bocznymi. Nie powinien dotykać dna, ani wystawać na zewnątrz. Paski klinowe mają znormalizowane wymiary: szerokość b, wysokość h, kąt α oraz długość wewnętrzną pasa L

101. Koła pasowe, materiały, technologia, przekładnie z pasami zębatymi

Koła pasowe wykonuje się przeważnie z żeliwa. Przy prędkościach większych od 30 m/sek , stosuje się koła staliwne lub stalowe spawane. Przy małych prędkościach (mniejsze od 15 m/sek), stosuje się czasem koła drewniane.

Koła wykonuje się jako pełne, jako tarczowe lub z ramionami. Wieńce dla kół gładkich wykonuje się zawsze na wierzchołek wypukłości. Wypukłość wykonuje się na jednym z kół. Przy zastosowaniu naprężacza wypukłość nie jest potrzebna. Szerokość wieńca musi być większa od szerokości od szerokości pasa. Jeżeli liczba ramion jest mniejsza od trzech, to wykonujemy koła bez ramion (tarczowe). Przy wieńcach szerszych od 300 mm stosujemy dwa napędy ramion. Ramiona najczęściej mają przekrój eliptyczny o osiach a i b=0,4a.

Przekładnie z pasem zębatym - stałość przełożenia, mniej obciążają wały i łożyska, prędkość do 80 m/s.

102. Przekładnie łańcuchowe - zasada działania, wady i zalety

Charakterystyka przekładni łańcuchowych:

Zalety:

- łączenia osi o dużym rozstawie

- łagodzą gwałtowne szarpnięcia

- przenoszą duże siły

- większa sprawność niż przekładni pasowych

- stałe obciążenie

- mniej obciążają wały

Wady:

- dość duży koszt

- hałas

- konieczność smarowania

103. Rodzaje łańcuchów

Rodzaje łańcuchów:

- łańcuch sworzniowy

- łańcuch tulejowy

- łańcuch rolkowy

- łańcuch zębaty ze środkową płytką prowadzącą

POMPY

1. Klasyfikacja, szkice, zasada działania i przeznaczenie różnego rodzaju przenośników cieczy:

Przenośniki cieczy - służą do przenoszenia cieczy z poziomu niższego na wyższy. Wyróżniamy siedem rodzajów przenośników cieczy: pompy, czerpadła, elektromagnetyczne przenośniki cieczy, pneumatyczne przenośniki cieczy, powietrzne przen. cieczy, tarany hydrauliczne, strumienice.
Pompy - maszyny robocze, które służą do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na wyższy lub do przetłaczania cieczy ze zbiornika ssawnego o ciśnieniu niższym do zbiornika tłocznego o ciśnieniu wyższym. Są to więc maszyny bierne, robocze, które przenoszą energię mechaniczną zewnętrznego źródła na przepływającą ciecz. Działanie ich polega na wytwarzaniu różnicy ciśnień między króćcem ssawnym, a tłocznym pompy.

2. Klasyfikacja, szkice, zasada działania i przeznaczenie różnego rodzaju pomp wyporowych :
Pompy wyporowe - stosowane do największych wysokości pod0noszenia, mają ograniczoną wydajność; możliwość pompowania bardzo małych objętości cieczy (np.: w dozownikach).

Wyróżniamy : pompy tłokowe(jedno i dwu stronnego działania), bezkorbowe pompy parowe, pompy skrzydełkowe, pompy rotacyjne dwuwirnikowe i pompy zębate. Charakteryzują się niezmienną wysokością podnoszenia przy zmianie parametrów układu. Ma stosunkowo wysoką sprawność, zdolność do samo zasysania, jest mało wrażliwa na zapowietrzenia.
Wady - nierównomierność pracy (dla pomp o posuwisto-zwrotnym ruch organu roboczego), mniejsza pewność ruchowa związana z większą ilością elementów ruchomych, duży wpływ technologii, materiałów i jakości wykonania na pracę pompy (szczególnie tłokowej).
Służą do transportu cieczy bardzo gęstych, różnych mieszanin i zawiesin, olei, asfaltów, smoły, tłuszczów, melasy, wody z piaskiem, szlamu, itp.

3. Klasyfikacja, szkice, zasada działania i przeznaczenie różnego rodzaju pomp krążeniowych:
Dzielą się na: pompy z kanałami bocznymi, peryferalne i z pierścieniami wodnymi.
Mają zdolność do samo zasysania, powodują przyrost energii kinetycznej.

4. Klasyfikacja, szkice, zasada działania i przeznaczenie pomp wirowych: odśrodkowych, helikoidalnych, diagonalnych, śmigłowych, wielostopniowych, o równoległym połączeniu wirników, itp.:

Dzielą się na krętne i krążeniowe
Pompy wirowe - duże wydajności przy stosunkowo niewielkich wysokościach podnoszenia; duże prędkości obrotowe - mają przez to małe gabaryty; całkowita równomierność pracy przy ustalonych warunkach pracy; mogą być bezpośrednio sprzężone z silnikami napędowymi; duża pewność ruchowa - bo mała ilość części ruchomych i dość zwarta budowa; zdolność do samoregulacji - samoczynne dostosowanie się do warunków pracy;
Wady: brak zdolności samo zasysania - konieczność zalewania i odpowietrzania pompy; wrażliwość na zanieczyszczenia mechaniczne; wrażliwość na zawartość gazów w pompowanej cieczy; im mniejsza pompa tym mniejsza sprawność, a im większa - tym większa sprawność.
odśrodkowe - stos. do największych wysokości podnoszenia, nie mają zdolności zasysania,
śmigłowa - stos. do najmniejszych wysokości podnoszenia i największych wydajności,
diagonalne - małe wysokości podnoszenia i duże wydajności,
helikoidalne - duże wysokości podnoszenia, małe wydajności,
odwracalne - pompo turbiny, stosowane w elektrowniach wodnych(gdy energia jest tańsza pracuje jako pompa, a gdy droższa jako turbina).

5. Porównanie pomp wyporowych i wirnikowych :

Pompy wyporowe - stosowane do największych wysokości pod0noszenia, mają ograniczoną wydajność; możliwość pompowania bardzo małych objętości cieczy

(np.: w dozownikach).

Wyróżniamy : pompy tłokowe(jedno i dwu stronnego działania), bezkorbowe pompy parowe, pompy skrzydełkowe, pompy rotacyjne dwuwirnikowe i pompy zębate. Charakteryzują się niezmienną wysokością podnoszenia przy zmianie parametrów układu. Ma stosunkowo wysoką sprawność, zdolność do samo zasysania, jest mało wrażliwa na zapowietrzenia.
Wady - nierównomierność pracy (dla pomp o posuwisto-zwrotnym ruch organu roboczego), mniejsza pewność ruchowa związana z większą ilością elementów ruchomych, duży wpływ technologii, materiałów i jakości wykonania na pracę pompy (szczególnie tłokowej).
Służą do transportu cieczy bardzo gęstych, różnych mieszanin i zawiesin, olei, asfaltów, smoły, tłuszczów, melasy, wody z piaskiem, szlamu, itp.

POMPY:

Dzielą się na krętne i krążeniowe
Pompy wirowe - duże wydajności przy stosunkowo niewielkich wysokościach podnoszenia; duże prędkości obrotowe - mają przez to małe gabaryty; całkowita równomierność pracy przy ustalonych warunkach pracy; mogą być bezpośrednio sprzężone z silnikami napędowymi; duża pewność ruchowa - bo mała ilość części ruchomych i dość zwarta budowa; zdolność do samoregulacji - samoczynne dostosowanie się do warunków pracy;
Wady: brak zdolności samo zasysania - konieczność zalewania i odpowietrzania pompy; wrażliwość na zanieczyszczenia mechaniczne; wrażliwość na zawartość gazów w pompowanej cieczy; im mniejsza pompa tym mniejsza sprawność, a im większa - tym większa sprawność.
odśrodkowe - stos. do największych wysokości podnoszenia, nie mają zdolności zasysania,
śmigłowa - stos. do najmniejszych wysokości podnoszenia i największych wydajności,
diagonalne - małe wysokości podnoszenia i duże wydajności,
helikoidalne - duże wysokości podnoszenia, małe wydajności,
odwracalne - pompo turbiny, stosowane w elektrowniach wodnych(gdy energia jest tańsza pracuje jako pompa, a gdy droższa jako turbina).

6. Opisz równania opisujące przepływ cieczy - równanie ciągłości (Bernoulliego) oraz krążenie prędkości (cyrkulacja) :

8. Wpływ kąta wylotowego łopatki na teoretyczną wysokość podnoszenia pomp wirowych.

Decydujący wpływ na parametry pracy wirnika pomp wirowych i na konstrukcje łopatek ma wartość kąta wylotowego łopatki β₂ .

dla pomp wirowych odśrodkowych:

bo

bo

β2	cu2 [m/s]	[m]	[m]
β2<90°	0	0	0	0
β2=90°	u2	u2^2
β2>90°	2u2			0

Teoretycznie - rośnie β₂ rośnie

dla β₂>90° -duże prędkości bezwzględne c₂, która musi być później na ciśnienie. Wirnik ma mniejszą sprawność.

β₂<90° - wirnik ma większą sprawność.

Łopatki zagięte do tyłu, kanał między łopatkami jest smukły, łopatki mają mniejszą krzywiznę, ω jest korzystne mimo zwiększonej drogi przepływu i wirnik ma większą sprawność.

Wprawdzie mniejszy kąt β₂ wymaga większej średnicy wirnika, a więc zwiększa straty tarcia ścian wirnika o ciecz, lecz nie równoważą one wymienionych zalet z tych względów przyjmuje się β₂=20°-40°.

9. Analiza przepływu cząsteczki cieczy przez wirnik. trójkąty prędkości.

W pompie wirowej występuje ruch okrężny wymuszony, energia z silnika przenoszona jest na ciecz za pomocą łopatek. Ciecz doznaje przyrostu energii tylko w obszarze wirnika, dalej cząsteczki cieczy mają stałą energie, która ulega przemianie. Przepływ przez wirnik ma charakter burzliwy.

-na wlocie

-na wylocie

Pompa śmigłowa-przepływ dwuwymiarowy, kierunku promieniowym brak c_r, na wlocie c=c_z, co jest jednoznaczne z występowaniem zawirowania na wlocie do wirnika. przepływ trójwymiarowy rozkładamy na:

-przepływ południkowy (z c_m)

-przepływ okrężny (z c_u)

Pompy helikoidalne mają łopatki o przestrzennej krzywiźnie (przepływ trójwymiarowy),w których po wypływie z wirnika ciecz jest zbierana i odprowadzana w kierunku odśrodkowym. pompy diagonalne-po wypływie cieczy z wirnika jest ona kierowana za pomocą łopatek kierowniczych z powrotem w kierunku osiowym. trzeci rodzaj przepływu cząsteczki przez wirnik występuje w obszarze, gdy powierzchnia prądu przechodzi w płaszczyznę prostopadłą o osi Z wieloboku prędkości leży w płaszczy*nie prostopadłej do osi obrotu Z jest to więc odśrodkowy przepływ cząsteczki, właściwy dla pomp odśrodkowych. Ruch cząsteczki jest tu dwu-wymiarowy (c-rozkłada się na c_r,c_z=0)

10. Kształt wirnika i rodzaj pompy jako funkcja wzajemnego stosunku q, h, n

Kształt powierzchni prądu, kształt wirnika zależy od wzajemnego stosunku Q, H, n.

Jeśli Q=const. i n=const.

to

d₂-średnica wylotowa zbiornika.

d₂-duże to duże H

Dla bardzo dużych wysokości podnoszenia trzeba stosować specjalne materiały.

Obszar B₂-B₁-mniejsza wysokość podnoszenia (pompy erykoidalne)

obszar C_1­-C₂-jeszcze mniejsza wysokość podnoszenia (pompa diagonalna)

obszar P­_1­-P₂-dalsze obniżenie wysokości podnoszenia (pompa śmigłowa)

11. Wpływ skończonej ilości łopatek wirnika na teoretyczną wysokość podnoszenia pompy-poprawka Pflejderera.

Przy skończonej liczbie łopatek występują zawirowania

-na wylocie

c_u2-maleje do c_u3

c₂-maleje do c₃

β₂ -maleje do β₃

-na wlocie

c₀ -rośnie do c₁

β₁ -rośnie do β₁^'

c_m1-rośnie do c_m2

Zmiany na wlocie mają wpływ na H_th.

Równanie Eulera:

P - współczynnik niedoboru mocy, czyli poprawka Pflejderera. Uwzględnia zmniejszenie jednostkowej pracy wirnika przy skończonej liczbie łopatek. Jest więc współczynnikiem zmniejszenia poboru lub nie wykorzystania mocy -określającym jednoznacznie zmniejszenie wysokości podnoszenia ( ale bez wpływu na sprawność pompy)

-współczynnik doświadczalny,

r₂-promień zewnętrzny wirnika,

z-liczba łopatek

M_St- moment statyczny rzutu południkowego środkowej linii prąduA₁A₂ . P.=0,25÷0,3.

dla pomp odśrodkowych

12. Teoria podobieństwa dynamicznego pomp wirowych, praca pompy przy dwu różnych prędkościach obrotowych, praca dwu pomp geometrycznie podobnych przy tej samej prędkości obrotowej.

Teoria podobieństwa dynamicznego pomp wirowych określa związki między pompami o różnej wielkości i parametrach pod warunkiem spełnienia warunków podobieństwa. Umożliwia opracowanie całego typoszeregu

pomp, normalizacje i unifikacje pomp.

Warunki podobieństwa dynamicznego :

1-podobieństwo geometryczne -pompy są geom. podobne, gdy wszystkie kanały jednej pompy stanowią wierne pomniejszenie lub powiększenie drugiej z nich tzn. Ten sam stosunek liniowych wymiarów elementów pompy Musi być ta sama liczba łopatek ich kształt i rozmieszczenie, takie same kąty nachylenia łopatek na wlocie i wylocie, taka sama chropowatość względna ścian kanałów przepływowych i czynnika.

2-podobieństwo kinematyczne -musi występować podobieństwo geometryczny pól prądu w obu przepływach.

Praca pompy wirowej przy dwóch różnych prędkościach obrotowych.

Podobieństwo geometryczne jest spełnione bo rozpatrujemy jedną pompę.

c₁-predkość na wlocie

c₂-prędkość na wylocie

z równania Eulera

gdy

-sprawność hydrauliczna przy prędkości n₁.

Wydajność:

-sprawność objętościowa

Moc:

gdy

Układ dwóch pomp geometrycznie podobnych przy tej samej prędkości obrotowej.

trójkąty na wlocie i wylocie będą podobne.

gdy

gdy

gdy

Zależności między parametrami pracy dwóch pomp geom. podobnych o różnych prędkościach obrotowych.

Dla pomp spełniających warunki podobieństwa dynamicznego przy znanych parametrach ( Q,n,H, ) jednej pompy dwa parametry drugiej można przyjąć dowolnie, natomiast trzeci wynika ściśle z wyprowadzonych zależności.

Wyróżnik szybkobieżności -określa typ pomp

[obr/min]

n_SQ - wyróżnik kinematyczny szybkobieżności pompy wirowej o parametrach Q, H, n. Jest to prędkość obrotowa pompy geometrycznie podobnej, która przy wys. Podnoszenia H_S=1m. Ma wydajność Q_S=1m³/s.

n_Sp- dynamiczny wyróżnik szybkobieżności. Jest to prędkość obrotowa pompy geom. podobnej, której zapotrzebowanie mocy przy wysokości podnoszenia H_S=1m. Wynosi P_S=1kM.

n_Sp=3.65n_SQ -dla wody

n_Sf - bezwymiarowy wyróżnik szybkobieżności

n_Sf=3.0n_SsQ -dla wody.

Wyróżnik szybkobieżności rośnie ze wzrostem Q maleje ze wzrostem H.

Pompy szybkobieżne -małe H

pompy wolnobieżne -małe Q

13. Obliczeniowe wyznaczenie charakterystyki przepływu oraz charakterystyki rzeczywiste pomp wirowych.

Charakterystyki pomp odśrodkowych (H=f(Q), P_w=f(Q), η=f(Q) )

Jeżeli pompa ma kierownicę łopatkową to charakterystyka jest niestateczna.

Dla H₀Q­₁, Q₂

Jeżeli pompa ma kierownicę bezłopatkową to charakterystyka jest stateczna.

Dla H₀Q

Charakterystyki pomp helikoidalnych i diagonalnych (stateczne).

Charakterystyki pomp śmigłowych.

W zakresie „siodełka” pompa nie może pracować, gdyż doznaje bardzo silnych drgań (przepływ jest nierównomierny i są duże zmiany ciśnienia)

charakt. nieprzeciążalna

charakt. przeciążalna

Charakterystyki indywidualne-bezwymiarowe

14. Powinowactwo charakterystyk pomp, wykres muszlowy (pagórek sprawności) oraz charakterystyki zbiorcze pomp (pola zasięgu stosowalności pomp).

Charakterystyki przy zmianie prędkości obrotowej H = f(BN), W = f(Q, n)

η = f(BN) Q₁/Q₂ = n₁/n₂ ; H₁/H₂ = (n₁/n₂)² ; P₁/P₂ = (n₁/n₂)³;

dla η = const rys

X = H(Q_x/Q)² parabole stałej sprawności hydraulicznej ;Q_n przy bezuderzeniowym dopływie do wirnika cieczy .

Pagórek sprawności otrzymujemy w wyniku założenia dwóch wykresów H/H_n = f( Q/Q_n); η = f( Q/Q_n); Proste poziome z η = f( Q/Q_n) przecinają wykresy sprawności w punktach ich jednakowej wartości. Punkty te rzutujemy odpowiadające im (o tej samej prędkości n) krzywe przepływu z H/H_n = f( Q/Q_n) i punkt na krzywych przepływu oznaczamy wartością sprawności. Łącząc punkty o jednakowej sprawności otrzymamy szereg krzywych stałej sprawności rzeczywistej η = const

charakterystyki zbiorcze pomp (pola zasięgu stosowalności pomp)

1. pole (zasięg) stosowalności przy zmiennej prędkości obrotowej n. Po wykreśleniu wykresu pagórka sprawności pompy zakładamy następnie, że sprawność jej nie powinna być mniejsza od η przy prędkościach obrotowych od n₁ do n_2. Nanosimy te ograniczenia na pagórek sprawności wykreślając grubą linię lub przenosząc je na oddzielny rysunek zakreślony w ten sposób obszar nazywamy polem zasięgu stosowalności pompy.

2. Pole (zasięg) stosowalności przy stałej prędkości obrotowej n = const. W pompach większe zastosowanie ma pole zasięgu stosowalności oparte na zmienności średnicy zewnętrz. wylotowej d₂ wirnika. Zmniejszenie średnicy z d₂ do d₂^' - przez stoczenie przy czym pompa nadal zachowuje warunki podobieństwa dynamicznego

d₂^'/ d₂ = c₂^'/c₂^'= c_u2'/c_u2^'= u₂^'/ u₂ = c_m2^'/c_m2' ;H_x /H = (d₂^'/ d₂)²; (Q_x/Q) = (d₂^'/ d₂)²;

tworzymy pagórek sprawności określony η_min­ rys 16.21

Z powodu podnoszenia otrzymanego wykresu do krzywych warstwicowych nazywamy go pagórkiem sprawności muszlowym na podstawie pagórka sprawności określamy optymalne parametry pracy pompy jako miejsce środkowe krzywych sprawności η_opt.

Łącząc punkty na krzywych przepływu odpowiadające najlepszej sprawności η_max otrzymamy parabolę z wierzchołkiem w początku układu współrz. i osi pokrywającej się z osią rzędnych. Linia ta określ rzeczywiste optymalne warunki zasilania wirnika przy różnych prędkościach obrotowych n. Grzbiet pagórka spraw. tworzy linia łącząca punkty max sprawności, zaś szczyt pagórka odpowiada max sprawności η_opt jaką może osiągnąć pompa.

15. Równoległa i szeregowa współpraca dwu , lub większej liczby pomp z przewodami połączonymi szeregowo i równolegle.

Równoległa (rys 16.34)

Charakterystykę otrzymujemy przez podnoszenie odcinków

np. A - A₁ do A - A₂

Szeregowa - sumowanie rzędnych

Współpraca pompy z przewodem

(rys 16.38)

Współpraca trzech pomp

(rys 16.39) (rys 16.4016.)

16.Sposoby regulacji pomp wirowych - wzory , szkice, charakterystyki.

Regulacja dławieniowa - polega na zmianie wielkości otwarcia zaworu umieszczonego na króćcu tłocznym w pobliżu pompy.

Regulowanie za pomocą zaworu po stronie ssawnym jest niedopuszczalne ze względu na towarzyszącą temu zmianę ciśnienia w króćcu ssawnym co grozi kawitacją lub przerwaniem dopływu do pompy). Dzięki temu następuje zmiana oporów przepływu w układzie i odpowiadająca temu zmiana wysokości podnoszenia pompy, czemu towarzyszy samoczynne dostosowanie się wydajności pompy do wartości tych parametrów. Regulacja dławieniowa powoduje straty przez zwiększenie oporów przepływu

Rys1S

Jest to dodatkowe zwiększenie wysokości podnoszenia zużywane na pokonanie oporów dławienia w zaworze.

rys 2S

Krążenie dookoła każdej z łopatek A B C D

Γ₂-Γ₁=zΓ_z

z - ilość łopatek

Γ_z - krążenie wokół pojedynczej łopatki

Moc N=M.ω=ρgQH_th

H_th=Mω/ρgQ=ω/2Πg(Γ₂ - Γ₁)

H_th = nzΓ_z/60g jeśli ω=2Πn/60

Regulacja przez nastawienie łopatek kierownicy wlotowej - sztuczne wywoływane zawirowania przed wirnikiem. W pompach diagonalnych i śmigłowych o dużej wydajności stosuje się regulację parametrów pracy przez zmianę nastawienia łopatek kierownicy wstępnej umieszczonej przed wlotem do wirnika. Zmiana kąta ustawienia łopatek powoduje zmianę kierunku i wartości prędkości c₀ cieczy dopływającej do wirnika, powodując przy tym jednoczesną zmianę obu parametrów Q i H. Ponieważ przez zmianę kierunku prędkości c_o następuje zmiana krętu cieczy przed wlotem do wirnika - ta regulacja nazywa się regulacją prerotacyjną.

Regulacja przez zmianę nastawienia łopatek wirnika pompy śmigłowej (rys 3.98)

Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej (rys. )

Regulacja przez zmiany konstrukcyjne, np. stoczenie łopatek wirnika

Zmniejszenie średnicy łopatek wirnika. Pompy wolnobieżne do 70% bez obniżenia sprawności. I pompy szybkobieżne duża strata sprawności przy niewielkim stoczeniu. rys 3S

Regulacja przez zmianę częstotliwości prądu dla silników

17. Kawitacja w pompach wirowych, mechanizm powstawania zjawiska , przyczyny depresja dynamiczna, zapobieganie , metody obliczania.

Kawitacją nazywamy zjawisko występujące w obszarze płynącej cieczy wywołane miejscowym obniżeniem się ciśnienia poniżej wartości krytycznej, bliskiej ciśnieniu parowaniu cieczy przy danej temperaturze, w wyniku czego następuje tworzeniu się pęcherzyków parowo-gazowych w miejscach najniższego ciśnienia oraz ich zanikanie w strefie wyższego ciśnienia .

Zanikanie pęcherzyków gaz.-parowych następuje gwałtownie w czasie krótszym od 0,001s i ma charakter implozji także napływająca z dużą prędkością w miejsca pęcherzyków ciecz może osiągnąć ciśnienie rzędu 350MPa.

Mechanizm powstawania zjawiska

I stadium - zaczątkowa kawitacja - kiedy zaczynają się tworzyć niewielkie pęcherzyki parowo - gazowe co nie wpływa ujemnie na pracę pompy.

II stadium - rozwinięta kawitacja - implozje pęcherzyków wywołują drgania całej pompy, a jednocześnie występują silne nieregularne wahania wskazań mierników ciśnienia na tłoczeniu , a w jeszcze w większym stopniu po stronie ssawnej pompy oraz widoczny spadek podnoszenia i sprawności.

III stadium - bardzo silna kawitacja. Występie załamanie charakterystyk (krzywych) przepływu poboru mocy i sprawności.

Przyczyny kawitacji

• zbyt duża wysokość ssania

• zbyt mała wysokość napływu

• odgazowywacze umieszczone wysoko nad pompami

• zbyt duża prędkość wirnika

• przekroczenie wydajności nominalnej

• nieprawidłowe zasilanie wirnika (nierówne powierzchnie kanałów)

Depresja dynamiczna

Pęcherzyki pary tworzą się w miejscach o ciśnieniu niższym niż ciśnienie parowania przy danej temperaturze, należy określić miejsce występowania najniższego ciśnienia.

Najniższe ciśnienie na wirniku pompy od środkowej występuje na biernej (tylnej) ścianek łopatek bezpośrednio za krawędzią wlotową. Ten miejscowy spadek ciśnienia w stosunku do ciśnienia p_o/γ przed wlotem na łopatkę nazywa się depresją dynam.

Wysokość depresji dynamicznej

Δh=λ₁w₀²/2g+λ₂c₀²/2g Przy bezuderzeniowym wypływie cieczy na wirnikλ₁ -0,3 λ₂-1,2 Wyróżnik kawitacji σ

D.Thoma Δh=σH σ=Δh/H=n_sQ^4/3

H.Andersona σ=n_sQ^4/3* 8,8*10^-4/η²_n

Wyróżnik ssania s=(n/1000)²Q/kΔh^3/2

k=1-(d_p/d₀)²=1-γ - współczynnik zwężenia przekroju wlotowego wirnika przez piastę

Antykawitacyjna nadwyżka wysokości ssania (zapas antykawitacyjny) - w przekroju wlotowym wirnika nazywamy różnicę między całkowitą łączną wysokością (ciśnienie i prędkość) a wysokością ciśnienia parowania przy której na łopatce wirnika nie występuje kawitacja. NPSH=(p₀/γ + c₀²/2g)-p._v/γ

NPSH=(p_s/γ + c_s²/2g)-p_v/γ

Krytyczne NPSH_kr=(p._skr-p_v)/γ + c_s²/2g

Robocze NPSH_r=kNPSH_kr k=1.1÷1.3

Rozporządzalne NPSH - skatalogowane NPSH_av=(p_d-p_v)/γ + c_dop²/2g - H_zs - ∑Δh_s

Kiedy nie ma NPSH Runiew n_ss=nQ^0,5/Δh_s^0.75 Δh_s=Δh_cav=NPSH n_ss-ssawny wyróżnik szybkobieżności

Anderson n_scav=nQ^0,5/Δh_cav^0.75 Δh_cav=Δh_s

n_scav - wyróżnik kawitacyjny szybkobieżności

Zapobieganie

• zmniejszenie prędkości na wlocie do wirnika dlatego wirnik pierwszego stopnia wykonuje się z łagodnym wejściem i o łagodnej krzywiźnie

• przesunięcie łopatek w kierunku cieczy wpływającej co powoduje konieczność nadania im przestrzennej krzywizny, a wszystko to w celu zwiększenia ciśnienia

• zastosowanie wstępnego wirnika (śrubowego lub śmigłowego) w celu podwyższenia ciśnienia na wlocie do wirnika

• wstępny kręt zgodny z kierunkiem obrotu wirnika

• zastosowanie odpornych na niszczące działanie kawitacji materiałów np. brązów, stali i staliw stopowych (Cr, Ni), szkła porcelany

• zastosowanie gładkich powierzchni, ponadto utwardzonych przez obróbkę powierzchniową

• utwardzenia powierzchni przez azotowanie, nawęglanie, hartowanie

18. Napór osiowy i promieniowy

W przestrzeni I i II ciecz wiruje. Przy ścianie wirnika ciecz wiruje z prędkością kątową ω równą prędkości wirnika. Przy ścianie kadłuba prędkość wirowania cieczy = 0. W wyniku wirowania cieczy wystąpi w niej przyrost ciśnienia. Siła F₁ jest zwrócona w kierunku wlotu na wirnik. Na skutek zmiany kierunku przepływu cieczy z osiowego na promieniowy (w pompach odśrodkowych zmiana kierunku wynosi 90⁰) wystąpi na wirniku siła reakcji F₂.

20. Napęd pomp; silniki elektryczne, spalinowe, turbiny.

elektryczne

• pompy małej i średniej mocy - silniki trój fazowe indukcyjne klatkowe

• pompy duże - silniki synchroniczne

• układy pompowe -układy elektryczne z układami tyrystorowymi do regulacji prędkości obrotowej silnika regulując częstotliwość lub zastosowane do regulacji prędkości silnika sprzęgła hydraulicznego

spalinowe

-pompy przewoźne niewielkiej mocy (sprzęt pożarniczy)

turbiny parowe

-pompy wysokoprężne o dużych prędkościach obrotowych i dużej mocy do 18MW

21. Wymagania odnośnie pomp obiegowych oraz schemat konstrukcyjny pomp bezdławicowej: korpus, wirnik, wał, stojan, łożyska-materiały (na przykładzie pomp obiegowych WILO)

- pewność, niezawodność i długotrwałość eksploatacji,

- ograniczenie do min czynności obsługowych,

- prosty montaż i demontaż,

- możliwość dostosowania parametrów konstrukcyjnych(cis robocze, temp.) do parametrów instalacji,

- możliwość dostosowania charakterystyki pompy do rodzaju instalacji oraz optymalnego punktu jej pracy do punktu pracy instalacji zarówno w warunkach statycznych(obliczeniowych)jak i dynamicznych(regulacja),

- niski poziom hałasu,

- niewielka nadwyżka antykawitacyjna,

- małe zużycie energii elektrycznej,

- nieszkodliwe w stosunku do otoczenia(farby wodne, materiały do recyclingu, małe zużycie energii, niski poziom hałasu)

- niski koszt.

Łożysko powinno być wykonane z stali węglowej, grafitowej.. Wał ze stali nierdzewnej.

22. Zadania regulacji, rodzaje regulacji (skokowa, płynna), sposoby regulacji w zależności od czasu, temp., i różnicy ciśnień.

Regulacja prędkości obrotowej wirnika:

f - częstotliwość, Hz

P.- liczba par biegunów

np.- prędkość poślizgu (różnica między prędkością synchroniczną i prędkością wirnika)

1.zmiana liczby par biegunów,

2.zmiana poślizgu,

3.zmiana częstotliwości

K- strata uwzględniająca natężenie wirującego pola magnetycznego

N_s- moc tracona w obwodzie stojana

M_obc - moment obciążenia

REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ:

- stopniowa (skokowa):ręczna lub automat. 2-;3-;4-;5-stopniowa

- bezstopniowa

REGULACJA STOPNIOWA:

w zależności od :

- czasu τ,

- temperatury T(zasilania T_Z lub powrotu T_p)

- różnicy temp. ΔT,

- różnicy ciś. Δp.:

- stałej różnicy Δp.=const

- zmiennej różnicy Δp.=var

Przełączanie prędkości obrotowej silnika:

- ręczne,

- automatyczne: silniki 1- lub 3-fazowe ( układy tyrystorowe).

ZADANIA UKŁADU REGULACJI POMP

- dostosowanie wydajności pomp do chwilowego obciążenia instalacji (systemu)

- zabezpieczenie instalacji (systemu) przed niekorzystnymi skutkami ilościowej regulacji strumienia objętości czynnika (wzrost ciśnienia i hałasu)

- ograniczenie zużycia energii elektrycznej i ciepła.

WYMAGANIA W ODNIESIENIU DO UKŁADU REGULACJI:

- spełnienie wyżej wymienionych wymagań w jak największym stopniu

- prostota konserwacji, obsługi montażu,

- uniwersalność,

- ograniczone oddziaływanie w stosunku do środowiska i sieci zasilającej

- niski koszt.

23. Typowe usterki pomp, ich przyczyny i sposoby ich usuwania.

Typowymi usterkami są np.:

Kiedy jest za duża wysokość ssania pompa nie zasysa i nie pompuje wody po uruchomieniu. Wtedy to należy obniżyć pompę, a jeżeli to nie jest możliwe , zaczekać na podniesienie się zwierciadła cieczy. Natomiast jeśli jest za mała wysokość podnoszenia pompy to wtedy należy zmienić pompę na odpowiednią.

Gdy tworzą się worki powietrzne w przewodzie ssawnym to pompa działa z wydajnością mniejszą od normalnej. Należy wówczas ułożyć przewód ssawny ze stałym wzniesieniem w kierunku pompy; na poziomych odcinkach przewodu ssawnego przy zmianie średnicy zabudować zwężki redukcyjne asymetryczne. Natomiast gdy zauważymy częściowe wynurzenie się kosza ssawnego i zasysanie powietrza wówczas należy przedłużyć przewód ssawny lub obniżyć pompę, lub też podwyższyć zwierciadło wody w zbiorniku.

Jeśli będzie zbyt duża prędkość obrotowa to wtedy pompa odśrodkowa pobiera za dużo energii. Wtedy to należy zmniejszyć prędkość obrotową silnika spalinowego lub turbiny parowej.

Zbyt duża prędkość obrotowa może być wywołana poprzez zbyt wysokie ciśnienie wytwarzane przez pompę. Wówczas należy zmniejszyć prędkość obrotową również, a jeżeli jest to nie możliwe zmniejszyć ilość stopni lub stoczyć łopatki wirnika.

---