Předmět lopatkové stroje se zabývá základní naukou těchto strojů v celé šíři. Seznamuje studenty se základy konstrukce, návrhu i provozu. Přednášky obsahují dostatečné množství informací k základnímu návrhu lopatkového stroje nejen pro potřeby následného přesného výpočtu, ale i pro potřeby nabídky či posouzení vhodnosti lopatkového stroje pro danou aplikaci.
Na tento předmět obvykle navazuje, podle oboru studenta (Energetické inženýrství, Fluidní inženýrství, Technika prostředí), další předmět zaměřený na konkrétní typy lopatkových strojů (Tepelné turbíny a turbokompresory, Parní turbíny, Vodní turbíny I, II, Čerpadla I, II , Ventilátory).
Výklad tohoto předmětu předpokládá alespoň základní znalosti hydromechaniky, termomechaniky, energetických zdrojů a principy transformace energie.
Pro vše spojené s čerpadly, ventilátory, větrnými turbínami, parními turbínami, turbokompresory atd. Tento předmět je určen především pro budoucí projektanty v energetice a podobných oborech a samozřejmě i pro budoucí konstruktéry lopatkových strojů a jejich provozovatele. Budete schopni odborně komunikovat na všech úrovních zakázky a realizace inženýrského díla obsahující lopatkové stroje:
1. komunikace se zákazníkem (co si slibuje od technologického celku; jaké budou předpokládané parametry; vysvětlit co může zákazník od technologického celku očekávat; jaké budou pořizovací a provozní náklady a pod.);
2. komunikace uvnitř společnosti, ve které budete pracovat s ostatními členy realizačního týmu (klást ty správné otázky svým spolupracovníkům jaké požadavky a za jakých podmínek bude konkrétní stroj pracovat; hlídat si navazující technologie, tak aby lopatkové stroje v celku dobře fungovaly; rychlé výpočty pro nabídky či pro další potřeby projektu; přesné výpočty);
3. komunikace s dodavatelem lopatkového stroje (odborná komunikace; připomínky, vydiskutování záručních podmínek a podmínek za jakých bude stroj možno provozovat; nutné stavební úpravy; přípojky ke stroji atd.).
Veškeré přednášky jsou k dispozici i v elektronické podobě na stránkách https://www.transformacni-technologie.cz/index.html#teorie-lopatkovych-stroju (viz také níže odkaz u každé přednášky).
Materiály z výše uvedeného on-line zdroje byly vydány i jako skripta "Teorie lopatkových strojů". Tzn. že texty jsou totožné, s tím rozdílem, že skripta obsahují i řešení úloh, které budeme probírat na cvičení.
Skripta si lze půjčit ve fakultní knihovně, zakoupit ve fakultní skriptárně nebo objednat v e-shopu vydavatele zde: https://www.cerm.cz/skorpik-j-teorie-lopatkovych-stroju.
Odkazy na další literaturu, která by vám mohla pomoct při vašem studiu naleznete vždy na konci jednotlivých článků ve skriptech i on-line zdroji, na které odkazuji výše. Užitečným doplňkem při studiu může být pdf kniha [INGRAM, Grant. Basic Concepts in Turbomachinery, 2009. Grant Ingram & Ventus Publishing Aps, ISBN 978-87-7681-435-9] (volně ke stažení na https://bookboon.com/en/key-concepts-in-turbo-machinery-ebook), která je sice velmi stručná, ale obsahuje anglický slovník pojmů z oboru lopatkových strojů.
Zápočet lze získat po úspěšném absolvování zápočtové písemky. Zápočtová písemka je bodově hodnocena, přičemž lze získat maximálně dva body. K získání zápočtu stačí půl bodu.
Zápočtová písemka se skládá z řešení slovní úlohy. K jejímu vyřešení bude moci student použít kalkulačku – za kalkulačku nepovažuji přístroje s možností vzdálené komunikace (mobil, tablet apod.). Během řešení zápočtové úlohy lze nahlížet do skript Teorie lopatkových strojů [Škorpík, 2019], které budou k dispozici všem studentům (budou ležet na neobsazené lavici).
Připraveno je celkem 12 možných zadání, které jsou uvedeny v kapitole Zadání zápočtových úloh, s. 6.
Průběh zápočtové písemky je následující: Každý student si vylosuje zadání úlohy na listě formátu A4. Řešení bude psát přímo na list se zadáním úlohy, na který napíše i své jméno. Zápočtová písemka i s losováním trvá 2x50 min. V případě neuspokojivého hodnocení či nemoci může student absolvovat opravnou zápočtovou písemku. Opravné termíny záp. písemky sdělím na posledním cvičení (obvykle korespondují s termíny zkoušek).
Zkouška se skládá z písemné a podmíněné ústní části.
V písemné části zkoušky student dostane 6 otázek, přičemž za každou správnou odpověď na otázku může získat 1 bod. Doba na písemnou odpověď na zadané otázky je 1 h. Uvedených 6 otázek je náhodným výběrem z otázek, které jsou zveřejněny v kapitole Otázky písemné části zkoušky, s. 19.
Po dokončení písemné části zkoušky mohou studenti, kteří v celkovém součtu za písemnou část a zápočtové písemky získali alespoň 7 bodů, abslovovat i ústní část zkoušky. V ústní části zkoušky budu klást doplňující otázky a zkoušet porozumění tématu. V ústní části zkoušky může student získat další 2 body.
Výsledné hodnocení zkoušky závisí na celkovém součtu bodů získaných při zkoušce plus body přenesené ke zkoušce ze zápočtové písemky. To znamená, že lze získat celkem 10 bodů. Přepočet bodů na známku ukazuje Tabulka 1.
Přepočet bodů na známku | ||||
body | známka | body | známka | |
9-10 | A | 6-6,5 | D | |
8-8,5 | B | 5-5,5 | E | |
7-7,5 | C | <5 | F |
Předmět Lopatkové stroje je složen ze 13 dvouhodinových přednášek a ze 13 dvouhodinových cvičení. Časový plán jednotlivých přednášek a cvičení je přibližně následující:
Seznámení s podmínkami pro získání zápočtu a zkoušky, viz také výše kapitola Pravidla pro získání zápočtu a hodnocení zkoušky, s. 3.
Lopatkový stroj[11.] do kapitoly Základní typy a aplikace lopatkových strojů (včetně).
Pokračování v přednášce Lopatkový stroj[11.] do kapitoly Stupeň lopatkového stroje (včetně).
Dokončení přednášky Lopatkový stroj[11.].
Základní rovnice lopatkových strojů[12.] do kapitoly Diskuze k Eulerově rovnici (včetně)..
Základní rovnice lopatkových strojů[12.].
Energetické bilance lopatkových strojů[13.] přibližně do kapitoly Energetická bilance vodní turbíny[13.] (včetně).
Energetické bilance lopatkových strojů[13.] přibližně do podkapitoly Adiabatická komprese v kompresoru[13.] (po i-s diagram včetně).
Dokončení přednášky Energetické bilance lopatkových strojů[13.].
Vztah mezi obvodovou a vnitřní prací stupně lopatkového stroje[14.] (pouze úvod s definicí a kapitolu Ventilační ztráta).
Geometrie a materiály lopatkových strojů[15.] po kapitolu: Tvary spirálních skříní[15.].
Základy aerodynamiky profilů lopatek a lopatkových mříží[16.]
Dokončení přednášky Základy aerodynamiky profilů lopatek a lopatkových mříží[16.] po kapitolu: Hustota lopatkové mříže[16.].
Ztráty v lopatkových strojích[17.].
Ztráty v lopatkových strojích[17.].
Podobnosti lopatkových strojů[18.].
Návrh axiálních stupňů lopatkových strojů[19.] po kapitolu: Axiální stupně s přímými lopatkami[19.].
Návrh radiálních a diagonálních stupňů lopatkových strojů[20.] po kapitolu Radiální stupně turbín s přímými lopatkami plus kapitolu Diagonální stupně.
Vodní turbíny a hydrodynamická čerpadla[21.].
Větrné turbíny a ventilátory[22.].
Obsahem cvičení je řešení úloh z oblasti lopatkových strojů. Následuje seznam úloh a jejich krátký popis.
Připomenutí některých pojmů z matematiky a jejich aplikace ve fyzice: Parciální derivace[42.]; Vektory[42.].
Vektory[42.] – pokračování. Co je tenzor a Rotace vektoru, vírový a nevírový pohyb[42.].
Úloha 545[11.], Úloha 546[11.]: úlohy na základní energetické bilance lopatkových strojů.
Úloha 546[11.] – dokončení.
Úloha 706[11.], Úloha 878[11.]: úlohy na rychlostní trojúhelníky.
Úloha 878[11.] – dokončení.
Úloha 583[12.], Úloha 254[12.]: použití a procvičení Eulerovy rovnice pro sílu působící na tělesa od proudu tekutiny.
Úloha 254[12.] – dokončení.
Úloha 264[12.]: výpočet spirální skříně.
Úloha 407[12.]: výpočet bezlopatkového difuzoru.
Úloha 736[12.], Úloha 725[12.]: výpočet předpokládaného rozložení energie v objemu pracovní tekutiny.
Úloha 725[12.] – dokončení.
Úloha 597[13.]: stanovení energetické bilance vodní turbíny a výpočet délky savky.
Úloha 871[13.]: výpočet parametrů páry v turbíně.
Úloha 923[14.]: energetická bilance stupně lopatkového stroje.
Úloha 755[15.]: výpočet geometrie lopatky radiálního ventilátoru.
Úloha 1036[17.]: výpočet ztráty ve stupni lop. stroje.
Úloha 1036[17.] – dokončení.
Úloha 721[18.]: výpočet provozní charakteristiky navrhovaného ventilátoru.
Úloha 179[18.]: určení stupně reakce ze zadaného rychlostního trojúhelníku stupně parní turbíny.
Úloha 613[18.]: výběr nejvhodnějšího typu vodní turbíny pro zadanou lokalitu pomocí teorie podobnosti lopatkových strojů.
Úloha 262[20.]: základní návrh rozměrů oběžného kola radiálního ventilátoru pomocí teorie podobnosti a optimalizace podobnostních součinitelů.
Úloha 738[21.]: záměna čerpadla v potrubní trase za jiné.
Rezerva.
Rezerva.
Zápočtové písemky.
Následuje 12 stran (v PDF verzi dokumentu), na kterých jsou uvedena zadání ve formátu v jakém budou na zápočtové písemce.
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum:
Jméno a příjmení, datum: