Autor:
ŠKORPÍK, Jiří – https://www.vut.cz/lide/jiri-skorpik-17592
Datum vydání:
školní rok 2024/2025
Název:
Informace k předmětu Turbíny a turbokompresory (LT1)
email: skorpik@fme.vutbr.cz
Copyright©Jiří Škorpík, 2018-2025 |
Charakteristika předmětuV současné době je předmět Turbíny a turbokompresory přímým pokračováním předmětu Lopatkové stroje (LLS). Úvodní část předmětu je věnována dynamice tekutin, která doplňuje teorie lopatkových strojů tak, aby bylo možno komplexně a v kontextu vysvětlit návrh a provoz větrných i tepelných turbín a turbokompresorů. Výukové materiályOn-line zdrojeVeškeré přednášky budou v průběhu semestru dostupné on-line na internetových doménách turbomachinery.education, fluid-dynamics.education a engineering-sciences.education, viz níže odkaz u každé přednášky. Pravidla pro získání zápočtu a hodnocení zkouškyHodnocení zkouškyPři hodnocení studenta vycházím z toho kolik získal celkem bodů ze zápočtové písemky, písemné a ústní části zkoušky. Přičemž maximální počet bodů je 10. Přepočet bodů na známku ukazuje Tabulka 1.
1: Přepočet bodů na známku Zápočtová písemkaZápočtová písemka je hodnocena maximálně 3 body. Přičemž k získání zápočtu stačí 1 bod. 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 (2. vydání, 2022), které budou k dispozici všem studentům (budou ležet na neobsazené lavici). Připraveno je celkem 10 zadání, které jsou uvedeny v kapitole Zadání zápočtových úloh, s. 2.6. 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 trvá 50 min. V případě neuspokojivého hodnocení či nemoci může student absolvovat opravnou zápočtovou písemku. |
Termíny zápočtové písemky budou včas vypsány a obvykle korespondují s termíny zkoušek, přičemž prvním možným termínem je poslední (13) cvičení. ZkouškaZkouška se skládá z písemné a podmíněné ústní části hodnocených 5, respektive 2 body. Písemná částV písemné části zkoušky student dostane 5 otázek, přičemž za každou správnou odpověď na otázku může získat 1 bod. Doba na písemnou odpověď na zadané otázky je 50 minut. Uvedených 5 otázek je náhodným výběrem z otázek, které jsou zveřejněny v kapitole Otázky písemné části zkoušky, s. 2.17. Podmíněná ústní částPo dokončení písemné části zkoušky mohou studenti, kteří v celkovém součtu za písemnou část a zápočtové písemky získali alespoň 7 bodů, abslovovat i nepovinnou ústní část zkoušky. V ústní části zkoušky budu klást doplňující otázky a zkoušet porozumění tématu na úrovni znalostí odpovídající známkám A až B. V ústní části zkoušky může student získat další 2 body. Osnova předmětuPředmět Lopatkové stroje je složen ze 13 tříhodinových přednášek a ze 13 dvouhodinových cvičení. PřednáškySamozřejmě na první přednášce začínáme zveřejněním podmínek pro získání zápočtu a zkoušky, viz kapitoly výše. Dále budeme postupovat podle témat, tak jak jsou řazena v Tabulky 2 , kde je i přibližný časový plán.
|
2: Seznam témat přednášek a jejich přibližný časový plán CvičeníObsahem cvičení je řešení úloh spojené s naukou probíranou na přednáškách a fyzikální a matematický aparát potřebný k jejich řešení, viz Tabulka 3.
3: Přibližný časový plán cvičení |
Zadání zápočtových úlohNásleduje 10 stran, na kterých jsou uvedena zadání ve formátu v jakém budou na zápočtové písemce. PodkladyK vyřešení některých zápočtových úloh jsou potřeba podklady jako termodynamické tabulky apod. Tyto podklady budou k dispozici studentům v učebně včetně textů přednášek a v elektronické podobě jsou k dispozici v informačním systému fakulty v sekci učební texty u předmětu Turbíny a turbokompresory. |
Otázky písemné části zkoušky1: Jaký zjednodušující předpoklad zavádíme při konstrukci porovnávací izobary v T-s diagramu reálného plynu (ve vztahu k tepelné kapacitě plynu)? 2: Popište postup konstrukce izobar v T-s nebo h-s diagramu reálného plynu, jestliže znáte tvar porovnávací izobary. 3: Jak se bude měnit rychlost nadzvukového proudění: (a) ve zužující se trubici; (b) v rozšiřující se trubici? 4: Jaké jsou vlastnosti proudění při průchodu přímou rázovou vlnou (tlaky, rychlosti, entropie)? 5: Zakreslete v h–s diagramu ztrátu vzniklou při průchodu proudění rázovou vlnou. 6: Definujte normálové složky rychlosti plynu při průchodu šikmou rázovou vlnou. Jaké jsou jejich vlastnosti? 7: Nakreslete schéma průchodu proudění skrz expanzní vlny (děj popište). 8: Nakreslete a popište λ-rázovou vlnu. Kde lze očekávat vznik této vlny? 9: Zakreslete a popište průběh hmotnostního toku plynu zužující se tryskou na tlakovém poměru v diagramu m-εs (m je hmotnostní tok plynu tryskou, εs je tlakový poměr mezi vstupem a výstupem z trysky). 10: Bendemanova elipsa – co to je a k čemu ji používáme? 11: Jaké stavy proudění Lavalovou tryskou mohou nastat při nenávrhových stavech? Co je to podexpandovaná a přeexpandovaná tryska? 12: Popište expanzi v kanále ve tvaru Lavalovy trysky v h-s diagramu (proudění se ztrátami). Definujte účinnost trysky. 13: Za jakých předpokladů lze odvodit rovnice pro průtok skupinou stupňů turbín, které vychází z podobnosti proudění tryskami? 14: Popište vliv nadzvukovém proudění na výstupní úhel rychlosti z lopatkové mříže. (úhel zakreslete) 15: Proudění difuzorem se ztrátami v h-s diagramu. Vyznačte ztráty a definujte účinnost difuzoru. 16: Jaká znáte opatření ke snížení citlivosti na odtržení mezní vrstvy v difuzorech? |
17: Co jsou to ejektory a injektory? Jak fungují? Nakreslete jejich obecné schéma. 18: Popište princip labyrintové ucpávky. 19: Popište funkci jednodsedlového ventilu, výhody/nevýhody. 20: Popište funkci jednodsedlového ventilu s difuzorem, výhody/nevýhody. 21: Popište funkci dvousedlového ventilu, výhody/nevýhody. 22: Popište princip využití průtokového součinitele armatury k určení průtoku ventilem. 23: Popište možnosti zapojení redukčního ventilu z pohledu regulované větve. 24: Definujte axiální a obvodový součinitel větrné turbíny. 25: Definujte výkonový a náporový součinitel větrné turbíny. 26: Popište princip aerodynamického návrhu lopatky větrné turbíny metodou BEM. 27: Nakreslete a popište bezrozměrovou charakteristiku větrné turbíny. 28: Popište ztráty větrné turbíny při transformaci kinetické energie větru na práci. 29: Nakreslete a popište výkonovou charakteristiku větrné elektrárny. 30: Popište aerodynamickou regulaci větrné turbíny. 31: Popište regulaci větrné turbíny natáčením lopatek. 32: Popište regulaci větrné turbíny změnou otáček. 33: Popište regulaci větrné turbíny bočením. 34: Popište základní části konstrukce lopatky větrné turbíny. 35: Na čem závisí výkon větrné elektrárny v dané lokalitě? 36: Nakreslete závislost množství vyrobené elektřiny a výkonu větrné elektrárny na rychlosti větru. Vyznačte nejvýhodnější umístění optimálního výkonu větrné elektrárny. 37: Co je to roční využití instalovaného výkonu větrné elektrárny? 38: Jaké jsou výhody multirotorové větrné elektrárny? |
39: Popište co lze dělat s větrnou elektrárnou na konci její projektované životnosti? 40: Popište polytropickou kompresi v h-s diagramu a T-s diagramu. 41: Popište v h-s diagramu celkovou energetickou bilanci stupně kompresoru (bilance musí obsahovat profilové ztráty, ventilační ztrátu, ostatní ztráty a vnitřní práci). 42: Popište h-s diagram vícestupňové komprese. Definujte součinitel přídavných ztrát. 43: Popište princip povrchového chlazení turbokompresoru (tzv. vnitřní). 44: Popište princip mezichlazení turbokompresoru (tzv. vnější). Zakreslete odvedené teplo v T-s diagramu. 45: Popište princip chlazení komprese vstřikováním kapaliny. 46: Na čem, z termodynamického hlediska, závisí hranice efektivnosti chlazení komprese? 47: Nakreslete očekávaný průběh Eulerovy práce po výšce lopatek axiálního stupně kompresoru. 48: Popište kompresi vlhkého vzduchu. Co se děje s komprimovaným vlhkým vzduchem, když chladne – čemu to může vadit? 49: Zakreslete schéma hlavních napojení turbokompresoru. 50: Popište absolutní charakteristiku turbokompresoru. Jaké jsou její nedostatky? 51: Popište univerzální charakteristiku turbokompresoru. Jaké jsou její výhody/nevýhody? 52: Popište charakteristiku turbokompresoru s redukovanými parametry. Proč ji používáme? 53: Způsoby regulace turbokompresorů. Výhody/nevýhody jednotlivých způsobů. 54: Jaké jsou nejčastější poruchy dmychadel? Co je způsobuje? 55: Popište polytropickou expanzi v h-s diagramu a T-s diagramu. 56: Popište v h-s diagramu celkovou energetickou bilanci stupně tepelné turbíny pro případ adiabatické nebo polytropické expanze (bilance musí obsahovat profilové ztráty a Eulerovu práci pro střední poloměr, ostatní ztráty a vnitřní práci). |
57: Popište h-s diagram vícestupňové expanze. Definujte součinitel zpětného využití ztrát. 58: Který ze stupňů (rovnotlakový, Curtisův dvouvěncový, přetlakový) dosahuje vyšší optimální hodnoty tepelného spádu na stupeň (předpokládejte stejnou obvodovou rychlost pro všechny stupně)? Seřaďte je od nejvyššího zpracovaného spádu k nejmenšímu. Uveďte výhody/nevýhody jednotlivých typů stupňů. 59: Popište základní princip návrhu kuželového stupně. 60: Nakreslete schéma hlavních napojení parní turbíny. 61: Popište princip regulace parní turbíny klouzavými parametry páry. 62: Popište princip regulace parní turbíny škrcením. Uveďte výhody/nevýhody a v jakých případech se používá. (nakreslete schéma zapojení a h-s diagram) 63: Popište princip skupinové regulace parních turbín. Na čem závisí pořadí otvíraní regulačních ventilů? (nakreslete schéma zapojení a h-s diagram) 64: Proč se používá při skupinové regulaci parních turbín jako regulační stupeň rovnotlakový stupeň? 65: Nakreslete a popište spotřební charakteristiku parní turbíny s jedním regulovaným odběrem. 66: Jaký je zásadní rozdíl v požadavcích na zapojení parní turbíny v teplárně oproti elektrárně? 67: Popište princip zvyšování tepelné účinnosti parního oběhu pomocí regeneračního ohřevu napájecí vody. Nakreslete jednoduchý příklad zapojení a uveďte výhody a nevýhody. 68: Jaké znáte způsoby ochrany lopatek před vysokými teplotami? 69: Obecné schéma bloku se spalovací turbínou a jeho účinnost, včetně popisu funkce jednotlivých částí. 70: Pomocí T-s diagramu popište vliv tlaku za kompresorem na tepelnou účinnost spalovací turbíny. Výhody/nevýhody tohoto řešení. 71: Pomocí T-s diagramu popište vliv komprese s mezichlazením na tepelnou účinnost spalovací turbíny. Schéma zapojení kompresorové části. Výhody/nevýhody tohoto řešení. |
72: Pomocí T-s diagramu popište vliv teploty před turbínou na tepelnou účinnost spalovací turbíny. Výhody/nevýhody tohoto řešení. 73: Popište princip regenerace tepla u spalovací turbíny. Definujte stupeň regenerace. (nakreslete schéma zařízení) 74: Popište způsoby regulace spalovacích turbín a jak ovlivňují charakteristiky spalovacích turbín. Jakou charakteristiku má spalovací turbína s konstantními otáčkami? Proveďte porovnání momentové charakteristiky jednohřídelové a dvouhřídelové spalovací turbíny. 75: Nakreslete schéma zapojení turbodmychadla v součinnosti se spalovacím motorem. |