Detail předmětu

Lopatkové stroje

FSI-LLSAk. rok: 2019/2020

Předmět má seznámit studenty s aplikací základních fyzikálních zákonů především z hydromechaniky a termomechaniky při návrhu a využití velké skupiny strojů. Podstatou těchto strojů je přeměna tepelné, tlakové nebo potenciální energie na kinetickou energii proudu tekutiny a přenos této energie na rotor stroje a obráceně. Z toho vyplývá, že podstatnou částí studia je interakce reálné proudící tekutiny s obtékanými nebo protékanými tělesy. Vzhledem k velké rychlosti proudící tekutiny jsou relativně malými stroji dosahovány velké výkony. Lopatkové stroje se používají ve velkém množství aplikací a velmi širokém rozsahu pracovních podmínek. Výklad fyzikálních principů je průběžně spojován s konstrukcí lopatkových strojů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

Výsledky učení předmětu

Předmět umožňuje studentům získat znalosti o inženýrském využívání fyzikálních zákonů pro konstrukci a užití velké skupiny strojů. Na druhé straně ukáže, jaké prostředky musí inženýr využívat, aby dosáhl co nejlépe cílů, které vyplývají z uživatelské a ekonomické potřeby.

Prerekvizity

Základy termomechaniky a energetiky.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

Zápočet: Aktivní účast na cvičení. Prokazování souběžného studia odpřednášené látky a snahy o využití poznatků z přednášek při řízené aplikaci na jednoduché úlohy v oblasti návrhu funkčních částí lopatkových strojů.

Zkouška: Prověřuje se znalost využívaných fyzikálních zákonů a jejich aplikace v jednotlivých typech lopatkových strojů. Konstrukční řešení základních funkčních součástí lopatkových strojů a souvislost konstrukčního provedení a užitých vlastností těchto strojů. Vztah pracovních podmínek lopatkových strojů a jejich konstrukčního řešení.

Zkouška je písemná, doplňující otázky jsou ústní. V průběhu semestru je možné vypracovat semestrální práci, ke které bude při zkoušce přihlédnuto.

Učební cíle

Ukázat studentům, jaká opatření je třeba přijmout, aby bylo možno realizovat fyzikální záměry v reálném stroji a jak změna podmínek (např. druh pracovní látky, požadovaný výkon, tlak, teplota atd.) ovlivňuje konstrukci daného typu stroje. Na druhé straně je cílem ukázat, jak zvolené konstrukční provedení určuje vlastnosti a charakteristiky stroje.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Zápis účasti studentů na cvičeních do prezenční listiny, nahrazení zameškané výuky po individuální dohodě s vyučujícím.

Základní literatura

JAPIKSE, David. Introduction to turbomachinery, 1997. 2. vydání. Oxford: Oxford University Press, ISBN 0–933283-10-5.
Kadrnožka, J.: Tepelné turbíny a turbokompresory I, CERM, Brno 2004
ŠKORPÍK, Jiří. Teorie lopatkových strojů. Vydání druhé. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2022. ISBN 978-80-214-6102-4. (CS)

Doporučená literatura

MELICHAR, Jan, BLÁHA, Jaroslav, BRADA, Karel. Hydraulické stroje–Konstrukce a provoz, 2002. 1. vydání. Praha: České vysoké učení technické v Praze, ISBN 80–01–02657–4.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2I-P magisterský navazující

    obor M-TEP , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-ENI , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-FLI , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-FLI , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-TEP , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-ENI , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Škorpík, Ph.D.

Osnova

1-2. Lopatkový stroj (představení).
3-4. Základní rovnice lopatkových strojů.
5-6. Energetické bilance lopatkových strojů.
7. Vztah mezi obvodovou a vnitřní prací stupně lopatkového stroje. Geometrie a materiály lopatkových strojů.
8. Základy aerodynamiky profilů lopatek a lopatkových mříží.
9. Ztráty v lopatkových strojích. Podobnosti lopatkových strojů.
10. Návrh axiálních stupňů lopatkových strojů.
11. Návrh radiálních a diagonálních stupňů lopatkových strojů.
12. Vodní turbíny a hydrodynamická čerpadla.
13. Větrné turbíny a ventilátory.

Cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Škorpík, Ph.D.

Osnova

1. Ukázky lopatkových strojů, řezy, fotografie, výrobní problémy, užití. Aplikace Eulerovy rovnice, rovnice Žukovského, obvodová práce, obvodový výkon.
2. Změna tlaku v různých typech mříže. Síly působící na profil v lopatkové mříži. Propočty účinnosti a ztrát v lopatkových mřížích.
3. Stanovení tvaru lopatek v závislosti na zadané hodnotě podobnostních kriterií.
4. Určení hlavních rozměrů stupně axiální parní turbiny. Určení hlavních rozměrů stupně radiální axiální turbiny.
5. Základní návrhové veličiny vodní turbiny, výpočet základních rozměrů.
6. Základní návrhové veličiny čerpadla na a) velký průtok a malou měrnou energii, b) malý průtok a velkou měrnou energii
7. Návrh ventilátoru na: a) malé stlačení a velký objemový průtok, b) velké stlačení a malý objemový průtok.

Elektronické učební texty

ŠKORPÍK, Jiří, 2024, Informace k předmětu Lopatkové stroje (LLS)
informace-k-predmetu-lopatkove-stroje.pdf 0.42 MB