Lopatkové stroje (FSI-LLS)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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.
Výstupy studia a kompetence:
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.
Obsah předmětu (anotace):
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.
Metody vyučování:
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: 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. Zápočet je podmíněn úspěšným vypracováním zápočtové písemky.

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.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Zápočtová písemka.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška 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 1. Připomenutí některých matematického aparátu používaného při řešení úloh z teorie lopatkových strojů.
2. Základní energetické bilance lopatkových strojů.
3. Rychlostní trojúhelníky; Procvičení Eulerovy rovnice pro sílu působící na tělesa od proudu tekutiny.
4. Spirální skříně a bezlopatkový difuzor; Výpočet předpokládaného rozložení energie v objemu pracovní tekutiny.
5. Stanovení energetické bilance vodní turbíny a výpočet délky savky.
6. Výpočet parametrů páry v turbíně.
7. Energetická bilance stupně lopatkového stroje.
8. Výpočet geometrie lopatky radiálního ventilátoru.
9. Určení stupně reakce ze zadaného rychlostního trojúhelníku stupně parní turbíny.
10. Výběr nejvhodnějšího typu vodní turbíny pro zadanou lokalitu pomocí teorie podobnosti lopatkových strojů.
11. Základní návrh rozměrů oběžného kola radiálního ventilátoru pomocí teorie podobnosti a optimalizace podobnostních součinitelů.
12-13. Záměna čerpadla v potrubní trase za jiné.
Literatura - základní:
1. ŠKORPÍK, Jiří. Teorie lopatkových strojů. Vydání druhé. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2022. ISBN 978-80-214-6102-4.
3. Kadrnožka, J.: Tepelné turbíny a turbokompresory I, CERM, Brno 2004
5. JAPIKSE, David. Introduction to turbomachinery, 1997. 2. vydání. Oxford: Oxford University Press, ISBN 0–933283-10-5.
Literatura - doporučená:
2. 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 programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ETI-P prezenční studium TEP Technika prostředí -- zá,zk 4 Povinný 2 1 Z
N-ETI-P prezenční studium ENI Energetické inženýrství -- zá,zk 4 Povinný 2 1 Z
N-ETI-P prezenční studium FLI Fluidní inženýrství -- zá,zk 4 Povinný 2 1 Z