Ćwiczenie 3.pdf - SGSP
Ćwiczenie 3.pdf - SGSP
Ćwiczenie 3.pdf - SGSP
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Ćwiczenie</strong> 3<br />
WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK POMP WIROWYCH POŁĄCZONYCH<br />
SZEREGOWO LUB RÓWNOLEGLE<br />
Wykaz ważniejszych oznaczeń<br />
Hgs − geometryczna wysokość ssania, m<br />
Hgt − geometryczna wysokość tłoczenia, m<br />
Hgp − geometryczna wysokość podnoszenia, m<br />
Hms − manometryczna wysokość ssania, m<br />
Hmt − manometryczna wysokość tłoczenia, m<br />
Hmp − manometryczna wysokość podnoszenia, m<br />
Hp max − maksymalna, teoretyczna wysokość podnoszenia pompy dla wydatku Q=0, m<br />
Hu − użyteczna wysokość podnoszenia, m<br />
hss − wysokość strat ciśnienia w układzie ssawnym, m<br />
hst − wysokość strat ciśnienia w układzie tłocznym, m<br />
Δhr − wysokość straty ciśnienia wywołanej oporami ruchu cieczy, m<br />
m − różnica poziomów pomiędzy manometrami mierzącymi ciśnienie na rurociągu tłocznym i<br />
ssawnym, m<br />
Ns − moc silnika elektrycznego, kW<br />
np − liczba pomp<br />
ct − średnia prędkość cieczy na wylocie pompy, m/s<br />
cs − średnia prędkość cieczy na wlocie pompy, m/s<br />
ps − ciśnienie mierzone na wlocie do króćca ssawnego pompy, N/m2 − ciśnienie mierzone na wylocie z króćca tłocznego pompy, N/m2 pt<br />
Qmax − maksymalny, teoretyczny wydatek pompy dla zerowej wysokości podnoszenia, dm3 /s<br />
η − sprawność całkowita pompy<br />
ηh − sprawność hydrauliczna pompy (uwzględnienie tarcia i oporów miejscowych przy ruchu<br />
cieczy wewnątrz pompy)<br />
η m − sprawność mechaniczna (uwzględnienie tarcia między powierzchnią wirnika a cieczą wypełniającą<br />
wnętrze pompy)<br />
ηs − sprawność silnika elektrycznego ustalona przez producenta pomp<br />
ηv − sprawność objętościowa pompy (uwzględnienie wyciekania cieczy przez nieszczelności,<br />
dławiki, itp.)<br />
1. Cel i zakres ćwiczenia<br />
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym wyznaczaniem charakterystyk roboczych<br />
pomp wirowych połączonych szeregowo lub równolegle.<br />
2. Wprowadzenie teoretyczne<br />
2.1. Określenia podstawowe<br />
Pompy są maszynami służącymi do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na poziom<br />
wyższy lub do przetłaczania cieczy z obszaru o ciśnieniu niższym do obszaru o ciśnieniu wyższym.<br />
Działanie pomp polega na wytwarzaniu różnicy ciśnień pomiędzy jej stroną ssawną i tłoczną. Istotna<br />
różnica między pompami a wszystkimi innymi przenośnikami cieczy (np. strumienicami) polega na<br />
istnieniu organu roboczego, który oddziela obszar ssawny od obszaru tłocznego. Pompy przenoszą<br />
energię mechaniczną z jakiegokolwiek zewnętrznego źródła energii na przepływające przez nie ciecze,<br />
powodują zatem wzrost energii strumienia cieczy. Energia na wylocie z pompy jest zużywana na<br />
podniesienie cieczy i pokonanie oporów hydraulicznych w przewodzie tłocznym.
Układ złożony z przewodu ssawnego, pompy i przewodu tłocznego nazywamy układem<br />
pompowym. Pompami wirowymi nazywamy pompy, których organem roboczym jest osadzony na<br />
obracającym się wale wirnik, powodujący zwiększenie krętu lub krążenia cieczy przepływającej przez<br />
jego wnętrze.<br />
Pracę pompy charakteryzują następujące wielkości podstawowe: wysokość ssania, tłoczenia i<br />
podnoszenia, wydajność oraz moc i sprawność. Na rys. 3.1 pokazano schemat układu pompowego, na<br />
którym pokazano geometryczną wysokość ssania (Hgs), tłoczenia (Hgt) i podnoszenia (Hgp).<br />
pompa<br />
Rys. 3.1. Schemat układu pompowego<br />
Całkowita geometryczna wysokość podnoszenia Hgp<br />
H gt<br />
H gs<br />
H gp<br />
Całkowita geometryczna (niwelacyjna) wysokość podnoszenia Hgp jest to różnica poziomów<br />
zwierciadeł cieczy w zbiorniku górnym i dolnym, bez względu na to, czy zwierciadła te są swobodne<br />
czy też znajdują się pod ciśnieniem różnym od atmosferycznego.<br />
Hgp = Hgs + Hgt (3.1)<br />
Użyteczna (całkowita manometryczna) wysokość podnoszenia Hu lub Hmp<br />
Jest ona równa całkowitej geometrycznej wysokości podnoszenia z uwzględnieniem strat<br />
hydraulicznych na odcinkach ssawnym i tłocznym, czyli:<br />
Hu = Hmp = Hms + Hmt = Hgp + hss + hst (3.2)<br />
Wartość użytecznej wysokości podnoszenia można obliczyć wzorem:<br />
H<br />
Wydajność rzeczywista pompy Qr<br />
u<br />
=<br />
c<br />
2<br />
t<br />
−<br />
2g<br />
c<br />
2<br />
s<br />
+<br />
p<br />
t<br />
−<br />
γ<br />
p<br />
s<br />
+<br />
m<br />
(3.3)
Jest to przeciętne natężenie przepływu przez przekrój króćca tłocznego pompy, zwiększone o<br />
natężenie wypływu cieczy niezbędne do chłodzenia łożysk i dławnic, jeżeli pobieranie cieczy do tego<br />
celu następuje przed króćcem tłocznym.<br />
Wydajność nominalna pompy Qn<br />
Jest to przeciętne natężenie przepływu przez pompę podnoszącą ciecz na wysokość nominalną<br />
Hn przy nominalnej szybkości obrotowej wirnika pompy nn.<br />
Moc pobierana przez pompę Nw<br />
Jest to moc pobierana na wale pompy. W przypadku bezpośredniego sprzężenia pompy z<br />
silnikiem elektrycznym otrzymamy:<br />
= N ⋅ η<br />
(3.4)<br />
Moc użyteczna pompy Nu<br />
N w s<br />
Moc użyteczna Nu pompy o wydajności rzeczywistej Qr [m 3 /s] i użytecznej wysokości<br />
podnoszenia Hu [m], wynosi:<br />
lub<br />
N<br />
N<br />
gdzie: γc - ciężar właściwy pompowanej cieczy w [kG/m 3 ].<br />
Sprawność całkowita pompy η<br />
czy.<br />
u<br />
u<br />
s<br />
γ ⋅ Q r ⋅ H u<br />
= , KM<br />
(3.5)<br />
75<br />
γ ⋅ Q r ⋅ H u<br />
= , kW<br />
(3.6)<br />
102<br />
Pojęcie to uwzględnia wszystkie straty związane z przekazywaniem energii pompowanej cie-<br />
η h v<br />
= η ⋅ η ⋅ η<br />
(3.7)<br />
Sprawność całkowita pompy określona jest stosunkiem mocy użytecznej Nu do mocy pobranej na wale<br />
pompy Nw:<br />
N u<br />
η = ⋅100 , % (3.8)<br />
N<br />
2.2. Zasada działania pompy wirowej odśrodkowej<br />
w<br />
Głównym elementem pompy, której schemat pokazano na rys. 3.2, jest wirnik W osadzony na<br />
wale. Wirnik posiada łopatki Ł osadzone na tarczy T. Łopatki obracając się wraz z wirnikiem<br />
wprawiają ciecz w ruch obrotowy. Ciecz dopływa przez otwór wlotowy w tarczy wirnika. Cząstki<br />
wody mające odpowiednią prędkość odrzucane są do spiralnej i rozszerzającej się kierownicy K.<br />
Wyhamowanie rozpędzonej cieczy następuje w kierownicy K i zamykającym ją dyfuzorze D, gdzie<br />
energia kinetyczna cieczy zostaje w znacznej części zamieniona na energię ciśnienia. Napór łopatek na<br />
ciecz powoduje wzrost ciśnienia po stronie czynnej (napierającej), a spadek po stronie biernej. Gdy<br />
ciśnienie po stronie biernej spadnie poniżej ciśnienia atmosferycznego, w zbiorniku czerpalnym<br />
następuje zassanie cieczy. Warunkiem zasysania jest taki spadek ciśnienia po stronie biernej łopatek,<br />
m
aby ciśnienie w zbiorniku czerpalnym mogło pokonać wysokość ssania i opory przepływu przez rurę<br />
ssawną.<br />
t<br />
Rys. 3.2. Schemat odśrodkowej pompy wirowej<br />
2.3. Warunki pracy pomp<br />
s<br />
W zależności od wzajemnego usytuowania zbiorników dolnego (z którego pompa zasysa<br />
ciecz) i górnego (do którego pompa tłoczy ciecz) oraz pompy, wyróżniamy trzy rodzaje układów<br />
pracy pomp:<br />
a) ssąco-tłoczący pokazany na rys. 3.1 (ps < pa , Hgs > 0 , Hgt > 0),<br />
b) tłoczący (przetłaczający) pokazany na rys. 3.3 (ps > pa , Hgs < 0 , Hgt > 0),<br />
c) ssący (lewarowy) pokazany na rys. 3.4 (ps < pa , Hgs > 0 , Hgt < 0).<br />
pompa<br />
Rys. 3.3. Układ pompowy pracujący w warunkach tłoczących.<br />
H gs<br />
H gt<br />
H gp
pompa<br />
Rys. 3.4. Układ pompowy pracujący w warunkach ssących<br />
2.4. Charakterystyki pomp<br />
H gt<br />
Hgp Hgs Charakterystykami hydraulicznymi pomp nazywamy krzywe H=f1(Q), N=f2(Q), η=f3(Q).<br />
Obrazują one zależności odpowiednio: wysokości podnoszenia, mocy i sprawności pompy od<br />
natężenia przepływu (wydatku). Znajomość wymienionych charakterystyk jest konieczna do<br />
właściwego użytkowania pompy oraz do badania układów pomp z sobą współpracujących.<br />
Charakterystyki pomp są wyznaczane najczęściej doświadczalnie. Na podstawie charakterystyki danej<br />
pompy można wyznaczyć charakterystykę innej, geometrycznie podobnej pompy.<br />
Istnieją dwa sposoby przedstawienia indywidualnych charakterystyk.<br />
1. Na osi odciętych podajemy wartości natężenia przepływu Q w [m 3 /s], a na osi rzędnych wartości<br />
wysokości podnoszenia H w m, mocy w kW i sprawności w %. Są to indywidualne charakterystyki<br />
wymiarowe.<br />
1. Na osi odciętych podajemy wartości ilorazu Q/Qn, a na osi rzędnych wartości H/Hn, N/Nn lub η/ηn<br />
w procentach. Są to indywidualne charakterystyki bezwymiarowe. Indeks „n” oznacza wartość nominalną.<br />
Prócz przedstawionych powyżej charakterystyk indywidualnych stosowane są często<br />
charakterystyki uniwersalne, odnoszące się do wszystkich pomp danego typu.<br />
Krzywa zależności wysokości podnoszenia od wydajności pompy Hp=f(Q) ma charakter<br />
2<br />
krzywej obwiedniowej, którą można w przybliżeniu opisać równaniem H a − b ⋅ Q<br />
max , b = Hp max /(Qmax) 2<br />
Charakterystyki pompy odśrodkowej pokazano na rys. 3.5.<br />
p<br />
= , gdzie a = Hp
H p<br />
N h<br />
η<br />
H p =f(Q)<br />
N h =f(Q)<br />
η<br />
=f(Q)<br />
Rys. 3.5. Przykładowy przebieg podstawowych charakterystyk pompy wirowej odśrodkowej<br />
2. 5. Współpraca pomp z przewodem<br />
Pokazana na rys. 3.6 krzywa Hgp+Δhr = f(Q), obrazująca zależność wysokości strat<br />
energetycznych (hydraulicznych) w przewodzie od natężenia przepływu, nazywa się charakterystyką<br />
przewodu. Oprócz geometrycznej wysokości podnoszenia pompa musi pokonać opory ruchu Δhr<br />
wzrastające wraz ze wzrostem wydatku Q. Punkt przecięcia się charakterystyki przewodu Hgp+Δhr =<br />
f(Q) z charakterystyką pompy Hp = f(Q) nosi nazwę punktu pracy pompy (P). Jego współrzędne<br />
określają podstawowe parametry pracy pompy, takie jak wydatek rzeczywisty Qr i użyteczną<br />
wysokość podno-szenia Hu.<br />
Hp<br />
Hp max<br />
Hp =f (Q)<br />
Hu<br />
Hgp<br />
+ Δ h r<br />
= f (Q)<br />
P<br />
Q r<br />
Δ h r<br />
Hgp<br />
Q<br />
Q max<br />
Rys. 3.6. Charakterystyka przewodu na tle charakterystyki wysokości podnoszenia dla pompy wirowej<br />
Q
Pompy możemy łączyć ze sobą równolegle lub szeregowo. Sposób pierwszy stosujemy wtedy,<br />
kiedy chcemy zwiększyć wydajność układu pompowego, natomiast drugi wówczas, gdy chcemy<br />
zwiększyć jego wysokość podnoszenia. Schematy połączeń wraz z odpowiednimi charakterystykami<br />
zostały pokazane na rys. 3.7 i 3.8.<br />
Równoległa współpraca pomp<br />
Charakterystykę wypadkową układu pompowego, w którym ma miejsce równoległa<br />
współpraca dwóch pomp, wyznaczamy poprzez geometryczne zsumowanie współrzędnych Q<br />
odpowiadających sobie punktów obu charakterystyk. Rys. 3.7 obrazuje sposób postępowania w<br />
przypadku pomp o jednakowych charakterystykach. Punkt przecięcia się otrzymanej charakterystyki<br />
wypadkowej z charakterystyką przewodu jest punktem pracy układu pompowego.<br />
Ponieważ straty hydrauliczne w przewodzie wzrastają wraz ze wzrostem wydatku przepływu,<br />
sumaryczna wydajność dwóch pomp połączonych równolegle jest zawsze mniejsza od podwojonej<br />
wydajności jednej pompy. Jeżeli zachodzi potrzeba regulacji wydajności przez dławienie, to ze<br />
względu na oszczędność energii należy dławić tylko jedną pompę.<br />
Współczynniki równania wypadkowej charakterystyki układu Hp = ar – br Q 2 (przy połączeniu<br />
dwóch pomp o jednakowych parametrach Hmax i Qmax ) są równe :<br />
H gp<br />
H<br />
H A<br />
0<br />
QA<br />
ar = Hmax , br = ( ) 2<br />
A A’<br />
QA<br />
Rys. 3.7. Współpraca równoległa pomp<br />
Szeregowa współpraca pomp<br />
Q r<br />
P<br />
Q r ’<br />
’<br />
P<br />
H p<br />
n<br />
H gp<br />
p<br />
+<br />
H p<br />
a<br />
r<br />
⋅ Q<br />
Δh r<br />
max<br />
’ = f( Q ’ )<br />
= f (Q)<br />
P1 lub P2<br />
P1 + P2<br />
= f(Q)<br />
Wypadkową charakterystykę układu pompowego z szeregową współpracą dwóch pomp<br />
wyznaczamy poprzez geometryczne zsumowanie współrzędnych H odpowiadających sobie punktów<br />
obu charakterystyk (zob. rys. 3.8). Punkt przecięcia charakterystyki wypadkowej i charakterystyki<br />
przewodu jest punktem pracy układu.<br />
Sumaryczna wysokość podnoszenia pomp połączonych szeregowo jest na skutek zwiększenia<br />
się strat w przewodzie zawsze mniejsza od podwojonej wysokości podnoszenia jednej pompy.<br />
Współczynniki równania wypadkowej charakterystyki układu Hp = as – bs Q 2 , utworzonego przez<br />
połączone szeregowo pompy o jednakowych parametrach, są równe:<br />
as = np⋅Hmax , bs = 2<br />
Q<br />
a<br />
s<br />
max<br />
Q<br />
P1<br />
P2<br />
(3.9)<br />
(3.10)
H gp<br />
H<br />
H A<br />
A<br />
H A<br />
A’<br />
P<br />
Q A Qr 0 Q r ’<br />
Rys. 3.8. Współpraca szeregowa pomp<br />
2.6. Regulacja pomp<br />
’<br />
P<br />
’ = f( Q ’ )<br />
H p<br />
H gp<br />
H p<br />
+<br />
P1 + P2<br />
Δh r<br />
= f (Q)<br />
P1 lub P2<br />
= f(Q)<br />
Q<br />
P1 P2<br />
Aby dostosować się do zmiennego zapotrzebowania na ciecz odpowiednio reguluje się<br />
wydajność pomp. Regulacji takiej można dokonać zachowując lub nie liczbę obrotów wirnika pompy.<br />
Regulacja przy stałej liczbie obrotów<br />
Regulacja przy stałej liczbie obrotów wirnika odbywa się z reguły przez przymykanie lub<br />
otwieranie zaworu na przewodzie tłocznym. Rys. 3.9 ilustruje proces regulacji wydajności pompy<br />
przez dławienie przepływu w przewodzie tłocznym.<br />
H gp<br />
H<br />
H u ’<br />
H A<br />
ΔH<br />
A<br />
P’<br />
0 Qr’ Qr P<br />
H gp<br />
+<br />
H p = f (Q)<br />
Δh r<br />
H gp<br />
’ = f(Q)<br />
Rys. 3.9. Efekt regulacji wydajności pompy dławieniem przepływu<br />
+<br />
Δh r<br />
Q<br />
= f(Q)<br />
Przy całkowicie otwartym zaworze regulacyjnym punktem pracy pompy jest punkt P<br />
przecięcia krzywych Hp = f(Q) i Hgp+Δhr = f(Q). Punktowi temu odpowiada wydajność Qr. Jeśli<br />
zapotrzebowanie wody jest mniejsze niż Qr i wynosi np. Qr ' , to zawór należy przymknąć. Wydajności<br />
Qr ' odpowiada na krzywej Hp = f(Q) wysokość podnoszenia Hu ' . Różnica Hu ' -HA odpowiada stracie<br />
wysokości ciśnienia na zaworze. Przy dalszym zmniejszaniu przepływu przez zamykanie zaworu<br />
straty na zaworze rosną, zaś sprawność hydrauliczna ηh spada. Regulacja za pomocą dławienia<br />
charakteryzuje się znacznymi stratami energii. Jest to wprawdzie najprostszy, lecz zarazem najmniej<br />
ekonomiczny rodzaj regulacji.
Rzadziej stosowaną metodą regulacji przy stałej szybkości obrotowej wirnika pompy jest<br />
regulacja upustowa; polega ona na odprowadzeniu części wody z przewodu tłocznego przez przewód<br />
upustowy do innego urządzenia lub do przewodu ssawnego tej samej pompy.<br />
Regulacja przy zmiennej liczbie obrotów wirnika pompy<br />
Na rys. 3.10 zobrazowano proces regulacji wydajności pompy poprzez zmianę liczby obrotów<br />
jej wirnika. Ten sposób regulacji umożliwia w pewnym zakresie zmianę wydajności pompy w górę<br />
lub w dół w stosunku do wydajności nominalnej. Straty mocy powstałe podczas takiej regulacji są<br />
znacznie mniejsze niż w przypadku regulacji dławieniem.<br />
W nominalnych warunkach punktem pracy pompy jest punkt P, któremu odpowiada przepływ<br />
Qr i użyteczna wysokość podnoszenia Hu. Jest to punkt przecięcia się charakterystyki pompy Hp = f(Q)<br />
odpowiadającej obrotom nominalnym n2 z charakterystyką przewodu Hgp+Δhr = f(Q). W wyniku<br />
zmiany obrotów wirnika na większe, np. na n3 , punkt pracy przesunie się do punktu P' określającego<br />
wydajność pompy Qr ' i użyteczną wysokość podnoszenia Hu ' . Gdy zmieni się obroty na mniejsze, np.<br />
na n1 , punkt pracy pompy przesunie się do punktu P” (wydajność Qr”, użyteczna wysokość<br />
podnoszenia Hu”).<br />
H gp<br />
H<br />
H’ u<br />
H u<br />
Hu ’<br />
H p = f (Q)<br />
’<br />
H p = f (Q)<br />
n 2<br />
P<br />
n 3<br />
’’<br />
P<br />
H gp<br />
Δh r<br />
0 Q Qr Qr’ r ’’<br />
Q<br />
’<br />
P<br />
n 1<br />
n 3 n ><br />
n 2<br />
> = nom n 1<br />
’’<br />
+<br />
ΔH<br />
ΔH<br />
H p= f (Q)<br />
’ ’’<br />
=<br />
f(Q)<br />
Rys. 3.10. Regulacja wydajności pompy przez zmianę liczby obrotów jej wirnika<br />
2.7. Kawitacja<br />
Zjawiskiem niepożądanym, często występującym przy przepływie cieczy przez pompę, jest<br />
kawitacja. Zjawisko to polega na tworzeniu się w obszarze ciekłym przestrzeni wypełnionych parą<br />
wodną. Jeżeli w dowolnym miejscu wewnątrz pompy ciśnienie w cieczy spadnie poniżej ciśnienia<br />
pary nasyconej przy danej temperaturze, wówczas zaczynają powstawać drobne pęcherzyki pary tej<br />
cieczy, a także wydzielają się rozpuszczone w niej gazy. Pęcherzyki pary porywane są przez<br />
przepływającą ciecz i przenoszone do obszaru wyższego ciśnienia, gdzie para ulega skropleniu.<br />
Odbywa się to gwałtownie, wskutek czego towarzyszący temu miejscowy wzrost ciśnienia ma<br />
charakter uderzenia hydraulicznego. Szybko po sobie następujące uderzenia cząstek cieczy powodują<br />
nadżerki powierzchni ścian kanałów przepływowych pompy. Kawitacji towarzyszy, zależnie od jej<br />
natężenia, lekki szum, trzaski, wreszcie silny hałas i wibracje. Spada wydajność pompy, wysokość<br />
podnoszenia i sprawność. Miejsca najczęściej atakowane przez kawitację to łopatki wirnika i<br />
kierownicy oraz powierzchnie wewnętrzne ścian ograniczających ciecz przepływającą przez wnętrze<br />
pompy. Na rys. 3.11 pokazano wywołane kawitacją załamanie charakterystyki przepływowej pompy<br />
wirowej odśrodkowej.
H p<br />
- charakterystyka pompy<br />
poddanej działaniu kawitacji<br />
Rys. 3.11. Zmiana charakterystyki jednostopniowej pompy odśrodkowej na skutek kawitacji<br />
3. Opis stanowiska laboratoryjnego<br />
Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys. 3.12. Obiektami badanymi są dwie<br />
pompy wirowe odśrodkowe (P1 i P2). Stanowisko umożliwia określenie charakterystyk każdej z pomp<br />
pracujących pojedynczo, charakterystyki zastępczej przy współpracy równoległej pomp oraz<br />
charakterystyki zastępczej przy ich współpracy szeregowej, przy czym możliwa jest zmiana kolejności<br />
usytuowania pomp.<br />
Pompy pracują z niewielkim napływem, co oznacza, że poziom cieczy w zbiorniku znajduje<br />
się powyżej wirników pomp. Woda z tego zbiornika może być pobierana przez jedną lub przez drugą<br />
pompę, albo też przy współpracy równoległej przez obie pompy jednocześnie. Każda z pomp posiada<br />
własny przewód ssawny, oba zakończone smokiem ssawnym (SS1 i SS2). Na każdym przewodzie<br />
ssawnym zainstalowano dodatkowo zawór zwrotny (ZZ1 i ZZ2). Do każdego z przewodów ssawnych<br />
podłączono wakuometr (M1 i M3) przeznaczony do pomiaru ciśnienia ssania danej pompy (ps1 i ps2).<br />
Po stronie tłocznej każdej z pomp zainstalowano zawory kulowe (ZK1 I ZK2) oraz manometry z rurką<br />
Bourdona (M2 i M4) przeznaczone do pomiaru ciśnienia tłoczenia danej pompy (pt1 i pt2). Przewód<br />
tłoczny każdej z pomp połączono z przewodem ssawnym drugiej pompy; na połączeniu umieszczono<br />
zawory kulowe (ZK3 i ZK4). Odpowiednie ustawienie zaworów ZK1, ZK2, ZK3 i ZK4 umożliwia<br />
pracę jednej pompy bądź też równoległą lub szeregową obu pomp. Możliwe są następujące<br />
kombinacje:<br />
a) praca pojedynczej pompy P1 – zawory ZK3, ZK2 i ZK4 zamknięte, zawór ZK1 otwarty,<br />
b) praca pojedynczej pompy P2 - zawory ZK3, ZK4 i ZK1 zamknięte, zawór ZK2 otwarty,<br />
c) praca równoległa pomp P1 i P2 – zawory ZK3 i ZK4 zamknięte, zawory ZK1 i ZK2 otwarte,<br />
d) praca szeregowa pomp P1 i P2 (pompa P1 jako pierwsza) – zawory ZK1 i ZK3 zamknięte, zawory<br />
ZK4 i ZK2 otwarte,<br />
e) praca szeregowa pomp P1 i P2 (pompa P2 jako pierwsza) – zawory ZK4 i ZK2 zamknięte, zawory<br />
ZK3 i ZK1 otwarte.<br />
Q
Przepływomierz<br />
Zbiornik wody<br />
00,0<br />
ZR<br />
ZK2<br />
M 4<br />
M 3<br />
Rys. 3.12. Schemat stanowiska pomiarowego<br />
ZK5<br />
P2<br />
ZK4<br />
ZZ2<br />
P1<br />
SS2 SS1<br />
Przewody tłoczne pomp łączą się w jeden wspólny, na którym zainstalowano dodatkowy<br />
manometr M5 z rurką Bourdona (pomiar ciśnienia tłoczenia pt2 dwóch pomp połączonych równolegle<br />
lub szeregowo) oraz przepływomierz elektromagnetyczny, nie powodujący praktycznie żadnych<br />
zakłóceń przepływu. Na końcu tego wspólnego przewodu zainstalowano zawór zasuwowy ZR<br />
przeznaczony do regulacji wydatku cieczy płynącej przez układ pompowy. Do pomiaru mocy prądu<br />
elektrycznego pobieranego przez jedną lub dwie pompy służy watomierz W.<br />
Manometr z rurką Bourdona<br />
Manometr z rurką Bourdona należy do grupy manometrów sprężynowych. Został on<br />
schematycznie przedstawiony na rys. 3.13. Jest to manometr, w którym wykorzystane jest sprężyste<br />
odkształcenie ciała pod wpływem działającego ciśnienia rzędu kilkuset atmosfer. Elementem<br />
sprężystym jest wygięta łukowo rurka mosiężna lub stalowa (3) połączona sztywno jednym końcem z<br />
obsadą (2) zakończoną złączką z gwintem (1), a na drugim końcu zamknięta i zaopatrzona w<br />
przekładnię (4) poruszająca wskazówką (5) po skali (6). Na osi obrotu wskazówki zamocowano<br />
element sprężysty 8. Całość mechanizmu umieszczona jest w osłonie metalowej (7). Odczytu ciśnienia<br />
dokonuje się bezpośrednio ze skali.<br />
M 5<br />
ZK1<br />
ZZ1<br />
ZK3<br />
M 2<br />
M 1<br />
W
20<br />
30<br />
10<br />
40<br />
Rys. 3.13. Schemat budowy manometru sprężynowego z rurką Bourdona<br />
4. Przebieg ćwiczenia<br />
Wykonanie ćwiczenia składa się z niżej podanych etapów.<br />
1. Określenie charakterystyk pojedynczej pompy.<br />
a) otworzyć zawór ZK1 oraz zamknąć zawory ZK3, ZK2 i ZK4,<br />
b) włączyć pompę P1 przy całkowicie otwartym zaworze ZR, naciskając przycisk zielony<br />
„START”,<br />
c) dla kilkunastu różnych położeń zaworu ZR (różnych wydajności) w zakresie od<br />
całkowitego otwarcia do pełnego zamknięcia odczytać wartości podciśnienia na ssaniu ps<br />
(manometr M1), ciśnienia na tłoczeniu pt2 (manometr M2), wydatku Q (przepływomierz)<br />
oraz mocy Ne (watomierz) prądu elektrycznego pobieranego przez silnik,<br />
d) odczytane wartości zapisać w tabeli pomiarowej (zob. tab. 3.1),<br />
e) wyłączyć pompę naciskając przycisk czerwony „STOP”.<br />
2. Badanie współpracy równoległej pomp.<br />
a) otworzyć zawory ZK1 i ZK2 oraz zamknąć zawory ZK3 i ZK4,<br />
b) włączyć obie pompy P1 i P2 przy całkowicie otwartym zaworze ZR naciskając dwa<br />
przyciski zielone „START”,<br />
c) dla kilkunastu różnych położeń zaworu ZR (różnych wydajności) w zakresie od<br />
całkowitego otwarcia do pełnego zamknięcia odczytać wartości podciśnienia na ssaniu ps<br />
(manometr M1), ciśnienia na tłoczeniu pt2 (manometr M5), wydatku Q (przepływomierz)<br />
oraz mocy Ne (watomierz) prądu elektrycznego pobieranego przez silnik,<br />
d) odczytane wartości zapisać w tabeli pomiarowej (zob. tab. 3.1),<br />
e) wyłączyć pompy P1 i P2 naciskając obydwa przyciski czerwone „STOP”.<br />
3. Badanie współpracy szeregowej pomp w wybranym wariancie.<br />
a) zamknąć zawory ZK1 i ZK3 oraz otworzyć zawory ZK4 i ZK2 w pierwszym wariancie lub<br />
zamknąć zawory ZK2 i ZK4 oraz otworzyć zawory ZK1 i ZK3,
) przy całkowicie otwartym zaworze ZR włączyć pompy P1 i P2 przyciskając obydwa<br />
przyciski zielone „START”,<br />
c) dla kilkunastu różnych położeń zaworu ZR (różnych wydajności) w zakresie od<br />
całkowitego otwarcia do pełnego zamknięcia odczytać wartości podciśnienia na ssaniu ps<br />
(manometr M1), ciśnienia na tłoczeniu za pierwszą pompą pt1 ( manometr M2) i za drugą<br />
pompą pt2 (manometr M4), wydatku Q (przepływomierz) oraz mocy Ne (watomierz) prądu<br />
elektrycznego pobieranego przez silnik,<br />
d) odczytane wartości zapisać w tabeli pomiarowej (zob. tab. 3.2),<br />
e) wyłączyć pompy P1 i P2 naciskając obydwa przyciski czerwone „STOP”.<br />
UWAGA:<br />
1. Aby uzyskane wyniki umożliwiały poprawne wykonanie sprawozdania, wskazane jest<br />
dokonywanie pomiarów w zakresie od pełnego otwarcia zaworu 7 do pełnego jego zamknięcia, ze<br />
stałym krokiem, tzn. poprzez stopniowe zmniejszanie wydatku np. o 10 % wartości maksymalnej.<br />
2. Wartość wyświetlana na przepływomierzu oznaczana dalej przez k wyraża w procentach wartość<br />
stosunku bieżącego wydatku Q i wydatku maksymalnego Qmax = 4,4 dm 3 /s.<br />
3. Moc pobieraną przez silniki pomp Ns należy odczytać z watomierza. Wskazanie watomierza Ww<br />
trzeba pomnożyć przez 30 (miernik mierzy napięcie fazowe) w przypadku badania pojedynczej<br />
pompy, albo przez 60 w przypadku badania dwóch pomp połączonych równolegle lub szeregowo :<br />
• Ne = 30 Ww, (pojedyncza pompa)<br />
• Ne = 60 Ww, (dwie pompy)<br />
gdzie Ww – wskazanie watomierza.<br />
5. Różnica wysokości pomiędzy manometrami M1 (ps) i M5 (pt) wynosi m = 0,8 m.<br />
Tabela 3.1. Wzór tabeli pomiarowej dla pojedynczej pompy i pomp połączonych równolegle<br />
L.p.<br />
k<br />
[%]<br />
ps,<br />
[MPa]<br />
pt2<br />
[MPa]<br />
Ne<br />
[W]<br />
Tabela 3.2. Wzór tabeli pomiarowej dla pomp połączonych szeregowo<br />
L.p.<br />
k<br />
[%]<br />
ps<br />
[MPa]<br />
5. Wykonanie sprawozdania<br />
pt1<br />
[MPa]<br />
pt2<br />
[MPa]<br />
Ne<br />
[W]<br />
Uwagi<br />
Uwagi<br />
Sprawozdanie obejmuje następujące etapy obliczeniowe, które należy powtórzyć dla każdego<br />
przeprowadzonego badania pomp, czyli dla pojedynczej pompy, pomp połączonych szeregowo oraz<br />
pomp połączonych równolegle:<br />
a) obliczenie wydatku Q:<br />
k ⋅ 4,4<br />
Q = , /s<br />
100<br />
dm 3 (3.11)
) obliczenie wysokości użytecznej podnoszenia Hu według następującej zależności:<br />
H<br />
u<br />
2<br />
( p + p ) ⋅ 10 + m<br />
= , m (3.12)<br />
s<br />
t2<br />
gdzie: m = 0 dla pojedynczej pompy i pomp połączonych szeregowo lub m = 0,8 m dla pomp<br />
połączonych równolegle<br />
c) obliczenie wysokości użytecznej pierwszej pompy Hu1 (tylko dla przypadku współpracy<br />
szeregowej pomp) z zależności:<br />
d) obliczenie mocy hydraulicznej Nh :<br />
gdzie:<br />
u1<br />
2<br />
( p + p ) 10<br />
H = ⋅ , m (3.13)<br />
N<br />
4 3<br />
γ = 10 N/m − ciężar właściwy wody,<br />
e) obliczenie sprawności całkowitej pompy η:<br />
gdzie: ηs=0,65.<br />
η<br />
s<br />
t1<br />
− 3<br />
h = γ ⋅ Q ⋅ H u ⋅ 10 , W (3.14)<br />
N h<br />
= ⋅ 100 , % (3.15)<br />
N ⋅ η<br />
e<br />
s<br />
Uzyskane wyniki należy zamieścić w tabelach wynikowych sporządzonych wg podanego<br />
wzoru (zob. tab. 3.3). Na ich podstawie należy wykreślić na papierze milimetrowym charakterystyki<br />
Hu = f(Q), Nu = f(Q), η = f(Q) dla pojedynczej pompy oraz dla pomp pracujących szeregowo i<br />
równolegle. Dla porównania na jednym rysunku należy zamieścić wszystkie trzy badane przypadki<br />
współpracy pomp.<br />
Na wykresach pokazujących doświadczalne charakterystyki robocze pomp Hu = f(Q),<br />
otrzymane dla układu równoległego i szeregowego, należy korzystając z otrzymanej charakterystyki<br />
pojedynczej pompy skonstruować odpowiednie charakterystyki wypadkowe, a następnie porównać je<br />
z charakterystykami uzyskanymi w ćwiczeniu. Na końcu sprawozdania należy podać analizę wyników<br />
oraz wnioski z badań.<br />
Tabela 3.3. Wzór tabeli wynikowej<br />
L.p.<br />
Q<br />
dm 6<br />
s<br />
Hu1<br />
m<br />
*<br />
Hu<br />
m<br />
Nh<br />
W<br />
η<br />
%<br />
Uwagi<br />
Uwaga: kolumna oznaczona gwiazdką ma zastosowanie tylko w przypadku współpracy szeregowej<br />
pomp.
6. Przykładowe pytania kontrolne<br />
1. Wyjaśnij różnicę między manometrycznymi i geometrycznymi wysokościami ssania, tłoczenia i<br />
podnoszenia.<br />
2. Wyjaśnij zasadę działania pompy wirowej.<br />
3. Przedstaw wykreślnie krzywe charakterystyczne pompy odśrodkowej.<br />
4. Podaj równanie charakterystyki zastępczej identycznych pomp pracujących równolegle, jeżeli<br />
charakterystyka pojedynczej pompy opisana jest równaniem H =<br />
2<br />
a − b ⋅ Q .<br />
5. Podaj równanie charakterystyki zastępczej identycznych pomp pracujących szeregowo, jeżeli<br />
charakterystyka pojedynczej pompy opisana jest równaniem H =<br />
2<br />
a − b ⋅ Q .<br />
6. Na wykresie H = f(Q) zaznaczyć punkt pracy pompy. Od czego zależą współrzędne tego punktu?<br />
7. W jaki sposób można zmienić parametry pracy pompy ?<br />
8. Omówić i zilustrować graficznie najczęściej stosowane metody regulacji pomp wirowych.<br />
9. Na czym polega zjawisko kawitacji ?