T 16 Badanie pompy, Politechnika Wrocławska Energetyka, V semestr, Pompy i układy pompowe
[ Pobierz całość w formacie PDF ]KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ I CHŁODNICTWA
POLITECHNIKA ŁÓDZKA
LABORATORIUM TERMODYNAMIKI
LABORATORIUM z FIZYKI II
Ćwiczenie nr T-16
Temat:
BADANIE POMPY WIROWEJ
Opracowała:
dr inż. Maria Plocek
Łódź - 2004
T-16. Badanie pompy wirowej
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest:
-
zapoznanie studentów z zasadą działania pompy przy zwróceniu uwagi na jej typowe cechy
konstrukcyjne,
-
przeprowadzenie badań niezbędnych do wyznaczenia podstawowych charakterystyk stosowanych dla
pomp wirowych, ze zwróceniem uwagi na ich powinowactwo,
-
określenie obszaru stosowalności pompy,
-
określenie optymalnych parametrów przepływu (
Q
,
H
) dla przyjętej znamionowej prędkości
obrotowej, np. 1200 1/min.
Uwaga!
Przy rozszerzonym zakresie badań (część B) na stanowisku istnieje możliwość wykonania niezbędnych
pomiarów dla wykreślenia charakterystyki
P
=
gdzie:
P
ws
- moc na wale silnika;
P
el.wir..
– moc elektryczna w odniesieniu do prądu wirnika.
ws
f
( )
.
wir
.
2. WIADOMOŚCI OGÓLNE – PODZIAŁ POMP
Pompy
są to maszyny robocze służące do podnoszenia cieczy (lub mieszanin cieczy z ciałami stałymi) z poziomu
niższego na wyższy , albo do przetłaczania cieczy ze zbiornika ssawnego o ciśnieniu niższym do zbiornika tłocznego o
ciśnieniu wyższym.
Pompy są często stosowanymi maszynami roboczymi o pozornie prostej konstrukcji, których prawidłowa
eksploatacja wymaga niezbędnego poziomu wiedzy i kultury technicznej.
Istotna różnica pomiędzy pompami a innymi przenośnikami cieczy (np. strumienicami) polega na istnieniu organu
czynnego (tłoka, wirnika), który oddziela obszar ssawny od obszaru tłocznego pompy.
Działanie pompy polega na wytwarzaniu różnicy ciśnień między stroną ssawną (wlotem do pompy) a tłoczną
(wylotem z pompy). W zależności od sposobu wytwarzania tej różnicy ciśnień pompy dzieli się na
wyporowe
i
wirowe
.
Pompy wyporowe
Działanie pompy wyporowej polega na wypieraniu określonej ilości cieczy z obszaru ssawnego w wyniku
przesunięcia, obrotu lub ruchu złożonego (przesunięcia i obrotu) organu roboczego (tłoka, nurnika, skrzydełka,
wirnika) do obszaru tłocznego. Do tej grupy należą: pompy tłokowe, przeponowe, pompy łopatkowe, pompy zębate,
pompy śrubowe, itd.
Pompy wirowe
Zasada działania pompy wirowej polega na tym, że wirnik pompy powoduje zwiększenie krętu bądź krążenia
przepływającej cieczy. W zależności od sposobu przemiany energii pompy dzieli się na
pompy krążeniowe
i
pompy
krętne
.
Pompami krążeniowymi
nazywa się pompy wirowe, których działanie polega na krążeniu cieczy w obrębie
wirnika lub na jego obwodzie, które jest proporcjonalne do momentu przekazywanego wirnikowi przez obracający się
wał.
Działanie
pompy krętnej
polega na spowodowaniu przepływu cieczy przez wirnik z odpowiednio
ukształtowanymi łopatkami. Zmniejszenie ciśnienia u wlotu pompy wywołuje zjawisko ssania, a energia mechaniczna
przekazywana przez wirnik powoduje zwiększenie krętu przepływającej cieczy.
Wśród
pomp krętnych
rozróżniamy:
-
pompy odśrodkowe
(rys.1) o wypływie promieniowym z wirnika złożonego z szeregu łopatek o krawędziach
równoległych lub nachylonych do osi wirnika. Wypływ cieczy z wirnika wywołuje siła odśrodkowa działająca na
ciecz;
-
pompy helikoidalne
charakteryzują się ukośnym przepływem przez wirnik, mają kierownicę bezłopatkową
i spiralny bądź cylindryczny kanał zbiorczy;
-
pompy diagonalne
o przepływie promieniowo osiowym, których wirnik ma łopatki o obu krawędziach
nachylonych do osi wirnika oraz osiowo symetryczną kierownicę łopatkową, tworzącą jedną całość z kadłubem
pompy;
-
pompy śmigłowe
(pompy o osiowym przepływie przez wirnik) mające wirnik o kształcie zbliżonym do śmigła
wieloramiennego i kierownicę łopatkową umieszczoną poza wirnikiem; łopatki wirnika mogą być stałe lub
nastawialne.
str.2/15
P
el
T-16. Badanie pompy wirowej
Rys. 1. Pompa odśrodkowa: 1-wirnik, 2-
kadłub spiralny, 3-króciec ssawny,
4–króciec tłoczny
Wady i zalety pomp wirowych
Zalety pomp wirowych:
-
duża wydajność przy niewielkiej wysokości podnoszenia,
-
małe wymiary dzięki dużej prędkości obrotowej,
-
możliwość bezpośredniego sprzęgania z silnikami szybkoobrotowymi,
-
duża niezawodność,
-
zdolność samoregulacji, tzn. samoczynnego przystosowania się do zmienionych warunków pracy.
Wady pomp wirowych:
-
brak zdolności samozasysania (konieczność napełnienia pompy cieczą przed uruchomieniem – oprócz pomp
krążeniowych samozasysających),
-
wrażliwość małych pomp na zanieczyszczenia mechaniczne,
-
wrażliwość na zawartość gazów w pompowanej cieczy, co może spowodować przerwanie przepływu,
-
mniejsza w porównaniu z pompami wyporowymi sprawność małych pomp.
Pompy strumienicowe
Działanie pomp strumienicowych oparte jest na zjawisku Venturiego. Do pomp strumienicowych należą
injektory
i
ejektory
.
3. POJĘCIA I WIELKOŚCI PODSTAWOWE
Zgodnie z analityczną postacią twierdzenia Bernoulliego, które mówi, że w bezwzględnym ruchu ustalonym
cieczy doskonałej, w jednorodnym polu sił ciężkości, suma wysokości położenia, wysokości ciśnienia i wysokości
prędkości jest w każdym punkcie tej samej strugi stała, dla dwóch dowolnie wybranych przekrojów 1 i 2 jednej strugi
można napisać równanie (rys. 2)
z
+
p
1
+
v
1
=
z
+
p
2
+
v
2
(1)
1
ρ
g
2
g
2
ρ
g
2
g
Rys. 2. Przepływ płynu przez kanał
Przy przepływie przez wirnik pompy wirowej, odbywającym się w jednorodnym polu sił ciężkości w
odniesieniu do ruchu względnego z prędkością
w
względem wirnika (obracającego się ze stałą prędkością kątową
ω
)
twierdzenie Bernoulliego przyjmie postać
p
w
2
r
2
ω
2
z
+
+
−
=
const
(2)
γ
2
g
2
g
str.3/15
T-16. Badanie pompy wirowej
Zatem suma wysokości położenia, wysokości odpowiadającej ciśnieniu i wysokości odpowiadającej prędkości
względnej pomniejszona o wysokość potrzebną do wprowadzenia cieczy w ruch obrotowy jest wielkością stałą dla tej
samej strugi (
r
jest odległością od osi wirnika cząsteczki cieczy o prędkości względnej
w
).
Dla cieczy rzeczywistej równanie Bernoulliego ma postać
z
+
p
1
+
v
2
1
=
z
+
p
'
2
+
v
2
2
+
Δ
h
(3)
1
ρ
g
2
g
2
ρ
g
2
g
gdzie
Δ
- straty przepływu na drodze od przekroju 1 do 2.
3.1. PARAMETRY UKŁADU POMPOWEGO I PRACY POMPY
Układ złożony z przewodu ssawnego, pompy i przewodu tłocznego nazywany jest
układem
pompowym
.
Najprostszy układ pompowy składa się z pompy 1, zbiornika dolnego dopływowego 2, przewodu dopływowego
(ssawnego) 3, przewodu tłocznego 4 i zbiornika górnego 5. Ogólnie rozróżniamy w układzie pompowym stronę
ssawną, z której ciecz dopływa do pompy i stronę tłoczną odprowadzającą ciecz pompowaną.
Istnieje wiele rozwiązań układów pompowych . W szczególnych przypadkach mogą one mieć tylko stronę
ssawną (
pompa ssąca
) lub tłoczną (
pompa tłoczna
). Zbiorniki ssawny lub tłoczny mogą być otwarte lub zamknięte. W
przypadku zbiorników otwartych, ciśnienia w nich są jednakowe i równe ciśnieniu barometrycznemu
p
d
=
p
g
=
p
b
.
Określenia wielkości charakterystycznych pomp wirowych podano za obowiązującą normą PN-81/M-44001,
zgodnie z oznaczeniami na rys. 3.
Rys. 3. Schemat układu pompowego
i charakterystyczne wielkości
geometryczne układów pompowych:
1 – pompa, 2 – zbiornik dolny, 3 –
rurociąg ssawny, 4 – rurociąg tłoczny,
5 – zbiornik górny
Geometryczna (niwelacyjna) wysokość ssania H
zs
– jest to odległość środkowego punktu przekroju
wlotowego króćca ssawnego pompy od zwierciadła cieczy w zbiorniku dolnym
H
−=
zs
s
z
I
(4)
Geometryczna wysokość tłoczenia H
zt
– jest to odległość swobodnej powierzchni cieczy w zbiorniku górnym
od środkowego punktu przekroju wlotowego króćca tłocznego
H
zt
=
z
II
−
z
t
(5)
Wysokością ssania pompy H
s
– nazywamy wysokość odpowiadającą ciśnieniu w przekroju króćca ssawnego
pompy
p
p
c
2
−
c
2
∑
Δ
H
=
s
=
d
−
H
−
s
d
−
h
(6)
s
ρ
g
ρ
g
zs
2
g
s
gdzie:
c
s
,
c
d
– odpowiednio prędkości cieczy w przekroju króćca ssawnego i przekroju przewodu ssawnego w zbiorniku
dolnym,
h
W przypadku zbiornika otwartego
p
d
=
p
b
.
∑
Δ
s
- suma wysokości strat przepływu w rurociągu ssawnym od zbiornika dolnego do pompy.
str.4/15
T-16. Badanie pompy wirowej
Manometryczna wysokość ssania H
ms
pompy
– jest to różnica między wysokością odpowiadającą ciśnieniu w
przekroju króćca ssawnego pompy a wysokością wynikającą z ciśnienia atmosferycznego mierzoną za pomocą
manometru, gdy
p
s
>
p
b
, lub wakuometru gdy
p
s
<
p
b
H
=
p
s
−
p
b
(7)
ms
ρ
po podstawieniu do wzoru (7) wartości
p
s
z wzoru (6) otrzymamy
p
−
p
c
2
−
c
2
∑
Δ
H
=
d
b
−
H
−
s
d
−
h
(8)
ms
zs
s
ρ
g
2
g
w przypadku zbiornika dolnego otwartego (
p
=
)
d
p
b
c
2
−
c
2
∑
Δ
H
=
−
H
−
s
d
−
h
.
(9)
ms
zs
s
2
g
Analogicznie otrzymamy
wysokość tłoczenia H
t
p
p
c
2
−
c
2
g
g
t
∑
Δ
t
H
=
=
+
H
−
+
h
(10)
t
tz
t
ρ
g
ρ
g
2
g
oraz
manometryczną wysokość tłoczenia H
mt
jako nadwyżkę wysokości tłoczenia nad wysokością odpowiadającą
ciśnieniu atmosferycznemu, mierzoną manometrem po stronie tłocznej
H
=
p
t
−
p
b
(11)
mt
ρ
p
−
p
c
2
−
c
2
g
b
g
t
∑
Δ
H
=
+
H
−
+
h
(12)
mt
zt
t
ρ
g
2
g
w przypadku otwartego zbiornika górnego (
p
g
=
p
b
)
c
2
−
c
2
g
t
∑
Δ
H
=
H
−
+
h
(13)
mt
zt
2
g
t
Manometryczna wysokość podnoszenia H
m
pompy
mierzona na wylocie i wlocie pompy wyraża się
przyrostem energii ciśnienia, przekazywanej cieczy przez wirnik, w odniesieniu do jednostki masy podnoszonej cieczy
H
=
H
−
H
+
Δ
z
=
p
t
−
p
s
+
Δ
z
(14)
m
mt
ms
ρ
podstawiając do powyższego wzoru wartości ze wzorów 9 i 13 otrzymamy
p
−
p
c
2
−
c
2
c
2
−
c
2
H
=
g
d
+
g
d
−
t
s
+
∑
Δ
h
+
∑
Δ
h
+
H
+
H
+
Δ
z
(15)
m
ρ
2
g
2
g
s
t
zs
zt
Użyteczna (efektywna) wysokość podnoszenia pompy H
równa jest przyrostowi energii cieczy między wlotem
i wylotem pompy w odniesieniu do jednostki masy przenoszonej cieczy
p
−
p
c
2
−
c
2
H
=
t
s
+
Δ
z
+
t
s
(16)
ρ
g
2
g
Zatem użyteczna wysokość podnoszenia jest sumą manometrycznej wysokości podnoszenia i różnicy
wysokości wynikającej z różnic prędkości na wlocie i wylocie pompy. Wielkość ta powiększona o opory hydrauliczne
w pompie, wywołane tarciem wewnętrznym cieczy rzeczywistej i oporami ruchu wewnątrz pompy, jest
wewnętrzną wysokością podnoszenia pompy i dla pomp wirowych jest równa teoretycznej wysokości podnoszenia
obliczonej z równania Eulera.
p
H
th
H
th
=
H
+
Δ
h
p
(17)
przy czym
H
= jest
sprawnością hydrauliczną pompy
.
H
h
th
W rozważaniach teoretycznych stosuje się obraz przepływu przedstawiony na rys. 4.
str.5/15
g
Δ
[ Pobierz całość w formacie PDF ]