1. HPSH

Nadwyżka antykawitacyjna NPSH jest jednym z podstawowych parametrów każdej pompy wirowej, decyduje o jej osiągach energetycznych, polu pracy, zakresie regulacji i przede wszystkim o żywotności pompy, ponieważ praca pompy w warunkach kawitacji zawsze powoduje zniszczenia wirników pomp w obszarze wlotu, czasem kierownic i korpusów, zależnie od miejsca jej rozwinięcia.

Parametr NPSHR, określony przez producenta w dopuszczalnym przedziale wydajności pompy, z pewną nadwyżką w stosunku do wartości krytycznej, jest najmniejszą wartością, która zapewnia bezpieczną pracę pompy w całym polu regulacji.

Antykawitacyjna nadwyżka wysokości ciśnienia pompy $NPSH = \frac{p_{s} - p_{v}}{\gamma} + \frac{v_{s}^{2}}{2*g}$ p_s - ciśnienie bezwzględne na króćcu ssawnym pompy, v_s – prędkość cieczy na króćcu ssawnym pompy.

Bezwzględna różnica pomiędzy statyczną wysokością ssania cieczy i ciśnieniem parowania. Ma na celu odsunięcie od krytycznego momentu powstawnia pęcherzyków parowo – gazowych. NPSH_r = k * NPSH_kr , gdzie k = (1,05÷1,3).

1. Metody zapobiegania kawitacji:

• Metody pozwalające zmniejszyć wymaganą nadwyżkę antykawitacyjną NPSHR pompy,

• Metody pozwalające zwiększyć odporność pompy na erozje kawitacyjną,

• Metody pozwalające zwiększyć rozporządzalną nadwyżkę antykawitacyjną NPSHA.

1. Metody pozwalające zmniejszyć wymaganą nadwyżkę antykawitacyjną NPSHR pompy:

• Ograniczenie prędkości obrotowej,

• Zastosowanie wirnika wstępnego, który podniesie ciśnienie na wlocie do wirnika,

• Zastosowanie prerotacyjnych kierownic wlotowych.

1. Metody pozwalające zwiększyć odporność pompy na erozje kawitacyjną:

• Stosowanie możliwie gładkich powierzchni wirnika,

• Stosowanie powłok ochronnych,

• Stosowanie materiałów odpornych na korozje,

• Utwardzenie powierzchni wirnika.

1. Metody pozwalające zwiększyć rozporządzalną nadwyżkę antykawitacyjną NPSHA:

• Stosowanie krótkich rurociągów ssawnych, o możliwie dużych średnicach, bez gwałtownych zmian przekroju,

• Unikanie dużych prędkości przepływu cieczy w rurociągu ssawnym, powyżej 2 m/s,

• Stosowanie rurociągów o możliwie gładkich ściankach,

• Ograniczenie liczby kolan i trójników, unikania instalowania kolan wygiętych w różnych płaszczyznach,

• Ograniczenie do niezbędnego minimum armatury montowanej na rurociągu,

• Unikanie stosowania armatury generującej wysokie straty,

• Zadbanie o możliwie dużą wartość geometrycznej wysokości ssania, (im pompa głębiej tym lepiej),

• Kontrolowanie wahań poziomu cieczy w zbiorniku na ssaniu,

• Utrzymywanie temperatury cieczy na możliwie niskim poziomie, co obniża ciśnienie parowania cieczy p_v,

• Utrzymywanie możliwie wysokiego ciśnienia w zbiorniku na ssaniu pompy,

• Kontrolowanie ciśnienia atmosferycznego przy ssaniu ze zbiornika otwartego,

• Konstrukcja komór wlotowych dużych pomp powinna zapobiegać tworzeniu się wirów sznurowych.

1. Co to jest kawitacja, gdzie występuje, jak osiągnąć?

• Kawitacją nazywamy zjawisko występujące w obszarze płynącej cieczy wywołane miejscowym obniżeniem się ciśnienia poniżej wartości krytycznej, bliskiej ciśnieniu parowania cieczy przy danej temperaturze, w wyniku czego następuję tworzenie się pęcherzyków parowo – gazowych w miejscach najniższego ciśnienia oraz ich zanikanie w strefie wyższego ciśnienia. Zanikanie pęcherzyków parowo – gazowych następuje gwałtownie w czasie krótszym od 0,001 s i ma charakter implozji, tak że napływające z dużą prędkością w miejsce pęcherzyków ciecz może osiągnąć ciśnienie rzędu 350 MPa.

• Występuje w obszarach najniższego ciśnienia, a więc najczęściej w obszarze wlotowym wirnika tuż przed lub na wlocie na łopatki. W pompach śmigłowych pęcherzyki zanikają niekiedy dopiero za wirnikiem (narażone najbardziej jest kierownica, wirnik). Wraz ze wzrostem wyróżnika szybkobieżności wzrasta podatność pompy na kawitacje (wzrasta prędkość cieczy w kanałach pompowych).

1. Jak zdefiniowana jest antykawtacyjna nadwyżka wysokości ssania – zapas antykawitacyjny.

Antykawitacyjna nadwyżka wysokości ssania pompy w przekroju wlotowym wirnika nazywamy różnicę między całkowitą łączną wysokością (ciśnienie i prędkość) a wysokością ciśnienia parowania, przy której na łopatce wirnika jeszcze nie występuje kawitacja.

Wymagana nadwyżka antykawitacyjna NPSHR = NSPH_kr + NPSH = k * NPSH_kr

1. Wpływ kawitacji na pracę pompy wirowej.

• W pierwszym stadium, tzw. szczątkowej kawitacji, gdy rozpoczynają tworzyć się niewielkie pęcherzyki parowo – gazowe, co nie wpływa ujemnie na pracę pompy, a nawet zdaniem niektórych badaczy, powoduje nieznaczny wzrost sprawności, tłumaczony zmniejszeniem się oporów tarcia cieczy o ścianki.

• W drugim stadium, tzw., rozwiniętej kawitacji, implozje pęcherzyków wywołują drgania całej pompy, a jednocześnie występują silne nieregularne silne wahania wskazań mierników ciśnienia na tłoczeniu, a w jeszcze większym stopniu po stronie ssawnej pompy oraz widoczny spadek wysokości podnoszenia i sprawności.

• W trzecim stadium, tzw. bardzo silnej kawitacji, występuje załamanie się charakterystyk (krzywych) przepływu, poboru mocy oraz sprawności.

1. Jaki wpływ ma temperatura pompowanej cieczy na NPSHR pompy?

Nadmierny wzrost temperatury cieczy przetłaczanej i związany z nim wzrost wartości ciśnienia parowania cieczy powoduje zmniejszenie rozporządzalnej nadwyżki antykawitacyjnej NPSHA i może spowodować kawitacje.

1. Do czego służą otwory odciążające?

W celu wyrównania ciśnienia w przestrzeniach przed i za wirnikiem. Stosuje się stwory o liczbie łopatek i średnicy od 3 do 20 mm, w zależności od wielkości wirnika. Napór osiowy zostaje zmniejszony o ok. 70%.

1. Jak działają żebra odciążające?

Liczba żeber wynosi od 4 do 8 przy wysokości od 4 do 7 mm, zależnie od wielkości wirnika. Ciecz między żebrami podlega ruchowi okrężnemu wymuszonemu z prędkością kątową prawie równą prędkości ω wirnika. Wytworzone w wyniku tego ciśnienie zmniejsza ciśnienie pochodzące od ciśnienia statycznego wirnika.

1. Jak działa tarcza odciążająca?

Stosuje się w pompach wielostopniowych. W tym rozwiązaniu zespół wirujący, złożony z wirników osadzonych na wale, nie ma łożyska ustalającego, tak że wał ma swobodę przesuwania się wzdłuż osi. Na wale jest osadzona tarcza odciążająca. Ciecz z ostatniego wirnika może przepłynąć do przestrzeni za ostatnim stopniem pompy, a stąd przez szczelinę dławiącą do przestrzeni tarczy odciążającej. Ciśnienie cieczy powoduje nacisk na tarczę, przesuwając ja. Wtedy szerokość szczeliny powiększa się i ciecz przepływa do komory za tarczą odciążającą połączonej zwykle z obszarem niskiego ciśnienia, zwykle z wlotem do pompy. Zaletą stosowania tarczy odciążającej jest zupełne zrównoważenie naporu osiowego eliminujące łożysko wzdłużne oraz prostota konstrukcji.

1. Napór promieniowy.

Powstaje w pompach ze spiralnym kanałem zbiorczym na skutek różnicy ciśnień na obwodzie. Ponadto dalszą przyczyną nierównomiernego rozkładu ciśnienia wokół wirnika stanowią wiry i prądy powrotne na początku spirali zbiorczej przy opływie krawędzi początku spirali zwanej „językiem”. Wartość naporu promieniowego jest zmienna i osiąga minimum przy wydajności równej wydajności nominalnej. Skuteczne zrównoważenie naporu promieniowego może nastąpić przy zastosowaniu dwu półspiral W pompach wielostopniowych o kilku spiralach stopniowych stosuję się wzajemny ich obrót o 180°.

1. Topologia współpracy pomp.

Połączenie pomp:

• Szeregowe prosty,

• Szeregowe dwustrefowe,

• Szeregowe bocznikowe (z obejściem),

• Szeregowe z bocznikami indywidualnymi,

• Dwustrefowe szeregowe z bocznikami indywidualnymi, równiległe,

• Szeregowo – równoległe, dwusekcyjne szeregowe,

• Dwusekcyjne równoległe.

1. Co to jest LCC?

LCC – koszt cyklu życia – obejmuje całkowity koszt użytkowania od momentu zakupu, instalacje, nadzoru, konserwacji, przeglądów, napraw aż do utylizacji.

1. Napędy pomp.

• Elektryczny – prosta budowa, łatwość obsługi oraz duży moment rozruchowy,

• Spalinowy – duże prędkości obrotowe, lecz mały moment rozruchowy – pompy przewoźne,

• Turbinowy – duże prędkości obrotowe, łatwa regulacja prędkości obrotowej,

• Pasowy.

1. Dlaczego pompę odśrodkową uruchamiamy przy zamkniętej zasuwie na tłoczeniu?

Żeby zwiększyć ciśnienie początkowe i zassać potrzebna ilość cieczy do pełnego uruchomienia pompy.

1. Prerotacja.

Wstępne zawirowanie cieczy.

1. Jak działa spiralny kanał zbiorczy?

Zadaniem kanału zbiorczego jest zebranie cieczy wypływającej z wirnika lub z kierownicy bezłopatkowej z możliwie małymi stratami i częściowa przemiana wysokości prędkości cieczy w wysokość ciśnienia.

1. Geometryczna wysokość ssania układu pompowego.

Różnica między wzniesieniem środka przekroju króćca ssawnego pompy, a poziomem wody w zbiorniku dolnym, w odniesieniu do obranego poziomu odniesienia (H_sz = z_s − z_d). Geometryczna wysokość napływu, gdy zbiornik dolny jest powyżej środka przekroju króćca ssawnego pompy (H_sz^′ = −H_sz).

1. Geometryczna wysokość tłoczenia układu pompowego.

Różnica pomiędzy poziomem zwierciadła cieczy w zbiorniku górnym a środkiem przekroju wylotowego pompy (H_tz = z_g − z_t).

1. Geometryczna wysokość podnoszenia układu pompowego.

Suma geometrycznych wysokości ssania, tłoczenia oraz różnicy poziomów środków przekrojów ssawnego i tłocznego. Suma ta równa się całkowitej różnicy poziomów wody górnej i dolnej, niezależnie od rodzaju zbiorników (zamknięte lub otwarte) – (H_z = H_sz + m + H_tz = z_g − z_d).

1. Statyczna wysokość ssania układu pompowego.

Różnica geometrycznej wysokości ssania i wysokości ciśnienia w zbiorniku dolnym ($H_{\text{s\ st}} = H_{\text{sz}} - \frac{p_{d}}{\gamma})$.

1. Statyczna wysokość tłoczenia układu pompowego.

Suma wysokości geometrycznej tłoczenia i wysokości ciśnienia w zbiorniku górnym ($H_{\text{s\ st}} = H_{\text{tz}} + \frac{p_{g}}{\gamma}$).

1. Wysokość statyczna podnoszenia układu.

Suma statycznych wysokości ssania i tłoczenia ($H_{\text{st}} = H_{\text{sz}} - \frac{p_{d}}{\gamma} + m + H_{\text{tz}} + \frac{p_{g}}{\gamma} = H_{z} + \frac{p_{g} - p_{d}}{\gamma}$).

1. Dynamiczna wysokość układu pompowego.

Suma wysokości przyrostu prędkości cieczy oraz wysokość oporów przepływu po stronie ssawnej i tłocznej ($H_{\text{dyn}} = \frac{c_{g}^{2} - c_{d}^{2}}{2*g} + \sum_{}^{}{h_{s} + \sum_{}^{}{h_{t}}}$).

1. Całkowita (efektywna lub użyteczna) wysokość podnoszenia układu.

Suma wysokości statycznej i dynamicznej ($H_{r} = H_{z} + \frac{p_{g} - p_{d}}{\gamma} + \sum_{}^{}{h_{s} + \sum_{}^{}{h_{t}}} + \frac{c_{g}^{2} - c_{d}^{2}}{2*g} = H_{\text{st}} + H_{\text{dyn}}$).

1. Gęstość cieczy.

Wysokość podnoszenia H jest niezależna od gęstości pompowanej cieczy. Pompa wirowa podnosi ciecz, niezależnie od jej gęstości, na tę samą wysokość H. Gęstość pompowanej cieczy determinuje ciśnienie pompy i jest uwzględniana w ramach zapotrzebowania mocy na wale pompy. Wpływa jedynie na zwiększenie zużycia energii przez pompę - na skutek wywieranego ciśnienia na łopatki wirnika pompy.

1. Lepkość cieczy.

Przetłaczanie cieczy o lepkościach większych od lepkości wody wpływa na obniżenie parametrów pompy tj. wydajności (Q) i wysokości podnoszenia (H) natomiast znacznie wzrasta zapotrzebowanie na moc dostarczaną do pompy (P) na skutek konieczności pokonania oporów tarcia wewnętrznego cieczy oraz wirnika i wewnętrznych elementów pompy. Przy pompowaniu cieczy o lepkościach znacznie większych od lepkości wody przy całkowitym zdławieniu pompy, wysokość podnoszenia cieczy jest zbliżona do wysokości podnoszenia określonej dla wody. Wraz ze wzrostem wydajności pompowanej cieczy następuje znaczny spadek wysokości podnoszenia pompy.

1. Punkt pracy.

Natężenie przepływu Q pompy wirowej ustala się samoczynnie odpowiednio do wysokości podnoszenia. Punkt pracy B przy stałej liczbie obrotów pompy jest punktem przecięcia się krzywej charakterystyki pompy (krzywej Q, H) i krzywej charakterystyki instalacji. Przy doborze pompy do układu należy zwrócić uwagę na to, że będzie ona pracować z wydajnością taką na jaką pozwoli jej ciśnienie w przewodzie tłocznym. Bardzo dobrze jest kiedy punkt pracy pompy (Q, H) odpowiada maksymalnej sprawności pompy. Przy przekraczaniu wydajności powyżej wartości maksymalnych następuje wzrost zapotrzebowania mocy przez pompę oraz może wystąpić zjawisko kawitacji po stronie ssącej pompy i w pompie. Przy zmniejszaniu wydajności do zera np. na skutek wzrostu oporów po stronie tłocznej może wystąpić zjawisko ogrzewania się cieczy w korpusie pompy.

1. Dobór pomp.

Ważnym elementem podczas projektowania układu pompowego jest prawidłowy dobór pompy do aktualnych potrzeb, tak aby jej punkt pracy przypadał w pobliżu maksymalnej sprawności.

• Parametry pracy pompy – wynika jaz przyjętych założeń i z parametrów układu, w skład którego ma wejść pompa; do tego niezbędna jest znajomość charakterystyki układu wynikająca m.in. z jego geometrii.

• Rodzaj pompowanego medium – woda zimna, gorąca, ciecz zanieczyszczona itp. od czego w dużej mierze zależy konstrukcja części hydraulicznej, zwłaszcza wielkość przekrojów kanałów przepływowych, liczba łopatek wirnika i kierownicy, dobór właściwych materiałów odpornych na erozje itp.

• Warunki zainstalowania – w decydującym stopniu wpływają na układy pompy (pionowa, pozioma, przenośna, stacjonarna),

• Rodzaj napędu – silnik elektryczny, spalinowy, turbinowy, pasowy,

• Rodzaj eksploatacji – praca ciągła, przerywana, obsługa ręczna, automatyczna, co wpływa na posadowienie poniżej lub powyżej lustra cieczy w zbiorniku ssawnym.

1. Procedura doboru pomp.

• Etap I – selekcja pod względem parametrów pomp dostępnych.

• Etap II – sortowanie pod wzgledem: zastosowania, cieczy pompowanej, tworzywa, napędu, rodzaju pompy i jej budowy.

1. Jak regulować pracę układu pompowego?

• Dławienie strumienia cieczy po stronie tłocznej – automatycznie zwiększany jest opór instalacji, tym samym przepływu cieczy przy niezmienionej charakterystyce cieczy.

• Regulacja upustowa – częściowe zawracanie strumienia tłoczonej cieczy Q_z rurociągiem obejściowym.

• Przemiennik częstotliwości – zmiana prędkości obrotowej silnika.

• Regulacja pomp w układzie szeregowym - Przyrosty wysokości podnoszenia w tych pompach będą się sumowały jak. Istotnym spostrzeżeniem jest fakt, że wraz z kolejną współpracującą w układzie pompą, poza wysokością podnoszenia rośnie również strumień objętości tłoczonej cieczy, a tym samym przyrost ciśnienia jest mniejszy od spodziewanego. W celu zwiększenia wysokości podnoszenia przy stałym wydatku tłoczonej cieczy należałoby dławić przepływ zaworem po stronie tłocznej.

• Regulacja pomp w układzie równoległym - Jeżeli dwie lub więcej pomp o takiej samej charakterystyce połączonych zostanie równolegle, maksymalna wysokość podnoszenia układu pozostanie ta sama jak w przypadku pojedynczej zainstalowanej pompy. Zmianie natomiast ulegnie maksymalny, możliwy do uzyskania przepływ.

1. Koszty eksploatacji pomp.

• Jednorazowe – inwestycja i likwidacja układu,

• Okresowe – remont, reinstalacja i wymiana,

• Bieżące – energia i obsługa,

• Hipotetyczne – straty produkcyjne i straty środowiskowe.

1. Zmiana prędkości c_u1 i c_u2.

• c_u1:- regulacja prerotacyjna (kierownica prerotacyjna generuje dodatkową rotacje na wlocie wirnika, sterowanie kątem kierownicy wstępnej)

• c_u2 – zmian kąta łopatek wirnika (zmian kąta profilu cięciwy łopatki)

1. Zmiana prędkości obrotowej pompy.

• Zastosowanie przekładni hydrokinetycznej,

• Bezstopniowa skrzynia biegów,

• Przemienniki częstotliwości (falowniki) – zmiana prędkości obrotowej silnika

• Kaskady tyrystorowe.

• Zmiana średnicy kół pasowych w napędzie pasowym pompy,