kierunek: mechatronika

semestr: V

grupa: 3

sekcja: 1

Napędy hydrauliczne i pneumatyczne

Ćwiczenie: Badanie charakterystyki statycznej pompy wyporowej

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia było wyznaczenie podstawowych charakterystyk rotacyjnej pompy wielotłoczkowej osiowej typu PV22

Wstęp teoretyczny

 

Pompa jest elementem służącym do zmiany energii mechanicznej, doprowadzonej od silnika napędowego ( elektrycznego lub spalinowego), na energię cieśnienia zakumulowaną w przetłaczanym czynniku roboczym. Pompa jest zatem generatorem strumienia a na skutek istniejących oporów w odbiorniku zostaje wytworzone ciśnienie. Pompa powinna umożliwiać:

uzyskanie wysokich ciśnień roboczych z jak najwyższymi sprawnościami,

 zapewnienie odpowiedniej i najmniej zmieniającej się wydajności w całym zakresie ciśnień roboczych,

samozasysanie cieczy roboczej ze zbiornika.

Wymagania te mogą być spełnione przy odpowiednio wysokiej szczelności wewnętrznej.

Zasadę działania pompy przedstawia rys 1.

Rys 1.

W strefie ssania komory, które są szczelnie względem siebie i otoczenia, powiększają swoją objętość w wyniku czego następuję obniżenie ciśnienia. Na skutek tego pojawia się różnica ciśnień pomiędzy komorą i zbiornikiem i czynnik roboczy zasysany jest do komory. Pod koniec strefy ssania objętość komory jest największa. Następnie komora ta przechodzi do strefy przejściowej, która rozdziela strefę ssania i tłoczenia. W strefie tłoczenia komory zmniejszają swoją objętość i wypełniające je medium wypierane jest do przewodu wylotowego. Na końcu strefy tłoczenia komora przyjmuje najmniejszą objętość a następnie wchodzi do strefy przejściowej. Elementy wyporowe zależnie od typu pompy, mogą poruszać się ruchem obrotowym, posuwistym-zwrotnym lub złożonym.

W zależności od rodzaju ruchu elementów wyporowych pompy można podzielić na dwie grupy: pompy rotacyjne i pompy tłokowe.

Parametry pracy pompy:

 wysokość podnoszenia - jest to różnica pomiędzy ciśnieniem na wlocie u na wylocie pompy, wyrażona w metrach słupa pompowanej cieczy, oznaczona literą H. Wysokość podnoszenia zależy od ciężaru właściwego pompowanej cieczy w przeciwieństwie do ciśnienia mierzonego manometru w MPa, które jest wprost proporcjonalne do ciężaru pompowanej cieczy

 wydajność pompy- jest to ilość cieczy jaką może dostarczyć pompa w jednostce czasu, mierzona w dm3/min i oznaczamy literą Q.

Wydajność teoretyczna pompy wynosi:

Qt=e*qp*np

Gdzie:

Qt- wydajność teoretyczna,

e- parametr nastawy,

qp- wydajność właściwa,

np.- prędkość obrotowa wałka pompy.

Ciśnienie panujące na wylocie pompy powoduje występowanie przecieków w pompie i wprowadza wydajność rzeczywistą pompy. Wydajność rzeczywista pompy uwzględnia starty objętościowe:

Qrt= Qt- ∆Qt

Zależność wydajności rzeczywistej pompy ilustruje rys 2 jest to charakterystyka statyczna pompy

Rys2

 moc- moc na wale( sprzęgle) pompy Pw jest to moc pobierana przez pompę i określana przez bezpośredni pomiar momentu napędzającego pompę lub określana pośrednio przez pomiar mocy pobranej przez silnik Ps. Moc użyteczna pompy Pu jest to moc zużyta na zwiększanie energii pompowanej cieczy.

 Sprawności - sprawność objętościowa pompy jest to stosunek wydajności rzeczywistej do wydajności teoretycznej. Sprawność hydrauliczna pompy jest to stosunek użytecznej wysokości podnoszenia do wysokości teoretycznej. Sprawność mechaniczna pompy jest to stosunek różnicy mocy na wale i mocy zużywanej na pokonanie oporów mechanicznych występujących w pompie do mocy na wale.

 

Na zajęciach badaliśmy pompę wielotłoczkową osiową typu PV22. Jej charakterystyczną cechą jest osiowe usytuowanie wirnika z tłoczkami względem wałka napędowego. W budowie pomp osiowych spotyka się dwie podstawowe odmiany: pompy z wychylonym wirnikiem, oraz z wychyloną tarczą oporową.

 

Schemat układu pomiarowego

 

 

 

1 -  zawór maksymalny jednostopniowy

2 -  manometr

3 -  przetwornik analogowo-ciśnieniowy

4 -  silnik elektryczny

5 -  pompa o zmiennej wydajności

6 -  zawór maksymalny jednostopniowy

7 -  przepływomierz

8 -  filtr

9 -  zbiornik

Funkcje linii trendu mają postać: 
dla próby 1: -0.119*x+12.812 
dla próby 2: -0.12*x+25.729
dla próby 3: -0.105*x+52.65

dla próby 4: -0.247*x+102.827

Przekrój pompy typu PV22

Wartości wydajności teoretycznych w poszczególnych pomiarach

Nastawa	Wydajność teoretyczna Qr [MPa]
1	12,81
2	25,7
3	52,65
4	102,8

Wydajność nominalna (rzeczywista) pompy
w charakterystycznych wartościach ciśnienia

Nastawa / Ciśnienie[MPa]	2	6	10	14	18	22
1	12,6	12	11,5	11	10,5	10,4
2	25,4	25	24,42	24	23,6	23
3	52,4	52	51,5	51,1	50,8	50,2
4	-	101,2	100,4	99,5	98,5	97,3

Obliczanie sprawności objętościowej pompy

Q_r -wydajność rzeczywista [dm³/min]

Q_t -wydajność teoretyczna [dm³/min]

np. dla nastawy 1 i ciśnienia 6 [MPa]

Wartości sprawności objętościowej

Nastawa / Ciśnienie[MPa]	2	6	10	14	18	22
1	99%	94%	90%	86%	82%	81%
2	99%	97%	95%	93%	92%	89%
3	98%	98%	98%	97%	96%	95%
4	-	98%	97%	96%	95%	94%

Wnioski:

-Na wykresach można zaobserwować spadek wydajności pompy wraz ze zwiększaniem się ciśnienia w układzie, wpływ na to mogą mieć przecieki wewnątrz pompy które zwiększają się wraz ze wzrostem ciśnienia

-Na kształt otrzymanych wykresów wpływ ma także charakterystyka silnika napędzającego pompę, ponieważ wraz ze wzrostem ciśnienia zwiększa się obciążenie silnika co z kolei powoduje spadek jego obrotów.

-Podczas przeprowadzania badań nie zaobserwowaliśmy przecieków, które mogły by w znaczący sposób wpłynąć na wyniki pomiarów.

-Sterowanie wydajnością odbywa się metodą pośrednią. Wychylenie dźwigni powoduje zmianę położenia zaworu wewnątrz pompy sterującego położeniem tłoka wychylającego tarczę oporową. Dla dwóch pierwszych nastaw wydajności możemy zaobserwować skoki na wykresie, mogą one być spowodowane sposobem działania mechanizmu nastawiającego wydajność pompy który do poprawnego zadziałania może potrzebować ciśnienia około
14 bar.

-Zakładamy iż niewielkie zmiany temperatury oleju nie miały znaczącego wpływu na wyniki pomiarów.

-Z przeprowadzonych obliczeń wynika iż dla małej nastawy wydajności, wraz ze zwiększaniem ciśnienia obserwujemy gwałtowny spadek sprawności objętościowej pompy.

---