Gr. 3.4, zespół A,

Sprawozdanie

HP 5 – Charakterystyka Pompy Wyporowej

Data wykonania dwiczenia: 4.11.2013

1. Opis dwiczenia:

W trakcie dwiczenia zajmowaliśmy się badaniem pompy wyporowej o stałym
wydatku jednostkowym. Dzięki uzyskanym wynikom można sporządzid jej
charakterystyki.

Rysunek: Schemat stanowiska badawczego.

1 – pompa, 2 – silnik elektryczny, 3 – pulpit sterujący, 4 – nadajnik
tachometryczny, 5 – wskaźnik cyfrowy, 6 – wskaźnik wagi, 7 – miernica
objętościowa, 8 – zbiornik, 9 – przekładnia (multiplikator, i=4).

W naszym przypadku elementy 6, 5 i 3 umieszczone były na jednym pulpicie
sterującym. Zbiornik posiada wbudowaną grzałkę dzięki której może regulowad
temperaturę oleju w układzie. Gdy temperatura jest za niska, grzałka załącza się
aż do doprowadzenia cieczy do żądanej temperatury. Jeżeli układ zaczyna się
przegrzewad trzeba odciążyd pompę i odczekad aż temperatura obniży się do
poziomu w którym są wykonywane pomiary.

Układ hydrauliczny składa się z następujących elementów:

1 – pompa, 2 – zawór przelewowy, 3 – manometru, 4 – zawór dławiący, 5 –
rozdzielacz, 6 – miernica objętościowa, 7 – zawór odcinający, 8 – zbiornik oleju

Rysunek: Schemat układu hydraulicznego.

Pomiary wykonywaliśmy w dwóch sytuacjach. W pierwszym przypadku przy
stałym ciśnieniu zmienialiśmy prędkośd obrotową wału pompy, a w drugim dla
stałej prędkości wału pompy dobieraliśmy różne wartości ciśnienia.

2. Dane wejściowe:

Wiemy że:

q

p

= 6,25 [cm

3

/obr] = 0,00625 [dm

3

/obr] – wydajnośd jednostkowa pompy,

i = 4 – przełożenie multiplikatora.

W trakcie wykonywania dwiczenia wykonywaliśmy następujące pomiary:

M

s

– moment na wale silnika [Nm],

n

s

– prędkośd wału silnika *obr/min+,

T – temperatura oleju w układzie hydraulicznym *°C+,

t – czas wypływu kontrolnej dawki oleju *s+,

p – ciśnienie tłoczenia *MPa+

V – objętośd kontrolnej dawki olejowej *dm

3

]

Wartości parametrów przy stałym ciśnieniu:

p = 6 [MPa]

Lp.

M

s

[Nm] n

s

[obr/min] T *°C]

t [s]

p [MPa]

V [dm3]

1

34,7

1005,8

49,1

13,6

6

5

2

32,5

802

52

18,8

5,99

5

3

32

702,9

53,3

20,7

6

5

4

30,4

603,6

54,7

24,1

6,04

5

5

30,1

500,8

56

29,5

5,99

5

6

28,8

298,8

56,9

59,3

6,07

5

Tabela 1: Dane wejściowe przy stałym ciśnieniu.

Wartości parametrów dla stałej prędkości obrotowej wału silnika:

n = 650 [obr/min],

Lp.

M

s

[Nm]

n

s

[obr/min]

T [st, C]

t [s]

p [MPa]

V [dm3]

1

39,5

650,7

57,7

40,5

8

5

2

34,9

652,3

58,3

27,5

7,02

5

3

30,6

650,3

59,4

22,3

6,03

5

4

21,4

650,3

60,6

19,7

4,01

5

5

8,8

650,6

61,7

19

1,02

5

Tabela 2: Dane wejściowe przy stałej prędkości wału silnika.

3. Przeliczenia:

Moment na wale pompy:

[ ]

Prędkośd wału pompy:

[

]

Wydajnośd rzeczywista:

[

],

Wydajnośd teoretyczna:

[

],

Prędkośd kątowa:

[

]

Moc otrzymana z pompy:

[ ],

Moc doprowadzona do pompy:

[ ],

Moment teoretyczny na wale pompy:

⇔

Gdzie:

, p

2

– ciśnienie tłoczenia, p

1

– ciśnienie ssania.

[ ],

Sprawnośd ogólną pompy:

,

Sprawnośd objętościową pompy:

4. Tabele z wynikami obliczeo:

Dla stałego ciśnienia:

Lp.

M

p

[Nm]

n

p

(obr/min)

Q

t

[dm

3

/min] ω[1/s]

M

t

[Nm]

Q

p

[dm

3

/s]

N

ep

[kW] N

p

[kW] ɳ

ɳ

V

1

8,68

4023,2

25,15

421,31

5,97

21,90

2,19

3,65 0,60 0,87

2

8,13

3208

20,05

335,94

5,97

16,67

1,66

2,73 0,61 0,83

3

8,00

2811,6

17,57

294,43

5,97

14,42

1,44

2,36 0,61 0,82

4

7,60

2414,4

15,09

252,84

5,97

12,40

1,25

1,92 0,65 0,82

5

7,53

2003,2

12,52

209,77

5,97

10,14

1,01

1,58 0,64 0,81

6

7,20

1195,2

7,47

125,16

5,97

5,06

0,51

0,90 0,57 0,68

Tabela 3: Dane po obliczeniach dla stałego ciśnienia.

Dla stałej prędkości wału silnika:

Lp.

M

p

[Nm]

n

p

(obr/min)

Q

t

[dm^3/min]

ω
[1/s]

M

t

[Nm]

Q

p

[dm

3

/s]

N

ep

[kW] N

p

[kW] ɳ

ɳ

V

1

9,88

2602,80

16,27 272,56

7,86

7,41

0,99

2,69 0,37 0,46

2

8,73

2609,20

16,31 273,23

6,88

10,91

1,28

2,38 0,54 0,67

3

7,65

2601,20

16,26 272,40

5,90

13,45

1,35

2,08 0,65 0,83

4

5,35

2601,20

16,26 272,40

3,89

15,23

1,02

1,46 0,70 0,94

5

2,20

2602,40

16,27 272,52

0,92

15,79

0,27

0,60 0,45 0,97

Tabela 4: Dane po obliczeniach dla stałej prędkości obrotowej silnika.

5. Wykresy:

Wykres 1: Wydajności pompy w zależności od ciśnienia tłoczenia.

Wykres 2: Wydajności pompy w zależności od prędkości wału silnika.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Q [dm^3/min]

p [MPa]

Qp(p), Qt(p)

Qt(p)

Qp(p)

0

5

10

15

20

25

30

0

200

400

600

800

1000

1200

Q [dm^3/min]

n [obr/min]

Qp(n), Qt(n)

Qt(n)

Qp(n)

Wykres 3: Momenty pompy w zależności od ciśnienia tłoczenia.

Wykres 4: Momenty pompy w zależności od prędkości wału silnika.

0

2

4

6

8

10

12

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

M [Nm]

p [MPa]

Mp(p), Mt(p)

Mp(p)

Mt(p)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

200

400

600

800

1000

1200

M [Nm]

n [obr/min]

Mp(n), Mt(n)

Mp(n)

Mt(n)

Wykres 5: Moce pompy w zależności od ciśnienia tłoczenia.

Wykres 6: Moce pompy w zależności od prędkości wału silnika.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

N [kW]

p [MPa]

Nep(p), Np(p)

Nep(p)

Np(p)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

200

400

600

800

1000

1200

N [kW]

n [obr/min]

Nep(n), Np(n)

Nep(n)

Np(n)

Wykres 7: Sprawności w zależności od ciśnienia tłoczenia.

Wykres 8: Sprawności w zależności od prędkości wału silnika.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ɳ *-]

p [MPa]

ɳ(p), ɳv(p)

ɳ(p)

ɳv(p)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

200

400

600

800

1000

1200

ɳ *-]

n [obr/min]

ɳ(n), ɳv(n)

ɳ(n)

ɳv(n)

6. Wnioski:

Dla stałego ciśnienia:

- Wydajnośd rzeczywista i teoretyczna zmienia się liniowo wraz ze wzrostem
prędkości wału silnika. W wyraźny sposób obrazuje się tu zasada że straty
objętościowe nie zależą od prędkości obrotowej wałka z czego wynika
przesunięcie wykresów względem siebie.

- Moment teoretyczny na pompie jest stały, natomiast moment rzeczywisty
zmienia się nieliniowo co spowodowane jest momentem strat hydraulicznych
zmiennym w zależności od prędkości obrotowej wałka w sposób nieliniowy.
Różnica wysokości tych dwóch krzywych wynika z pojawienia się momentu
strat mechanicznych niezależny od prędkości, a zmiana nachylenia krzywej
wynika z momentu strat tarcia lepkiego zależnego liniowo od prędkości
obrotowej wału.

- Moc doprowadzona do pompy zgodnie ze wzorem zmienia się liniowo wraz ze
zmianami prędkości obrotowej wału, a moc otrzymana z pompy zmienia się w
sposób nieliniowy.

- Sprawnośd objętościowa zmienia się nieliniowo w zależności od obrotów.
Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej początkowo zmiany są znaczne,
jednakże w późniejszej fazie są one coraz mniejsze.

- Początkowo widzimy narastanie krzywej ɳ

v

(n) po czym zaczyna ona delikatnie

opadad w sposób nieliniowy. Sprawnośd objętościowa jest znacznie większa od
sprawności ogólnej pompy.

Dla stałej prędkości obrotowej wału silnika:

- Wydajnośd teoretyczna pompy przy zmiennym ciśnieniu jest stała. Wydajnośd
rzeczywista pompy maleje nieliniowo co związane jest ze stratami. Całkowite
straty objętościowe zależą w sposób nieliniowy od ciśnienia więc tym samym
zmieni się przebieg krzywej

- Momenty pompy zmieniają się liniowo gdyż straty w pompie zależą liniowo
lub nie zależą od ciśnienia. Zatem różnica wysokości krzywych wynika ze strat
niezależnych od ciśnienia tłoczenia, a zmiana kąta nachylenia krzywych do osi
wynika ze strat na które od niego zależą.

- Moc odbierana z wału silnika rośnie liniowo ze wzrostem ciśnienia tłoczenia
zgodnie ze zmianami momentu, natomiast moc jaką odbieramy z wału pompy
początkowo rośnie lecz przy wartości około 6,5 Mpa znacznie spada co wiązad
się może z nagłym wzrostem poziomu przecieków.

- Sprawnośd wolumetryczna początkowo osiąga swe wartości maksymalne lecz
zgodnie ze zmianami wydajności maleje wraz ze wzrostem ciśnienia.

- Sprawnośd ogólna początkowo rośnie i dla wartości ciśnienia około 4,2 MPa
osiąga swe maksimum, a następnie maleje. Oczywistym jest że najkorzystniej z
punktu widzenia strat energii byłoby pracowad przy tej wartości ciśnienia
tłoczenia.

Pomiary obarczone są niewielkim błędem związanym z niedokładnością
odczytu wartości na miernicy objętościowej, ręcznym pomiarem czasu
przepływu dawki kontrolnej oraz zmianami temperatury oleju w trakcie
laboratorium co miało wpływ na jego lepkośd. Nieznajomośd strat
hydraulicznych w istotny sposób nie przeszkodziła przeprowadzid laboratorium.