background image

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. 

 

 

background image

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. 

 

 

 

background image

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] 

34,7 

1005,8 

49,1 

13,6 

32,5 

802 

52 

18,8 

5,99 

32 

702,9 

53,3 

20,7 

30,4 

603,6 

54,7 

24,1 

6,04 

30,1 

500,8 

56 

29,5 

5,99 

28,8 

298,8 

56,9 

59,3 

6,07 

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] 

39,5 

650,7 

57,7 

40,5 

34,9 

652,3 

58,3 

27,5 

7,02 

30,6 

650,3 

59,4 

22,3 

6,03 

21,4 

650,3 

60,6 

19,7 

4,01 

8,8 

650,6 

61,7 

19 

1,02 

Tabela 2: Dane wejściowe przy stałej prędkości wału silnika. 

3. Przeliczenia: 

Moment na wale pompy:  

 

 

 

 

 

 [  ]  

Prędkośd wału pompy:  

 

   

 

     [

   

   

]  

background image

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

 

8,68 

4023,2 

25,15 

421,31 

5,97 

21,90 

2,19 

3,65  0,60  0,87 

8,13 

3208 

20,05 

335,94 

5,97 

16,67 

1,66 

2,73  0,61  0,83 

8,00 

2811,6 

17,57 

294,43 

5,97 

14,42 

1,44 

2,36  0,61  0,82 

7,60 

2414,4 

15,09 

252,84 

5,97 

12,40 

1,25 

1,92  0,65  0,82 

7,53 

2003,2 

12,52 

209,77 

5,97 

10,14 

1,01 

1,58  0,64  0,81 

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

 

9,88 

2602,80 

16,27  272,56 

7,86 

7,41 

0,99 

2,69  0,37  0,46 

8,73 

2609,20 

16,31  273,23 

6,88 

10,91 

1,28 

2,38  0,54  0,67 

7,65 

2601,20 

16,26  272,40 

5,90 

13,45 

1,35 

2,08  0,65  0,83 

5,35 

2601,20 

16,26  272,40 

3,89 

15,23 

1,02 

1,46  0,70  0,94 

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. 

background image

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)

background image

 

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)

background image

 

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)

background image

 

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) 

background image

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. 

background image

- 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.