Politechnika Łódzka

Instytut Elektroenergetyki

Instrukcja do laboratorium

opracowanie: dr inż. Tomasz Kotlicki

Badanie pompy odśrodkowej

Wyznaczanie charakterystyk pompy i rurociągu

Łódź 2009

Spis treści

1.

Wprowadzenie .......................................................................................................................................3

1.1.

Budowa, zasada działania oraz klasyfikacja pomp........................................................................3

1.2.

Praca pomp wirowych – podstawy teoretyczne .............................................................................4

1.2.1.

Hydrauliczny układ pracy pompy ..........................................................................................4

1.2.2.

Bilans energetyczny układu pompowego...............................................................................5

1.2.3.

Podstawowe wielkości charakteryzujące pracę pompy i układu hydraulicznego..................5

1.2.4.

Charakterystyki pompy ..........................................................................................................8

1.2.5.

Współpraca pompy z układem (rurociągiem). Punkt pracy.................................................10

2.

Wykonanie ćwiczenia ..........................................................................................................................11

2.1.

Cel i zakres ćwiczenia .................................................................................................................11

2.2.

Opis stanowiska laboratoryjnego.................................................................................................11

2.3.

Program ćwiczenia.......................................................................................................................12

2.3.1.

Czynności wstępne ..............................................................................................................12

2.3.2.

Pomiar charakterystyk pompy..............................................................................................13

2.3.3.

Pomiar charakterystyki rurociągu ........................................................................................13

2.4.

Wykonanie sprawozdania ............................................................................................................14

3.

Literatura..............................................................................................................................................16

1.

WPROWADZENIE

1.1.

Budowa, zasada działania oraz klasyfikacja pomp

Pompy stosowane w elektrowniach, z punktu widzenia roli jaką pełnią w procesie technologicznym,

możemy podzielić na kilka grup – tabela 1.

Tabela 1.

Rodzaje pomp w elektrowni.

pompy

przeznaczenie

wody zasilającej

tłoczą wodę do kotła

skroplin

odbierają skropliny ze skraplacza turbiny kondensacyjnej

wody chłodzącej

przetaczają wodę chłodzącą przez skraplacz turbiny

przewałowe

tłoczą wodę do zbiornika wody zasilającej z różnych źródeł poza głównym
ciągiem wody zasilającej (woda z odwodnień, woda dodatkowa)

cyrkulacyjne i wspomagające

wymuszają lub wspomagają obieg wody w kotle

wtryskowe

podają wodę do niektórych typów wtryskowych schładzaczy pary

bagrowe

transportują mieszaninę wody z popiołem i żużlem (pulpę)

Pod względem zasady działania pompy dzielimy na wyporowe i wirowe.

W pompach wyporowych zassana ilość cieczy zostaje wyparta przez ruch organu roboczego ze strony
ssawnej na tłoczną. Organ roboczy może mieć różny kształt (walca, koła zębatego) i wykonywać ruch
posuwisto-zwrotny (pompy tłokowe) lub obrotowy (np. pompy zębate).
Pompy wirowe wymuszają przepływ cieczy dzięki sile odśrodkowej działającej na ciecz w szybko
wirujących łopatkach. Na dolocie do łopatek pompy wytwarza się podciśnienie, a na wylocie ciśnienie
zależne głównie od prędkości obrotowej wirnika. W zależności od konstrukcji wirnika pompy wirowe
dzielimy na:

•

odśrodkowe – o przepływie promieniowym (rys. 1.a),

•

diagonalne – o przepływie promieniowo osiowym (rys. 1.b)

•

osiowe, zwane również śmigłowymi – o przepływie osiowym (rys. 1.c).

a)

b)

c)

Rys. 1. Rodzaje pomp wirowych: a) pompa odśrodkowa, b) pompa diagonalna, c) pompa śmigłowa.

1 – wirnik, 2 – kadłub, 3 – króciec ssawny, 4 – króciec tłoczny, 5 – kierownice.

W elektrowniach stosuje się różne typy pomp. Do pompowania wody zasilającej wykorzystuje się

wielostopniowe pompy odśrodkowe, zwykle w wykonaniu wieloczłonowym, do wody chłodzącej stosuje się
najczęściej pompy diagonalne i śmigłowe, a do skroplin – pompy osiowe.

1.2.

Praca pomp wirowych – podstawy teoretyczne

1.2.1.

Hydrauliczny układ pracy pompy

Na rysunku 2. pokazano ogólny schemat układu pracy pompy odśrodkowej przetłaczającej wodę ze

zbiornika dolnego do górnego. Na schemacie zaznaczono najważniejsze parametry geometryczne układu. W
ogólności pompa może przetłaczać wodę ze zbiorników zamkniętych ciśnieniowych, wtedy w analizie
hydraulicznej należy uwzględniać ciśnienia wody w zbiornikach. W przypadku współpracy ze
zbiornikiem(ami) otwartym(i) przyjmuje się, że ciśnienie w nim jest równe ciśnieniu atmosferycznemu.

Oznaczenia:
H

t

– wysokość tłoczenia, m;

H

s

– wysokość ssania, m;

H

r

– wysokość podnoszenia, m;

m

– różnica poziomów między króćcem tłocznym i

ssawnym pompy, m
p

g

, p

d

– ciśnienia w zbiornikach: górnym i dolnym,

Pa;
p

t

, p

s

– ciśnienie na tłoczeniu i ssaniu pompy, Pa;

c

t

, c

s

– prędkości cieczy w króćcu tocznym i

ssawnym, m/s;

Rys. 2. Schemat układu pompowego pompy odśrodkowej.

1.2.2.

Bilans energetyczny układu pompowego

Zadaniem pompy jest wytworzenie odpowiedniego przepływu wody przy jednoczesnym pokonaniu

różnicy ciśnień między zbiornikami. Minimalna różnica ciśnień wynika z ciśnień panujących w zbiornikach
oraz ze strat ciśnienia podczas przepływu. W uproszczonym bilansie energetycznym pompa wykonuje pracę
mechaniczną W nad jednostkową ilością cieczy m podnoszoną ze zbiornika dolnego do górnego. Praca ta jest
równa przyrostowi energii mechanicznej

∆

E

m

tej porcji cieczy:

m

H

p

r

k

W

E

E

E

E

E

= ∆

= ∆

+ ∆

+ ∆

+ ∆

(1)

gdzie:

∆

E

H

– przyrost energii wynikający z pokonania różnicy poziomów geometrycznych między

zbiornikami:

H

r

E

m g H

∆

=

⋅ ⋅

(2)

∆

E

p

– przyrost energii wynikający z pokonania różnicy ciśnień między zbiornikami:

g

d

p

p

p

E

m

ρ

−

∆

=

⋅

(3)

∆

E

r

– przyrost energii wynikający z pokonania pracy tarcia przy przepływie cieczy w rurociągu

ssawnym i tłocznym (straty na tarcie zostały wyrażone w postaci wysokości ssania

s

h

∆

∑

i podnoszenia

t

h

∆

∑

, które należałoby dodać aby zastąpić pracę tarcia pracą podnoszenia

wody):

(

)

r

s

t

E

m g

h

h

∆

=

⋅ ⋅

∆

+

∆

∑

∑

(4)

∆

E

k

– przyrost energii kinetycznej cieczy w układzie wynikający z różnicy prędkości cieczy

wypływającej c

d

ze zbiornika dolnego i wpływającej c

g

do zbiornika górnego:

2

2

2

g

d

p

c

c

E

m g

−

∆

=

⋅ ⋅

(5)

1.2.3.

Podstawowe wielkości charakteryzujące pracę pompy i układu hydraulicznego

Ze wzoru (1) wynika zależność określająca tzw. użyteczne ciśnienie pompowania

∆

∆

∆

∆

p

r

(w Pa, lub –

rzadziej – w metrach), czyli jeden z najważniejszych parametrów pracy pompy w układzie hydraulicznym:

(

)

(

)

(

)

2

2

2

g

d

r

r

g

d

s

t

c

c

p

g H

p

p

g

h

h

ρ

ρ

ρ

−

∆

=

⋅ ⋅

+

−

+

⋅ ⋅

∆

+

∆

+

∑

∑

(6)

W układzie pompowym (rys. 2) najczęściej mierzy się ciśnienia na wlocie i wylocie pompy (p

s

i p

t

).

Ciśnienia te zatem uwzględniają ciśnienia panujące w zbiornikach, ciśnienia hydrostatyczne oraz ciśnienie
potrzebne na pokonanie strat w rurociągach tłocznym i ssawnym. W takim razie zależność (6) można zapisać
jako:

(

)

(

)

2

2

2

t

s

r

t

s

c

c

p

g m

p

p

ρ

ρ

−

∆

=

⋅ ⋅

+

−

+

(7)

Ciśnienie na ssaniu pompy p

s

jest ważne z punktu widzenia bezpiecznej i ekonomicznej

eksploatacji pompy. Projektując i eksploatując pompy nie wolno dopuszczać do powstania groźnego dla
pompy zjawiska kawitacji. Zjawisko kawitacji, skomplikowane w swej naturze, polega ogólnie rzecz biorąc
na tworzeniu się poduszek parowych w obszarze, w którym ciśnienie bezwzględne spada poniżej ciśnienia
parowania cieczy (najbardziej narażony jest obszar wlotowy pompy). W następstwie zjawiska kawitacji

zmniejsza się wydajność pompy, ciśnienie tłoczenia zaczyna wahać się gwałtownie w dużych granicach,
występują silne uderzenia wody, mogące prowadzić do uszkodzenia wirnika. Dla uniknięcia kawitacji musi
być spełniony warunek, aby ciśnienie bezwzględne na wlocie do pompy było zawsze większe od ciśnienia
parowania pompowanej cieczy p

n

.

Producenci dla każdej pompy w zależności od jej konstrukcji i przeznaczenia (temperatury

pompowanej cieczy) podają ustaloną doświadczalnie antykawitacyjną nadwyżkę ciśnienia

∆

∆

∆

∆

p

cav

określającą o ile wartość p

s

ma być większa od wartości p

n

, dla uniknięcia kawitacji. Trzeba podkreślić, że

ciśnienie ssania nie jest cechą danej pompy, a zależy od warunków jej pracy.

Obok użytecznego ciśnienia pompowania do najważniejszych parametrów charakteryzujących pracę

pompy należy jej wydajność Qɺ (masowa w kg/s lub objętościowa w m

3

/s). Określa się ją na ogół w króćcu

tłocznym przy określonym ciśnieniu pompowania pompy.
Z analizy zależności (1) – (6) wynika, że niektóre składniki użytecznego ciśnienia pompowania zależą od
wydajności pompy (prędkości przepływu). Często suma tych ciśnień nazywana jest ciśnieniem dynamicznym

∆

p

dyn

:

(

)

(

)

2

2

2

2

g

d

dyn

s

t

c

c

p

g

h

h

C Q

ρ

ρ

−

∆

=

⋅ ⋅

∆

+

∆

+

=

⋅

∑

∑

ɺ

(8)

Pozostałe składniki stanowią tzw. ciśnienie statyczne

∆

p

st

– niezależne od wydajności:

(

)

st

r

g

d

p

g H

p

p

ρ

∆

=

⋅ ⋅

+

−

(9)

Znajomość parametrów układu pompowego pozwala na wykreślenie charakterystyki

( )

r

p

f Q

∆

=

ɺ

,

nazywanej często charakterystyką rurociągu lub oporów (rys. 3).

Rys. 3. Charakterystyka układu pompowego (rurociągu).

Na rys. 4. pokazano przykładowe charakterystyki układów pompowych w energetyce: dla układu zasilania
kotła parowego, gdzie użyteczne ciśnienie pompowania (równe prawie w całości ciśnieniu statycznemu)
wynika przede wszystkim z bardzo dużej różnicy ciśnień między zbiornikiem wody zasilającej a walczakiem
oraz dla otwartego układu chłodzenia skraplacza turbiny, gdzie ciśnienie statyczne wynika tylko z różnicy
wysokości między zbiornikiem wody a skraplaczem.

a)

b)

Rys. 4. Przykładowe charakterystyki: układu chłodzenia skraplacza (a) i układu zasilania kotła wodą (b).

Kolejną wielkością charakteryzującą pompę jest jej moc. Najczęściej określa się moc na wale

pompy P

w

, czyli moc pobieraną przez pompę i dostarczaną przez silnik napędowy (lub zespół napędowy, np.

w przypadku sprzęgła hydrokinetycznego). Moc na wale pompy można wyznaczyć bezpośrednio, mierząc
moment napędowy na wale pompy (na hamowni) lub pośrednio poprzez pomiar lub obliczenie poboru mocy
przez silnik elektryczny:

w

s

s

P

P

η

=

⋅

(10)

gdzie: P

s

– moc elektryczna silnika napędowego (zmierzona);

η

s

– sprawność silnika.

Moc na wale pompy można także wyliczyć „od drugiej strony” – obliczając moc przekazaną cieczy w
pompie (czyli tzw. moc użyteczną P

e

) i uwzględniając sprawność pompy:

e

w

p

p

P

Q

p

P

η

η

⋅ ∆

=

=

ɺ

(11)

gdzie: Qɺ - wydajność pompy w m

3

/s;

η

p

– sprawność pompy.

Sprawność pompy

η

η

η

η

p

zawiera się zwykle w granicach od 0,7 do 0,8. Jest to tzw. całkowita sprawność

pompy i z definicji jest określana jako stosunek mocy użytecznej pompy do mocy na wale:

e

p

w

s

s

P

Q

p

P

P

η

η

⋅ ∆

=

=

⋅

ɺ

(12)

Znamionową prędkość obrotową n wirników pomp dobiera się w zależności od ich wydajności i

ciśnienia pompowania . Pompy wody zasilającej o najwyższych z występujących w elektrowniach
użytecznych ciśnieniach pompowania buduje się na n = 50 obr/s przy wydajnosciacn poniżej 0,1 m

3

/s i na

n = 65 obr/s przy wydajnościach większych. Pompy skroplin, których ciśnienia robocze są znacznie

mniejsze/ budowane są na prędkości obrotowe 12-24 obr/s, a wirniki pomp wody chłodzącej o największych
wydajnościach do 5 m

3

/s i na małe ciśnienia mają tylko około 8 obr/s.

Wielkością charakteryzującą pompy wirowe bardzo przydatną przy prawidłowym doborze typu

pompy do określonego układu pompowego (zadanych wartości

∆p i Q) jest tzw. kinematyczny wyróżnik

szybkobieżności n

SQ

zdefiniowany jako wartość prędkości obrotowej pompy geometrycznie podobnej, która

przy ciśnieniu pompowania 9806,6 Pa (1 m H

2

O) miałaby wydajność 1 m

3

/s. Wyróżnik szybkobieżności

pompy o danych parametrach: prędkości obrotowej n [obr/min], ciśnieniu pompowania (wysokości
podnoszenia)

∆

p

[m] i wydajności Q [m

3

/h] oblicza się z zależności:

(

)

1
2

3
4

SQ

n Q

n

p

⋅

=

∆

(13)

Wyróżniki szybkobieżności charakteryzują w sposób poglądowy i jednoznaczny typ wirnika pompy.
Wartość n

SQ

wzrasta ze wzrostem wydajności i prędkości obrotowej i maleje ze wzrostem ciśnienia

pompowania. Zatem pompy o dużym ciśnieniu i małej wydajności są pompami wolnobieżnymi, zaś o
małych ciśnieniach i dużych wydajnościach – pompami szybkobieżnymi (nie mylić z wolno- lub
szybkoobrotowymi)

1.2.4.

Charakterystyki pompy

Przy doborze pompy do danego układu hydraulicznego konieczna jest wiedza jak zmieniają się jej

parametry (ciśnienie, moc, sprawność) przy zmianie wydajności. Na ogół określa się to poprzez tzw.
charakterystyki pomp:

•

charakterystykę przepływu:

( )

p

f Q

∆ =

ɺ ;

•

charakterystykę poboru mocy:

( )

w

P

f Q

=

ɺ ;

•

charakterystykę sprawności:

( )

p

f Q

η

=

ɺ .

Podstawowe charakterystyki pomp podaje się dla stałej (znamionowej) prędkości obrotowej pompy

(rys. 5). Charakterystyki te wyznacza się w układzie, w którym istnieje możliwość zmiany wydajności, np.
poprzez dławienie zaworem na króćcu tłocznym pompy. Podobnie można wyznaczyć charakterystyki przy
różnych prędkościach obrotowych pompy – tutaj należy dodatkowo dysponować odpowiednim napędem
zmiennoprędkościowym.

Do analitycznego wykreślenia charakterystyki pompy wirowej przy prędkości innej niż znamionowa,

można także posłużyć się zależnościami wynikającymi z teorii podobieństwa. Zależności te pozwalają
przekształcić dany punkt charakterystyki dla prędkości n

1

na punkt „podobny” na charakterystyce

odpowiadającej prędkości n

2

:

1

1

2

2

Q

n

Q

n

=

ɺ

ɺ

(14)

2

1

1

2

2

p

n

p

n





∆

=





∆





(15)

3

1

1

2

2

P

n

P

n





=









(16)

Wzory te są słuszne dla założenia, że sprawność pompy przy przechodzeniu z jednej charakterystyki na
drugą, nie ulega zmianie. Błąd wynikający z tego założenia wzrasta z wartością zmiany prędkości obrotowej.
Na rys. 6. pokazano graficzną interpretację zależności (14) i (15).

Rys. 5. Przykładowe charakterystyki pompy wirowej.

Rys. 6. Przekształcanie charakterystyki przepływowej pompy zgodnie z teorią podobieństwa.

1.2.5.

Współpraca pompy z układem (rurociągiem). Punkt pracy

Jeżeli we wspólnym układzie współrzędnych wykreśli się charakterystykę układu (rurociągu)

( )

r

p

f Q

∆

=

ɺ i charakterystykę przepływową pompy

( )

p

f Q

∆ =

ɺ , to ich punkt przecięcia jest tzw. punktem

pracy układu i określa parametry pracy pompy (rys. 7). Wynika to z równości natężenia przepływu rurociągu
z wydajnością pompy, której to wartości odpowiada jednocześnie wartość oporów w rurociągu i ciśnienie
pompowania pompy.

Przy wzroście oporów przepływu w rurociągu (linia przerywana) równowaga w układzie zostanie

zachwiana, ponieważ pompa nie jest w stanie wytworzyć większego ciśnienia (

∆

p

B

) przy tej samej

wydajności Q

A

. W konsekwencji nastąpi w układzie zmniejszenie przepływu do nowej wartości Q

B

,

odpowiadającej nowemu punktowi pracy B, w którym ciśnienie pompowania będzie znów dopasowane do
oporów w rurociągu. W ten sposób nastąpiło samorzutne dostosowanie się parametrów pracy pompy do
warunków układu. Tę cechę pompy nazywa się zdolnością do samoregulacji pompy wirowej.

Rys. 7. Współpraca pompy z rurociągiem i wyznaczanie punktu pracy.

Pompa jest prawidłowo dobrana do współpracy z układem (rurociągiem), gdy jej punkt pracy wypada

przy maksymalnej sprawności, co jest równoznaczne z tym, że pompa pracuje ze znamionową wydajnością i
ciśnieniem. Jeżeli ten warunek nie jest spełniony, zwiększa się zużycie energii na pompowanie z powodu
pogorszenia sprawności pompy.

2.

WYKONANIE ĆWICZENIA

2.1.

Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest nabycie umiejętności wyznaczania charakterystyk w układzie hydraulicznym

pompy wirowej oraz określenie podstawowych parametrów pracy pompy. Metody i przyrządy pomiarowe
użyte w ćwiczeniu stanowią też dobrą ilustrację do poznania sposobów pomiaru natężenia przepływu
i ciśnienia w układach hydraulicznych.

2.2.

Opis stanowiska laboratoryjnego

Stanowisko do badania pomp odśrodkowych jest stanowiskiem uniwersalnym, na którym – oprócz

zagadnień określonych w instrukcji – badać można również zagadnienia związane z regulacją wydajności
i współpracą równoległą pomp. W zakresie objętym niniejszą instrukcją wykorzystane będą urządzenia
i przyrządy pokazane na rys. 8.

Rys. 8. Schemat stanowiska do badania pompy odśrodkowej

1 – zbiornik górny, 2 – zbiornik dolny, 3 – pompa odśrodkowa, 4 – silnik napędowy, 5 – rurociąg ssawny, 6 – rurociąg tłoczny, 7 –

manometr na króćcu ssawnym, 8 – manometr na króćcu tłocznym, 9 – zawór dławiący, 10 – kryza do pomiaru przepływu, 11 –

zawór pięciodrogowy, 12 – przetwornik różnicy ciśnień, 13 – pulpit sterowniczo-pomiarowy, 14 – zawór spustowy na rurze

łączącej zbiorniki.

Badana pompa jest pompą odśrodkową napędzaną silnikiem prądu stałego o regulowanej prędkości

obrotowej. Układ hydrauliczny współpracujący z pompą stanowią dwa zbiorniki wodne otwarte: górny i
dolny (połączone ze sobą) oraz rurociągi ssawny i tłoczny. Pompa przepompowuje wodę ze zbiornika
dolnego do górnego. Na stanowisku zainstalowano niezbędne przyrządy pomiarowe, a mianowicie
manometry do pomiaru ciśnienia na wlocie i wylocie pompy oraz zwężkę pomiarową (kryzę) do pomiaru
natężenia przepływu w rurociągu tłocznym. Ponadto mierzone są takie wielkości, jak prąd i napięcie
zasilające silnik napędowy oraz prędkość obrotowa pompy. Wszystkie mierniki (oprócz manometrów)
umieszczone są na pulpicie sterowniczym, na którym zainstalowano również nastawnik obrotów pompy. Na
rurociągu tłocznym zamontowano zawór regulacyjny do dławienia przepływu.

Pomiar natężenia przepływu jest pomiarem zwężkowym – sygnał różnicy ciśnień jest podawany

poprzez specjalny zawór pięciodrogowy do przetwornika różnicy ciśnień o charakterystyce pierwiastkującej.
Sygnał prądowy z przetwornika jest następnie mierzony w układzie woltomierza cyfrowego wyskalowanego
w jednostkach natężenia przepływu (kg/s).

Zawór pięciodrogowy służy do odpowietrzania układu pomiaru ciśnienia różnicowego i stanowi

również zabezpieczenie czujnika przetwornika ciśnienia przez podaniem ciśnienia statycznego. Na rys. 9.
pokazano schemat zaworu i kolejność czynności jakie należy wykonać w celu odcięcia przetwornika lub
odpowietrzania układu.

Rys. 9. Kolejność wykonywania czynności na zaworze pięciodrogowym (podczas pracy pompy).

2.3.

Program ćwiczenia

2.3.1.

Czynności wstępne

Przed przystąpieniem do pomiarów należy zapoznać się ze stanowiskiem, w szczególności

z rozmieszczeniem urządzeń oraz przyrządów pomiarowych i sterujących. W razie potrzeby należy
uzupełnić wodę w zbiorniku dolnym – poziom nie powinien przekraczać wysokości ok. 10 cm poniżej
górnej krawędzi zbiornika.

•

Należy sprawdzić stan i położenie zaworów na stanowisku:

-

zawór spustowy na pionowej rurze łączącej zbiorniki powinien być w pozycji otwartej;

-

zawór dławiący na rurociągu tłocznym powinien być całkowicie otwarty;

-

zawór pięciodrogowy powinien znajdować się w pozycji normalnej pracy (patrz rys. 9).

•

Należy spisać z tabliczek znamionowych dane dotyczące pompy i silnika napędowego oraz opisać

przyrządy pomiarowe wykorzystywane w ćwiczeniu: manometry, przetwornik pomiarowy, mierniki
elektryczne zamontowane na pulpicie.

•

Uruchomienie układu pompowego należy przeprowadzić za zgodą i w obecności prowadzącego

ć

wiczenie. W razie występowania przecieków w układzie hydraulicznym pompy należy niezwłocznie

zatrzymać pompę.

•

Po uruchomieniu pompy należy wykonać próbne regulacje w układzie:

-

przy całkowicie otwartym zaworze dławiącym, posługując się nastawnikiem obrotów na
pulpicie ustalić zakres regulacji prędkości obrotowej;

-

przy maksymalnej prędkości obrotowej dokonać dławienia przepływu w rurociągu tłocznym –
aż do całkowitego zamknięcia zaworu (ten stan nie powinien trwać dłużej niż kilka sekund);

-

podczas regulacji należy obserwować przyrządy pomiarowe, w szczególności poprawność
wskazań manometrów i miernika przepływu (w przypadku zakłóceń we wskazaniach tego
ostatniego, należy wykonać czynności odpowietrzające opisane na rys. 9)

2.3.2.

Pomiar charakterystyk pompy

Po uruchomieniu układu pompowego należy ustawić znamionowe obroty pompy odśrodkowej.

Pomiar podstawowych charakterystyk polega na ustalaniu kolejnych punktów pracy pompy przy stałej
(znamionowej) prędkości obrotowej. W tym celu należy dławić przepływ w rurociągu tłocznym przy
pomocy zaworu i dla kolejnych pozycji zaworu dokonywać odczytów z przyrządów pomiarowych. Punkt
pracy przy maksymalnym zdławieniu (nie całkowitym!) należy tak ustalić, aby pomiary przepływu i ciśnień
były wiarygodne (do ok. 30% wydajności maksymalnej).
Podczas dławienia przepływu prędkość obrotowa pompy może się samoistnie zmieniać (maleć) – należy ją
przy każdym ustalaniu punktu pracy korygować za pomocą nastawnika obrotów. Z tego powodu prędkość
obrotowa ustawiona na wstępie nie może być prędkością maksymalną!
Dla poprawnego określenia charakterystyk należy dokonać pomiarów dla co najmniej 6 punktów pracy.

Powyższe pomiary należy powtórzyć dla prędkości mniejszej od znamionowej, ustalonej przez

prowadzącego ćwiczenie.

Tabela 2. Przykład tabeli pomiarowej do zdejmowania charakterystyk pompy

prędkość obrotowa n

1

=

………………obr/min

ciśnienie na ssaniu

p

s

ciśnienie na tłoczeniu,

p

t

wydajność

Q

prąd silnika

I

napięcie silnika

U

Nr

pomiaru

kPa

kPa

kg/s

A

V

1

2

⁞

prędkość obrotowa n

2

=

………………obr/min

ciśnienie na ssaniu

p

s

ciśnienie na tłoczeniu,

p

t

wydajność

Q

prąd silnika

I

napięcie silnika

U

Nr

pomiaru

kPa

kPa

kg/s

A

V

1

2

⁞

2.3.3.

Pomiar charakterystyki rurociągu

Po uruchomieniu układu pompowego należy ustawić maksymalne obroty pompy odśrodkowej oraz

całkowicie otworzyć zawór dławiący. Pomiar charakterystyki rurociągu polega na ustalaniu kolejnych
punktów pracy układu znajdujących się na charakterystyce rurociągu. W tym celu należy zmieniać prędkość
obrotową pompy i dla kolejnych ustalonych prędkości dokonywać odczytów z przyrządów pomiarowych.

Należy wykonać minimum 6 pomiarów. Ponieważ zakres regulacji prędkości jest ograniczony, punkty pracy
będą wyznaczały z dobrą dokładnością tylko część charakterystyki rurociągu.

Charakterystykę rurociągu należy zdjąć również dla częściowego zdławienia przepływu. W tym celu

należy przy maksymalnej prędkości obrotowej przykręcić zawór dławiący do pozycji odpowiadającej ok.
60 % największej wydajności pompy. Następnie należy powtórzyć pomiary wg schematu opisanego
powyżej.

Tabela 3.

Przykład tabeli pomiarowej do zdejmowania charakterystyki rurociągu

zawór dławiący całkowicie otwarty

prędkość obrotowa

n

ciśnienie na ssaniu

p

s

ciśnienie na tłoczeniu,

p

t

wydajność

Q

Nr

pomiaru

obr/min

kPa

kPa

kg/s

1

2

⁞

zawór dławiący częściowo przykręcony

prędkość obrotowa

n

ciśnienie na ssaniu

p

s

ciśnienie na tłoczeniu,

p

t

wydajność

Q

Nr

pomiaru

obr/min

kPa

kPa

kg/s

1

2

⁞

2.4.

Wykonanie sprawozdania

W sprawozdaniu należy zamieścić:

•

opis stanowiska laboratoryjnego uwzględniający charakterystykę podstawowych urządzeń i

mierników (dane pompy, silnika, manometrów, przetworników);

•

opis wykonanych pomiarów;

•

tabele pomiarowe z wynikami pomiarów wykonywanych podczas odrabiania ćwiczenia uzupełnione

o niezbędne wyniki obliczeń wielkości potrzebnych do wykreślenia charakterystyk;

•

wykorzystywane wzory i przykładowe wyniki obliczeń;

•

wykreślone charakterystyki pompy i rurociągu:

-

wykres 1

charakterystyki pompy przy dwóch prędkościach obrotowych uzyskane z pomiarów:

( )

( )

1

2

,

n n

n n

p

f Q

p

f Q

=

=

∆ =

∆ =

ɺ

ɺ

,

charakterystyka pompy przeliczona dla prędkości mniejszej od znamionowej ze

wzorów wynikających z teorii podobieństwa:

(

)

2

obl

obl

n n

p

f Q

=

∆

=

ɺ

;

charakterystyki

rurociągu

przy

dwóch

położeniach

zaworu

dławiącego:

( )

( )

,

r

r

zawór otwarty

zawór przymknięty

p

f Q

p

f Q

∆

=

∆

=

ɺ

ɺ

;

-

wykres 2

charakterystyki mocy na wale i sprawności pompy przy dwóch różnych prędkościach

obrotowych:

( )

( )

( )

( )

1

2

1

2

,

,

,

w

w

p

p

n n

n n

n n

n n

P

f Q

P

f Q

f Q

f Q

η

η

=

=

=

=

=

=

=

=

ɺ

ɺ

ɺ

ɺ

;

charakterystyka mocy na wale przeliczona dla prędkości mniejszej od znamionowej ze

wzorów wynikających z teorii podobieństwa:

(

)

2

wobl

obl

n n

P

f Q

=

=

ɺ

;

•

obliczenie wyróżnika szybkobieżności pompy n

SQ

dla jej parametrów znamionowych;

•

uwagi i wnioski, w szczególności na temat:

-

poprawności uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń (zgodności z założeniami
teoretycznymi, danymi znamionowymi pompy),

-

dokładności pomiarów i obliczeń,

-

oceny technicznej badanej pompy, w tym jej sprawności.

Ważne uwagi

Opracowanie wyników pomiarów należy wykonać zgodnie z teorią przedstawioną w p. 1. niniejszej

instrukcji. Wyniki obliczeń należy prezentować z dokładnością odzwierciedlającą dokładność
wykonywanych pomiarów oraz przyjęte założenia upraszczające.

Wykresy charakterystyk należy wykonać przy pomocy programów komputerowych umożliwiających

aproksymację średniokwadratową punktów pomiarowych (punkty pomiarowe, także te wynikające z
obliczeń, muszą być naniesione na wykresy). Oznacza to, że wykreślane linie mają być uśrednione i
wygładzone tak, aby maksymalnie odzwierciedlały fizykę zjawisk a suma odległości od punktów
pomiarowych była minimalna.

Charakterystyki przeliczone na podstawie teorii podobieństwa należy wykreślić w oparciu

o przekształcone punkty pomiarowe (wszystkie) z zachowaniem zasad opisanych powyżej.

W przypadku umieszczania na wspólnym wykresie charakterystyk różnych wielkości fizycznych

(moc i sprawność), należy przyjąć i oznaczyć różne skale dla tych wielkości.

Do obliczeń sprawności i mocy na wale pompy należy wykorzystać charakterystykę sprawności

silnika napędowego przedstawioną poniżej. Moc pobieraną przez silnik prądu stałego oblicza się jako
iloczyn napięcia zasilającego i prądu pobieranego przez silnik:

s

P

U I

=

⋅ .

3.

LITERATURA

1.

„Praca zbiorowa pod redakcją M. Mieszkowskiego: „Pomiary cieplne i energetyczne”. WNT, Warszawa

1985.

2.

M. Stępniewski: „Pompy”, WNT, Warszawa 1985.