AKADEMIA GÓRNICZO

-

HUTNICZA

im. Stanisława Staszica Krakowie

GiG

Budownictwo

Przemysław Węc

Bartłomiej Urbanek

Mateusz Tylus

Rok: II

Grupa: 5/1

Rok

akademicki

2012/2013

Temat 1: Zdejmowanie charakterystyki pompy wirowej

Temat 2: Inwentaryzacja rurociągu

Data

wykonania:

09.01.2013

Data

oddania:

16.01.2013

Zwrot

do

poprawy:

Data

oddania:

Data

zaliczenia:

Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest przyswojenie wiedzy na temat pracy pompy i układu pompowego

oraz przedstawienie metody pomiarów i obliczeń wielkości charakteryzujących pompy.
Drugą częścią ćwiczenia było dokonanie charakterystyki przepływu cieczy przez rurociąg
poprzez obliczenie strat ciśnień dynamicznych i liniowych.

2. Wstęp teoretyczny.

Pompa - robocza maszyna transportowa do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na

wyższy, np. ze studni do zbiornika, albo do przetłaczania cieczy z obszaru o ciśnieniu
niższym do obszaru o ciśnieniu wyższym, np. z otwartego zbiornika do kotła parowego;
działanie pompy opiera się na wytwarzaniu różnicy ciśnień między stroną ssawną i stroną
tłoczną ruchomego elementu roboczego (czynnego).

W pompach wirowych głównym organem roboczym jest obracający się z dużą

prędkością wirnik wyposażony w łopatki. Za pomocą łopatek energia pobierana z silnika
napędzającego przenosi się na ciecz i powoduje jej przepływ przez pompę.
W celu zwiększenia wydajności i wysokości podnoszenia stosuje się pompy
wielostopniowe o szeregowo równoległym układzie wirników. Pompy odśrodkowe mają
bardzo szeroki zakres wydajności przy wysokości podnoszenia.

Pompy helikoidalne – ciecz przepływa w kierunku osiowo promieniowym. Wirnik ma

tylko jedną tarcze o kształcie zbliżonym do stożka która stanowi całość z łopatkami. Ciecz
płynie do spiralnego kanału zbiorczego w kadłubie – jednostopniowe poziome lub
pionowe. Pompy uzyskują stosunkowo dużą wydajność.

Pompy diagonalne – ciecz przepływa w kierunku osiowo promieniowo osiowym

.Wirnik podobny do helikoidalnej. Ma też kierownice z łopatkami prostującymi strugi
cieczy wypływające z silnika kierunek jest ukośny.

Pompy śmigłowe – budowane w układach pionowych i poziomych. Przepływ cieczy ma

stały kierunek osiowy. Oprócz wirnika ma kierownice usytuowana za wirnikiem.
Zadaniem łopatek kierownicy jest usprawnienie przemiany materii kinetycznej cieczy na
energię ciśnienia.

Pompy odwracalne – zadaniem tej pompy jest magazynowanie nadwyżek energii

elektrycznej w godzinach nocnych kiedy zużycie prądu jest małe. Zamiast oddzielnych
maszyn hydraulicznych stosuje się maszyny odwracalne. Maszyny te mogą pracować jako
pompy jak i turbiny. Urządzenia takie współpracują z jedną maszyną elektryczną która
pracuje jako silnik lub prądnica.

Wysokość podnoszenia jest to różnica pomiędzy ciśnieniem na wlocie i na wylocie

pompy, wyrażona w metrach słupa pompowanej cieczy, oznaczona literą H

p

. Na

wysokość podnoszenia składa się wysokość tłoczenia i wysokość ssania.

Hp=Ht + Hs

Wysokość tłoczenia jest to rzeczywista pionowa odległość między osią nasady ssawnej

pompy, a punktem najwyższego rzutu wody, mierzona w metrach.

Pt- ciśnienie tłoczenia
Pa- ciśnienie atmosferyczne
- ciężar właściwy wody

( )

So-depresja początkowa
-ciężar właściwy wody


Sprawność całkowita pompy η jest to jest to stosunek mocy użytecznej pompy do mocy

pobieranej przez pompę na wale. Sprawność całkowitą możemy obliczyć ze wzoru:

s

u

N

N

η





100 [%]

Nu- moc użytkowa pompy
Ns- moc silnika pompy

Wydajność jest to ilość cieczy jaką może dostarczyć pompa w jednostce czasu , mierzona w

dm

3

/min lub m

3

/h, wydajność oznaczamy literą Q.

Rzeczywista wydajność pompy Q

r

(Q) jest to suma natężenia przepływu w przekroju

króćca wylotowego i cieczy odprowadzanej (również przed króćcem tłocznym) na własne
potrzeby pompy np. chłodzenie łożysk, dławic itp.

Moc na wale (sprzęgle) pompy P

w

jest to moc pobierana przez pompę i określona przez

bezpośredni pomiar momentu napędzającego pompę lub określana pośrednio przez pomiar
mocy pobieranej przez silnik Ps .

P

w

= P

s

η

s

η

s

– sprawność silnika napędowego

Moc użyteczna (efektywna) pompy N

u

jest to moc zużyta na zwiększenie energii

pompowanej cieczy.

N

u

=P ×Q [W]

Charakterystyki pomp wirowych:
Przy eksploatacji pompy znajomość jej nominalnych parametrów pracy jest

niewystarczająca, ponieważ pompa bardzo rzadko pracuje w układzie przy swoich
nominalnych parametrach, podlegając regulacji narzucanej przez układ. W przypadku pomp
wirowych dostosowanie się pompy do warunków układu pompowego następuje
samoczynnie. Z tych względów konieczna jest znajomość zmian parametrów pompy w
warunkach pracy odbiegających od nominalnych. Jest to konieczne szczególnie przy
współpracy kilku pomp w układzie.

W pompach wirowych rozróżniamy trzy podstawowe charakterystyki:
- Charakterystyka przepływu H = f(Q), obrazująca zmienność wysokości podnoszenia H od

wydajności Q. Jest to główna charakterystyka pracy pompy. Niekiedy nazywana jest krzywą
dławienia, gdyż otrzymuje się ją przy badaniach pompy i zmianie jej parametrów przez
dławienie przepływu na przewodzie tłocznym.

- Charakterystyka poboru mocy pampy P

w

= f(Q), odniesiona do wału, za pomocą którego

moc silnika napędowego jest przejmowana przez pompę(w literaturze obcej często nazywana
mocą na sprzęgle pompy).

- Charakterystyka sprawności pompy η = f(Q), określająca zmianę stosunku efektywnej

mocy, zużytej na zmianę parametrów pracy, do mocy pobieranej przez pompę o zmiennej
wydajności.

Krzywe charakterystyczne otrzymujemy w wyniku przeprowadzonego badania (próby)

pompy. Zmieniając opory przepływu tłoczenia, najczęściej przez dławienie zasuwą,
zmieniamy tym samym wysokość podnoszenia H, w wyniku czego ulega zmianie wydajność
pompy Q. Otrzymujemy w ten sposób zależność H = f(Q).

Charakterystyka rurociągu jest to zależność między wysokością strat hydraulicznych w

instalacji rurociągu a natężeniem przepływu:

Δh = f(Q)

Punkt pracy pompy wyznacza się dzięki przecięciu charakterystyki pompy z charakterystyką

rurociągu.

Współczynnik strat na długości

W trakcie przepływu cieczy lub gazu rurociągiem następuje zamiana energii

mechanicznej płynu na energię cieplną spowodowana istnieniem jego lepkości. Jeżeli
przewód jest poziomy, z dwóch składników energii mechanicznej, które mogłyby się
zmieniać, tj. energii kinetycznej i energii potencjalnej ciśnienia spada tylko energia
ciśnienia, natomiast pierwszy z wymienionych składników pozostaje stały.

Spadek ciśnienia Δp zależy od następujących czynników:
• od parametrów geometrycznych rury:
a) średnicy wewnętrznej,
b) długości, na której występuje spadek ciśnienia,
c) chropowatości wewnętrznej powierzchni przewodu,
• od własności fizycznych cieczy:
a) lepkości dynamicznej,
b) gęstości,
• od wielkości charakteryzujących ruch płynu (od prędkości przepływu w).

W rurociągach mają miejsce straty energii, które powstają wskutek zmiany kierunku przepływu

cieczy w kolankach czy załamaniach, na skutek zmiany przekroju poprzecznego przewodu (np.
gwałtowne rozszerzenie lub zwężenie), w dyfuzorach, konfuzorach oraz przy przepływie przez
urządzenia dławiące, jak np. zasuwy, przepustnice, zawory itp. Tego rodzaju straty, spowodowane
przez przeszkody znajdujące się na drodze przepływu, nazywamy stratami miejscowymi lub
lokalnymi.

Wzory:

{ (

)}

g – przyspieszenie ziemskie 9,81[ m/s

2

]

h – wysokość zwierciadła wody w studni [m]
–gęstość wody 1000 [kg/m

3

]

L

i

– długość poszczególnego elementu [m]

Q

i

– przepływ w poszczególnej próbie [m

3

/h]

d

i

– średnica poszczególnego elementu [m]

k – bezwzględna chropowatość rury 0,0005 [m]

3. Otrzymane wyniki
3.1 Charakterystyka pompy dla poszczególnych przepływów

Depresja

początkowa

S

0

=

0,25 m

Ciśnienie

początkow

e

P

0

=

-0,02 MPa

Ciśnienie

Wysokość

zwierciadła

wody

Przepływ

Ciśnienie

tłoczenia

Moc

użyteczna

Wysokość

podnoszenia

Sprawnoś

ć

P

1

[MPa]

S

[m]

Q

[m

3

/h]

P

t

[MPa]

N

u

[kW]

H

p

[m]

η

i

[%]

0,52

0,43

7,05

0,57

1,13

48,27

20,47

0,51

0,48

9,97

0,57

1,57

47,3

28,47

0,49

0,52

12,98

0,55

1,97

45,3

35,77

0,47

0,56

14,02

0,53

2,05

43,3

37,25

0,45

0,61

16,96

0,51

2,39

41,31

43,39

0,42

0,67

20,02

0,48

2,65

38,31

48,25

0,41

0,72

22,2

0,47

2,88

37,35

52,43

0,38

0,76

24,04

0,44

2,93

34,33

53,19

0,35

0,8

26,12

0,41

2,96

31,31

53,88

0,3

0,87

29,12

0,36

2,9

26,28

52,82

3.2 Straty ciśnienia dla poszczególnych przepływów

Przepły

w

Q

[m

3

/h]

7,05

9,97

12,98

14,02

16,96

20,02

22,2

24,04

26,12

29,12

Straty

liniowe

[Pa]

7449

1488

25253

29462

43114

60075

73870

86623

102261

127100

Straty

miejscow
e [Pa]

13263

26524

44957

52450

76755

106950

131510

154213

182053

226274

Straty

dynamicz
ne

[Pa]

20712

41423

70210

81912

119868

167025

205380

240836

284315

353375

Straty

statyczne
[Pa]

15402

14911

14519

14126

13636

13047

12557

1214

11772

1105

Straty

całkowite
[Pa]

20712

41423

70210

81912

119868

167025

205380

240836

284315

35375

3.3 Wysokość strat ciśnienia dla poszczególnych przepływów

Przepływ Q

[m

3

/h]

7,05

9,97

12,98

14,02

16,96

20,02

22,2

24,04

26,12

29,12

Wysokość

strat
ciśnienia [m]

3,80

5,90

8,40

10

13,9

18,7

22,6

26,2

30,7

37,7

Punkt pracy pompy wyniósł: 28m dla 25 m

3

/h

y = -0,0263x

2

- 0,0202x + 45,611

y = -0,0405x

2

+ 2,2045x - 3,4175

y = -0,0737x

2

+ 4,0082x - 6,2136

y = 0,0425x

2

+ 0,0003x + 1,6792

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0

10

20

30

40

W

ys

ok

oś

ć

pod

nos

ze

ni

a

tł

oc

ze

ni

a

H

p

[

m

]

M

oc

uż

yt

e

cz

na

N

u

[hW

]

Spr

aw

noś

ć

η

i

[

%

]

W

ys

ok

oś

ć

st

ra

t

ci

śni

e

ni

a

H

t

[

m

[

Wydajność m

3

/h

3. 4 Wykres wydajności

Hp wysokośc podnoszenia
tłoczenia

Nu moc użyteczna

ηi sprawność

Ht

Wnioski :



Doświadczenie przeprowadzaliśmy dwuetapowo. Najpierw dokonaliśmy
charakteryzacji rurociągu. 2 tygodnie później zajęliśmy się charakteryzacją pracy
pompy. Sprawozdanie wymagało zbadania obu tych elementów, ponieważ
tworzą one jeden współpracujący układ.



Do badania wykorzystano pompę o mocy 5,5 kW i wydajności 36 m

3

/h. Zadane

nam było użycie 95% obrotów. Powinniśmy byli uzyskać największy przepływ
na poziomie 34,2 m

3

/h. Tak się nie stało. Zakończyliśmy nasze ćwiczenie na

przepływie 29,12 m

3

/h tj. 81%. Było to spowodowane brakiem wody w studni.

Dla uzyskanego przepływu moc użyteczna pompy wynosiła 2,9 kW czyli
ok. 53 % sprawności pompy. Warto zauważyć, że minimalnie większa
sprawność (różnica na poziomie 0,4 %) dla przepływu 24,04 % wydajności
pompy. Po przekroczeniu tej wartości wykres sprawności spada. Podobnie ma się
z wykresem mocy użytkowej pompy, która rośnie do tej granicy a następnie
powoli spada.



Wzrost przepływu wiąże się ze wzrostem strat dynamicznych. Straty statyczne
maleją. Wiąże się to ze spadkiem lustra wody w studni. Największymi stratami
okazały się straty miejscowe, ponieważ w naszym układzie brało udział wiele
elementów tj. Kolanka, dyfuzory, zawory itd. Najmniejsze straty zanotowano
dla strat statycznych. Na podstawie zebranych danych możemy wnioskować, że
straty rosną wraz ze wzrostem wydajności.



Zwiększanie przepływu jest związane z majlejącym ciśnieniem i depresją czyli
malejącą wysokością lustra wody w studni. Wynika to z poboru wody za pomocą
pompy. Wysokość podnoszenia spada wraz ze wzrostem sprawności pompy. W
trakcie badania pompa była zanurzona. Dlatego H

s

wynosi 0, natomiast H

t

to

zależność ciśnienia w studni, ciśnienia atmosferycznego i ciężaru wody. Przyjęte
wartości to :
ciśnienie atmosferyczne = 1013 hPa,
ciężar wody = 9810 N/m

3



Z wykresu odczytaliśmy punkt pracy pompy. Wartość ta wynosi około

28m dla 25 m

3

/h.