Charakterystyki pompy odśrodkowej.
1. Temat ćwiczenia
Ćwiczenie polega na ustaleniu metoda doświadczalną związków miedzy parametrami hydraulicznymi, mechanicznymi i elektrycznymi pompy wirowej i ich przedstawieniu w postaci „charakterystyk” pracy urządzenia
- charakterystyki podnoszenia pompy
- charakterystyki pobieranej mocy
- charakterystyki sprawności pompy.
Ponadto należy zaobserwować i przeanalizować charakter oraz efekty pracy pompy przy rożnych „wysokościach ssania”.
2. Wprowadzeni teoretyczne
Pompa jest to urządzenie mechaniczne służące do wymuszania przepływu cieczy i zwiększające energie mechaniczna przepływającego strumienia o wielkość .
Przy pracy pompy w układzie określa się trzy charakterystyczne wysokości, zwane manometrycznymi wysokościami ssania, tłoczenia i podnoszenia pompy. Są to kolejne różnice: rzędnych osi pompy i linii ciśnień tuz przed pompa, rzędnych linii ciśnień tuz za pompa i osi pompy oraz rzędnych linii ciśnień za i przed pompa.
Przy projektowaniu układów służących do pompowania cieczy z jednego zbiornika do drugiego używa się dodatkowo pojęć wysokości niwelacyjnych ssania, tłoczenia i podnoszenia. Są to kolejno różnice: rzędnych wlotu do pompy i zwierciadła w zbiorniku dolnym, rzędnej zwierciadła w zbiorniku górnym i wylotu z pompy oraz rzędnych zwierciadła w zbiornikach górnym i dolnym. Jeżeli któryś ze zbiorników jest zbiornikiem zamkniętym i panuje w nim nad- lub podciśnienie, ich wysokość uwzględnia się dodając je (z odpowiednim znakiem) do niwelacyjnej wysokości podnoszenia, co daje tzw. statystyczna wysokość podnoszenia. Podane pojęcia występują w obliczeniach projektowych jako wielkości składowe do wyznaczania wysokości manometrycznych i same nie maja wpływu na prace tych urządzeń.
Tak wiec różnice wysokości linii ciśnień przed i za pompa, czyli różnica ciśnień mierzonych przed i za pompa, wyrażona w metrach pompowanej cieczy (zwiększona o różnice wysokości punktów pomiaru) nazywana jest manometryczna wysokością podnoszenia pompy.
Wysokość podnoszenia pompy jest zmienna i zależy od natężenia przepływu. Pompa odśrodkowa może również pracować bez przepływu np. przy zamkniętym zaworze na przewodzie tłocznym. Wówczas mimo braku przepływu wytwarzana jest różnica ciśnień.
Pracująca pompa przekazuje strumieniowi cieczy pewn energie. Jej wartość podzielona przez czas, czyli moc użyteczna (przekazywana ) wynosi:
Moc pobierana przez pompę oznacza się przez Np. Ze względu na straty hydrauliczne w pompie i opory tarcia w urządzeniach musi być ona większa od mocy przekazywanej strumieniowi cieczy Nu.
Stosunek obu mocy jest miara jakości urządzenia i nosi nazwę współczynnika sprawności pompy.
Właściwości pompy (agregatu) przedstawiane są za pomocą wykresów zależności:
(1) wysokości podnoszenia pompy Hp od natężenia przepływu Q - charakterystyka hydrauliczna pompy,
(2) mocy pobieranej przez pompę lub układ pompy z silnikiem (agregat pompowy) Np od natężenia przepływu Q - charakterystyka mocy pobieranej,
(3) współczynnika sprawności od natężenia przepływu Q - charakterystyka sprawności.
3. Przebieg ćwiczenia.
W badanym zestawie zainstalowana była pompa produkcji polskiej w Zakładach Doskonalenia Zawodowego w Wyszkowie. Wartości znamionowe podane były na pompie:
Hmin = 25m; Hmax = 42 m; Qn = 3.2 m3/h; P = 0.75 kW; n = 2800 obr/min
Pomierzone wielkości umieściliśmy w tabelach:
Doświadczenie pierwsze:
Doświadczenie drugie:
3. Wykonanie obliczeń.
Wszystkie obliczenia umieściliśmy w tabelach:
Doświadczenie pierwsze:
Doświadczenie drugie:
3. Rachunek błędów.
Obliczone wartości są obarczone pewnymi błędami, wynikającymi przede wszystkim z warunków przeprowadzania pomiarów. Wartości natężeń przepływów Q obarczone są błędem najmniejszym w porównaniu z pozostałymi wielkościami - powoduje to duża dokładność odczytu wskazań manometru różnicowego M1.
Dokładność odczytu wskazań manometru z elementem sprężystym została przyjęta na 0,01 kG/cm2, a po przeliczeniu na 981 Pa.
Największą niedokładnością obarczone były odczyty wskazań manometru różnicowego M2 ze względu na niemożliwość doprowadzenia do stałego położenia słupów rtęci. Błąd tych odczytów 5mm wpłynął na błędy wartości ciśnienia ssania.
Licząc błąd pomiaru natężenia przepływu Q podstawiamy do wzoru wszystkie stałe i po uproszczeniu błąd jest równy:
Q = 3.03 * 10 -3 * Dh
Również metodą różniczki zupełnej został wyznaczony błąd wartości wysokości podnoszenia pompy Hp:
Błąd mocy użytecznej Nu:
Błąd bezwzględny mocy pobieranej wynosi +- 0.1 działki = 2 W.
Błąd wyznaczenia sprawności wynosi:
Wartości błędów dla poszczególnych wartości współczynnika sprawności zostały zestawione w tabelach:
Doświadczenie pierwsze.
Doświadczenie drugie:
Skład zespołu:
Tomasz Musiałowicz
Dariusz Matusiak
Mariusz Pawłowski
Piotr Matulka
6. Wnioski
Optymalnymi parametrami pracy pompy są: Q0.70 l/s oraz hp23m, ponieważ w tych warunkach pompa osiąga maksymalną sprawność =81% przy pobieranej mocy Np174W .
Z uwagi na to, że zbiornik z cieczą posiada małą powierzchnię przekroju poprzecznego, strumień cieczy wypływający z pompy powoduje falowanie powierzchni wody, wpływa to na dokładność odczytu ciśnienia ssania pompy.
Współczynnik przeliczeniowy watomierza przyjęliśmy = 20, a nie jak podano w temacie =8, gdyż dla takiej wartości otrzymaliśmy wyniki nierealne (sprawność powyżej 100%). Po przyjeciu współczynnika równego 20 otrzymalismy wynik obliczenia maksymalnej sprawności pompy =81% - który uznaliśmy za realny.
6