Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.1
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Badanie pompy.
1.Wstęp
Pompy są urządzeniami roboczymi służącymi do przetłaczania cieczy. Rozróżnia się
pompy wirowo i wyporowe.
Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi pompę są natężenie przepływu (Q) i
wysokość podnoszenia (H).
Charakterystyka przepływu jest to podstawowa charakterystyka hydrauliczna pomp
wirowych. Jest to zależność między wysokością podnoszenia a natężeniem przepływu
przez pompę, wyznaczona przy prędkości obrotowej n=const.
Rys.1 Typowe charakterystyki pompy odśrodkowej
Charakterystyka
stateczna jest krzywą stale opadającą i ma swoje maksimum wysokości podnoszenia
przy Q=O, podczas gdy charakterystyka niestateczna ma swoje maksimum przy Q`"O,
czyli przy tej samej wysokości podnoszenia pompa może mieć różne wydajności. Jeśli
charakterystyka przepływu jest stroma, to niewielkiej zmianie wydajności towarzyszą
duże różnice wysokości podnoszenia.
Dla pompy ze stromą charakterystyką przepływu regulacja natężenia przepływu
metodą dławienia będzie utrudniona, gdyż dławienie w nieznaczym stopniu wpływa na
zmianę jej wydajności. Pompa o charakterystyce łagodnie opadającej wymaga
szczególnie dokładnego wyznaczenia charakterystyki przepływu układu pompowego
(charakterystyki rurociągu), gdyż nieznaczna zmiana strat hydraulicznych w instalacji
powoduje duże zmiany natężenia przepływu przez pompę. Charakterystyka rurociągu
jest to zależność między wysokością strat hydraulicznych w instalacji rurociągu a
( " h = f(Q))
natężeniem przepływu 1.
Charakterystyki mocy i sprawności są to zależności między mocą zapotrzebowaną
przez pompę P i sprawnością pompy � a natężeniem przepływu Q, wyznaczone przy
stałej prędkości obrotowej. Zaletą charakterystyk nieprzeciążalnych jest niemożność
przeciążenia silnika napędzającego pompę przy wzroście natężenia przepływu ponad
wartość nominalną.
Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rys.2 Charakterystyki przepływu
Rys.3 Charakterystyki przepływu:
a - płaska
a - stateczna
b - stroma
b - niestateczna
Pole zasięgu stosowalności jest to pole w
układzie współrzędnych Q-H ograniczone dwoma dwoma skrajnymi charakterystykami
przepływu i dwoma liniami jednakowej sprawności z lewej i prawej od linii maksymalnej
sprawności. Pole zasięgu gwarantuje ekonomiczną pracę pompy w każdym swoim
punkcie.
Rys.5 Charakterystyka przepływowa: Rys.4 Pole zasięgu stosowalności
a - przeciążalna pompy
b - nieprzeciążalna
Często ze względów praktycznych stosuje się współpracę szeregową lub równoległą
kilku pomp.
Współpraca równoległa zachodzi wtedy, gdy co najmniej dwie pompy tłoczą ciecz do
wspólnego przewodu. Wydajność kilku pomp pracujących równolegle jest zawsze
mniejsza od sumy wydajności pomp pracujących niezależnie, co jest spowodowane
wzrostem oporów hydraulicznych w przewodach proporcjonalnie do kwadratu
natężenia przepływu. Przy trzech równolegle współpracujących pompach o różnych
charakterystykach przepływu, możemy uzyskać siedem różnych punktów pracy.
Współpraca szeregowa pomp zachodzi wtedy, gdy co najmniej dwie pompy dzielą
między sobą całkowitą wysokość podnoszenia układu pompowego. Wydajności pomp
w każdej chwili są takie same.
Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.3
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rys.6 Równoległa współpraca pomp o
Rys.7 Szeregowa współpraca pomp o
jednakowej charakterystyce
jednakowej charakterystyce
przepływu
przepływu
Regulacja wydajności pojedynczej pompy może odbywać się poprzez:
" zmianę prędkości obrotowej pompy
" dławienie zaworem na przewodzie tłocznym
" zastosowanie upustu
" zmianę geometrii części hydraulicznej pompy.
Regulacja poprzez zmianę prędkości obrotowej jest najbardziej ekonomiczna.
Wydajność pompy, wysokość podnoszenia i moc na wale zmieniają się zgodnie z
następującymi zależnościami:
/ = / , / = ( / , / = ( /
Q1 Q2 )2 )3 2.
n n H H n n P P n n
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Rys.8 Charakterystyka przepływowa
pompy przy różnych prędkoś-
ciach obrotowych
Sposób regulacji obrazowo przedstawia
wykres muszlowy pompy, na którym punkty
pracy, w których pompa osiąga jednakową
sprawność, połączone są liniami.
Rys.9 Wykres muszlowy pompy
Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.4
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Regulacja poprzez dławienie pompy polega na przymykaniu zaworu na przewodzie
tłocznym. Straty hydrauliczne i straty mocy ponoszone przy tym sposobie regulacji
przedstawia rys.10.
Regulacja upustowa polega na odprowadzeniu części cieczy pompowanej z przewodu
tłocznego z powrotem do zbiornika wyjściowego lub do innego odbiornika cieczy.
3.Zagadnienie doboru silnika
napędowego
Dobór silnika napędowego do
jakiegolwiek napędu obejmuje:
" wybór rodzaju napięcia
zasilania
" wybór typu silnika
" wyznaczenie mocy znamio-
nowej i prędkości znamio-
nowej.
Dla prawidłowego doboru potrzebne są
dane charakteryzujące pracę napędu
(prędkość obrotowa, przebieg
momentu na wale). Należy uwzględnić,
Rys.10 Zmiany wydajności pompy w czasie
że:
regulacji poprzez dławienie; "h -
z
a) silnik w czasie pracy nie powinien
wysokość strat hydraulicznych
nagrzewać się nadmiernie
(� d" � )
max dop
b) moment maksymalny silnika powinien być większy od maksymalnego
przewidywanego momentu obciążenia silnika
c) moment rozruchowy silnika powinien być większy od momentu oporowego
maszyny roboczej w czasie rozruchu.
Należy uwzględnić rodzaj pracy urządzenia napędzanego (ciągła, dorywcza,
przerywana).
W wypadku pompy używanej w ćwiczeniu, jest to praca przerywana S3.
Praca przerywana S3 jest to praca okresowa (o przebiegu obciążenia powtarzającym
się okresowo), podczas której każdy okres obejmuje czas pracy przy obciążeniu o
stałej wartości oraz czas postoju, przy czym czasy pracy i czasy postoju każdego
okresu nie są wystarczające do osiągnięcia przez maszynę ustalonych przyrostów
temperatury i w czasie nagrzewania, i w czasie stygnięcia. Praca ta trwa co najmniej do
chwili, gdy maszyna osiągnie stan równowagi cieplnej (wszystkie części maszyny mają
przyrosty temperatury odpowiednio równe w odpowiadających sobie chwilach kolejnych
okresów).
Względny czas pracy, czyli stosunek czasu pracy do długości trwania cyklu praca-
postój, zaznacza się w symbolu, np.S325
oznacza względny czas pracy 25%.
Dobór silnika można przeprowadzić
obliczając prąd zastępczy lub moment
zastępczy bądz
korzystając bezpośrednio
z danych katalogowych.
Moc pompy oblicza się wg zależności:
3,
= (1.05 � 1.35) �" P
P
N
Rys.11 Praca przerywana S3
Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.5
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
gdzie P - moc na wale obliczona następująco:
g �" � �" Q �" W
P = [kW]
4
�
(� - gęstość cieczy, g - przyspieszenie ziemskie).
Przy małych wydajnościch i dużych wysokościach podnoszenia pompy mogą mieć
sprawność nawet poniżej 50%.
4. Program ćwiczenia
Ćwiczenie wykonuje się na elektropompce VE-Sa2A, wyposażonej w silnik o danych:
220 V, 50 Hz, 1 A, 95 W, S340, 5 min; Q = 23 dm3/min, H = 1 m.
N N
Układ pomiarowy przedstawiono na rys.12 i 13.
1) Regulacja
wydajności
pompy
poprzez
zmianę
prędkości
obrotowej.
Uwagi:
Rys.12 Układ do pomiaru wydajności pompy
Zawór dławiący otwarty całkowicie
Zawór odcinający zamknięty dla t = 0
Zbiornik II pełny
Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.6
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rys.13 Układ do pomiaru mocy pobieranej przez silnik napędowy pompy
Kolejność czynności i przebieg pomiarów:
1. Nastawienie napięcia zasilania
2. Zamknięcie wyłącznika
3. Otwarcie zaworu odcinającego
4. Pomiary I, P , H = f(t) przy U = U , U , U = const i H = H , H , H = const, gdzie
1 1 2 3 1 2 3
P - moc pobierana przez silnik
1
I - prąd silnika
H - poziom cieczy w zbiorniku napełnianym.
Pomiarów należy dokonywać co 15 s.
Ilość przepompowanej wody należy obliczyć biorąc pod uwagę wymiary
geometryczne zbiornika.
5. Przelanie wody ze zbiornika II do I.
Prędkość wirowania pompy (silnika) należy sprawdzić przy pomocy stroboskopu.
2) Regulacja poprzez dławienie zaworem
Pomiary przeprowadza się tak samo jak w pkt.1 przy znamionowym napięciu zasilania
silnika, trzech różnych wysokościach tłoczenia i czterech różnych położeniach zaworu
dławiącego.
3) Opracowanie wyników.
Obliczenie i wykreślenie charakterystyk mocy pobieranej z sieci w funkcji wielkości
przepływu przy różnych metodach regulacji wydajności pompy.
5. Pytania kontrolne
1) Narysować zmiany wydajności pompy w czasie regulacji upustowej
2) Uzasadnić, dlaczego regulacja przy pomocy dławienia zaworu jest mało wydajna dla
pompy o stromej charakterystyce przepływu
3) Narysować charakterystykę przepływową układu trzech pomp o różnych
charakterystykach współpracujących ze sobą.
Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.7
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Normy związane.
PN-81/M-44001 - Pompy wirowe i ich układy. Wielkości charakterystyczne. Nazwy,
określenia, symbole, jednostki miar.
PN-81/M-44005 - Pompy wirowe. Pomiary wielkości charakterystycznych.