Pompy służą do podnoszenia cieczy(lub miesz. cieczy z ciałami stałymi np. pulpy) z poziomu niższego na wyższy lub do przetłaczania cieczy z obszaru o mniejszym ciśnieniu do obszaru o większym ciś. Powoduje to wytworzenie się różnicy (gradientu) ciś. między stroną ssącą i tłoczoną ruchomego elementu (tłoka, skrzydełka, rotora, wirnika). Podczas pracy niezbędne jest zewnętrzne źródło energii mechanicznej (np. od silnika elektr., spalinowego, parowego, turbiny wodnej, wietrznej względnie siły mięśni zwierząt, ludzi) dla ruchu pompy, która z kolei przekazuje ją cieczy za pośrednictwem ruchomego elementu tzw. organu roboczego. POMPY są maszynami hydraulicznymi biernymi, bowiem podczas pracy pobierają energię z zewnątrz. POMPOTURBINY są maszynami wodnymi odwracalnymi-biernymi, gdy okresowo pracują jako pompy lub maszynami czynnymi gdy pracują jako silniki (turbiny) wodne.KRYTERIA klasyf.: I. Wg. sposobu podnoszenia cieczy z przestrzeni ssawnej do tłocznej: a) p. wyporowe - których działanie polega na wyparciu lub pobraniu porcji cieczy z obszaru ssawnego lub dopływowego po wykonaniu odpowiedniego ruchu (przesunięcia, obrotu lub przesunięcia i obrotu) specjalnego organu roboczego do obszaru tłocznego. Charakterystyczną ich cechą jest szczelne oddzielenie obszaru ssawnego od tłocznego i dlatego po unieruchomieniu organu roboczego niemożliwy jest dotychczasowy i wsteczny przepływ cieczy. b) p. wirowe - których działanie polega na ruchu obrotowym organu roboczego (wirnika) zwiększającego kręt lub krążenie cieczy przepływającej przez jego wnętrze. Charakterystyczną cechą tego rodzaju pomp jest to że nie ma szczelnego oddzielenia obszaru ssącego od tłocznego i dlatego po unieruchomieniu organu roboczego natychmiast pojawia się powrotny kierunek przepływu cieczy. Aby temu zapobiec wyposaża się układ pompy wirowej w dodatkową armaturę (zawory zwrotne). II. Wg. rodzaju źródła energii napędzającej ruchomy organ roboczy: a) pompy z napędem ręcznym (mięśni zwierząt i ludzi), b) p. z napędem mechanicznym (silniki elektr. spalin. parowe, wietrzne i wodne), III. Wg. ukształtowania wirnika i przestrzeni tłocznej nadających cieczy charakter. kierunek ruchu: Działanie tych pomp polega na obrocie wirnika którego odpowiednio ukształtowane łopatki wymuszają przepływ cieczy od strony ssawnej do strony tłocznej. Obniżone ciśnienie na wlocie do pompy powoduje ssanie, zaś energia mechan. przekazana od silnika na wirnik powoduje zwiększenie krętu cieczy lub pulpy podczas ich przepływu przez jej wnętrze. Pompy kręte o różnie ukształtowanych wirnikach i ich obudowie powodują różne pola prądu, dając podstawy do wyłonienia kolejnego kryterium podziału: a) p. odśrodkowe (centryfugalne) - w których ciecz (pulpa) dopływa do wirnika równolegle do osi wału na którym jest on osadzony natomiast odpływa z wirnika prostopadle do tej osi pod wpływem siły odśrodkowej działającej na cząstki przepływającej cieczy. b) p. helikoidalne - o ukośnym przepływie cieczy przez wirnik, posiadają bezłopatkową kierownicę i spiralny lub cylindryczny kanał zbiorczy. Wirniki tych pomp mogą być zamknięte lub otwarte oraz mają łopatki o krzywiźnie przestrzennej. c) p. diagonalne - w których ciecz dopływa do wirnika równolegle do osi wału, zaś odpływa z wirnika pod pewnym kątem. d) p. śmigłowe - o osiowym przepływie cieczy przez wirnik którego łopatki kształtem zbliżone są do śmigła wieloramiennego. Kierownica łopatkowa umieszczona jest poza wirnikiem. Łopatki wirnika mogą być stałe lub o nastawialnym kącie pochylenia - zazwyczaj stos. są w przypadku dużych wydajności i małych wysokości podnoszenia,
|
Uderzenia hydrauliczne Uderzenia hydrauliczne zachodzą w kanałach otwartych(bezciśnieniowych), a zwłaszcza w rurociągach ciśnieniowych podczas transportu cieczy. Uderzeniami towarzyszy gwałtowny i krótkotrwały przyrost lub spadek ciśnienia w rurociągach względnie w kanałach otwartych spiętrzenia lub depresja. Uderzenia wynikają z szybkiej zmiany prędkości przepływu cieczy przez rurociąg lub kanał. Wywołane są one szybkimi zmianami lub otwieraniem zaworu zasuw klap zwrotnych, oraz zatrzymywaniem lub uruchomieniem pomp lub turbin wodnych. Klasyfikacja pomp uderzenia dodatnie - gdy następuje wzrost ciśnienia w wyniku zmniejszenia prędkości przepływu, następuje zamiana Ek na Ep(ciśnienie)uderzenia ujemne - towarzyszy im spadek ciśnień i wzrost prędkości przepływu , są to zjawiska szybkozmienne. W rurociągu dodatnie uderzenia hydrauliczne mogą powodować wzrost ciśnienia nawet kilkakrotnie większej od ciśnienia roboczego. W efekcie może nastąpić deformacja lub rozerwanie rurociągu. W korytach i kanałach efektem tego jest podwyższenie stanu wody przy zasuwach pomp i turbinach wodnych. W praktyce hydrotechnicznej zmusza to do stosowania wyższych obwałowań i przelewów bocznych. Ujemne uderzenia hydrauliczne powodowane są gwałtownym otwieraniem zasuw, włączaniem do pracy pomp i turbin. Spadek ciśnienia jest gwałtowny i w rurociągach może powodować podciśnienie , które deformuje rurociąg , utrudnia przepływ. W korytach otwartych tego rodzaju uderzenie niszczy umocnienia skarp , gdyż powstaje tzw. ciśnienie spływowe powodujące osuwiska na skarpach . Uderzenia hydrauliczne dodatnie i ujemne są wynikiem bezwładności masy cieczy która przepływa w rurociągu lub kanale. Prekursorem badań nad uderzeniami był Żukowski w 1898 r kontynuatorem był Włoch Lorenzo Allievi (1903) , który rozpracował je tak dokładnie, że jego następcom pozostało doświadczalne sprawdzenie wyników lub dopracowanie wybranych zagadnień specjalnych (tutaj rysunek) W rozważaniach nie uwzględnia się spadku ciśnień pod wpływem hydraulicznych strat miejscowych na wlocie cieczy ze zbiornika do rurociągu(A) , jak również straty hydrauliczne na długości (L). Zakładając, że nastąpi gwałtowne zamknięcie zasuwy w ptk. B takie , że czas zamknięcia zasuwy t2 =0 a ciecz jest nieściśliwa. Ponad to przyjmuje się , że rurociąg nie jest sprężysty (nieodkształcalny) to masa płynącej cieczy powoduje wzrost ciśnienia do nieskończoności. W przyrodzie i technice mamy do czynienia z cieczą rzeczywistą i odkształcalną. Efektem tego jest redukcja bezwładności cieczy. Najpierw zatrzymują się warstwy przy zaworze B wzrost ciśnienia o AP w wyniku zamiany Ek w Ep następuje to wzdłuż przewodu, od pkt. B do A, wywołuje ona rozszerzenie się ścian rurociągu . tego rodzaju zjawiska przebiegają z dużą prędkością, którą nazywa się prędkością rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej. Fala ta po przebyciu odcinka od zaworu B do A przebiega z powrotem od A do B w postaci fali powrotnej i znów nastąpi jej odbicie oraz powtarzanie zjawiska dopóty, dopóki nie nastąpi zanik tej fali, ustabilizuje się ciśnienie do wartości Pa + ρ*g*h. Ciśnienie przejścia fali uderzeniowej nazywa się okresem fali, który jest od zaworu B do zb. A i z powrotem od A do B. T=2L/c gdzie c - prędkość rozchodzenia się fali w m/s , l - odległość od zaworu B do A. Klasyfikacja uderzeń hudraulicznych 1. dodatnie uderzenia a) proste b)nieproste Czas przebiegu okresla się zewz.T=2l\c.Oznaczając czas całkowitego zamknięcia zaworu przez tz,wówczas zachodzą dwa przypadki 1)tz<T- uderzenia proste 2)tz>T Wg ad.1 L>ct2/2 co ozn. ze uderzenia proste następuje w długich rurociągach lub przy szybkim zamykaniu zaworu. |
Natychmiastowe(momentalne)tj. w zaworze kulowym, całkowite zamknięcie zawaru powoduje zawsze dodatnie, proste uderzenia niezależne od dł. przewodu. Wg ad.2 dodatnie nieproste uderzenia powstają gdy czas zamykania zasuwy tz>T(czasu uderzenia)Fala odbitadobiega do wylotowego konca przewodu wczesniej niż będzie zamykany zawór. Ponieważ ujemna fala zmniejsza cisnienie w przewodzie to nieprostych uderzeniach nastapi wzrost cisnienia w przekroju wylotowym i będzie mniejszy w stosunku do prostego uderzenia hydraulicznego L<ctz/2 ozn. to ,ze zjawisko uderzenia nieprostego następuje w krótkich przewodach lub przy powolnym zamykaniu zaworu. Jest to jednak złożone zjawisko, które utrudnia okreslenie przyrostu ćisnienia . w praktyce posługuje się przyblizonym wzorem Zukowskiego Δp/Δpmax=T/t2 gdzie ∆p-przyrost cisn. przy uderz. nieprostych, gdy tz>T, ∆p max-przyrost maxcisn przy uderz. prostych tj.gdy t2<T. zazwyczaj korzystniejszy jest wz.Morowa Δp/γ=(2H*H)/(2-H) gdzie H-bezwymiarowy wspołczynnik charakteryzujący długosc przewodu ,okresla się go ze wz. H=(l*V)/(g*h*t2) gdzie vo-predk.przed uderzeniem,H-wzniesienie zwierciadła w zbiorniku nad osia przewodu. Jest dokladnie gdy H<0,5 2) Ujemne uderzenia hydrauliczne -podobnie jak dodatnie mogą być osiagniete gdy:a)t2<T proste b)tz<T nieproste.ad1) największy spadek cisn.oblicza się ze wz. Δp/γ=cV/g ad2)należy wyzn.wg. Czertousowa Δp'/γ=(2H*H)/(1+H); H=L*V0/hgt2 Sposoby zapobiegania i wykorzystania uderzen hydraulicznych. Podczas uderzen hydr.wyst.zmiany cisnienia ,wzrost lub spadek cisn., które w przypadku uderzenia prostego mogą osiagac znaczne wartosci .Istnieją nastepujace sposoby zapobiegania lub ograniczania skutków uderz.hydr.a)zmniejszenie dł.rurociagu b)zwiekszenie czasu zamykania lub otwierania zasuw c)instalowanie zbiorników powietrznych lub wież wyrównawczych d)stos.zaworów bezpieczenstwa. Ad a. uderzenia hydraul. W rurociagu będą tym mniejsze im krotszy będzie rurociag, sugeruje to stosowanie przewodów do transportu cieczy o mozliwie krótkiej długosci. Jeżeli L<ct2/2 wystepuje wówczas zjawisko nieprostego uderzenia hydraul.,któremu towarzyszy znacznie mniejszy wzrost cis.niż przy uderzeniach prostych. Ad b)gdy zawór zamykany jest powodem iż t2>2l/c wówczas uderzenie jest nieproste , a przyrost (wzrost lub spadek) cisn. Będzie mniejszy niż przy uderzeniu prostym. Przy mozliwosci zapewnienia w przewodzie przyrostu cis. niewiekszego od zadanego wówczas czasu zamykania zaworu okresla wz. t2 > [(γ*V*l)/(gΔp)]+l/c Ad c)osłabienie uderz.hydraul.następuje w zbiorniku powietrznym, które polega na tym, ze przyrost cisn.w przewodzie amortyzowany jest przez poduszke powietrzna w zbiorniku, która uniemozliwia rozprzestrzenienie się w góre uderz.hydraulicznych. w tym celu zb. powinnien mieć dostateczna pojemnosc. Ad d) Oprócz zbiornikow i wież stosuje się zawory bezpieczenstwa, ich konstrukcja i zasada działania jest rózna np. w wodociagach stosuje się zawory bezpieczenstwa Kozłowskiego. Przykładem wykorz.uderz. hydraul moze być taran hydrauliczny. Słuzy on do podnoszenia wody bez zast. silników.(jest rys) Zbudowany jest z: rcirurociag cisnieniowy ok. 10-20 m, KR komora robocza, A -zawór uderzeniowy, B-zawor cisnieniowy, K-kołpak,rt- rurociag tłoczny |
e) p. (maszyny wodne) odwracalne - mogą być pompoturbinami gdy dominuje czas pracy jako pompy lub turbinopompami gdy ponad 50% czasu pracy ta maszyna wodna działa jak turbina. Możliwości odwracalnej funkcji uzyskano przez odpowiednie ukształtowanie części hydraulicznych. Zmianę kierunku przepływu wody przez wirnik uzyskuje się przez ustawienie śmigłowych łopatek lub przez zmianę kierunku obrotu wału. Ponadto istnieją rozwiązania konstrukcyjne o niezmiennym kierunku obrotu, gdyż składające się z dwu oddzielnych wirników: turbinowego i pompowego. osadzonych na wspólnej osi. IV. Wg. liczby wirników umieszczonych szeregowo w pompach odśrodkowych: a) p. jednostopniowe (jednowirnikowe), b) p. wielostopniowe (wielowirnikowe) - przez które kolejno przepływa ciecz w celu zwiększenia wysokości podnoszenia (ponad 100m słupa wody). V. Wg. wielkości wytwarzanego ciśnienia: a) p. niskiego ciśnienia (<20m słupa wody), b) p. średniego ciś. (20-60m sł. wody), c) p. wysokiego ciś. (>60m sł. wody). VI. Wg. sposobu doprowadzenia cieczy do wirnika: a) p. z wirnikiem o jednostronnym wlocie (p. jednostronne, jednostrumieniowe), b) p. z wirnikiem o dwustronnym wlocie (p. dwustrumieniowe, bliźniacze) w których napór osiowy jest zrównoważony co umożliwia zastosowanie zwykłych łożysk tocznych. VII. Wg położenia wału pompy: a) z wałem poziomym (poziome, leżące), b) z wałem pionowym (pionowe, stojące), c) z wałem ukośnym (skośne). VIII. Wg sposobu podparcia wału: a) z wirnikiem umieszczonym na końcu wału (wirnik wiszący, wspornikowy), b) z wirnikiem w środkowej części osi podpartej dwustronnie. IX. Wg sposobu podziału kadłuba: a) z kadłubem dzielonym w płaszczyźnie przechodzącej przez oś wału (poosiowe), b) z kadłubem dzielonym w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału. X. Wg połączenia napędu z pompą: a) bezpośrednio sprzężone (sprzęgłem elastycznym), b) pędniowe (transmisyjne). XI .Wg rodzaju pompowanej cieczy: a) pompy do cieczy zimnych, b) p. do cieczy gorących, c) p. do cieczy gorących zanieczyszczonych, d) p. do cieczy agresywnych chemicznie, e) p. do innych cieczy np. lepkich, paliw. XII. Wg warunków pracy układów pompowych: a) układ ssąco-tłoczący, b) ukł. tłoczący (przetłaczający), c) ukł. ssący (lewarowy). Użyteczna (całkowita manometryczna) wysokość podnoszenia lub całkowite ciśnienie które pompa wytwarza składa się z następujących wielkości: - geometrycznej (geodezyjnej) wysokości ssania (Hgs) stanowiącej różnicę rzędnych osi pompy i dolnego zwierciadła wody, - strat hydraulicznych na ssaniu (hss), - geometrycznej (geodez.) wysokości tłoczenia (Hgt), stanowiącej różnicę rzędnych górnego zwierciadła cieczy i osi pompy, - strat hydraulicznych tłoczeniu (hst).Wydajnością rzeczywistą pompy nazywa się natężenie przepływu (Q) w króćcu tłocznym przy określonej manometrycznej wysokości podnoszenia (Hu). Moc rzeczywistą (Nu) pompy oblicza się ze wzorów: Nu = γQHu/75 [KM], Nu = γQHu/102 [kW], γ-ciężar wł. pompowanej cieczy [kGm-3], Q-wydajność, Hu-wydajność podnoszenia [m].Równoległa współpraca pomp występuje wówczas gdy kilka pomp będzie pompować do wspólnego rurociągu tłocznego. Stosuje się ją najczęściej przy braku odpowiednich pomp podczas projektowania pompowni oraz w warunkach eksploatacyjnych gdy wzrasta dopływ cieczy niezbędny do przepompowania(np. powiększenie zapotrzebowania na wodę, zrzutu ścieków itp.) lub jest on nierównomierny w czasie i nie może być okresowo zmagazynowany w zbiornikach wyrównawczych. Szeregowa współpraca pomp odśrodkowych - w praktyce zdarza się że całkowita wysokość podnoszenia cieczy znacznie przekracza wysokość podnoszenia jaką może osiągnąć jedna pompa. W takich polega na połączeniu rury tłocznej pierwszej pompy z rurą ssącą następnej pompy. Pompy te mogą znajdować się w jednym budynku przepompowni lub w budynkach oddzielnych znacznie od siebie oddalonych. |