Wrocław, 13.03.2007

Charakterystyka pompy wirowej i sieci

Laboratorium z inżynierii chemicznej

SPRAWOZDANIE

Grupa 4

TCC3055l

Czwartek 15.15-17.50

Opracowali:

Ewelina Stawicka 152358 Joanna Czulak 151316 Marcin Kłak 160620

Wprowadzenie:

Pompy to maszyny przepływowe, które służą do przemieszczania cieczy w poziomie, w pionie, a także pomiędzy przestrzeniami o innych wartościach ciśnienia, w różnych instalacjach.

Osobliwość pompy wirowej polega przede wszystkim, na równomiernym przepływie cieczy, poza tym charakteryzuje się ona zwartą budową i bezpośrednim sprzężeniem z silnikiem napędowym oraz możliwością regulacji wydatku. Podstawowe elementy budowy takiej pompy to korpus i umieszczony w jego wnętrzu wirnik z łopatkami.

Pracę pompy charakteryzują związki objętościowego natężenia przepływu tłoczonej cieczy z wytworzonym ciśnieniem, z zapotrzebowaniem mocy i ze sprawnością działania. Charakterystyka pompy wiąże wytworzone ciśnienie z objętościowym natężeniem przepływu, co z kolei jest łączone z charakterystyką sieci, czyli instalacji, w której przepływa medium.

Charakterystyka sieci to zależność sumy ciśnienia dynamicznego i oporów przepływu oraz hydrostatycznego ciśnienia słupa cieczy w instalacji i różnicy ciśnień w przestrzeni zbiornika czerpalnego i odbiorczego od objętościowego natężenia przepływu.

Wzór pozwalający obliczyć ciśnienie wytworzone przez pompę podczas przetłaczania cieczy z dolnego do górnego zbiornika, gdy w obydwu z nich wartość ciśnień nad lustrem wody są identyczne:

H_u= (∆ p_s+∆ p_t )/ ρ g +H_s,t

H_u - użyteczna wysokość podnoszenia [m],

H_s,t - różnica wysokości zamocowania ciśnieniomierzy [m],

∆ p_s - podciśnienie na ssaniu [Pa],

∆ p_t - nadciśnienie na tłoczeniu [Pa],

q - gęstość wody [kg/m³],

g - przyspieszenie ziemskie [m/s²].

Cel pracy:

Należy doświadczalnie wyznaczyć charakterystyki sieci i pompy wirowej, a następnie określić parametry punktu pracy tego zespołu.

Aparatura doświadczalna:

1 - pompa wirowa,

2 - zmiennoobrotowy silnik prądu stałego,

3 - zbiornik czerpalny,

4 - zbiornik odbiorcze,

5 - przewód ssący,

6 - przewód tłoczący,

7 - zawór ssący,

8 - zawór tłoczący,

9 - wakuometr,

10 - manometr,

11 - zawór trójdrożny,

12 - zawór spustowy,

13 - blok zasilania,

14 - autotransformator.

Metodyka prowadzenia doświadczenia:

Pomiary wykonano w dwu seriach, dzięki temu z każdej z nich otrzymano odpowiednią charakterystykę.

W pierwszej części doświadczenia wykonano charakterystykę sieci dla obrotów zmiennych od 1150 obr/min do 1200obr/min. Po włączeniu aparatury, kolejno sprawdzano pomiary, zmniejszając, co jakiś czas liczbę obrotów. Odczytano wskazania manometru i zmierzono czas przyrostu objętości pięciu litrów wody.

W drugiej części eksperymentu ustalono charakterystykę pompy dla 1200 obr/min.

Wartościami podlegającymi cyklicznym zmianą było ciśnienie (od 1.0 [kG/cm²]do 0.14 [kG/cm²]), oraz zwiększająca się objętość (3 litry) cieczy.

Wartości konieczne do obliczeń:

• Przyspieszenie ziemskie g = 9.81 [m/s²]

• Gęstość cieczy tłoczonej (wody) q = 998 [kg/ m³]

• Różnica wysokości zamocowania ciśnieniomierza H_s,t = 0.65 [m]

Opracowanie wyników doświadczenia:

Dla charakterystyki sieci

1. Przeliczenie wartości ∆ p_s i ∆ p_t w [kG/cm²] na wartości w [Pa]

1 kG/cm² = 9.80665 N/m²

1 kG = 9.81 N

1 Pa = 1 N/m²

∆ p_s - spadek ciśnienia na ssaniu

∆ p_s = 0

∆ p_t - spadek ciśnienie na tłoczeniu

∆ p_t(1) = 0.50 [kG/cm²] = 0.50/(10^-2) ² [kG/m²] = 0.50x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.50x10⁴ [N/ m²] = = 49050[Pa]

∆ p_t(2) = 0.42 [kG/cm²] = 0.42/(10^-2) ² [kG/m²] = 0.42x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.42x10⁴ [N/ m²] =

= 41202[Pa]

∆ p_t(3) = 0.37 [kG/cm²] = 0.37/(10^-2) ² [kG/m²] = 0.37x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.37x10⁴ [N/ m²] =

= 36297 [Pa]

∆ p_t(4) = 0.31 [kG/cm²] = 0.31/(10^-2) ² [kG/m²] =0.31x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.31x10⁴ [N/ m²] =

= 30411 [Pa]

∆ p_t(5) = 0.26 [kG/cm²] = 0.26/(10^-2) ² [kG/m²] =0.26x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.26x10⁴ [N/ m²] =

= 25506 [Pa]

∆ p_t(6) = 0.21 [kG/cm²] = 0.31/(10^-2) ² [kG/m²] =0.21x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.21x10⁴ [N/ m²] =

= 20601 [Pa]

∆ p_t(7) = 0.18 [kG/cm²] = 0.18/(10^-2) ² [kG/m²] =0.18x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.18x10⁴ [N/ m²] =

= 17658 [Pa]

∆ p_t(8) = 0.14 [kG/cm²] = 0.14/(10^-2) ² [kG/m²] =0.14x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.14x10⁴ [N/ m²] =

= 13734 [Pa]

∆ p_t(9) = 0.1 [kG/cm²] = 0.1/(10^-2) ² [kG/m²] =0.1x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.1x10⁴ [N/ m²] =

= 9810 [Pa]

∆ p_t(10) = 0.085 [kG/cm²] = 0.085/(10^-2) ² [kG/m²] =0.085x10⁴[kG/m²] =

= 9.81x0.085x10⁴[N/m²] = 8338.5 [Pa]

2. Obliczanie wartości użytecznej wysokości podnoszenia

H_u= (∆ p_s+∆ p_t )/ ρ g +H_s,t

H_u= [Pa/ (kg/m³x m/s²)] + [m] = [(N/m²)/(kg/m²x1/s²)] + [m] =

=[((kg x m)/s²)/m²/(kg/(m²xs²)] + [m] = [m]

H_u(1) = 49050[Pa]/(998[kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 5.660[m]

H_u(2) = 41202[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 4.858[m]

H_u(3) = 36297[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 4.357[m]

H_u(4) = 30411[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 3.756[m]

H_u(5) = 25506[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 3.255[m]

H_u(6) = 20601[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 2.754[m]

H_u(7) = 17658[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 2.454[m]

H_u(8) = 13734[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 2.053[m]

H_u(9) = 9810[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 1.652[m]

H_u(10) = 8338.5[Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81[m/s²]) + 0.65[m] = 1.502[m]

3. Obliczanie wartości objętościowego natężenia przepływu

V = V/t

V= [m³/s],

gdzie:

V - objętość

t - czas zbierania odpowiedniej ilości cieczy

V₍₁₎ = 5x10^-3[m³]/18[s] = 2.778x10^-4[m³/s]

V₍₂₎ = 5x10^-3[m³]/20 [s] = 2.500x10^-4[m³/s]

V₍₃₎ = 5x10^-3[m³]/21.2[s] = 2.358x10^-4[m³/s]

V₍₄₎ = 5x10^-3[m³]/25[s] = 2.000x10^-4[m³/s]

V₍₅₎ = 5x10^-3[m³]/28.3[s] = 1.767x10^-4[m³/s]

V₍₆₎ = 5x10^-3[m³]/36[s] = 1.389x10^-4[m³/s]

V₍₇₎ = 5x10^-3[m³]/43 [s] = 1.163x10^-4[m³/s]

V₍₈₎ = 5x10^-3[m³]/55[s] = 9.091x10^-5[m³/s]

V₍₉₎ = 5x10^-3[m³]/81.4[s] = 6.143x10^-5[m³/s]

V₍₁₀₎ = 5x10^-3[m³]/96[s] = 5.208x10^-5 [m³/s]

Dla charakterystyki pompy

1. Przeliczenie wartości ∆ p_s i ∆ p_t w [kG/cm²] na wartości w [Pa]

1 kG/cm² = 9.80665 N/m²

1 kG = 9.81 N

1 Pa = 1 N/m²

∆ p_s - spadek ciśnienia na ssaniu

∆ p_s = 0

∆ p_t - spadek ciśnienie na tłoczeniu

∆ p_t(1) = 1.00 [kG/cm²] = 1.00/(10^-2) ² [kG/m²] = 1.00x10⁴[kG/m²] = 9.81x1.00x10⁴ [N/ m²] = = 98100 [Pa]

∆ p_t(2) = 0.90 [kG/cm²] = 0.90/(10^-2) ² [kG/m²] = 0.90x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.90x10⁴ [N/ m²] =

= 88290 [Pa]

∆ p_t(3) = 0.80 [kG/cm²] = 0.80/(10^-2) ² [kG/m²] = 0.80x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.80x10⁴ [N/ m²] =

= 78480 [Pa]

∆ p_t(4) = 0.70 [kG/cm²] = 0.70/(10^-2) ² [kG/m²] =0.70x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.70x10⁴ [N/ m²] =

= 68670 [Pa]

∆ p_t(5) = 0.60[kG/cm²] = 0.60/(10^-2) ² [kG/m²] =0.60x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.60x10⁴ [N/ m²] =

= 58860 [Pa]

∆ p_t(6) = 0.50 [kG/cm²] = 0.50/(10^-2) ² [kG/m²] =0.50x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.50x10⁴ [N/ m²] =

= 49050 [Pa]

∆ p_t(7) = 0.40 [kG/cm²] = 0.40/(10^-2) ² [kG/m²] =0.40x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.40x10⁴ [N/ m²] =

= 39240 [Pa]

∆ p_t(8) = 0.30 [kG/cm²] = 0.30/(10^-2) ² [kG/m²] =0.30x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.30x10⁴ [N/ m²] =

= 29430 [Pa]

∆ p_t(9) = 0.20 [kG/cm²] = 0.20/(10^-2) ² [kG/m²] =0.20x10⁴[kG/m²] = 9.81x0.20x10⁴ [N/ m²] =

= 19620 [Pa]

∆ p_t(10) = 0.10 [kG/cm²] = 0.10/(10^-2) ² [kG/m²] =0.10x10⁴[kG/m²] =

= 9.81x0.10x10⁴[N/m²] = 9810 [Pa]

2. Obliczanie wartości użytecznej wysokości podnoszenia

H_u= (∆ p_s+∆ p_t )/ ρ g +H_s,t

H_u= [Pa/ (kg/m³x m/s²)] + [m] = [(N/m²)/(kg/m²x1/s²)] + [m] =

=[((kg x m)/s²)/m²/(kg/(m²xs²)] + [m] = [m]

H_u(1) = 98100 [Pa]/(998 [kg/m³] x9.81[m/s²]) + 0.65 [m] = 10.67 [m]

H_u(2) = 88290 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 9.670 [m]

H_u(3) = 78480 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 8.670[m]

H_u(4) = 68670 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 7.660 [m]

H_u(5) = 58860 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 6.660 [m]

H_u(6) = 49050 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 5.660 [m]

H_u(7) = 39240 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 4.660[m]

H_u(8) = 29430 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 3.656 [m]

H_u(9) = 19620 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 2.654 [m]

H_u(10) = 9810 [Pa]/ 998 [kg/m³]x9.81 [m/s²]) + 0.65 [m] = 1.652 [m]

4. Obliczanie wartości objętościowego natężenia przepływu

V = V/t

V= [m³/s],

gdzie:

V - objętość

t - czas zbierania odpowiedniej ilości cieczy

V₍₁₎ = 5x10^-3 [m³]/26.6 [s] = 1.880x10^-4 [m³/s]

V₍₂₎ = 5x10^-3 [m³]/24.0 [s] = 2.083x10^-4 [m³/s]

V₍₃₎ = 5x10^-3 [m³]/22.5 [s] = 2.222x10^-4 [m³/s]

V₍₄₎ = 5x10^-3 [m³]/21.8 [s] = 2.293x10^-4 [m³/s]

V₍₅₎ = 5x10^-3 [m³]/19.2 [s] = 2.604x10^-4 [m³/s]

V₍₆₎ = 5x10^-3 [m³]/18.4 [s] = 2.717x10^-4 [m³/s]

V₍₇₎ = 5x10^-3 [m³]/17.2 [s] = 2.907x10^-4 [m³/s]

V₍₈₎ = 5x10^-3 [m³]/16.0 [s] = 3.125x10^-4 [m³/s]

V₍₉₎ = 5x10^-3 [m³]/15.4 [s] = 3.247x10^-4 [m³/s]

V₍₁₀₎ = 5x10^-3 [m³]/15.0 [s] = 3.333x10^-4 [m³/s]

Stabelaryzowane pomiary i obliczenia:

Dla charakterystyki sieci:

Numer pomiaru	Ilość obrotów [obr/min]	V [l]	t [s]	∆pt [kG/cm^2]	∆pt [Pa]	Hu [m]	V [m^3/s]
1	1200	5.0	18.0	0.5	49050	5.660	2.778x10^-4
2	1100	5.0	20.0	0.42	41202	4.858	2.500x10^-4
3	1000	5.0	21.2	0.37	36297	4.357	2.358x10^-4
4	900	5.0	25.0	0.31	30411	3.756	2.000x10^-4
5	800	5.0	28.3	0.26	25506	3.255	1.767x10^-4
6	700	5.0	36.0	0.21	20601	2.754	1.389x10^-4
7	600	5.0	43.0	0.18	17658	2.454	1.163x10^-4
8	500	5.0	55.0	0.14	13734	2.053	9.091x10^-5
9	400	5.0	81.4	0.10	9810	1.652	6.143x10^-5
10	300	5.0	96.0	0.085	8338.5	1.502	5.208x10^-5

Dla charakterystyki pompy:

Numer pomiaru	Ilość obrotów [obr/min]	V [l]	t [s]	∆pt [kG/cm^2]	∆pt [Pa]	Hu [m]	V [m^3/s]
1	1200	5.0	26.6	1.0	98100	10.67	1.880x10^-4
2	1200	5.0	24.0	0.9	88290	9.670	2.083x10^-4
3	1200	5.0	22.5	0.8	78480	8.670	2.222x10^-4
4	1200	5.0	21.5	0.7	68670	7.660	2.293x10^-4
5	1200	5.0	19.2	0.6	58860	6.660	2.604x10^-4
6	1200	5.0	18.4	0.5	49050	5.660	2.717x10^-4
7	1200	5.0	17.2	0.4	39240	4.660	2.907x10^-4
8	1200	5.0	16.0	0.3	29430	3.656	3.125x10^-4
9	1200	5.0	15.4	0.2	19620	2.654	3.247x10^-4
10	1200	5.0	15.0	0.14	9810	1.652	3.333x10^-4

Wykres zależności użytecznej wysokości podnoszenia (H_u ) do wydatku objętościowego pompy(V):

Wnioski:

Punkt przecięcia się prostej opisującej charakterystykę sieci z prostą opisującą charakterystykę pompy to (2.75 ; 5.6). Dzięki temu punktowi poznano natężenie przepływu i ciśnienie konieczne do jego uzyskania.

Z analizy doświadczenia odnośnie charakterystyki pompy wnioskujemy, że wraz ze wzrostem liczby obrotów na minutę zmniejsza się czas przyrostu objętości tłoczonej cieczy, rośnie natomiast nadciśnienie na tłoczeniu (∆p_t), wzrasta natężenie przepływu (V) i zapotrzebowanie na ciśnienie (H_u). Interesujące jest również zmniejszające się objętościowe natężenie przepływu, wzrasta zapotrzebowanie pompy na ciśnienie.

Z przeprowadzonych obserwacji układu sieć - pompa wynika ( ilustruje je wykres), że wraz ze wzrostem wartości objętościowego natężenia przepływu (V) rośnie zapotrzebowanie na ciśnienie (H_u). Wzrost natężenia przepływu wody i spadek zapotrzebowania na ciśnienie nastąpił, gdy ustawiono stałe obroty i zmniejszono nadciśnienie na tłoczeniu.

5

---