Pompy wirowe

Dominującą grupę pomp wirowych stanowią pompy wirowe krętne. Znacznie mniej liczną grupę stanowią natomiast pompy wirowe krążeniowe, nazywane zwykle pompami samozasysającymi. W pompach wirowych obracający się wirnik dzięki odpowiedniemu wyprofilowaniu łopatek, wprawia cząstki wody znajdujące się w przestrzeniach międzyłopatkowych w ruch od strony ssawnej ku stronie tłocznej. Zasysana woda, przepływając pomiędzy przestrzeniami międzyłopatkowymi wirnika, zyskuje pewną energię kinetyczną(prędkości), ulegającą częściowej przemianie w energię ciśnienia. Dodatkowy wzrost ciśnienia cieczy następuje dzięki zamianie części energii kinetycznej uzyskanej w wirniku na energię ciśnienia, gdy ciecz po opuszczeniu wirnika przepływa przez kierownicę i dyfuzor.

Zasada działania pomp wirowych polega na zwiększeniu krętu lub krążenia cieczy przepływającej wewnątrz obracającego się wirnika. Tego typu pompy stosowane są do dużych wydajności przy ograniczonych wartościach ciśnieniach (max do 50 MPa).

Podział pomp wirowych W zależności od kierunku przepływu wody przez wirnik (przestrzenie międzyłopatkowe) rozróżnia się:

pompy odśrodkowe —o przepływie odśrodkowym w płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika (lub zbliżonej do prostopadłej),

pompy helikoidalne —o przepływie ukośnym i obwodowym kanale zbiorczym pompowanej wody,

pompy diagonalne —także o ukośnym przepływie w obrębie wirnika, lecz po wypływie z niego dalszy przepływ wody jest zgodny z kierunkiem osiowym,

pompy śmigłowe (osiowe) —o przepływie osiowym przez wirnik. Pompy wirowe mogą znajdować się poniżej lub powyżej zwierciadła cieczy w zbiorniku czerpalnym. Uruchomienie pompy wirowej znajdującej się powyżej zwierciadła cieczy w zbiorniku czerpalnym, bez uprzedniego napełnienia jej i przewodu ssawnego cieczą pompowaną oraz odpowietrzenia jej wnętrza, nie jest możliwe. Jedynie pompy samozasysające mogą się samoczynnie odpowietrzyć i napełnić pompowaną cieczą.

Pompy wirowe przeznaczone do podnoszenia cieczy z dużych głębokości noszą nazwę głębinowych. W zależności od położenia silnika dzielą się one na: pompy wałowe, pompy z zatopionym silnikiem elektrycznym. Pompy wirowe klasyfikuje się za pomocą wartości liczbowej wyróżnika szybkobieżności. Wielkość ta wiąże podstawowe parametry pracy pompy wirowej, tj. wydajność Q, wysokość pompowania Hpi liczbę obrotów wirnika n.

Samoregulacja pompy wirowych Z przebiegu charakterystyki przepływu pompy wirowe maja zdolność do samoregulacji. Jeśli zwiększy się w czasie ruchu pompy wysokość podnoszenia, pompa wirowa samoczynnie reaguje zwiększeniem wydajności tak, by wirnik mógł pokonać zwiększone opory i na odwrót.

Pompa wirowa – pompa, w której łopatkowy wirnik zwiększa moment pędu cieczy powodując efekt ssania we wlocie i nadwyżkę ciśnienia po stronie tłocznej pompy. Pompy wirowe dzielą się na: pompy wirowe krętne pompy wirowe krążeniowe zwane też pompami samozasysającymi. W pompach wirowych nie jest potrzebne uszczelnienie oddzielające obszar ssawny od tłocznego.

Sprzęgło hydrokinetyczne to sprzęgło, w którym ruch obrotowy z elementu czynnego do biernego jest przenoszony za pośrednictwem cieczy, przeważnie oleju, emulsji lub wody. Główne założenie polega na połączeniu w jednej obudowie pompy oraz napędzanego przez nią wirnika. Zasadę działania Łopatki osadzone są w wirniku, który jest umiejscowiony mimośrodowo wewnątrz korpusu pompy. W czasie obrotu wirnika, łopatki zagarniają ciecz z komory ssawnej do przestrzeni międzyłopatkowej przenosząc ją do komory tłocznej pompy

Omówić podobieństwo dynamiczne pomp wirowych

Teoria podobieństwa dynamicznego pomp wirowych określa związki , jakie występują między pompami o różnej wielkości i różnych parametrach , jeżeli są spełnione warunki podobieństwa . teoria ta stwarza szerokie możliwości przenoszenia wyników prób i badań z pomp modelowych na pompy robocze i na tej podstawie pozwala na dokładne określenie parametrów ich pracy .

Podobieństwo dynamiczne występują wówczas , gdy spełnione jest podobieństwo geometryczne i kinematyczne .

Podobieństwo geometryczne dwu pomp występuje wówczas , gdy wszystkie kanały przepływowe jednej pompy ( komora ssawna , wirnik , elementy odprowadzające ciecz z wirnika itp. ) stanowią wierne geometryczne pomniejszenie lub powiększenie drugiej pompy . Muszą być spełnione podstawowe warunki podobieństwa:

- ten sam stosunek odpowiadających sobie wymiarów liniowych obu pomp ,

- liczba łopatek wirnika i kierownic , ich kształt i rozmieszczenie jednakowe dla obu pomp ,

- kąty nachylenia łopatek wirnika i kierownic na wlocie i na wylocie te same ,

- ta sama chropowatość względna ścian kanałów przepływowych obu pomp ,

Należy zwrócić uwagę , że ostatni warunek nie zawsze jest spełniony gdyż wymagałby trudno osiągalnych dużych gładkości ścian małych pomp modelowych w porównaniu do pomp dużych, roboczych .

Warunkiem zachowania podobieństwa kinematycznego dwu pomp jest podobieństwo geometryczne pól prądu w obu przepływach .

Dwie pompy geometrycznie podobne przy tej samej prędkości.

d₁, d₂, Q₁, Q₂, H₁, H₂, P₁, P₂, η_V1, η_V2, η_h1, η_h2, η₁, η₂, γ₁ = γ₂,
n = const.

Prędkość unoszenia , u ~ w ~ c ~ c_m ~ d

Q ~ A^.c_m Q ~ d²

Dwie pompy geometrycznie podobne przy dwóch różnych prędkościach obrotowych.

Po przekształceniu układu równań:

Dzięki tej zależności możemy porównać parametry pompy modelowej i rzeczywistej.

Gdzie występują uszczelnienia w pompie wirowej – opisać uszczelnienia przywlotowe wirnika.

Wobec coraz wyższych parametrów pracy pomp obiegowych , coraz liczniejsze zastosowanie znajdują pompy z uszczelnieniem wału . Pompy do ciśnienia p = 10 MPA buduje się z zerowym przeciekiem , a przy wyższych ciśnieniach z przeciekiem kontrolowanym .Stosowane są 3 rodzaje uszczelnień :

-uszczelnienie pierścieniami pływającymi powodujące duże przecieki i straty mocy : stosowane jest jako uszczelnienie wstępne do uszczelnień głównych

-uszczelnienie czołowe ślizgowe hydrodynamiczne polegające na odpowiednim ukształtowaniu powierzch uszczelniających , w wyniku czego tworzą się warstewki klinowe smaru płynnego , umożliwiające powstanie ciśnienia hydrodynamicznego , a współczynnik tarcia ulega kilkokrotnemu zmniejszeniu

-uszczelnienie ślizgowe czołowe hydrostatyczne polegające na wytworzeniu między pierścieniami ślizgowymi ciśnienia rozwierającego je i również zmniejszającego współczynnik tarcia

Uszczelnienia hydrodynamiczne są stosowane przy ciśnieniach: p = 8 Mpa , zaś hydrostatyczne przy p = 10 – 15 Mpa na jeden stopień

29. Opisać uszczelnienia dławicowe sznurowe wału stosowane w pompach wirowych.

Dławnica składa się z komory dławnicowej, w którą są włożone pierścienie szczeliwa odciskane dławikiem do tulei dławnicy oraz z wkładu dławnicowego. Ściskane szczeliwo wypełnia szczelnie komorę. Liczba pierścieni uszczelniających wynosi 3 lub przy różnicy ciśnień powyżej p = 50 Pa więcej.

Opisać uszczelnienia czołowe mechaniczne.

Osiągają najwyższe parametry gdy są stosowane w pompach: max. ciśnienie Δp_max = 20 MPa, temp pracy (max) ~ , prędkość liniowa w miejscu styku u_uszcz do 250 m/s. Są wielokrotnie droższe od uszczelnienia dławnicowego. Ruchomy pierścień wykonany jest najczęściej z grafitu.

Ten typ uszczelnienia jest bardzo szczelny.

Przedstawić kierownicę odśrodkową .

Kierownica odśrodkowa jest stosowana w pompach odśrodkowych jedno- i wielostopniowych , oraz w pompach diagonalnych. W pompach wielostopniowych zaś jest stosowana kierownica dośrodkowa połączona przewałem z kierownicą dośrodkową.

Odśrodkowa kierownica łopatkowa składa się z łopatek tworzących rozszerzające się kanały , w których następuje zmniejszenie prędkości cząsteczki cieczy , oraz zmiana jej toru . W przypadku łopatek ich zadaniem jest skrócenie toru cząsteczki i zwiększenie kąta α . Uwzględniając nierównomierny rozkład prędkości w przekroju wlotowym do kierownicy , pewne wtórne prądy między kierownicą oraz wpływ kontrakcji za pomocą doświadczalnego współczynnika ₄ otrzymujemy wzór na kąt nachylenia łopatki kierowniczej : tg₄ = [t₄ / ( t₄ – S_n4 )]*tg ₄ gdzie:

t₄ – podziałka na promieniu r₄

Kąt nachylenia _g krawędzi wlotowej łopatki kierownicy dośrodkowej powinien być większy od kąta ₇ strugi przed łopatką z uwagi na zacieśnienie wlotu i zjawisko kontrakcji

Tg ₈ =[ t₈/( t₈ – S_n8 )] * tg ₇

Wyjaśnić pojęcie pola stosowalności pompy przy stałej prędkości obrotowej ( typoszeregu pompy )

Polem stosowalności pompy nazywamy obszar, zakreślony na wykresie , który powstał w wyniku naniesienia na niego pewnych ograniczeń . W pompach ( o stałej prędkości ) większe zastosowanie ma pole stosowalności oparte o zmienność średnicy zewnętrznej ( wylotowej ) d₂ wirnika . Ten sposób nie może być zastosowany w pompach Śmigłowych . W wirniku pompy odśrodkowej zmniejszamy jego średnicę zewnętrzną d₂ na d₂` przez stoczenie . Wykreślając na podstawie badań krzywe charakterystyczne , dla szeregu średnic danej pompy oraz krzywe sprawności dla każdej średnicy , oraz zakładając minimalną sprawność otrzymamy pole stosowalności pompy przy stałej prędkości obrotowej