POLITECHNIKA KRAKOWSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA
DATA
11.12.2010 r.

1. Cel doświadczenia:

Przeprowadzenie charakterystyki pompy odśrodkowej.

Charakterystyki, które należy wykonać, to:

• H = f($\dot{V}$), czyli zależność wysokości podnoszenia pompy od natężenia przepływu

• η = f($\dot{V}$), czyli zależność sprawności pompy od natężenia przepływu

• N_el = f($\dot{V}$), czyli zależność mocy elektrycznej od natężenia przepływu

Do przeprowadzenia tego doświadczenia użyto pompy typu UPC 32-60, firmy Grundfos .

Jest to pompa mogąca pracować na jednej z trzech możliwych prędkości obrotowych: 1330,2160,2770 obr/min. W ćwiczeniu tym wykonujemy pomiar przepływu, poboru mocy elektrycznej, ciśnienia na ssaniu i tłoczeniu. Pomiary przeprowadzamy dla różnych punktów pracy pompy. Taką zmianę punktu pracy pompy możemy uzyskać po przez dławienie oraz zmianę prędkości obrotowej pompy. Dławienie układu wykonuje się przez zmianę ustawienia zasuwy, regulując jej położenie na zaworze.

Rys. . Schemat układu pompy odśrodkowej.

1. Powyższy układ składa się z:

1. Przewód ssawny

2. Pompa w położeniu pionowym

3. Rotametr ( przyrząd do pomiaru przepływu)

4. Zawór regulacyjny na przewodzie tłocznym

5. Przewód ssawny

6. Przewód tłoczny

ZB – zbiornik otwarty

Obieg ma charakter cyrkulacyjny, gdyż przewód ssawny i tłoczny podłączone są do tego samego zbiornika. Na zewnątrz na zbiornik otwarty wpływa ciśnienie atmosferyczne.

1. Spis przyrządów

W doświadczeniu użyto:

• Manometr o zakresie od 0 do 1,6 kG/cm² do mierzenia wartości ciśnienia na tłoczeniu

• Piezometr na tłoczeniu H_t, wyznaczający poziom słupa wody w [cmH₂O].

Ten przyrząd dokonuje pomiaru z dokładnością do 1cm.

• Piezometr na ssaniu H_s, wyznaczający poziom słupa wody w [cmH₂O].

Ten przyrząd dokonuje pomiaru z dokładnością do 1cm.

• Rotametr, mierzący przepływ o charakterystyce Q= 0,009x+0,4 [kg/s]

• Watomierz analogowy dla prądu stałego i zmiennego. Zakres tego przyrządu ustawialiśmy za pomocą pokręteł. Maksymalna moc to 4000 W.

1. Tabela z otrzymanymi pomiarami podczas doświadczania.

Lp	Rodzaj regulacji	Prędkość obrotowa n [obr./min]	Nastawa zasuwy (wsk. Rotametru)	Przepływ zmierzony [dz]	Piezometr na ssaniu Hs[cmH2O]	Piezometr na tłoczeniu Ht [cmH2O]	Manometr na tłoczeniu pt[kG/cm2]	Watomierz Nel [dz]
1	n=var	1330	Zasuwa w stałym położeniu	21,5	68	155	x
2		2160		71,5	66	x	0,28
3		2770		100	64	x	0,44
4	n=var	1330	Zasuwa w stałym położeniu	1	68	182	x
5		2160		35,5	67	x	0,34
6		2770		55	66	x	0,5
7	n=const (n1)	1330	Zasuwa otwarta	69	66	107	x	13
8			~60dz	59	66	117	x	13
9			~40dz	39	67	141	x	12
10			~20dz	18,5	68	166	x	12
11			Rotametr 0dz	0	68	190	x	12
12			Zasuwa zamk.	0	69	x	0,2	11
13	n=const (n2)	2160	Zasuwa otwarta	max	61	x	0,18	27,5
14			~100dz	97,5	64	x	0,25	26
15			~80dz	80	65	x	0,27	26
16			~60dz	59	66	x	0,3	25
17			~40dz	39,5	67	x	0,34	24
18			~20dz	20	68	x	0,37	23
19			Rotametr 0dz	0,5	68	x	0,4	22
20			Zasuwa zamk.	0	69	x	0,45	20
21	n=const (n3)	2770	Zasuwa otwarta	max	57	x	0,27	43
22			~100dz	96	64	x	0,45	39
23			~80dz	79,5	65	x	0,47	38
24			~60dz	60	66	x	0,5	36
25			~40dz	39,5	67	x	0,52	35
26			~20dz	19,5	67	x	0,55	33
27			Rotametr 0dz	0	68	x	0,56	32
28			Zasuwa zamk.	0	69	x	0,6	30

Poziomy odniesienia i przeliczniki

Poziom „0” piezometru Hs Ht	Poziom osi pompy	Poziom manometru	Przeliczniki skali watomierza
41 cm 77 cm	88 cm	143 cm	2 • 3x

1. Obliczenia.

• Ciśnienie na ssaniu i tłoczeniu wyrażone w jednostkach [mH₂O], należy odnieść do poziomu osi obrotu wirnika pompy.

$$H_{s} = \frac{68\ cmH_{2}O + 41cm - 88cm}{100\ cm} = 0,210\ mH_{2}O$$

$$H_{t} = \frac{155\ \text{cm}H_{2}O + 77cm - 88cm\ }{100\ cm} = 1,440\ mH_{2}O$$

Pomiary ciśnienia na tłoczeniu odczytane z manometru dodatkowo mnożymy przez 10, gdyż 1 kG/cm²=1 at=10 mH₂O

• Natężenie przepływu w m³/h obliczamy na podstawie charakterystyki przyrządu.

Q=0,0094x+0,4 [ kg/s]

$$\dot{V} = \frac{0,0094 \bullet 21,5 + 0,4\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack}{100\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack} \bullet 3600\left\lbrack s \right\rbrack = 2,17\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

Gdy zasuwa jest całkowicie otwarta, to natężenie przepływu obliczamy według wzoru:

$$\dot{V} = A \bullet c$$

h_s ≈ c²

$h_{s} = \xi \bullet \frac{c^{2}}{2g}$ ⇒ $c = \sqrt{\frac{h_{s} \bullet 2g}{\xi}}$

Gdzie:

A - Pole przekroju równe   ⇒   $\frac{\pi \bullet d^{2}}{4}$ i d= 50mm= 0,05m

c – prędkość przepływu [m/s]

g – przyspieszenie ziemskie  ⇒ 9,81 [m/s²]

ξ – współczynnik kształtu rurociągu   ⇒  2,0

$$h_{s} = \frac{\left( 69 - 61 \right)\left\lbrack \text{cm}H_{2}O \right\rbrack}{100\ \left\lbrack \text{cm} \right\rbrack} = 0,08\ mH_{2}O$$

$$c = \sqrt{\frac{0,08\ \lbrack mH_{2}O\rbrack \bullet 2 \bullet 9,81\lbrack\frac{m}{s^{2}}\rbrack}{2,0}} = 0,8859\lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

$$\dot{V} = \frac{\pi \bullet \left( 0,05 \right)^{2}}{4} \bullet 0,8859\left\lbrack \frac{m}{s} \right\rbrack \bullet 3600\left\lbrack s \right\rbrack = 6,26\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

• Moc elektryczna [W]

Skala watomierza wynosi  2 • 3x, gdzie x to odczyt z watomierza.

N_el = 2 • 3 • 13 = 78 W

• Wysokość podnoszenia [mH₂O]

H_P = H_t − H_s

H_P = 1, 440 [mH₂O] − 0, 210 [mH₂O] = 1, 23 [mH₂O]

• Moc użyteczna [W]

$$N_{u} = \dot{V} \bullet H_{p}$$

1 [mH₂O] = 9816[Pa]

$$N_{u} = \frac{2,17\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack}{3600\lbrack s\rbrack} \bullet 1,23 \bullet 9816\left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack = 7,27\ W$$

• Sprawność w [%]

$$\eta = \frac{N_{u}}{N_{\text{el}}} \bullet 100\%$$

$$\eta = \frac{7,93\ W}{78\ W} \bullet 100\% = 10,16\%$$

Dla pozostałej części pomiarów przeprowadzamy analogiczne obliczenia. Wyniki znajdują się w tabeli poniżej.

1. Wyniki obliczeń.

Lp.	Hs[m]	Ht[m]	$\dot{\mathbf{V}}$ [m^3/h]	Hp [m]	Nel [W]	Nu[W]	η [%]
1	0,210	1,440	2,17	1,23		7,27
2	0,190	3,350	3,86	3,16		33,25
3	0,170	4,950	4,82	4,78		62,87
4	0,210	1,710	1,47	1,50		6,03
5	0,200	3,950	2,64	3,75		27,01
6	0,190	5,550	3,30	5,36		48,25
7	0,190	0,960	3,77	0,77	78,00	7,93	10,16
8	0,190	1,060	3,44	0,87	78,00	8,15	10,45
9	0,200	1,300	2,76	1,10	72,00	8,28	11,50
10	0,210	1,550	2,07	1,34	72,00	7,55	10,48
11	0,210	1,790	1,44	1,58	72,00	6,20	8,62
12	0,220	2,550	0,00	2,33	66,00	0,00	0,00
13	0,140	2,350	6,26	2,21	165,00	37,73	22,87
14	0,170	3,050	4,74	2,88	156,00	37,22	23,86
15	0,180	3,250	4,15	3,07	156,00	34,72	22,25
16	0,190	3,550	3,44	3,36	150,00	31,48	20,99
17	0,200	3,950	2,78	3,75	144,00	28,39	19,72
18	0,210	4,250	2,12	4,04	138,00	23,32	16,90
19	0,210	4,550	1,46	4,34	132,00	17,24	13,06
20	0,220	5,050	0,00	4,83	120,00	0,00	0,00
21	0,100	3,250	7,67	3,15	258,00	65,87	25,53
22	0,170	5,050	4,69	4,88	234,00	62,39	26,66
23	0,180	5,250	4,13	5,07	228,00	57,10	25,04
24	0,190	5,550	3,47	5,36	216,00	50,72	23,48
25	0,200	5,750	2,78	5,55	210,00	42,02	20,01
26	0,200	6,050	2,10	5,85	198,00	33,50	16,92
27	0,210	6,150	1,44	5,94	192,00	23,32	12,15
28	0,220	6,550	0,00	6,33	180,00	0,00	0,00