SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA

LABORYTORYJNEGO NR 3

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI MASZYNY PRZEPŁYWOWEJ

Opracowali:

Ewa Gajewska

Mariusz Gonciarz

Mateusz Cieplewicz

Łukasz Grudzień

Wstęp teoretyczny

Maszyny przepływowe dzieli się na 3 grupy:

- strumieniowe

- wirnikowe

- objętościowe

Do maszyn wirnikowych należą: wentylatory, dmuchawy, sprężarki lub pompy. Urządzenia te zwykle są najczęściej stosowane w inżynierii sanitarnej.

Zadaniem pompy jest zassanie czynnika transportowanego a następnie wytworzenia na tyle wysokiego ciśnienia na wylocie z pompy, aby czynnik mógł być transportowany w podłączonym do pompy rurociągu. Pompy SA zwykle umiejscowione poniżej lub powyżej zwierciadła wody (rys 1a, 1b). Aby pompa wirnikowa znajdująca się powyżej zwierciadła wody mogła być uruchomiona, należy zastosować pompę samo ssącą lub w zwykłej pompie należy zalać cieczą komorę pompy jaki i przewód ssawny.

W zależności od transportowanego medium, pompy dzielimy na:

-do cieczy czystych

-do cieczy zanieczyszczonych

-do cieczy wywołujących korozję

-do cieczy o wysokich temperaturach

Wielkościami charakteryzującymi działanie pomp jest wysokość:

-ssania pompy – geometryczna, manometryczna (interpretacje graficzne wysokości ssania przedstawiono na rys. 2a,2b)

-tłoczenia pompy – geometryczna, manometryczna (interpretacje graficzne wysokości podnoszenia przedstawiono na rys. 3a,3b)

-wysokość podnoszenia pompy – geometryczna, manometryczna , użyteczna wysokość podnoszenia (interpretacje graficzne wysokości podnoszenia przedstawiono na rys, 4a,3b)

Dla każdej pompy i przepływającego medium wysokość tłoczenia pompy (H) zalezy od natężenia przepływu (Q) i prędkości obrotowej wirnika (n) zatem:

H = f(Q, n)

Aby pompa mogła pracować, należy do jej wału doprowadzić określoną moc. Moc dostarczona do wału pompy zależy również od Q i n, zatem:

P = f(Q, n)

Bardzo istotnym parametrem charakteryzującym pompę jest jej sprawność całkowita, która jest określona jako stosunek mocy użytecznej dostarczanej do cieczy do mocy dostarczonej do wału pompy, w związku z tym można zapisać, że:

$$\eta = \frac{m*g*H}{P} = \frac{\rho*Q*g*H}{P}$$

gdzie:

Q – objętość przepływającej wody, m³/s,

H - użyteczna wysokość podnoszenia, m,

g- przyspieszenie ziemskie, m/s²,

ρ – gęstość cieczy, kg/m³,

P – moc dostarcznona do wału pompy, N*m/s

Sprawność całkowita pompy nie powinna być mniejsza od η=0,60. Zwykle wynosi ona η=0,70 – 0,90. Użyteczna energia dostarczana do cieczy jest mniejsza od energii dostarczanej do wału pompy. W związku z tym całkowita sprawność pompy zależy od Q i n, zatem:

η = f(Q, n)

Z powyższych rozważań wynika, że każda pompa powinna mieć eksperymentalnie wyznaczone następujące charakterystyki:

H = f(Q)       P = f(Q,n) η = f(Q, n)

W celu wyznaczenia charakterystyki pompy należy sporządzić równanie Bernoulliego dla dwóch przekrojów – końca ssawnego (M2) i tłoczonego (M1).

Uwzględniając zależność, że średnica rurociągu jest stała można przyjąć, że:

$$H_{p} = \frac{p_{1} - p_{2}}{\gamma} + m$$

Po odpowiednich podstawieniach otrzymano:

$$h\left( Q \right) = \lambda\frac{8*Q^{2}*L}{\pi^{2}*g*D^{5}} + \sum_{}^{}\xi*\frac{8*Q^{2}}{\pi^{2}*g*D^{4}} - m$$

gdzie:

p₁ – ciśnienie w króćcu tłoczonym

p₂ - ciśnienie w króćcu ssawnym

Q – wydajność pompy

λ – współczynnik strat liniowych

ξ – współczynnik strat miejscowych

m – różnica wysokości pomiędzy króćcem ssawnym a tłoczonym

D- średnica wewnętrzna rurociągu

g – przyspieszenie ziemskie

H_p – wysokość podnoszenia pompy

Zależność ta stanowi charakterystykę pętli rurociągu w instalacji badawczej. Uwzględnia ona wszelkie straty ciśnienia liniowe i miejscowe jakie występują tj. wodomierz, zasuwy, kompensator , filtr, połączenia kołnierzowe itp.

Budowa stanowiska badawczego

Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rys. 7. Stanowisko pomiarowe stanowi zamkniętą pętla rurociągu stalowego o średnicy wewnętrznej równej 0,05 m, na którym zamontowana jest maszyna przepływowa. Kierunek przepływu medium zaznaczono strzałkami. Na końcu ssawnym (M1) i tłoczonym (M2) pompy zainstalowane są manometry, dokonujące pomiaru ciśnienia. Na końcu ssawnym przed filtrem zamontowano filtr i manometr (M3). Do pomiaru ilości przepływającej wody w pętli służy wodomierz.

Wykonanie ćwiczenia polega na sporządzeniu charakterystyki maszyny przepływowej H=f(Q) oraz wyznaczeniu punktu pracy układu pompowego. Charakterystykę maszyny przepływowej wyznaczamy dla nominalnej prędkości obrotowej. Dla ustawionej na potencjometrze pompy prędkości obrotowej dokonywane są pomiary ciśnienia ssania (M2), tłoczenia (M1) i zapisywane w tabeli 1. Aby sporządzić charakterystykę maszyny przepływowej H=f(Q) konieczne jest uzyskanie jej różnych wydajności i wysokości podnoszenia (H_p). Efekt ten jest uzyskiwany przez zmianę położenia zasuwy Z1 (od całkowicie zamkniętej do zamkniętej). Równocześnie dla określonej objętości wody (V=0,02-0,06 m³) przepływającej przez wodomierz określana jest wydajność pompy. Pomiar ten polega na pomiarze czasu, jaki jest potrzebny na wykonanie od 2 do 6 obrotów turbinki.

Wyniki pomiarów

Tabela 1

L.p	V	t	ps	pt	T	ρ
	m^3	s	bar	bar	°C	kg/m^3
1	0,04	13,68	0,05	0,3	19,6	998,285
	0,04	13,56	0,05	0,3	19,6
	0,04	13,50	0,05	0,3	19,6
2	0,04	15,18	-0,08	0,26	19,6	998,285
	0,04	15,59	-0,08	0,26	19,6
	0,04	15,40	-0,08	0,26	19,6
3	0,04	18,18	-0,15	0,25	19,7	998,2647
	0,04	18,30	-0,15	0,25	19,7
	0,04	18,35	-0,15	0,25	19,7
4	0,04	25,50	-0,28	0,19	19,7	998,2647
	0,04	25,21	-0,28	0,19	19,7
	0,04	25,21	-0,28	0,19	19,7
5	0,04	123,37	-0,3	0,16	19,7	998,2647
	0,04	125,30	-0,3	0,16	19,7
	0,04	134,44	-0,3	0,16	19,7
6	0,04	-	-0,42	0,11	19,8	998,2444
	0,04	-	-0,42	0,11	19,8
	0,04	-	-0,42	0,11	19,8

Tabela 2

L.p	Q	Hp	∆Q
	m^3/s	m	m^3/s
1	0,002946	2,86842	0,0000455
2	0,002599	3,785851	0,0000374
3	0,002189	4,397472	0,0000286
4	0,001581	5,11103	0,0000177
5	0,000313	5,009093	0,0000023
6	-	5,72265	-

Wykres zależności H=f(Q)

Wnioski

Wykres charakterystyki badanej pompy odbiega od typowej charakterystyki pompy. Spowodowane jest to błędami przy odczytywaniu wartości na manometrach w trakcie pomiarów. W trakcie pierwszego pomiaru wydajność pompy była największa ponieważ zasuwa znajdowała się w położeniu bliskim całkowitemu otwarciu, z kolei przy ostatnim pomiarze zawór był zamknięty, co spowodowało zatrzymanie obiegu wody, czyli zerowy przepływ.