ZAKRES EGZAMINU DYPLOMOWEGO

dla kierunku studiów

ENERGETYKA

studia I stopnia inżynierskie

specjalność energetyka cieplna i jądrowa

3. Zagadnienia eksploatacyjne

   2. Charakterystyki wentylatora, punkt pracy, metody regulacji parametrów pracy wentylatora

Wentylator może pracować w różnych punktach swojej charakterystyki ciśnienia, w dopuszczalnym z ekonomicznego i eksploatacyjnego punktu widzenia jej zakresie. To w którym punkcie roboczego zakresu charakterystyki pracuje, zależy od oporów instalacji podłączonej do wentylatora. Najlepiej jest gdy opory instalacji są równe optymalnemu przyrostowi ciśnienia wentylatora . Oprócz równości warunkiem prawidłowego doboru wentylatora do eksploatowanej instalacji jest, aby wentylator w punkcie optymalnym miał jak najwyższą sprawność, mówimy wówczas o optymalnym doborze optymalnego wentylatora.

Rzeczywisty punkt pracy wentylatora leży na przecięciu charakterystyki przyrostu ciśnienia wentylatora z charakterystyką instalacji. Punk ten ustalany jest samoistnie w czasie pracy wentylatora, gdy wentylator wytworzy przyrost ciśnienia równy oporowi instalacji wymuszający w niej przepływ. Zatem wentylator musi mieć geometryczne i kinematyczne możliwości wynikające z rodzaju konstrukcji wirnika, aby mógł spowodować oczekiwany przepływ. Punkt pracy (rys. 11.1) zaznaczono literą B. Punkty M i E określają dopuszczalny zakres eksploatacji wentylatora. Ograniczenie od góry literą M podyktowane jest granicą pompażu, która przebiega w okolicy maksymalnego przyrostu ciśnienia. Na lewo od punktu M praca wentylatora jest zabroniona, gdyż występują tam drgania powietrza w instalacji, duży hałas, niska sprawność.

Charakterystyki wentylatora

Podobnie jak dla pomp charakterystyki wymiarowe wentylatora przedstawiane są w układach:

Tok postępowania pomiarowego jest również jak przy pomiarze pomp wirowych z tą tylko różnicą, że regulację wydajności dokonuje się dławieniem na wlocie do rurociągu ssawnego lub na wylocie z rurociągu tłocznego.

Charakterystyki bezwymiarowe

Charakterystyki bezwymiarowe wentylatorów przedstawiają zależność , , , znajdują one zastosowanie przy projektowaniu wentylatorów geometrycznie podobnych.

Regulacja:

Regulacja parametrów wentylatora jest konieczna wówczas, kiedy punk pracy nie pokrywa się z punktem optymalnym lub gdy proces technologiczny obsługiwany przez wentylator wymaga zmian ciśnienia i wydajności.

Regulacji parametrów dokonuje się przez zmianę charakterystyki wentylatora przy stałej charakterystyce instalacji lub powodując zmianę charakterystyki sieci. Można wyróżnić następujące sposoby służące regulacji:

1. zmiana obrotów wirnika

2. zmiana kątów ustawienia łopatek wirnika

3. zmiana krętu na wlocie do wirnika za pomocą kierownic

4. łączenie pojedynczych maszyn w układy szeregowe lub równoległe, czyli współpraca wentylatorów

5. zastosowanie metod specjalnych, które powodują zmianę charakterystyki wentylatora

6. dławienie rurociągu

7. obejście strumienia powodujące zmianę charakterystyki sieci

Wymienione sposoby regulacji mogą być zastosowane zarówno w maszynach osiowych i promieniowych. Jedynie zmianę kątów ustawienia łopatek wirnika można stosować tylko w maszynach osiowych.

Najlepszym sposobem regulacji jest (rys. 11.13) :

1. zmiana liczby obrotów

2. zmiana kątów łopatek wirników osiowych

3. kierownicami (najlepsza to kierownica promieniowa)

4. kierownica osiowa

5. żaluzyjna

Najgorszym sposobem regulacji ze względu na straty mocy powodowane oddziaływaniem organu na przepływ jest dławienie (nr 6 - rys.11.13).

Regulacja przez zmianę obrotów wirnika:

Charakterystyka wentylatora wraz ze zwiększeniem obrotów z n na n₁ podnosi się do góry, dlatego punkt pracy B przesuwa się po charakterystyce sieci do punktu B₁, w którym uzyskuje się większą wydajność i przyrost ciśnienia, jak to wynika z wykresu (rys. 11.14).

Zmienne obroty realizuje się za pomocą układów tyrystorowych, przetwornic częstotliwości lub rozmaitych przekładni mechanicznych.

Regulacja przez zmianę kąta ustawienia łopatek wirnika:

Ten rodzaj regulacji znajduje zastosowanie w wentylatorach osiowych. Teoretyczne uzasadnienie tego sposobu regulacji również wynika z równania Eulera

widoczna jest zależność pomiędzy przyrostem ciśnienia, a przyrostem kąta łopatki b₂ pośrednio b_m.

Zmiany kąta ustawienia łopatek b_m dokonuje się w czasie postoju lub za pomocą mechanizmów regulacyjnych podczas ruchu wirnika. Na rys. 11.15 przedstawione jest pneumatyczne urządzenie do płynnej regulacji kątów łopatek w ruchu. Na skutek stopniowej zmiany kątów uzyskuje się rodzinę krzywych dławienia, jak na rys. 11.16. Dzięki temu możliwe SA do uzyskania rozmaite wydajności i przyrosty ciśnień na przecięciu z charakterystyką dołączonego rurociągu. Na tle krzywych dławienia naniesione są muszlowe krzywe sprawności w celu przeprowadzenia optymalnej regulacji parametrów lub doboru odpowiedniego kąta do przeprowadzania zmiany ustawienia łopatek w czasie postoju wentylatora.

Regulacja przez zmianę krętu na wlocie wirnika:

Gdy na wlocie do wirnika czynnik zostaje zawirowany, to do obliczenia teoretycznego przyrostu ciśnienia należy wziąć równanie Eulera postaci

Wynika z niego wniosek, że za pomocą krętu na wlocie c_1u można regulować przyrost ciśnienia w wentylatorze. Kręt może być dodatni c_1u , gdy zawirowanie na wlocie zgodne jest z kierunkiem wirowania wirnika, albo ujemne -c_1u dla zawirowania przeciwnego do obrotów . Kręt może być równy zero, ale nie ma wtedy własności regulacyjnych. Trójkąty u wlotu ujmujące kręt dla omawianych trzech przypadków wykreślone na rys 11.17.

2. Charakterystyki pomp wirowych, metody regulacji i zasady doboru pomp do układu pompowego

• CHARAKTERYSTYKI POMP

Charakterystykę nazywamy krzywą przedstawiającą zależność między dwiema charakterystycznymi wielkościami, także w warunkach odbiegających od normalnego ruchu. Graficznym obrazem charakterystyki są krzywe będące wykresem funkcji, wiążące dane wielkości w odpowiednim układzie współrzędnych. Dla pomp wyróżnia się następujące charakterystyki:

1. charakterystyka pompy dla stałej liczby obrotów

Tworzy je charakterystyka:

- użytecznej wysokości podnoszenia H

- mocy dostarczonej P

- sprawności h

w zależności od wydajności , przedstawione na jednym wykresie.

Przykład charakterystyki dla stałej liczby obrotów pompy wirowej wielostopniowej typu 25YNL2 został przedstawiony na rys.5.

Charakterystyki dla swej liczby obrotów określają typ i sposób pracy pompy. Ich znajomość jest niezbędna do właściwej eksploatacji pompy oraz do oceny możliwości ich współpracy. Charakterystyki te wyznacza się doświadczalnie przez przeprowadzanie badań pompy.

1. charakterystyka zbiorcza – wykres muszlowy

Jest to zależność w układzie H - z naniesionymi krzywymi n = const, h = const.

Na rys. 6 została przedstawiona przykładowa charakterystyka zbiorcza dla pompy wirowej gumowej typu PG-100.

Często charakterystyki podaje się w układach bezwymiarowych. Każdy z parametrów charakterystycznych wyrażany jest wtedy stosunkiem rzeczywistej wartości wymiarowej do wartości nominalnej tego parametru:

Wartość obrotów często określa się jako mniejszą, równą lub większą od nominalnej, np. =0,6… 0,8…1…1,2…1,4 itp.

Tworzenie wykresu muszlowego:

Na podstawie pomiarów i przeprowadzonych obliczeń wykreślone są krzywe dla każdego położenia zaworu Z_2. Aby w układzie współrzędnych można było wkreślić linie stałej sprawności , obrotów n, mocy P, należy zbudować wykresy pomocnicze , , zawierające krzywe dla Z₂= idem. Dodatkowo należy wykreślić krzywe H=f(n) i H=f(P) dla pełnego zamknięcia zaworu tzn. gdy = 0; będą to charakterystyczne punkty na osi rzędnych określające początki poszczególnych krzywych.

Dalszy tok postępowania przy sporządzaniu charakterystyki pompy został przedstawiony na RYS, na przykładzie wykreślania krzywej stałej sprawności. Zakładamy, że chcemy wykreślić krzywą np. dla . Na osi rzędnej wykresu znajdujemy punkt , z którego wykreślamy równoległą do osi odciętych i oznaczamy punkty przecięcia prostej z krzywymi Z₂=idem (krzywe 1,2,3,4). Tak określone punkty przenosimy prostopadle do osi odciętych na krzywe . W sposób pokazany na rysunku otrzymane punkty łączymy wspólną linia , która jest linią stałej sprawności . Analogicznie wykreślamy krzywe dla innych sprawności np. 30%, a następnie w podany sposób krzywe obrotów i mocy pompy P. Na rysunku pokazano również przykładowo kreślenie linii P=3kW i n= 2000obr/min. Zasadą sporządzania wykresów jest stałość podziałki na osi wszystkich wykresów.

1. charakterystyki bezwymiarowe uniwersalne

Jest to graficzne przedstawienie wyróżników mocy i wysokości podnoszenia od wyróżnika wydajności pompy. Wartości wyróżników wyznacza się doświadczalnie przeprowadzając badania na pompie modelowej. Wyniki badań uzyskane tą drogą mogą być przenoszone na pompy o innych wymiarach, lecz geometrycznie podobne. Sposób korzystania z tych charakterystyk przedstawia rys:

Dla danych wartości d, n, oblicza się:

A następnie z wykresu znajduje się . Stąd z poniższych równań:

oblicza się użyteczną wysokość pompowania i moc jaką należy odczytać aby założone warunki mogły być spełnione.

• REGULACJA POMP

Regulacja pompy wirowej jest to proces zamierzonego dostosowywania parametrów pracy pompy do zmieniających się w czasie wymagań układu pompowego.

Zasadniczo pojęcie regulacji odnosi się do zmian parametrów dokonywanych podczas pracy pompy. Do dziedziny regulacji zalicza się zwyczajowo i omawia w jej ramach także sposoby jednorazowego dostosowania parametrów pompy do zmienionych wymagań układu. Taka zmiana, dokonywana po uprzednim zatrzymaniu i częściowym demontażu pompy, może być przy tym odwracalna (np. ręczna zmiana kąta ustawienia łopatek wirnika pompy śmigłowej) lub nieodwracalna (np. zmniejszenie średnicy zewnętrznej łopatek wirnika pompy odśrodkowej, helikoidalnej lub diagonalnej).

W zależności od wymagań stawianych przez odbiorcę cieczy można wyróżnić:

• regulację wydajności pompy

• regulację wysokości podnoszenia pompy

Parametrem regulacji R pompy nazywa się wielkość, której zmiana w procesie regulacji powoduje zmianę jej charakterystyk, zwłaszcza charakterystyki przepływu H(Q).

Parametrami regulacji mogą być następujące wielkości:

1. prędkość obrotowa pompy

2. kąt ustawienia łopatek kierownicy wlotowej

3. kąt ustawienia łopatek wirnika pompy diagonalnej Deriaza lub pompy śmigłowej

4. liczba włączonych pomp w grupie złożonej z połączonych równolegle zespołów pompowych

5. wysokość napływu w pompie do kondensatu, wpływająca na pracę pompy w ob­szarze kawitacji lub poza nim i zmieniająca wskutek tego charakterystykę H(Q)

6. objętość względna doprowadzonego powietrza (przy regulacji napowietrzającej)

7. średnica zewnętrzna wirnika (lub łopatek wirnika) zmieniana przez obtoczenie wirnika lub wytoczenie samych łopatek

Do oddzielnej grupy zalicza się te wielkości, których zmiana powoduje zmianę charakterystyki układu pompowego. Należy do nich stopień otwarcia zaworu regulacyj­nego w rurociągu tłocznym, jak również stopień otwarcia zaworu w rurociągu upustowym. Wielkości te, związane z regulacją dławieniową i upustową, można nazwać parametrami regulacji układu pompowego.

Regulacja dławieniowa

Najpowszechniej stosowana jest regulacja wydajności przez zmianę otwarcia zaworu umieszczonego w rurociągu tłocznym, za pompą. Podczas przymykania występuje dławienie przepływu, stąd nazwa: regulacja dławieniowa. Najczęściej charakterystyka r₁ w znamionowych warunkach pracy (rys. 13.2) la całkowicie otwartemu zaworowi regulacyjnemu, stąd regulacja dławieniowa tylko na zmniejszenie wydajności (Q₂ < Q_}).

Przymykając zawór regulacyjny, zmienia się charakterystykę rurociągu z r, na r2 daje nowy punkt pracy W2 przy, zmniejszonej wydajności Q2.Przy tej wydajności zapotrzebowanie energii ze strony układu pompowego wynosi Y* = gH* i tyle tylko jest wykorzystane użytecznie. Pozostała część, tj. AF_dt = gH_M, jest tracona w zaworze regulacyjnym wskutek dławienia i oddawana przetłaczanej cieczy w postaci które tylko w nielicznych przypadkach może być w pewnym stopniu wykorzystane użytecznie. Efekt energetyczny regulacji dławieniowej jest więc taki sam jak przy zastosowaniu innej pompy p*, pracującej przy całkowicie otwartym zaworze tłocznym, której punktem pracy jest W*, sprawność zaś wynosi tylko T_{j zast}. Obszar zakreskowany, zawarty między krzywymi r_j i T_{j zast} na rys. 13.2 jest miarą strat energii w regulacji dławieniowej.

Dodatkowym niekorzystnym efektem regulacji dławieniowej jest wzrost wartości sił hydraulicznych, zarówno wzdłużnej jak i poprzecznej, podczas zmniejszania wydajności za pomocą zaworu regulacyjnego.

Regulacja upustowa

Regulacja dławieniowa jest szczególnie niekorzystna w pompach śmigłowych i diagonalnych, dla których zapotrzebowanie mocy P (Q) rośnie wraz ze zmniejszeniem wydajności. W tego rodzaju pompach, jeśli nie są one wyposażone w regulowane łopatki wirnika lub kierownicy i nie jest możliwe zastosowanie napędu o zmiennej prędkości obrotowej, zamiast regulacji dławieniowej lepiej zastosować regulację upustową. Fragment układu pompowego z regulacją upustową pokazano schematycznie na rys. 13.3a.
W układ włączony jest przewód upustowy 2, łączący obszar odpływowy pompy (za króćcem tłocznym) z obszarem dopływowym (przed króćcem ssawnym). W przewodzie 2 znajduje się zawór regulacyjny zr.

Zasada działania regulacji upustowej wynika z rys. 13.3b. Przy zamkniętym zaworze zr punktem pracy pompy w układzie o charakterystyce r jest W. Natężenie przepływu Q = Q_w w głównym rurociągu l pokrywa się wówczas z wydajnością pompy, natomiast Q₇ = 0. Jeśli zawór zr zostanie otworzony, wówczas pompa będzie zasilała dwa równolegle połączone przewody l i 2. Charakterystyką przewodu l jest krzywa r, a przewodu 2 — pęk parabol h o wierzchołku (0, 0), odpowiadających odpowiednim otwarciom zaworu zr. Każ­da parabola przedstawia straty ciśnienia A _{z 0} w przewodzie 2, których głównym składni­kiem są zmienne opory przepływu przez zawór zr. Przy zaworze zamkniętym parabola h = h_mm redukuje się do półprostej pokrywającej się z dodatnią półosią H. W przypadku zaworu całkowicie otwartego, charakterystyka staje się najbardziej płaska. Dowolnemu pośredniemu otwarciu zaworu zr odpowiada krzywa h = h' przecho­dząca przez punkt L'. Łączną charakterystyką przewodów 1 i 2 jest krzywa r' = (r + h')_r, otrzymana przez równoległe zsumowanie charakterystyk r oraz h'. Punktem pracy pompy w układzie jest punkt W' przecięcia charakterystyk p i r'. W porównaniu do pracy przy zamkniętym zaworze zr (punkt W), wydajność pompy wskutek częściowego otwarcia zaworu wzrosła z wartości Q_w do Q'_w.. Jednak w rurociągu 1 płynie mniejszy niż po­przednio strumień objętości cieczy Q. Pozostały strumień, tj. Q'₂ = Q'_w- Q tj. płynie przez upust 2 z powrotem do obszaru dopływowego (ssawnego). Jeśli zawór zostanie otwarty w mniejszym stopniu niż poprzednio, wskutek czego charakterystyką przewodu upustowego 2 będzie np. krzywa h", to punkt pracy pompy przesunie się do W", a w rurociągu 1 popłynie większy strumień cieczy (Q" > Q'). Jeśli natomiast zawór zostanie otwarty w stopniu większym, to w przewodzie 1 popłynie mniejszy strumień (Q" < Q, mimo wzrostu wydajności pompy (punkt W"), wzrośnie bowiem strumień cieczy płynącej przez upust.

Rys. 10.3 - Regulacja upustowa: a) schemat układu, b) charakterystyki przepływu, c) zapotrzebowanie mocy

Straty powstające w procesie regulacji upustowej mogą niekiedy być mniejsze niż przy regulacji dławieniowej, w której strumień Q_l uzyskuje się dławiąc przepływ zaworem umieszczonym w części tłocznej rurociągu l (charakterystyka r_dl układu i punkt pracy W_dł). Jeśli regulacja parametrów dotyczy pompy o wartości wyróżnika szybkobieżności n_q < 40 -5- 50, dla której charakterystyka mocy jest krzywą rosnącą, to dławiąc przepływ (W —> W_dł) zmniejsza się pobór mocy (rys. 10.3c). Korzystniejsza jest tu regulacja dławieniowa, a stosowanie upustu okazuje się niecelowe.

Jeśli natomiast regulowane są parametry pracy pompy o dużym wyróżniku szybko­bieżności n_q, rzędu 90 i więcej, dla której charakterystyka mocy jest krzywą malejącą, to dławiąc przepływ powoduje się zwiększenie poboru mocy, natomiast stosując upust — zmniejszenie poboru mocy. W takim przypadku regulacja upustowa jest korzystniejsza. Ponieważ regulacja upustowa wiąże się ze wzrostem wydajności pompy, należy zawsze sprawdzić, czy będzie zachowany warunek pracy pompy poza strefą kawitacji.

Niekiedy regulacja upustowa może być jednak zastosowana — jako wspomagająca

— w dużych pompach odśrodkowych, w których nie można nadmiernie dławić przepływu ze względu na ograniczenie Q > Q_min

Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej wirnika

W ogólnym przypadku współpracy pompy z rurociągiem r, kiedy parabola jednakowych warunków zasilania oraz charakterystyka rurociągu nie pokrywają się (rys. 13.4). Przy zmianie prędkości obrotowej z n₁ na n₂, punkty pracy W₁ i W₂ leżą na różnych parabolach f_c, k₂.

Aby obliczyć nową prędkość obrotową n₂, przy której wydajność zmniejszy się z Q1 do Q2, należy przez nowy punkt pracy W₂ przeprowadzić parabolę jednakowych warunków zasilania k_c.

Przetnie ona krzywą charakterystyki pompy w pomocniczym punkcie K. Punkty W₂ i K” to punkty są to punkty powinowate.

Jeśli W_l jest punktem optymalnym, dla którego η” = η_max, to przejściu z paraboli towarzyszy pewne zmniejszenie się sprawności pompy, za to nie występują straty dławienia.

Q, m³/h

Rys Porównanie energetyczne regulacji dławieniowej z regulacją przez zmianę prędkości obrotowej

Warto porównać moc zużywaną do napędu pompy przy regulacji zmiennoobrotowej i regulacji dławieniowej (odpowiednio punkty W* i W₂ na rys. 13.5).

Wartość współczynnika zmniejszenia mocy a zależy od kształtu charakterystyki j rurociągu.

Dla rurociągu o typowej charakterystyce r (rys. 13.5) zmniejszenie wydajności z Q_l do Q₂ wskutek zmniejszenia prędkości obrotowej z n = n_opt do n = 0,75 n spowoduje dwukrotne zmniejszenie pobieranej mocy elektrycznej (a = 0,479), przy zwykłej dla współczesnych układów tyrystorowych sprawności Tj_ur = 0,975. Jest to skutek uniknięcia straty dławienia f_d = 0,41 oraz wzrostu sprawności pompy z 0,55 do 0,70. Pominięto tu niewielki spadek sprawności silnika elektrycznego przy zmniejszeniu jego obciążenia. Dla rurociągu o najbardziej stromej charakterystyce r" (przypadek również często spotykany, np. w domowych instalacjach centralnego ogrzewania) zysk będzie jeszcze większy. Dla tego samego Q₂ = 0,48 Q_l i r_ur = 0,95 (n = 0,5 n_opt), otrzy­ma się a" = 0,209.

Tylko w przypadku płaskiej charakterystyki rurociągu zysk z za­stosowania regulacji zmiennoobrotowej będzie mniejszy. Dla granicznej charakterystyki r', tj. linii równoległej do osi Q, otrzyma się a' = 0,826, przy r_ur = 0,975. W takim przypadku, przy równocześnie niewielkim zakresie regulacji (np. Q₂/Q₁ > 0,8), może się opłacać pozostawienie regulacji dławieniowej. Powinien o tym decydować rachunek ekonomiczny. Zmniejszanie wydajności pompy przez obniżanie prędkości obrotowej powoduje spadek wartości sił hydraulicznych wzdłużnej i poprzecznej, jak również siły od niewyrównoważenia; wszystkie z tych sił są proporcjonalne do kwadratu prędkości obrotowej. Dodatkowym, korzystnym efektem regulacji zmiennoobrotowej powinno więc być zmniejszenie naprężeń i ugięcia wału oraz zmniejszenie obciążenia łożysk, w konsekwencji zaś — zmniejszanie poziomu drgań oraz wzrost trwałości i niezawodności pracy pompy.

Regulacja przez zmianę liczby włączonych pomp połączonych równolegle

Regulacja wydajności układu pompowego złożonego z m równolegle współpracują­cych zespołów pompowych jest ułatwiona wskutek tego, że dodany został jeszcze jeden niezależny parametr regulacji: liczba równocześnie włączonych (pracujących) pomp. Jest to korzystne, zwłaszcza w przypadku pompowni wodociągowych i ciepłowniczych oraz niektórych przepompowni ścieków, kiedy wymagana jest duża zmienność strumienia Q_s przetłaczanej cieczy.

Omawiana regulacja jest skuteczna zwłaszcza w przypadku bardzo płaskiej charak­terystyki rurociągu. Skokowe zwiększenie lub zmniejszenie wydajności, w wyniku włączenia lub wyłączenia kolejnej pompy, nie spowoduje zmiany punktów pracy pozostałych pomp. Mogą one, jeśli są tylko odpowiednio dobrane, pracować cały czas z wydajnościami Q, = Q, = Q_opt odpowia­dającymi najwyższym sprawnościom.

W celu uzyskania ciągłej zmiany wydajności , można w niewielkim stopniu stosować dławienie wszystkich m pomp głównym zaworem regulacyjnym zr (rys. 13.6 b) lub w większym stopniu - regulować dławieniowo lub przez zmianę prędkości obrotowej tylko jedną z pomp. W częściej spotykanym przypadku oporów przepływu A_z porównywalnych z H_st (rys. 13.6c), włączanie kolejnych pomp będzie powodowało coraz mniejsze przyrosty wydajności, przy równoczesnym zmniejszaniu się wydajności każdej z pomp (punkty A, B, C, D) i oddalaniu się ich w coraz większym stopniu od wydajności optymalnych Q_opt. Jest to racjonalne dla nie więcej niż trzech pomp. Zamiast stosować grupy czterech lub więcej Pomp lepiej jest dobrać dwie pompy o większych wydajnościach znamionowych.

• DOBÓR POMP

Każdą pompę dobiera się tak, by miała odpowiednie do potrzeb parametry:

Wydajność - pompa musi dostarczać tyle wody by zaspokoić zapotrzebowanie. Wartość ta jest wyrażana w m3/h (lub litrach na sek). Np. w przypadku gospodarstw domowych zależy m.in. od liczby domowników i punktów poboru wody, a także od tego, czy wodą ze studni podlewać się będzie jednocześnie ogród. Dla ułatwienia doboru pomp do wody ich producenci podają często przybliżone wartości zapotrzebowania na wodę:

- dla domu jednorodzinnego - 2-4 m3/h

- podlewanie trawników - 1,5 m3/h na każdy zraszacz

- uprawy przydomowe, szklarnie - 4-6 m3/h

Wydajność nie powinna być większa od ilości wody napływającej do studni, czyli wydajności studni. Jeśli dobrana zostanie pompa o większej wydajności, to dynamiczne zwierciadło wody w studni może opaść poniżej wartości dopuszczalnej, a to mogłoby spowodować wynurzenie się pompy, czyli pracę na sucho, do czego nie można dopuścić.

W przypadku systemu ciepłowniczego powyższe utrudnienie nie występuje, gdyż jest to układ zamknięty, a niedobory uzupełniane są z sieci wodociągowej (woda jest uprzednio uzdatniana). Wymagana wydajność jest związana z zapotrzebowaniem odbiorców na ciepło.

Wysokość podnoszenia - pompa musi dostarczać wodę pod takim ciśnieniem, by z punktu poboru wody na najwyższym piętrze domu wypływała woda pod odpowiednim ciśnieniem. Ciśnienie to wyrażane jest w metrach słupa wody. Zależy ono od głębokości studni, jej odległości od domu, wysokości na jaką ma być pompowana woda, wymaganego ciśnienia w punktach poboru wody oraz strat ciśnienia na drodze pompowania. Straty ciśnienia występują na całej długości przewodów, a także w miejscach, gdzie zmieniają się średnice lub kierunek prowadzenia przewodów, lub tam, gdzie na przewodzie zamontowane są zawory, wodomierze czy urządzenia do uzdatniania wody (filtry, odżelaziacze).

Moc pompy musi być tym większa, im większe są wydajność i wysokość podnoszenia. Każda pompa ma pewien przedział wydajności i wysokości podnoszenia, w którym może pracować. Jeśli pompuje wodę na maksymalną wysokość, to jej wydajność spadnie i na odwrót.

Pompy wykorzystuje się nie tylko do poboru wody, ale również do podwyższania ciśnienia w instalacji, zwłaszcza w budynkach wysokich. Elementem roboczym w pompie jest tłok lub wirnik łopatkowy. Pompy tłokowe charakteryzują się stałą, niezależną od wysokości podnoszenia, wydajnością. Nie są jednak powszechnie stosowane, ponieważ są dość duże, ciężkie i stosunkowo drogie. Najczęściej używa się ich w układach bardzo wysokiego ciśnienia lub w stacjach uzdatniania wody do dozowania na przykład chloru. Wydajność pomp wirowych jest zależna od wysokości podnoszenia. Obsługują przepompownie I stopnia transportujące wodę z ujęcia do zbiorników, w których jest gromadzona, przepompownie II stopnia pompujące wodę ze zbiorników do obszarów poboru wody i III stopnia z obszarów poboru wody do miejsc czerpania wody. Są powszechnie stosowane również w ujęciach wody podziemnej i powierzchniowej, a także do przepompowywania wody ze zbiorników. W zależności od kształtu wirnika spotyka się pompy: odśrodkowe, diagonalne i śmigłowe. Pompy wirowe mogą mieć jeden wirnik (jednostopniowe) lub kilka czy kilkanaście połączonych szeregowo (wielostopniowe).

Krzywa pompy i charakterystyka sieci

Dobór pompy powinien być dokonywany na podstawie przewidywanych warunków jej pracy (zużycia wody oraz wysokości, na jaką woda będzie pompowana). Służą do tego krzywe charakterystyczne pompy, które opisują parametry urządzenia i charakterystyka.

Krzywa wysokości podnoszenia pompy określa zależność między wysokością podnoszenia, a natężeniem przepływu wody. Im większe natężenie, tym mniejsza wysokość podnoszenia cieczy. Charakterystykę tę odczytuje się z katalogu dla danego modelu pompy. Wraz z hydrauliczną charakterystyką sieci są podstawą doboru pompy.

Na podstawie krzywej zapotrzebowania na moc można wyznaczyć orientacyjny pobór mocy w każdym punkcie pracy pompy.

Krzywa sprawności przedstawia zależność sprawności w funkcji wydajności pompy. Uwzględniana jest przede wszystkim w przypadku dużych agregatów pompowych stosowanych na przykład w instalacjach przemysłowych i budowlanych. Przy wyborze pompy duże znaczenie ma hydrauliczna charakterystyka sieci, określająca zależność pomiędzy natężeniem przepływu cieczy w instalacji, a ciśnieniem potrzebnym na pokonanie miejscowych i liniowych oporów.

Charakterystykę sieci można wyznaczyć na podstawie projektu instalacji (rodzaju i średnicy rur w instalacji, przybliżonej liczby kolanek, zaworów oraz strat spowodowanych urządzeniami np. do uzdatnienia wody) lub za pomocą pompy pomiarowej z wbudowanym manometrem różnicowym wskazującym zmiany ciśnienia w sieci. Ten drugi sposób ma zastosowanie w małych, zwłaszcza remontowanych lub modernizowanych instalacjach, które dodatkowo mogą być pokryte osadem kamiennym, zwiększającym opory w całym przewodzie. Punkt przecięcia się charakterystyki wysokości podnoszenia pompy z charakterystyką sieci nazywa się punktem pracy i na jego podstawie dobiera się pompę.

Pompy mogą współpracować ze sobą. W tym celu mogą być łączone szeregowo lub równolegle. Połączenie szeregowe (np. pompa tłoczy przewodem do drugiej pompy), powoduje zwiększenie wysokości podnoszenia układu. Charakterystyka połączenia szeregowego jest sumą wysokości podnoszenia dla tych samych natężeń. Najczęściej taki układ stosuje się w przypadku wirników w pompach głębinowych. Połączenie równoległe (np. dwie pompy tłoczą wodę do jednego przewodu) zapewnia zwiększenie wydajności układu. Jego charakterystyką jest suma odcinków poziomych na wykresie - natężeń przepływu dla tej samej wysokości podnoszenia. Należy również pamiętać, że wydajność dwu jednakowych pomp pracujących równolegle jest mniejsza od podwójnej wydajności każdej z nich ze względu na straty hydrauliczne w przewodzie. Połączenie równoległe pracujących pomp znajduje zastosowanie w przepompowniach wody z sieci lub zbiorników retencyjnych, a także w zestawach do podnoszenia ciśnienia, gdzie mogą być jeszcze dodatkowo łączone ze sobą szeregowo (układy szeregowo-równoległe). Współpraca kilku pomp powoduje zwiększenie obszaru zmienności wydajności całego układu i jego wysokości podnoszenia, przez co, w porównaniu z jedną pompą, lepiej dostosowuje się on do zmiennych warunków pracy (pompowanie wody na różne piętra, w różnych ilościach). Ma jeszcze tę zaletę, że w przypadku awarii jednej pompy nie przestaje całkowicie działać. W małych pompowniach i domach jednorodzinnych najczęściej wystarcza pompa pojedyncza.

NPSH (Net Positive Suction Head):

Przy doborze pompy należy pamiętać aby pompa pracowała w obszarze powyżej rozporządzalnej nadwyżki NPSH. W przeciwnym wypadku pompa jest zagrożona możliwością wystąpienia kawitacji, co prowadzi do erozji łopatek wirnika i znacznego skrócenia życia technicznego pompy.

DORBÓR POMP DLA UKŁADÓW ENERGETYCZNYCH:

W układach kolektorowych pompy dobiera się tak, aby było możliwe przybliżone dostosowanie sumarycznej wydajności pomp do sumarycznego obciążenia kotłowni przez włączanie i wyłączanie poszczególnych pomp, pracujących przy obciążeniach bliskich znamionowemu. Natomiast w układach blokowych każdy blok ma swój zespół pomp zasilających podstawowych i rezerwowych.

Warunki pracy pomp wody zasilającej określają:

• ciśnienie:

wartość użytecznego ciśnienia pompowania powinna być wyższa o 10-40% od ciśnienia znamionowego pary w kotle

• wydajność:

25% większa od wydajności kotła walczakowego

100% większa od wydajności kotła przepływowego