Cel ćwiczenia:

Ustalenie związków między parametrami hydraulicznymi, mechanicznymi i elektrycznymi pompy wirowej i ich przedstawieniu w postaci charakterystyk jej pracy:

- charakterystyki wysokości podnoszenia pompy H₀ (Q),

- charakterystyki pobieranej mocy N_p (Q),

- charakterystyki współczynnika sprawności η (Q).

Opis stanowiska:

Urządzenie stanowi zamknięty obieg składający się ze zbiornika z wodą, przewodu ssawnego z zaworem Zs, pompy odśrodkowej napędzanej silnikiem elektrycznym oraz przewodu tłocznego z zaworem regulacyjnym Zt i zwężką Venturiego. Zawór Zs jest zamontowany w celu wywoływania dużych strat na przewodzie ssawnym. Na przewodzie tłocznym, między pompą i zaworem podłączony jest manometr mechaniczny Mt, o klasie 0.4 i zakresie10. Zwężka Venturiego służąca do pomiaru natężenia przepływu, połączona jest z manometrem różnicowym M1.

Tuż przed wlotem do pompy znajduje się otworek w ścianie przewodu ssawnego, połączony przewodem z manometrem różnicowym M2. Drugie ramie manometru połączone jest ze zbiornikiem. Pozwala to na pomiar spadku ciśnienia w przewodzie ssawnym oraz po uwzględnieniu wzniesienia zwierciadła wody w zbiorniku ponad oś pompy, na obliczenie wysokości ssania pompy.

Pomiary należy dokonywać przy minimalnych oporach na przewodzie ssawnym, tzn. przy całkowicie otwartym zaworze Zs.

Przebieg ćwiczenia:

Po włączeniu pompy i odpowietrzeniu układu wykonaliśmy 10 pomiarów, każdy pomiar dla innego stopnia otwarcia zaworu Zt. Dla każdego ustawienia zaworu odczytujemy wskazania trzech manometrów oraz watomierza. Pierwszy pomiar wykonywany jest przy całkowicie zamkniętym zaworze, ostatni przy całkowicie otwartym.

Poniżej zestawione zostały wyniki pomiarów (wszystkie pomiary wykonane były przy temperaturze t=21ºC (T = 294,15 K) i ciśnieniu barometrycznym p=996,5 hPa):

nr pomiaru	M1	M2	Mt	watomierz
		Δhśr [mm]	Δhśr [mm]	kG/cm2	W
1	0	0	4,3	100
2	5	4	3,8	220
3	15	10	3,4	295
4	31	22	2,86	390
5	43	31	2,48	450
6	55	38	2,17	460
7	76	51	1,65	470
8	98	68	1,15	490
9	121	85	0,64	500
10	141	94	0,26	510

Analiza wyników:

Dzięki wskazaniom manometru M2 możemy obliczyć objętościowe natężenie przepływu za pomocą wzoru:

, gdzie:

αA=1,93*10^-4 m²

-gęstość cieczy manometrycznej w warunkach otoczenia (dla 21ºC)

- gęstość wody w przewodzie w warunkach otoczenia (dla 21ºC)

- gęstość wody w warunkach panujących w zbiorniku (dla 23ºC)

i tak dla pomiaru drugiego Q obliczamy:

0,214321 [l/s]

Analogicznie obliczamy przepływy dla pozostałych pomiarów:

nr pomiaru	Q
		[dm3/s]
1	0
2	0,214321
3	0,371215
4	0,533656
5	0,628514
6	0,710824
7	0,835579
8	0,948841
9	1,054322
10	1,138125

W kolejnej tabeli zestawiliśmy ciśnienia na przewodzie tłoczącym z uwzględnieniem wzniesienia manometru Mt ponad oś przewodu.

seria pomiarowa	Mt	Mt z uwzględnieniem wysokości wzniesienia nad oś przewodu
		[Pa]	[Pa]
1	421686	424570
2	372653	375537
3	333426	336310
4	280470	283354
5	243205	246089
6	212804	215688
7	161810	164694
8	112776	115660
9	62763	65647
10	25497	28381

Obliczamy ciśnienie na przewodzie ssącym p_s:

Obliczamy Ps dla pierwszego pomiaru:

Ps= 0,785*997,04*9,81-0(13533*9,81-997,04*9,81)=7678,06 [Pa]

Analogicznie dla pozostałych pomiarów:

nr pomiaru	ps
		[Pa]
1	7678,055
2	7186,144
3	6448,278
4	4972,545
5	3865,745
6	3004,9
7	1406,189
8	-684,433
9	-2775,05
10	-3881,85

Następnie obliczamy wysokość ssania Hs, wysokość tłoczenia Ht oraz wysokość podnoszenia pompy Hp:

, gdzie pt to ciśnienie wskazane na manometrze mechanicznym Mt z uwzględnieniem wysokości manometru ponad oś przewodu tłoczącego

Obliczenia dla pierwszego pomiaru:

Hs = 7678,055 / (997,04*9,81) = 0,785 [m]

Ht = 424570 / (997,04*9,81) = 43,408 [m]

Hp = 43,408-0,785 = 42,623 [m]

nr pomiaru	Hs	Ht	Hp
		[m]	[m]	[m]
1	0,785	43,40783	44,19283
2	0,734707	38,39473	39,12944
3	0,659268	34,38418	35,04345
4	0,50839	28,96999	29,47838
5	0,395232	25,16004	25,55527
6	0,307219	22,05186	22,35908
7	0,143768	16,83826	16,98203
8	-0,06998	11,82505	11,75508
9	-0,28372	6,711752	6,428032
10	-0,39688	2,901698	2,504819

Moc pobieraną przez urządzenie obliczyliśmy ze wzoru:

Sprawność obliczyliśmy ze wzoru:

Obliczenia dla drugiego pomiaru:

Nu= 9,81*997,04*0,00021*44,193 = 81,9977 [W]

η = (81,9977 / 220) *100%= 37,27 [%]

nr pomiaru	Nu	η
		[W]	[%]
1	81,99775	37,27
2	127,1941	43,12
3	153,8149	39,44
4	157,0467	34,90
5	155,3994	33,78
6	138,7424	29,52
7	109,0569	22,26
8	66,26471	13,25
9	27,87381	5,47

Wnioski:

Wszelkie niedokładności (analityczne jak i graficzne) są spowodowane błędami obserwatora. Największe błędy wykazywały manometry cieczowe M1 oraz M2. Podczas wielkokrotnych odczytów poziom cieczy manometrycznej był niestabilnty i znacznie się wachał. Niedokładność poamiarową dawał również watomierz, który przy oczekiwanej wartości

0 [W] podczas zerowego przepływu, wykazywał wartość bliską 1[W].

Wykonane ćwiczenie laboratoryjne pozwala nam wykazać, że przy maksymalnej wartości przepływu, moc agregatu była maksymalna. Odwrotnie zachowuje się wysokość podnoszenia pompy, na której maksymalna wysokość podnoszenia przypada na minimalny przepływ. Sprawność pompy natomiast zmienia się parabolicznie w stosunku do przepływu cieczy.

---