Sprawozdanie z ćwiczenia nr 9

Temat: Pomiar przepływu cieczy w rurociągu

1. Cel ćwiczenia:

Celem wykonanego ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania różnych rodzajów przetworników do pomiaru natężenia przepływu cieczy oraz zbadanie charakterystyki pompy wirowej odśrodkowej z regulowanym napędem tyrystorowym.

2. Schemat aparatury pomiarowej:

Aparatura ta składa się z:

M -silnik prądu stałego o mocy 1,5kW napędzający pompę

ST - sterownik tyrystorowy zasilający silnik pompy

N - zestaw przyrządów pomiarowych umożliwiających pomiar mocy elektrycznej pobieranej przez silnik

Ph - manometr sprężystościowy umożliwiający pomiar

ciśnienia tłoczenia pompy

PS - przepływomierz skrzydełkowy

ZP - zwężka pomiarowa

RT - rotametr

PI - przepływomierz indukcyjny (magnetyczny)

PC - przepływomierz kalorymetryczny (cieplny)

MC - cieczowy manometr różnicowy

PM - mieszkowy przetwornik magnetoelektryczny

Natężenia objętościowego przepływu cieczy, określane na podstawie wskazań

poszczególnych przyrządów pomiarowych będą oznaczane następująco:

 przepływomierz skrzydełkowy - V_s

 zwężka z manometrem cieczowym - V_zc

 zwężka z przetwornikiem magnetoelektrycznym - V_zm

 rotametr - V_r

 przepływomierz indukcyjny - V_i

 przepływomierz cieplny - V_c

3. Opracowanie wyników:

1. Pomiary przepływomierzem skrzydełkowym:

• Wyniki pomiarów:

Vr	t=0 min	t=5 min	Vs [dm^3/godz]
[dm^3/godz]	Vs [m^3]	Vs [m^3]
600	467,723	467,756	397,20
800	467,765	467,819	643,20
1000	467,83	467,898	817,20
1200	467,902	467,96	691,20
1400	467,979	468,048	829,20
1600	468,058	468,152	1126,80
1800	468,17	468,275	1261,20

• Obliczenie objętościowego natężenia przepływu cieczy przez przepływomierz skrzydełkowy:

1. V_s1 = 467,723 m³

V _s2 = 467,756 m³

Należy tu również przeliczyć jednostki V_s [dm³/godz]

V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 397,2 dm³/godz

2.V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 643,20 dm³/godz

3.V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 817,20 dm³/godz 4.V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 691,20 dm³/godz

5.V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 829,20 dm³/godz

6.V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 1126,80 dm³/godz

7.V_s = [(V_s1-V _s2)· 1000dm³·60min/godz]/5min = 1261,20 dm³/godz

• Wykres zależności V_s=f(V_r):

• Współczynnik kierunkowy prostej K_s wyznaczony z równania prostej za pomocą programu Microsoft Excel:

K_s=0,6377

2. Pomiary przepływu zwężką:

• Wyniki pomiarów:

Vr	Δh	Vzm
[dm^3/godz]	[mm]	[% zakresu]
400	7	4
600	16	4
800	28	12
1000	45	26
1200	65	42
1400	95	62
1600	125	88
1800	150	98

• Przeliczenie wartości Δh na V_zc za pomocą wzoru:

np.

V_zc1 =146,3·√Δh₁ = 387,0734 dm³/godz

Δh	Vzc
[mm]	[dm^3/godz]
7	387,0734
16	585,2
28	774,1468
45	981,4102
65	1179,508
95	1425,956
125	1635,684
150	1791,802

• Wykres zależności V_zc=f(V_r) :

• Współczynnik kierunkowy K_zcwynosi :

K_zc=1,0261

Współczynnik kierunkowy prostej jest bliski jedności

• Przeliczenie wartości Δh w milimetrach słupa rtęci na wartości różnicy ciśnień ΔP ze wzoru:

Δh [mm]	Δh [m]	ΔP [Pa]
7	0,007	858,375
16	0,016	1962
28	0,028	3433,5
45	0,045	5518,125
65	0,065	7970,625
95	0,095	11649,375
125	0,125	15328,125
150	0,150	18393,75

• Wykres charakterystyki statycznej magnetoelektrycznego przetwornika różnicy ciśnień V_zm=f(ΔP) :

3. Pomiary przepływomierzami indukcyjnym i cieplnym:

• Wyniki pomiarów:

Vr	Vi	Vc
[dm^3/godz]	[% zakresu]	[% zakresu]
1800	72	28
1600	62	32
1400	54	36
1200	46	44
1000	38	55
800	30	72
600	25	98
400	16	100

• Wykres kalibrowania badanych przepływomierzy V_i=f(V_r) oraz V_c=f(V_r)

4. Ciśnienie tłoczenia pompy:

• Wyniki pomiarów:

n	Ph
[obr./min]	[kPa]
400	12
600	20
800	30
1000	46
1200	62
1400	82

• Wykres zależności P_h=f(n):

Sprawdzenie równania P_h≈Kn² dla n₁=600 obr/min i n₂=1200 obr/min obliczając zależność:

1200/600 ≈ √62/20 =1,76 ≈ 2

5. Wydajność pompy:

• Wyniki pomiarów:

n obr/min	Ph [kPa]	Vr
600	12 13 14 14 15 16 18	640 640 620 560 420 310 200
800	18 18 19 20 24 26 28	960 960 940 900 850 660 420
1000	24 24 25 25 27 30 35	1110 1110 1110 1000 990 770 460
1200	30 31 31 32 35 39 46	1350 1350 1340 1290 1050 750 -

• Wykres zależności V_r=f(P_h) dla czterech badanych prędkości obrotowej silnika pompy:

• Sprawdzenie równania V_r ≈ Kn dla n₁=600 obr/min i n₂=1200 obr/min) obliczając zależność:

1200/600 ≈ 1340/660 = 2

6. Moc pobierana przez silnik pompy:

• Wyniki pomiarów:

n	Vr	U	I
[obr./min]	[dm^3/godz]	[V]	[A]
400	380	55	0,1
600	620	80	0,15
800	880	103	0,2
1000	1100	136	0,25
1200	1340	152	0,3

• Obliczenie mocy N pobieranej przez silnik pompy przy całkowicie otwartym zaworze Z₂ ze wzoru:

gdzie:

U	I	N
[V]	[A]	[W]
55	0,1	5,5
80	0,15	12
103	0,2	20,6
136	0,25	34
152	0,3	45,6

• Obliczenie mocy pobieranej przez silnik pompy przy stałej prędkości obrotowej pompy n=1200 obr/min i stopniowym dławieniu przepływu:

Lp.	Vr	U	I	N
		[dm^3/godz]	[V]	[A]	[W]
1	1340	152	0,3	45,6
2	1340	152	0,3	45,6
3	1280	152	0,3	45,6
4	1220	153	0,3	45,9
5	1060	153	0,4	61,2
6	820	154	0,4	61,6

• Obliczenie mocy pobieranej przez silnik pompy przy całkowitym zdławieniu pompy:

n	U	I	N
[obr./min]	[V]	[A]	[W]
1200	155	0,4	62
1000	130	0,3	39
800	105	0,25	26,25
600	85	0,15	12,75
400	60	0,1	6

• Wykres zależności N=f(V_r):

• Sprawdzenie równania N≈Kn³ dla n₁=600 obr/min i n₂=1200 obr/min oraz całkowicie otwartego zaworu Z₂ obliczając zależność:

1200/600 ≈ √62/12,75 = 2,21 ≈ 2

• Wykres maksymalnej mocy pobieranej przez silnik pompy przy całkowitym zdławieniu przepływu od zmiennej prędkości obrotowej silnika pompy N_max=f(n):

7. Sprawność pompy

Korzystając z wykresu charakterystyki pompy znalazłam dla n = 1200 obr/min trzy dowolne pary wielkości Ph i Vr

Vr [m/h]	Ph [Pa]
1350	30000
1050	34000
750	45000

Następnie z wykresu N=f(Vr) określam dla wybranych Vr moce N pobierane przez silnik pompy przy n = 1200 obr/min. obliczając ją z równania prostej:

y = -0,01x+ 62,698

gdzie: x- odpowiada wybranemu Vr.

Wcześniej jednak należy zamienić jednostkę Vr na [m³/s]

Vr [dm^3/h]	Vr' [m^3/s]	N [Pa]
1350	3,75 ۰ 10^-4	62,698
1050	2,92 ۰ 10^-4	62,698
750	2,08 ۰ 10^-4	62,698

Zamiana jednostki: np. Vr'=1350 ۰ 0,001/3600 = 3,75 ۰ 10^-4 m³/s

• Obliczenie sprawności pompy ze wzoru:

gdzie η_s=0,75

Vr [dm^3/h]	Vr' [m^3/s]	N [Pa]	Ph	ηs	ηp
1350	0,000375	62,698	31000	0,75	0,25
1050	0,000292	62,698	35000	0,75	0,22
750	0,000208	62,698	39000	0,75	0,17

8. Wykorzystanie charakterystyki pompy:

• sprawdzenie możliwości wykorzystania pompy w konkretnym przypadku oraz dobranie do jej napędu silnika o odpowiedniej prędkości obrotowej i mocy.

H= 5,4 m, ρ=1004 kg/m³, g=9,81 m³/s

P_h = H · g ·ρ =5,4 m·1004 kg/m³·9,81 m³/s=53185,896Pa=53,186kPa

Korzystając z charakterystyki pompy V_r=f(P_h,n), szukana pompa o maksymalnej wydajności Vr=0,8m³/h powinna mieć prędkość obrotową:

η_s=1200 obr/min

• Obliczenie mocy zainstalowanej silnika:

Odczytanie z wykresu zależności N=f(n) moc silnika dla prędkości obrotowej

n_s=1200obr/min.

N_max=62 W

Obliczenie mocy zainstalowanej silnika N_s ze wzoru:

N_s=N_max ·R

gdzie: R=1,5

N_s=N_max ·R=62W·1,5=93W

4. Wnioski:

Po wykonaniu ćwiczenia oraz sprawozdania mogę wysunąć następujące wnioski:

1.Obliczona przeze mnie wartość współczynnika kierunkowego prostej K_s jest w przybliżeniu równa 1, zatem mogę stwierdzić, iż wartość przepływomierza skrzydełkowego jest zbliżona do wartości wskazanej przez rotametr. Wykres zależności objętościowego natężenia przepływu przez przepływomierz skrzydełkowy od przepływu przez rotametr ma charakter liniowy.

2.Po wyznaczeniu współczynnika kierunkowego prostej K_zc mogę wnioskować, iż wartości wyznaczone przez zwężke z manometrem cieczowym są zbliżone do wartości wskazywanych przez rotametr.

3.Analizując wykres przedstawiające efekty badania przepływomierza cieplnego i indukcyjnego można określić, iż: wraz ze wzrostem natężenia przepływu wskazania przepływomierza indukcyjnego rosną, zaś przepływomierza cieplnego maleją.

4. Sprawdzając równanie mogę wnioskować, że ciśnienie tłoczenia pompy jest proporcjonalna do kwadratu prędkości obrotowej silnika.

5.Po wykonaniu wykresu podczas analizy wydajności pompy wnioskuję, iż wraz ze wzrostem ciśnienia tłoczenia pompy maleje natężenie objętościowe przepływu czyli im wyższe tłoczenie pompy, tym większa wydajność pompy.

6.Moc pobierana przez silnik jest tym większa im większa wydajność pompy lub szybkość obrotowa jej silnika,

7.Maksymalna moc pobierana jest przez pompę przy całkowitym zdławieniu przepływu.

---