SZKOŁA GŁÓWNA SŁUŻBY POŻARNICZEJ

KATEDRA TECHNIKI POŻARNICZEJ		LABORATORIUM HYDROMECHANIKI
Ćwiczenie nr 8 Temat ćwiczenia: Badanie charakterystyk pomp wirowych odśrodkowych i ich współpracy szeregowej i równoległej		Imię i nazwisko: Smug Paweł Pluton 3
Prowadzący: kpt.mgr inż. Elżbieta Pawlak	Data wykonania: 28.04.2000 r.	Data złożenia: 27.05.2000 r.	Ocena:

Schemat stanowiska.

1 - pompa, 2 - zawór zwrotny, 3 - zawór kulowy, 4 - zawór kulowy, 5 - smok ssawny, 6 - przepływomierz magnetyczny, 7 - zawór regulacyjny, 8 - zawór odcinający, 9 - wakuometr, 10, 11 - manometry sprężynowe, 12 - tensometryczny czujnik ciśnienia, 13 - miernik ciśnienia, 14 zbiornik wody.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki pomp wirowych odśrodkowych i ich współpracy szeregowej oraz równoległej. Dodatkowo studenci podczas badania pracy pompy pojedynczej i współpracy pomp mają, możliwość porównania różnic parametrów podawania wody w zależność od zastosowanego wariantu układu pompowego. Innym aspektem eksperymentu jest zapoznanie się eksperymentatorów z układem pomiarowym i urządzeniami wykorzystanymi w ćwiczeniu.

2. Tabela wyników pomiarowych pracy pojedynczej pompy.

Lp.	Wydatek pompy Q	Ciśnienie po stronie ssawnej Hss	Ciśnienie po stronie tłocznej Ht	Moc silnika Ns
-	[%]	[Mpa]	[Mpa]	[W]
1.	5	-0,004	0,48	21,5
2.	10	-0,006	0,45	26
3.	15	-0,008	0,43	30
4.	20	-0,01	0,40	32,5
5.	25	-0,012	0,37	34
6.	30	-0,015	0,33	36
7.	35	-0,02	0,29	37,5
8.	40	-0,024	0,24	37,5
9.	45	-0,03	0,17	37,0
10.	50	-0,038	0,10	35,5

3. Tabela wyników uzyskanych na podstawie obliczeń oraz wartości przeliczonych parametrów pomiarowych dla pracy pompy pojedyńczej.

Lp.	Wydatek pompy Q	Ciśnienie po stronie ssawnej Hss	Ciśnienie po stronie tłocznej Ht	Moc silnika x 10 x 3	Wysokość podnosze-nia Hp	Moc hydrauli- czna Nu	Sprawność pompy η
-	[dm^3/s]	[m]	[m]	[kW]	[m]	[kW]
1.	0,22	0,4	48	0,645	48,4	0,1044	0,170
2.	0,44	0,6	45	0,780	45,6	0,1945	0,260
3.	0,66	0,8	43	0,900	43,8	0,2834	0,330
4.	0,88	1,0	40	0,975	41	0,3540	0,384
5.	1,10	1,2	37	1,020	38,2	0,4120	0,425
6.	1,32	1,5	33	1,080	34,5	0,4460	0,434
7.	1,54	2,0	29	1,125	31	0,4680	0,440
8.	1,76	2,4	24	1,125	26,4	0,4550	0,430
9.	1,98	3,0	17	1,110	20	0,3880	0,370
10.	2,20	3,8	10	1,065	13,8	0,2976	0,296

3. Przykładowe obliczenia wartości parametrów pracy pojedynczej pompy na podstawie, których tworzy się charakterystyki dla pomp wirowych odśrodkowych.

- Przeliczenie wydatku Q odczytanego w urządzenia pomiarowego w [%] na jednostki wydatku w [dm³/s], z uwzględnieniem, iż 100 [%] odpowiada 4,4[dm³/s].

4,4 [dm³/s] - 100 [%]

Q - 5 [%]

Q= 4,4 [dm³/s]· 5[%] = 0,22 [dm³/s]

100 [%]

- Przeliczenia ciśnienia z [MPa] na jednostki [m] sł.wody.

Hss = 0,006 [MPa] = 0,6 [m]

Ht = 0,45 [MPa] = 45 [m]

- Obliczenia wysokości podnoszenia pompy Hp.

Hss = 1,2 [m]

Ht = 37 [m] Hp = Ht + Hss = 1,2 [m] + 37[m] = 38,2 [m]

Hss = 3 [m]

Ht = 17[m] Hp = Ht + Hss = 3 [m] + 17[m] = 20[m]

- Przeliczenia mocy silnika elektrycznego napędzającego pompę - wskazania watomierza mnożymy przez cyfrę 3 (miernik mierzy napięcie przewodowe) i przez cyfrę 10 (skala watomierza).

Ns = 30 [W] Ns = 30 · 3 · 10 · 10 ^-3 = 0,900 [kW]

Ns = 36 [W] Ns = 36 · 3 · 10 · 10 ^-3 = 1,080 [kW]

- Obliczenia mocy hydrauliczne ze wzoru

Nu = Q · Hp· γ w [kW]

102

Nu = 0,44 [dm³/s]·45,6 [m]·1[kg/dm³] = 0,1945 [kW]

102

- Obliczenia sprawności pompy pojedynczej ze wzoru

η = Nu / Ns · ηs przyjmując ηs = 95 % = 0,95

η₁ = 0,104 [kW]/ 0,64 [kW] · 0,95 = 0,17

η₄ = 0,354 [kW] / 0,97 [kW]· 0,95 = 0,384

4. Tabela wyników pomiarowych pracy dwóch pomp w układzie szeregowym.

Lp.	Wydatek pomp Q	Ciśnienie po stronie ssawnej Hss	Ciśnienie po stronie tłocznej Ht	Moc silnika Ns
-	[%]	[MPa]	[MPa]	[W]
1.	5	0,006	0,92	21,0
2.	10	0,006	0,90	25,5
3.	15	0,008	0,85	29,0
4.	20	0,010	0,80	32,0
5.	25	0.013	0,72	34,0
6.	30	0.016	0,65	36,0
7.	35	0,020	0,56	37,0
8.	40	0,024	0,48	37,0
9.	45	0,030	0,36	36,5
10.	50	0,037	0,20	35,0

5. Tabela wartości uzyskanych na podstawie obliczeń i przeliczonych parametrów pracy dwóch pomp w układzie szeregowym.

Lp.	Wydatek pomp Q	Ciśnienie po stronie ssawnej Hss	Ciśnienie po stronie tłocznej Ht	Moc pompy Ns x 3x10	Wysokość podnoszenia Hp	Moc hydrauli- czna Nu	Sprawność układu szeregowego pomp η
-.	[dm^3/s]	[m]	[m]	[kW]	[m]	[kW]
1.	0,22	0,6	92	0,630	92,6	0,199	0,33
2.	0,44	0,6	90	0,765	90,6	0,390	0,54
3.	0,66	0,8	85	0,870	85,8	0,355	0,67
4.	0,88	1,0	80	0,960	81,0	0,699	0,76
5.	1,10	1,3	72	1,020	72,1	0,777	0,80
6.	1,32	1,6	65	1,080	65,2	0,844	0,82
7.	1,54	2,0	56	1,110	56,2	0,851	0,80
8.	1,76	2,4	48	1,110	50,4	0,870	0,82
9.	1,98	3,0	36	1,095	39,0	0,757	0,72
10.	2,20	3,7	20	1,050	23,7	0,511	0,51

6. Przykładowe obliczenia wartości parametrów pracy układu pompowego szeregowego.

Pomiar odbywał się przy uwzględnieniu tych samych wartości wydatku.

- Przeliczenia ciśnień po stronie ssawnej i po stronie tłocznej z [MPa] na [m] sł. wody

Hss₄ = 0,01 [MPa] Hss₄ = 0,01 [MPa] = 1 [m]

Hp₄ = 0,80 [MPa] Hp₄ = 0,80 [MPa] = 8 [m]

- Obliczam wysokość podnoszenia dla dwóch pomp pracujących w układzie szeregowym Hp ze wzoru

Hp = Hss + Ht w [m] sł. wody

Hss₄ = 1 [m] Hp = 1 [m] + 80 [m] = 82 [m]

Ht₄ = 80 [m]

- Przeliczenie wartości mocy silnika elektrycznego - wskazania watomierza mnożymy przez cyfrę 3 (miernik mierzy napięcie przewodowe) i przez cyfrę 10 (skala watomierza)

Ns₃ = 29 [W] Ns₃ = 29 · 3 · 10 · 10^-3 = 0,870 [kW]

Ns₄ =32 [W] Ns₄ = 32 · 3 · 10 · 10^-3= 0,960 [kW]

- Obliczam mocy hydraulicznej dla pracy dwóch pomp w układzie szeregowym

ze wzoru

Nu = Q · Hp · γ / 102

Nu₂ = 0,44 [dm³] · 90,6[m] · 1[kg/dm³] / 102 = 0,391 [kW]

Nu₄ = 0,88 [dm³] · 85,8[m] · 1[kg/dm³] / 102 = 0,699 [kW]

- Obliczam sprawność pracy dwóch pomp pracujących w układzie szeregowym

ze wzoru

η = Nu / Ns · ηs ηs = 0,95

Nu₂ = 0,390 [kW]

Ns₂ = 0,765 [kW] η₂ = 0,390 / 0,765 · 0,95 = 0,54

Nu₆ = 0,844 [kW] η₆ = 0,844 [kW] / 1,08 [kW] · 0,95 = 0,82

Ns₆ = 1,080 [kW]

7. Wnioski i spostrzeżenia .

Pomiary pracy pompy i współpracy dwóch pomp oraz wyznaczenia przebiegu charakterystyk podczas doświadczenia wykonano dla: - pracy pompy pojedynczej, - współpracy dwóch pomp w układzie szeregowym . Natomiast nie wykonano dla współpracy dwóch pomp w układzie równoległym.

Z przeprowadzonych badań, tzn. wyników pomiarów i wyznaczonych charakterystyk wynikają następujące wnioski ogólne dotyczące pracy każdej pompy:

- w punktach najmniejszych wydajności (oś odciętych) , to jest w pobliżu początku układu współrzędnych, wysokości podnoszenia są największe,

- ze wzrostem wydajności, maleje wysokość podnoszenia a co za tym idzie ciśnienie tłoczenia,

- wzrastający wydatek powoduje w początkowym okresie wzrost sprawności oraz wzrost mocy (czyli na zwiększenie ilościowego przepływu w czasie pracuje coraz większa moc) ,

- wraz ze wzrostem wydatku wzrasta wysokość ssania (czyli pompa musi wytwarzać coraz większe podciśnienie),

- wzrost takich parametrów pracy pompy jak, moc pompy oraz sprawność wzrasta ze wzrostem wydatku tylko do pewnego punktu, od którego na skutek przeważającego przyrostu strat w przepływie zaczynają znacznie spadać.

Dlatego też zwiększanie wydatku pompy opłacalne jest tylko do momentu osiągnięcia przez wyżej wymienione parametry wartości nominalnych tzn. takich , w których praca ta jest najkorzystniejsza.

Porównanie charakterystyk pracy pompy pojedynczej i współpracy dwóch pomp w układzie szeregowym prowadzi do spostrzeżeń, iż praca dwóch pomp jest opłacalna wtedy, gdy chcemy osiągnąć przede wszystkim dużo większą wysokość podnoszenia. Ustawienie pomp w układzie szeregowym przy tych samych wartościach wydatku powoduje dwukrotne zwiększenie wysokości podnoszenia, która charakteryzuje się gwałtowniejszym spadkiem. Rosną przy tym, także i pozostałe parametry, które ulegają podwójnemu wzrostowi prócz wysokości ssania. Wartości wysokości ssania nie wzrastają jak wartości pozostałych wielkości, dlatego, że w ustawieniu szeregowym tylko pierwsza pompa zasysa wodę nadając jej odpowiednią energię (kinetyczną, ciśnienia i potencjalną). Natomiast druga w szeregu otrzymując ukształtowaną już energię wody, podwaja.

Przyczyny niedokładności wykonania obliczeń i wyznaczenia charakterystyk.

Do przyczyn niedokładnego wyznaczenia charakterystyk i obliczeń można zaliczyć:

- zbyt zawiła konstrukcja instalacji przepływu wody powodująca niedokładności wyników pomiarowych ze względu na występujące straty, oraz wahania natężenia przepływu,

- niedokładność odczytu wyników pomiarowych przez studentów ,

- błąd paralaksy

- niedokładność wykonania obliczeń i wykresów lub niewielkie pomyłki podczas ich wykonywania,

- niestabilność przyrządów pomiarowych oraz mała ich dokładność,

- pośredniość pomiarów niektórych parametrów i wielkości,

- nieprawidłowy dobór skal wykresu przez studenta.

W eksperymencie teoria znajduje potwierdzenie w praktycznych badaniach, czego wynikiem są charakterystyki pomp o dużym podobieństwie do charakterystyk teoretycznych.

---