Ćwiczenie 3

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK POMP WIROWYCH POŁĄCZONYCH SZEREGOWO LUB RÓWNOLEGLE

Wykaz ważniejszych oznaczeń

H_gs − geometryczna wysokość ssania, m

H_gt − geometryczna wysokość tłoczenia, m

H_gp − geometryczna wysokość podnoszenia, m

H_ms − manometryczna wysokość ssania, m

H_mt − manometryczna wysokość tłoczenia, m

H_mp − manometryczna wysokość podnoszenia, m

H_{p max} − maksymalna, teoretyczna wysokość podnoszenia pompy dla wydatku Q=0, m

H_u − użyteczna wysokość podnoszenia, m

h_ss − wysokość strat ciśnienia w układzie ssawnym, m

h_st − wysokość strat ciśnienia w układzie tłocznym, m

Δh_r − wysokość straty ciśnienia wywołanej oporami ruchu cieczy, m

m − różnica poziomów pomiędzy manometrami mierzącymi ciśnienie na rurociągu tłocznym i

ssawnym, m

N_s − moc silnika elektrycznego, kW

n_p − liczba pomp

c_t − średnia prędkość cieczy na wylocie pompy, m/s

c_s − średnia prędkość cieczy na wlocie pompy, m/s

p_s − ciśnienie mierzone na wlocie do króćca ssawnego pompy, N/m²

p_t − ciśnienie mierzone na wylocie z króćca tłocznego pompy, N/m²

Q_max − maksymalny, teoretyczny wydatek pompy dla zerowej wysokości podnoszenia, dm³/s

η − sprawność całkowita pompy

η_h − sprawność hydrauliczna pompy (uwzględnienie tarcia i oporów miejscowych przy ruchu

cieczy wewnątrz pompy)

− sprawność mechaniczna (uwzględnienie tarcia między powierzchnią wirnika a cieczą wy-

pełniającą wnętrze pompy)

η_s − sprawność silnika elektrycznego ustalona przez producenta pomp

η_v − sprawność objętościowa pompy (uwzględnienie wyciekania cieczy przez nieszczelności,

dławiki, itp.)

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym wyznaczaniem charakterystyk roboczych pomp wirowych połączonych szeregowo lub równolegle.

2. Wprowadzenie teoretyczne

1. Określenia podstawowe

Pompy są maszynami służącymi do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na poziom wyższy lub do przetłaczania cieczy z obszaru o ciśnieniu niższym do obszaru o ciśnieniu wyższym. Działanie pomp polega na wytwarzaniu różnicy ciśnień pomiędzy jej stroną ssawną i tłoczną. Istotna różnica między pompami a wszystkimi innymi przenośnikami cieczy (np. strumienicami) polega na istnieniu organu roboczego, który oddziela obszar ssawny od obszaru tłocznego. Pompy przenoszą energię mechaniczną z jakiegokolwiek zewnętrznego źródła energii na przepływające przez nie ciecze, powodują zatem wzrost energii strumienia cieczy. Energia na wylocie z pompy jest zużywana na podniesienie cieczy i pokonanie oporów hydraulicznych w przewodzie tłocznym.

Układ złożony z przewodu ssawnego, pompy i przewodu tłocznego nazywamy układem pompowym. Pompami wirowymi nazywamy pompy, których organem roboczym jest osadzony na obracającym się wale wirnik, powodujący zwiększenie krętu lub krążenia cieczy przepływającej przez jego wnętrze.

Pracę pompy charakteryzują następujące wielkości podstawowe: wysokość ssania, tłoczenia i podnoszenia, wydajność oraz moc i sprawność. Na rys. 3.1 pokazano schemat układu pompowego, na którym pokazano geometryczną wysokość ssania (H_gs), tłoczenia (H_gt) i podnoszenia (H_gp).

Rys. 3.1. Schemat układu pompowego

Całkowita geometryczna wysokość podnoszenia H_gp

Całkowita geometryczna (niwelacyjna) wysokość podnoszenia H_gp jest to różnica poziomów zwierciadeł cieczy w zbiorniku górnym i dolnym, bez względu na to, czy zwierciadła te są swobodne czy też znajdują się pod ciśnieniem różnym od atmosferycznego.

H_gp = H_gs + H_gt (3.1)

Użyteczna (całkowita manometryczna) wysokość podnoszenia H_u lub H_mp

Jest ona równa całkowitej geometrycznej wysokości podnoszenia z uwzględnieniem strat hydraulicznych na odcinkach ssawnym i tłocznym, czyli:

H_u = H_mp = H_ms + H_mt = H_gp + h_ss + h_st (3.2)

Wartość użytecznej wysokości podnoszenia można obliczyć wzorem:

(3.3)

Wydajność rzeczywista pompy Q_r

Jest to przeciętne natężenie przepływu przez przekrój króćca tłocznego pompy, zwiększone o natężenie wypływu cieczy niezbędne do chłodzenia łożysk i dławnic, jeżeli pobieranie cieczy do tego celu następuje przed króćcem tłocznym.

Wydajność nominalna pompy Q_n

Jest to przeciętne natężenie przepływu przez pompę podnoszącą ciecz na wysokość nominalną H_n przy nominalnej szybkości obrotowej wirnika pompy n_n.

Moc pobierana przez pompę N_w

Jest to moc pobierana na wale pompy. W przypadku bezpośredniego sprzężenia pompy z silnikiem elektrycznym otrzymamy:

(3.4)

Moc użyteczna pompy N_u

Moc użyteczna N_u pompy o wydajności rzeczywistej Q_r [m³/s] i użytecznej wysokości podnoszenia H_u [m], wynosi:

(3.5)

lub

(3.6)

gdzie: γ_c - ciężar właściwy pompowanej cieczy w [kG/m³].

Sprawność całkowita pompy η

Pojęcie to uwzględnia wszystkie straty związane z przekazywaniem energii pompowanej cie-czy.

(3.7)

Sprawność całkowita pompy określona jest stosunkiem mocy użytecznej N_u do mocy pobranej na wale pompy N_w:

⋅100 , % (3.8)

2. Zasada działania pompy wirowej odśrodkowej

Głównym elementem pompy, której schemat pokazano na rys. 3.2, jest wirnik W osadzony na wale. Wirnik posiada łopatki Ł osadzone na tarczy T. Łopatki obracając się wraz z wirnikiem wprawiają ciecz w ruch obrotowy. Ciecz dopływa przez otwór wlotowy w tarczy wirnika. Cząstki wody mające odpowiednią prędkość odrzucane są do spiralnej i rozszerzającej się kierownicy K. Wyhamowanie rozpędzonej cieczy następuje w kierownicy K i zamykającym ją dyfuzorze D, gdzie energia kinetyczna cieczy zostaje w znacznej części zamieniona na energię ciśnienia. Napór łopatek na ciecz powoduje wzrost ciśnienia po stronie czynnej (napierającej), a spadek po stronie biernej. Gdy ciśnienie po stronie biernej spadnie poniżej ciśnienia atmosferycznego, w zbiorniku czerpalnym następuje zassanie cieczy. Warunkiem zasysania jest taki spadek ciśnienia po stronie biernej łopatek, aby ciśnienie w zbiorniku czerpalnym mogło pokona* wysokość ssania i opory przepływu przez rurę ssawną.

Rys. 3.2. Schemat odśrodkowej pompy wirowej

3. Warunki pracy pomp

W zależności od wzajemnego usytuowania zbiorników dolnego (z którego pompa zasysa ciecz) i górnego (do którego pompa tłoczy ciecz) oraz pompy, wyróżniamy trzy rodzaje układów pracy pomp:

1. ssąco-tłoczący pokazany na rys. 3.1 (p_s < p_a , H_gs > 0 , H_gt > 0),

2. tłoczący (przetłaczający) pokazany na rys. 3.3 (p_s > p_a , H_gs < 0 , H_gt > 0),

3. ssący (lewarowy) pokazany na rys. 3.4 (p_s < p_a , H_gs > 0 , H_gt < 0).

Rys. 3.3. Układ pompowy pracujący w warunkach tłoczących.

Rys. 3.4. Układ pompowy pracujący w warunkach ssących

1. Charakterystyki pomp

Charakterystykami hydraulicznymi pomp nazywamy krzywe H=f₁(Q), N=f₂(Q), η=f₃(Q). Obrazują one zależności odpowiednio: wysokości podnoszenia, mocy i sprawności pompy od natężenia przepływu (wydatku). Znajomość wymienionych charakterystyk jest konieczna do właściwego użytkowania pompy oraz do badania układów pomp z sobą współpracujących. Charakterystyki pomp są wyznaczane najczęściej doświadczalnie. Na podstawie charakterystyki danej pompy można wyznaczy* charakterystykę innej, geometrycznie podobnej pompy.

Istnieją dwa sposoby przedstawienia indywidualnych charakterystyk.

1. Na osi odciętych podajemy wartości natężenia przepływu Q w [m³/s], a na osi rzędnych wartości wysokości podnoszenia H w m, mocy w kW i sprawności w %. Są to indywidualne charakte-rystyki wymiarowe.

1. Na osi odciętych podajemy wartości ilorazu Q/Q_n, a na osi rzędnych wartości H/H_n, N/N_n lub η/η_n w procentach. Są to indywidualne charakterystyki bezwymiarowe. Indeks „n” oznacza wartość no-minalną.

Prócz przedstawionych powyżej charakterystyk indywidualnych stosowane są często charakterystyki uniwersalne, odnoszące się do wszystkich pomp danego typu.

Krzywa zależności wysokości podnoszenia od wydajności pompy H_p=f(Q) ma charakter krzywej obwiedniowej, którą można w przybliżeniu opisać równaniem
, gdzie a = H_{p max} , b = H_{p max} /(Q_max)²

Charakterystyki pompy odśrodkowej pokazano na rys. 3.5.

Rys. 3.5. Przykładowy przebieg podstawowych charakterystyk pompy wirowej odśrodkowej

2. 5. Współpraca pomp z przewodem

Pokazana na rys. 3.6 krzywa H_gp+Δh_r = f(Q), obrazująca zależność wysokości strat energetycznych (hydraulicznych) w przewodzie od natężenia przepływu, nazywa się charakterystyką przewodu. Oprócz geometrycznej wysokości podnoszenia pompa musi pokonać opory ruchu Δh_r wzrastające wraz ze wzrostem wydatku Q. Punkt przecięcia się charakterystyki przewodu H_gp+Δh_r = f(Q) z charakterystyką pompy H_p = f(Q) nosi nazwę punktu pracy pompy (P). Jego współrzędne określają podstawowe parametry pracy pompy, takie jak wydatek rzeczywisty Q_r i użyteczną wysokość podno-szenia H_u.

Rys. 3.6. Charakterystyka przewodu na tle charakterystyki wysokości podnoszenia dla pompy wirowej

Pompy możemy łączyć ze sobą równolegle lub szeregowo. Sposób pierwszy stosujemy wtedy, kiedy chcemy zwiększyć wydajność układu pompowego, natomiast drugi wówczas, gdy chcemy zwiększyć jego wysokość podnoszenia. Schematy połączeń wraz z odpowiednimi charakterystykami zostały pokazane na rys. 3.7 i 3.8.

Równoległa współpraca pomp

Charakterystykę wypadkową układu pompowego, w którym ma miejsce równoległa współpraca dwóch pomp, wyznaczamy poprzez geometryczne zsumowanie współrzędnych Q odpowiadających sobie punktów obu charakterystyk. Rys. 3.7 obrazuje sposób postępowania w przypadku pomp o jednakowych charakterystykach. Punkt przecięcia się otrzymanej charakterystyki wypadkowej z charakterystyką przewodu jest punktem pracy układu pompowego.

Ponieważ straty hydrauliczne w przewodzie wzrastają wraz ze wzrostem wydatku przepływu, sumaryczna wydajność dwóch pomp połączonych równolegle jest zawsze mniejsza od podwojonej wydajności jednej pompy. Jeżeli zachodzi potrzeba regulacji wydajności przez dławienie, to ze względu na oszczędność energii należy dławić tylko jedną pompę.

Współczynniki równania wypadkowej charakterystyki układu H_p = a_r - b_r Q² (przy połączeniu dwóch pomp o jednakowych parametrach H_max i Q_max ) są równe :

a_r = H_max , b_r =
(3.9)

Rys. 3.7. Współpraca równoległa pomp

Szeregowa współpraca pomp

Wypadkową charakterystykę układu pompowego z szeregową współpracą dwóch pomp wyznaczamy poprzez geometryczne zsumowanie współrzędnych H odpowiadających sobie punktów obu charakterystyk (zob. rys. 3.8). Punkt przecięcia charakterystyki wypadkowej i charakterystyki przewodu jest punktem pracy układu.

Sumaryczna wysokość podnoszenia pomp połączonych szeregowo jest na skutek zwiększenia się strat w przewodzie zawsze mniejsza od podwojonej wysokości podnoszenia jednej pompy. Współczynniki równania wypadkowej charakterystyki układu H_p = a_s - b_s Q² , utworzonego przez połączone szeregowo pompy o jednakowych parametrach, są równe:

a_s = n_p⋅H_max , b_s =
(3.10)

Rys. 3.8. Współpraca szeregowa pomp

2.6. Regulacja pomp

Aby dostosować się do zmiennego zapotrzebowania na ciecz odpowiednio reguluje się wydajność pomp. Regulacji takiej można dokonać zachowując lub nie liczbę obrotów wirnika pompy.

Regulacja przy stałej liczbie obrotów

Regulacja przy stałej liczbie obrotów wirnika odbywa się z reguły przez przymykanie lub otwieranie zaworu na przewodzie tłocznym. Rys. 3.9 ilustruje proces regulacji wydajności pompy przez dławienie przepływu w przewodzie tłocznym.

Rys. 3.9. Efekt regulacji wydajności pompy dławieniem przepływu

Przy całkowicie otwartym zaworze regulacyjnym punktem pracy pompy jest punkt P przecięcia krzywych H_p = f(Q) i H_gp+Δh_r = f(Q). Punktowi temu odpowiada wydajność Q_r. Jeśli zapotrzebowanie wody jest mniejsze niż Q_r i wynosi np. Q_r^', to zawór należy przymkną*. Wydajności Q_r^' odpowiada na krzywej H_p = f(Q) wysokość podnoszenia H_u^'. Różnica H_u^'-H_A odpowiada stracie wysokości ciśnienia na zaworze. Przy dalszym zmniejszaniu przepływu przez zamykanie zaworu straty na zaworze rosną, zaś sprawność hydrauliczna η_h spada. Regulacja za pomocą dławienia charakteryzuje się znacznymi stratami energii. Jest to wprawdzie najprostszy, lecz zarazem najmniej ekonomiczny rodzaj regulacji.

Rzadziej stosowaną metodą regulacji przy stałej szybkości obrotowej wirnika pompy jest regulacja upustowa; polega ona na odprowadzeniu części wody z przewodu tłocznego przez przewód upustowy do innego urządzenia lub do przewodu ssawnego tej samej pompy.

Regulacja przy zmiennej liczbie obrotów wirnika pompy

Na rys. 3.10 zobrazowano proces regulacji wydajności pompy poprzez zmianę liczby obrotów jej wirnika. Ten sposób regulacji umożliwia w pewnym zakresie zmianę wydajności pompy w górę lub w dół w stosunku do wydajności nominalnej. Straty mocy powstałe podczas takiej regulacji są znacznie mniejsze niż w przypadku regulacji dławieniem.

W nominalnych warunkach punktem pracy pompy jest punkt P, któremu odpowiada przepływ Q_r i użyteczna wysokość podnoszenia H_u. Jest to punkt przecięcia się charakterystyki pompy H_p = f(Q) odpowiadającej obrotom nominalnym n₂ z charakterystyką przewodu H_gp+Δh_r = f(Q). W wyniku zmiany obrotów wirnika na większe, np. na n₃ , punkt pracy przesunie się do punktu P' określającego wydajność pompy Q_r^' i użyteczną wysokość podnoszenia H_u^'. Gdy zmieni się obroty na mniejsze, np. na n₁ , punkt pracy pompy przesunie się do punktu P” (wydajność Q_r”, użyteczna wysokość podnoszenia H_u”).

Rys. 3.10. Regulacja wydajności pompy przez zmianę liczby obrotów jej wirnika

2.7. Kawitacja

Zjawiskiem niepożądanym, często występującym przy przepływie cieczy przez pompę, jest kawitacja. Zjawisko to polega na tworzeniu się w obszarze ciekłym przestrzeni wypełnionych parą wodną. Jeżeli w dowolnym miejscu wewnątrz pompy ciśnienie w cieczy spadnie poniżej ciśnienia pary nasyconej przy danej temperaturze, wówczas zaczynają powstawać drobne pęcherzyki pary tej cieczy, a także wydzielają się rozpuszczone w niej gazy. Pęcherzyki pary porywane są przez przepływającą ciecz i przenoszone do obszaru wyższego ciśnienia, gdzie para ulega skropleniu. Odbywa się to gwałtownie, wskutek czego towarzyszący temu miejscowy wzrost ciśnienia ma charakter uderzenia hydraulicznego. Szybko po sobie następujące uderzenia cząstek cieczy powodują nadżerki powierzchni ścian kanałów przepływowych pompy. Kawitacji towarzyszy, zależnie od jej natężenia, lekki szum, trzaski, wreszcie silny hałas i wibracje. Spada wydajność pompy, wysokość podnoszenia i sprawność. Miejsca najczęściej atakowane przez kawitację to łopatki wirnika i kierownicy oraz powierzchnie wewnętrzne ścian ograniczających ciecz przepływającą przez wnętrze pompy. Na rys. 3.11 pokazano wywołane kawitacją załamanie charakterystyki przepływowej pompy wirowej odśrodkowej.

Rys. 3.11. Zmiana charakterystyki jednostopniowej pompy odśrodkowej na skutek kawitacji

3. Opis stanowiska laboratoryjnego

Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys. 3.12. Obiektami badanymi są dwie pompy wirowe odśrodkowe (P1 i P2). Stanowisko umożliwia określenie charakterystyk każdej z pomp pracujących pojedynczo, charakterystyki zastępczej przy współpracy równoległej pomp oraz charakterystyki zastępczej przy ich współpracy szeregowej, przy czym możliwa jest zmiana kolejności usytuowania pomp.

Pompy pracują z niewielkim napływem, co oznacza, że poziom cieczy w zbiorniku znajduje się powyżej wirników pomp. Woda z tego zbiornika może być pobierana przez jedną lub przez drugą pompę, albo też przy współpracy równoległej przez obie pompy jednocześnie. Każda z pomp posiada własny przewód ssawny, oba zakończone smokiem ssawnym (SS1 i SS2). Na każdym przewodzie ssawnym zainstalowano dodatkowo zawór zwrotny (ZZ1 i ZZ2). Do każdego z przewodów ssawnych podłączono wakuometr (M1 i M3) przeznaczony do pomiaru ciśnienia ssania danej pompy (p_s1 i p_s2). Po stronie tłocznej każdej z pomp zainstalowano zawory kulowe (ZK1 I ZK2) oraz manometry z rurką Bourdona (M2 i M4) przeznaczone do pomiaru ciśnienia tłoczenia danej pompy (p_t1 i p_t2). Przewód tłoczny każdej z pomp połączono z przewodem ssawnym drugiej pompy; na połączeniu umieszczono zawory kulowe (ZK3 i ZK4). Odpowiednie ustawienie zaworów ZK1, ZK2, ZK3 i ZK4 umożliwia pracę jednej pompy bądź też równoległą lub szeregową obu pomp. Możliwe są następujące kombinacje:

1. praca pojedynczej pompy P1 - zawory ZK3, ZK2 i ZK4 zamknięte, zawór ZK1 otwarty,

2. praca pojedynczej pompy P2 - zawory ZK3, ZK4 i ZK1 zamknięte, zawór ZK2 otwarty,

3. praca równoległa pomp P1 i P2 - zawory ZK3 i ZK4 zamknięte, zawory ZK1 i ZK2 otwarte,

4. praca szeregowa pomp P1 i P2 (pompa P1 jako pierwsza) - zawory ZK1 i ZK3 zamknięte, zawory

ZK4 i ZK2 otwarte,

5. praca szeregowa pomp P1 i P2 (pompa P2 jako pierwsza) - zawory ZK4 i ZK2 zamknięte, zawory

ZK3 i ZK1 otwarte.

Rys. 3.12. Schemat stanowiska pomiarowego

Przewody tłoczne pomp łączą się w jeden wspólny, na którym zainstalowano dodatkowy manometr M5 z rurką Bourdona (pomiar ciśnienia tłoczenia p_t2 dwóch pomp połączonych równolegle lub szeregowo) oraz przepływomierz elektromagnetyczny, nie powodujący praktycznie żadnych zakłóceń przepływu. Na końcu tego wspólnego przewodu zainstalowano zawór zasuwowy ZR przeznaczony do regulacji wydatku cieczy płynącej przez układ pompowy. Do pomiaru mocy prądu elektrycznego pobieranego przez jedną lub dwie pompy służy watomierz W.

Manometr z rurką Bourdona

Manometr z rurką Bourdona należy do grupy manometrów sprężynowych. Został on schematycznie przedstawiony na rys. 3.13. Jest to manometr, w którym wykorzystane jest sprężyste odkształcenie ciała pod wpływem działającego ciśnienia rzędu kilkuset atmosfer. Elementem sprężystym jest wygięta łukowo rurka mosiężna lub stalowa (3) połączona sztywno jednym końcem z obsadą (2) zakończoną złączką z gwintem (1), a na drugim końcu zamknięta i zaopatrzona w przekładnię (4) poruszająca wskazówką (5) po skali (6). Na osi obrotu wskazówki zamocowano element sprężysty 8. Całość mechanizmu umieszczona jest w osłonie metalowej (7). Odczytu ciśnienia dokonuje się bezpośrednio ze skali.

Rys. 3.13. Schemat budowy manometru sprężynowego z rurką Bourdona

4. Przebieg ćwiczenia

Wykonanie ćwiczenia składa się z niżej podanych etapów.

1. Określenie charakterystyk pojedynczej pompy.

1. otworzyć zawór ZK1 oraz zamknąć zawory ZK3, ZK2 i ZK4,

2. włączyć pompę P1 przy całkowicie otwartym zaworze ZR, naciskając przycisk zielony „START”,

3. dla kilkunastu różnych położeń zaworu ZR (różnych wydajności) w zakresie od całkowitego otwarcia do pełnego zamknięcia odczytać wartości podciśnienia na ssaniu p_s (manometr M1), ciśnienia na tłoczeniu p_t2 (manometr M2), wydatku Q (przepływomierz) oraz mocy N_e (watomierz) prądu elektrycznego pobieranego przez silnik,

4. odczytane wartości zapisać w tabeli pomiarowej (zob. tab. 3.1),

5. wyłączyć pompę naciskając przycisk czerwony „STOP”.

2. Badanie współpracy równoległej pomp.

1. otworzyć zawory ZK1 i ZK2 oraz zamknąć zawory ZK3 i ZK4,

2. włączyć obie pompy P1 i P2 przy całkowicie otwartym zaworze ZR naciskając dwa przyciski zielone „START”,

3. dla kilkunastu różnych położeń zaworu ZR (różnych wydajności) w zakresie od całkowitego otwarcia do pełnego zamknięcia odczytać wartości podciśnienia na ssaniu p_s (manometr M1), ciśnienia na tłoczeniu p_t2 (manometr M5), wydatku Q (przepływomierz) oraz mocy N_e (watomierz) prądu elektrycznego pobieranego przez silnik,

4. odczytane wartości zapisać w tabeli pomiarowej (zob. tab. 3.1),

5. wyłączyć pompy P1 i P2 naciskając obydwa przyciski czerwone „STOP”.

3. Badanie współpracy szeregowej pomp w wybranym wariancie.

1. zamknąć zawory ZK1 i ZK3 oraz otworzyć zawory ZK4 i ZK2 w pierwszym wariancie lub zamknąć zawory ZK2 i ZK4 oraz otworzyć zawory ZK1 i ZK3,

2. przy całkowicie otwartym zaworze ZR włączyć pompy P1 i P2 przyciskając obydwa przyciski zielone „START”,

3. dla kilkunastu różnych położeń zaworu ZR (różnych wydajności) w zakresie od całkowitego otwarcia do pełnego zamknięcia odczytać wartości podciśnienia na ssaniu p_s (manometr M1), ciśnienia na tłoczeniu za pierwszą pompą p_t1 ( manometr M2) i za drugą pompą p_t2 (manometr M4), wydatku Q (przepływomierz) oraz mocy N_e (watomierz) prądu elektrycznego pobieranego przez silnik,

4. odczytane wartości zapisać w tabeli pomiarowej (zob. tab. 3.2),

5. wyłączyć pompy P1 i P2 naciskając obydwa przyciski czerwone „STOP”.

UWAGA:

1. Aby uzyskane wyniki umożliwiały poprawne wykonanie sprawozdania, wskazane jest dokonywanie pomiarów w zakresie od pełnego otwarcia zaworu 7 do pełnego jego zamknięcia, ze stałym krokiem, tzn. poprzez stopniowe zmniejszanie wydatku np. o 10 % wartości maksymalnej.

2. Wartość wyświetlana na przepływomierzu oznaczana dalej przez k wyraża w procentach wartość stosunku bieżącego wydatku Q i wydatku maksymalnego Q_max = 4,4 dm³/s.

3. Moc pobieraną przez silniki pomp N_s należy odczytać z watomierza. Wskazanie watomierza W_w trzeba pomnożyć przez 30 (miernik mierzy napięcie fazowe) w przypadku badania pojedynczej pompy, albo przez 60 w przypadku badania dwóch pomp połączonych równolegle lub szeregowo :

• N_e = 30 W_w, (pojedyncza pompa)

• N_e = 60 W_w, (dwie pompy)

gdzie W_w - wskazanie watomierza.

5. Różnica wysokości pomiędzy manometrami M1 (p_s) i M5 (p_t) wynosi m = 0,8 m.

Tabela 3.1. Wzór tabeli pomiarowej dla pojedynczej pompy i pomp połączonych równolegle

L.p.	k [%]	ps, [MPa]	pt2 [MPa]	Ne [W]	Uwagi

Tabela 3.2. Wzór tabeli pomiarowej dla pomp połączonych szeregowo

L.p.	k [%]	ps [MPa]	pt1 [MPa]	pt2 [MPa]	Ne [W]	Uwagi

5. Wykonanie sprawozdania

Sprawozdanie obejmuje następujące etapy obliczeniowe, które należy powtórzyć dla każdego przeprowadzonego badania pomp, czyli dla pojedynczej pompy, pomp połączonych szeregowo oraz pomp połączonych równolegle:

1. obliczenie wydatku Q:

,
(3.11)

2. obliczenie wysokości użytecznej podnoszenia H_u według następującej zależności:

, m (3.12)

gdzie: m = 0 dla pojedynczej pompy i pomp połączonych szeregowo lub m = 0,8 m dla pomp połączonych równolegle

3. obliczenie wysokości użytecznej pierwszej pompy H_u1 (tylko dla przypadku współpracy szeregowej pomp) z zależności:

, m (3.13)

4. obliczenie mocy hydraulicznej N_h :

, W (3.14)

gdzie:
− ciężar właściwy wody,

5. obliczenie sprawności całkowitej pompy η:

, % (3.15)

gdzie: η_s=0,65.

Uzyskane wyniki należy zamieścić w tabelach wynikowych sporządzonych wg podanego wzoru (zob. tab. 3.3). Na ich podstawie należy wykreślić na papierze milimetrowym charakterystyki H_u = f(Q), N_u = f(Q), η = f(Q) dla pojedynczej pompy oraz dla pomp pracujących szeregowo i równolegle. Dla porównania na jednym rysunku należy zamieścić wszystkie trzy badane przypadki współpracy pomp.

Na wykresach pokazujących doświadczalne charakterystyki robocze pomp H_u = f(Q), otrzymane dla układu równoległego i szeregowego, należy korzystając z otrzymanej charakterystyki pojedynczej pompy skonstruować odpowiednie charakterystyki wypadkowe, a następnie porównać je z charakterystykami uzyskanymi w ćwiczeniu. Na końcu sprawozdania należy podać analizę wyników oraz wnioski z badań.

Tabela 3.3. Wzór tabeli wynikowej

L.p.	Q	Hu1 m *	Hu m	Nh W	η %	Uwagi

Uwaga: kolumna oznaczona gwiazdką ma zastosowanie tylko w przypadku współpracy szeregowej pomp.

6. Przykładowe pytania kontrolne

1. Wyjaśnij różnicę między manometrycznymi i geometrycznymi wysokościami ssania, tłoczenia i podnoszenia.

2. Wyjaśnij zasadę działania pompy wirowej.

3. Przedstaw wykreślnie krzywe charakterystyczne pompy odśrodkowej.

4. Podaj równanie charakterystyki zastępczej identycznych pomp pracujących równolegle, jeżeli charakterystyka pojedynczej pompy opisana jest równaniem
   .

5. Podaj równanie charakterystyki zastępczej identycznych pomp pracujących szeregowo, jeżeli charakterystyka pojedynczej pompy opisana jest równaniem
   .

6. Na wykresie H = f(Q) zaznaczyć punkt pracy pompy. Od czego zależą współrzędne tego punktu?

7. W jaki sposób można zmienić parametry pracy pompy ?

8. Omówić i zilustrować graficznie najczęściej stosowane metody regulacji pomp wirowych.

9. Na czym polega zjawisko kawitacji ?

---