Temat: Pomiar charakterystyk pracy pompy.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie działania wirowej obiegowej pompy wodnej, zapoznanie się z metodyką pomiaru podstawowych parametrów pracy pompy oraz wyznaczenie charakterystyki rurociągu i zestawienie jej z charakterystyką pompy.

Wprowadzenie

Pompy są maszynami przepływowymi służącymi do przetłaczania cieczy. Ze względu na wartość różnicy ciśnień między stroną ssącą a tłoczną pompy dzielą się na wyporowe i wirowe.

Pompa wyporowa wypycha określoną porcję cieczy ze strony ssącej na tłoczną dzięki ruchom elementów roboczych (skrzydełek, tłoków, zębów). Cechą pomp wyporowych jest szczelne oddzielenie strony tłocznej od ssącej, dzięki czemu nie występuje wsteczny przepływ cieczy przy zatrzymanej pompie.

Pompa wirowa powoduje zwiększenie krętu lub krążenia przepływającej przez nią cieczy. Zatrzymanie wirnika pompy wirowej powoduje wsteczny przepływ cieczy.

Aby współpraca pompy z rurociągiem była optymalna należy równolegle z charakterystyką pompy wyznaczyć charakterystykę rurociągu, a następnie je zestawić aby wyznaczyć ilość cieczy i na jaką użyteczną wysokość może przetłoczyć pompa przez dany rurociąg. Charakterystyka rurociągu jest to zależność wartości strat hydraulicznych w rurociągu do strumienia przepływającej cieczy:

,

a po zastąpieniu prędkości strumieniem objętości:

charakterystykę rurociągu wyraża wzór:

H_r = H_z + SQ² [m]

gdzie:

-
-fikcyjne opory rurociągu,

• H_z - geometryczna wysokość podnoszenia,

• Q - strumień objętości cieczy,

• ζ - współczynnik straty miejscowej,

• λ - współczynnik tarcia (straty na długości),

• Δh_r - opory hydrauliczne rurociągu,

• d - średnica rurociągu,

• g - przyspieszenie ziemskie.

Opracowanie charakterystyki pompy powinno zawierać:

• charakterystykę przepływową H = f(Q),

• charakterystykę poboru mocy P = f(Q),

• charakterystykę sprawności pompy η = f(Q),

• charakterystykę oporu rurociągu Δh_r = f(Q),

• zestawienie charakterystyki pompy i rurociągu.

Do wyznaczenia charakterystyki pompy należy określić:

a) użyteczną (efektywną) wysokość podnoszenia H_u, czyli ilość energii mechanicznej dostarczonej przez wirnik jednostce przenoszonej cieczy w formie wzrostu energii ciśnienia ( potencjalnej) i energii prędkości (kinetycznej):

b) wydajność pompy Q jest to strumień objętości pompowanej cieczy mierzony króćcu tłocznym, wydajność pompy wirowej zależy od użytecznej wysokość podnoszenia i od prędkości obrotowej wirnika,

c) moc pobierana przez pompę P_e jest to moc mierzona na wale lub sprzęgle pompy; gdy pompa sprzężona jest bezpośrednio z silnikiem elektrycznym, to znając sprawność tego silnika η_el można moc P_e określić z mocy pobieranej przez silnik P_el z sieci:

P_e = P_el η_el [W]

d) moc użyteczna P_u pompy o wydajności objętościowej Q i użytecznej wysokości podnoszenia H_u wyraża się wzorem:

P_u = p g H_u Q [W]

e) sprawność ogólna pompy η jest stosunkiem mocy użytecznej do mocy dostarczanej na wale pompy:

1. Opis stanowiska pomiarowego.

Na stanowisko do badania pompy składają się : obiegowa pompa wodna POe 25-80 c, zbiornik dolny, zbiornik górny, wodomierz, zwężka pomiarowa z manometrem cieczowym, zawory odcinające, rurociąg .

Rys.1. Schemat instalacji pomiarowej do wyznaczania charakterystyki pracy pompy

1 - dolny zbiornik pomiarowy, 9 - rurociąg tłoczny,

2- wodowskaz, 10 - rotametr,

3 - manometr ciśnienia na wlocie pompy, 11 - prostownica,

4- pompa, 12 - sonda Pitota,

5- zawór odcinający pompę, 13 - odbiór ciśnienia statycznego,

6 - zawór odcinający zasilanie z sieci, 14 - przewody impulsowe,

7 - manometr ciśnienia tłoczenia, 15 - sonda całkująca,

8 - zwężka pomiarowa, 16 - termometr,

17 - zbiornik górny

Źródłem wody dla pompy jest dolny zbiornik wykonany z rury PCV φ 315mm i pojemności ok. 120 litrów. Zbiornik wyposażono w wodowskaz ze skalą milimetrową oraz przyłącze służące do zasilania pompy.

Układ instalacji umożliwia pracę pompy w obiegu zamkniętym, w którym pompa pobiera i tłoczy wodę do dolnego zbiornika. możliwa jest również taka konfiguracja instalacji, w której pompa przetłacza wodę z dolnego zbiornika do górnego.

Regulacja wydajności pompy może odbywać się na kilka sposobów. Przede wszystkim służy do tego elektroniczny układ sterowania silnikiem pompy. Jest to układ będący jej integralną częścią i umożliwia płynną regulację wydajności w zakresie 5-100%. Kolejną możliwość daje położenie zbiornika górnego na wysokości 4m co daje odpowiednią wysokość podnoszenia słupa wody. W trakcie pracy pompy w obiegu zamkniętym wysokość podnoszenia można regulować zaworem Z8.

Instalacja została wykonana z rury NIBCO PVC-U 1'' i odpowiednich łączników. Wszystkie zawory służące do obsługi stanowiska są zaworami kulowymi typu KW/KW

z wyjątkiem zaworu regulacji natężenia przepływu, który jest zaworem grzybkowym typu KW/KW 1''.

2. Metodyka badań

Pomiary charakterystyk przepływowych pompy oparto na wymaganiach normy PN-85/M-44001 „Pompy wirowe. Pomiary wielkości charakterystycznych” oraz PN-65/M-44002 „Pompy wirowe i wyporowe. Wytyczne pomiarów wielkości charakterystycznych”.

Pomiary ciśnienia ssania i tłoczenia na króćcach pompy wykonuje się za pomocą manometrów o zakresie pomiarowym 0,16 MPa. Pomiar przepływu realizowany jest rotametrem lub kryzą pomiarową.

1. Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia należy zapoznać się z architekturą stanowiska: rozmieszczeniem przyrządów pomiarowych, układem rurociągu i rozmieszczeniem zaworów. Wskazane jest przejrzenie dokumentacji technicznej badanej pompy oraz przyswojenie zasady działania regulatora wydajności.

2. Przed wykonaniem pomiarów należy wybrać układ, w którym będzie pracowała pompa oraz wpisać do tabeli podstawowe dane wyjściowe.

3. Podłączyć pompę do sieci i za pomocą przycisków „+” i „-„ ustawić wartość przepływu odczytując dla niego wartości ciśnienia na króćcach pompy.

4. Powtórzyć pomiary dla kilku różnych wartości przepływu

5. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli. Obliczyć wysokość podnoszenia pompy

6. Opracować wyniki pomiarów w postaci wykresu Q=f(H_u).

4. Obliczenia, prezentacja wyników i wykresy

Lp.	Ciśnienie tłoczenia	Stan licznika przed	Stan licznika po	Ciśnienie ssania	Zużyta woda	Wydajność	Prędkość	Natężenie
	pt			ps		Q	V	I
	[Mpa]			[Mpa]		[m^3/s]	[m/s]	[A]
1	0,22	148,9016	148,9294	0,0215	0,0278	0,000463	0,23	2,2
2	0,20	148,9455	148,9843	0,0372	0,0388	0,000646	0,33	2,3
3	0,18	148,9899	149,0323	0,0539	0,0424	0,000706	0,36	2,3
4	0,16	149,0772	149,1316	0,0686	0,0544	0,000906	0,46	2,4
5	0,14	149,1427	149,2014	0,0774	0,0587	0,000978	0,49	2,4
6	0,12	149,2182	149,2812	0,0862	0,0630	0,00105	0,53	2,4
7	0,10	149,3054	149,3708	0,0921	0,0654	0,00109	0,55	2,4
8	0,08	149,3889	149,4555	0,0941	0,0666	0,00111	0,56	2,5
9	0,06	149,4929	149,5601	0,0950	0,0672	0,00112	0,57	2,5
10	0,04	149,6031	149,6692	0,0960	0,0661	0,00110	0,56	2,5

Obliczam zużytej wody;

Zużyta woda = stan licznika po pomiarze - stan licznika przed pomiarem [m³]

148,9294	-	148,9016	=	0,0278
148,9843	-	148,9455	=	0,0388
149,0323	-	148,9899	=	0,0424
149,1316	-	149,0772	=	0,0544
149,2014	-	149,1427	=	0,0587
149,2812	-	149,2182	=	0,0630
149,3708	-	149,3054	=	0,0654
149,4555	-	149,3889	=	0,0666
149,5601	-	149,4929	=	0,0672
149,6692	-	149,6031	=	0,0661

Obliczam wydajność Q:

Obliczam Δh:

Δh = p_t - p_s

Δh₁ = 0,22 - (-0,021) = 0,241

Δh₂ = 0,20 - (-0,037) = 0,237

Δh₃ = 0,18 - (-0,053) = 0,233

Δh₄ = 0,16 - (-0,068) = 0,228

Δh₅ = 0,14 - (-0,077) = 0,217

Δh₆ = 0,12 - (-0,086) = 0,206

Δh₇ = 0,10 - (-0,092) = 0,192

Δh₈ = 0,08 - (-0,094) = 0,174

Δh₉ = 0,06 - (-0,095) = 0,155

Δh₁₀ = 0,04 - (-0,096) = 0,136

Obliczam ciężar właściwy γ:

γ = m × g

gdzie:

m - ciężar właściwy wody 1000 [N/m³] g - przyspieszenie ziemskie 9,81 [m/s²]

γ = 1000 × 9,81 = 9810

Obliczam prędkości ze wzoru:

gdzie:

Q - wydajność

d - średnica rury - 0,5 [m]

V₁=

V₂=

V₃ =

V₄ =

V₅ =

V₆ =

V₇ =

V₈ =

V₉ =

V₁₀ =

Lp.	Δh	Ciężar właściwy γ	Wysokość unoszenia H	Moc użwana przez pompę Nu	Moc pobierana przez pompę Ne	Sprawność ogólna pompy η
			[m]	[W]	[W]
1	0,24	9810	24,00	109,00	1230	0,0886
2	0,23			23,00		145,75		0,1185
3	0,23			23,00		159,29		0,1295
4	0,22			22,00		195,53		0,1589
5	0,21			21,00		201,47		0,1637
6	0,20			20,00		206,01		0,1674
7	0,19			19,00		203,16		0,1651
8	0,17			17,00		185,11		0,1504
9	0,15			15,00		164,80		0,1339
10	0,13			13,00		140,28		0,1140

Obliczam moc użyteczną przez pompę N_u o wydajności objętościowej Q i użytecznej wysokości podnoszenia H ze wzoru:

N_u = γ × H × Q [W]

Obliczam moc pobieraną przez pompę N_e ze wzoru:

Zakładam, że pompa obciążona była w 75% to jest η_el=82%, N_el= 1,5[kW]

N_e= 1500 × 0,82 = 1230 [W]

Obliczam sprawność ogólną pompy η, ze wzoru

Pozostałe charakterystyki można odczytać z wykresów, które zostały wybrane z katalogu producenta pompy tj. Leszczyńskiej Fabryki Pomp dla pompy PJM150.

Wnioski.

Nasz pomiar najprawdopodobniej zawierał błędy, ponieważ w obliczeniach zużytej wody i jak w innych wynikach nie ma tendencji spadającej ani rosnącej. Wyniki są różne: raz są większe, spadają i znów rosną i maleją. Błędy mogą wynikać z źle odczytanego pomiaru, naszego małego doświadczenia. Współczynnik obciążenia pompy został wzięty z katalogu pomp o wybranej mocy silnika. Do sprawozdania dołączyłem wykres pomiarów z ćwiczenia i wykresy producenta pomp.

1

---