Pompa wyporowa tłokowa – zasada działania

Pompa zębata

Pompa perystaltyczna                                                                Pompa wirowa odśrodkowa

W wentylatorach promieniowych gaz
jest zasysany przez wirnik. W wirniku
nast

ę

puje wzrost pr

ę

dko

ś

ci i ci

ś

nienia

gazu. Po opuszczeniu wirnika gaz
wpływa do spiralnego kanału
zbiorczego, w którym zachodzi zamiana
energii kinetycznej na energi

ę

 ci

ś

nienia.

Osłona kieruje gaz do wylotu.

Wirnik posiada od 2 do 12 łopatek i
osadzony bezpo

ś

rednio na wale

silnika.

W wyniku ruchu wirnika za

łopatkami powstaje podci

ś

nienie i

gaz jest zasysany i spr

ęŜ

any

uzyskuj

ą

c du

Ŝą

 składow

ą

 osiow

ą

.

Spiętrzenie wentylatora:

d

st

c

p

p

p

∆

+

∆

=

∆

  

  

  

  

            spi

ę

trzenie statyczne + spi

ę

trzenie dynamiczne

2

  

   

     

  

2

2

s

t

st

c

c

c

p

p

−

+

∆

=

∆

ρ

p

d

=p

c

-p

st

p

c

p

st

p

d

c

d

p

g

c

g

H

g

H

g

U

Ŝ

yteczna (całkowita)

wysoko

ść

 podnoszenia

pompy H

u

 [m] to energia

potrzebna do przeniesienia
cieczy o jednostkowym
ci

ęŜ

arze 1[N] z poziomu

zwierciadła w dolnym
zbiorniku do poziomu
zwierciadła w zbiorniku
górnym.

Od strony instalacji, czyli
tzw. układu pompowego,
u

Ŝ

yteczna wysoko

ść

podnoszenia obliczana jest
z zale

Ŝ

no

ś

ci:

   

2

2

2

g

c

c

h

h

g

p

p

H

H

d

g

t

s

c

d

g

g

u

−

+

+

+

−

+

=

∑

∑

ρ

(1)

(2)

(3)

(4)

u

H

    =        

st

H

           +             

dyn

H

H

st

 – statyczna (potencjalna) wysoko

ść

 podnoszenia, tj. ró

Ŝ

nica

energii potencjalnych w obu zbiornikach (ciecz w spoczynku)

H

dyn

 – dynamiczna wysoko

ść

 podnoszenia, tj. energia dla

utrzymania przepływu cieczy

(1)

 

– geometryczna wysoko

ść

 podnoszenia (ró

Ŝ

nica

poziomów cieczy w górnym i dolnym zbiorniku) [m]

(2)

 

- ró

Ŝ

nica wysoko

ś

ci ci

ś

nie

ń

 panuj

ą

cych nad

zwierciadłami cieczy w zbiorniku górnym i dolnym [m]

(3)

 

– sumaryczna wysoko

ść

 strat w ruroci

ą

gu ssawnym i

tłocznym [m]

(4)

 

– ró

Ŝ

nica wysoko

ś

ci pr

ę

dko

ś

ci cieczy w zbiorniku

górnym i dolnym [m]

Wysoko

ść

 strat energii wskutek lepko

ś

ci cieczy i oporów

miejscowych jest liczona po stronie ssawnej i tłocznej pompy:

g

w

g

w

d

L

h

i

i

i

i

i

2

 

2

 

2

2

∑

∑

∑

+

⋅

=

ξ

λ

Wentylator

Ci

ś

nienie wytwarzane przez wentylator (spi

ę

trzenie)

musi by

ć

 równe ci

ś

nieniu potrzebnemu na pokonanie:

-

  ró

Ŝ

nicy ci

ś

nie

ń

 pomi

ę

dzy przestrzeniami do której

tłoczy wentylator 

2

p

 i z której pobiera powietrze 

1

p

(spi

ę

trzenie statyczne)

-

  oporów przepływu w ruroci

ą

gu ssawnym 

s

p

∆

 i

tłocznym 

t

p

∆

-

  oraz ci

ś

nieniu potrzebnemu na nadanie energii

kinetycznej strudze gazu wypływaj

ą

cej z ruroci

ą

gu z

pr

ę

dko

ś

ci

ą

 

w















+

+

+

−

=

2

 

2

1

2

w

p

p

)

p

p

(

p

t

s

ρ

∆

∆

∆

W przypadku gdy zasysanie i tłoczenie jest do atmosfery
(jak w projekcie):

2

 

2

w

p

p

p

t

s

ρ

+

∆

+

∆

=

∆

Opory przepływu s

ą

 równe oporom na pokonanie sił tarcia

wewn

ę

trznego na długo

ś

ci ruroci

ą

gu oraz sumie wszystkich

oporów miejscowych (w tym cyklonu).

2

 

2

 

)

(

2

2

i

i

i

i

i

t

s

w

w

d

L

p

p

ρ

ξ

ρ

λ

∆

∆

∑

∑

+

⋅

=

Charakterystyki pracy wentylatora lub pompy

Charakterystyki wentylatora s

ą

 to zale

Ŝ

no

ś

ci

przedstawiaj

ą

ce (najcz

ęś

ciej wykre

ś

lnie) zmiany w

funkcji wydajno

ś

ci 

Vɺ

 przepływaj

ą

cego płynu

nast

ę

puj

ą

cych wielko

ś

ci:

•

 

spi

ę

trzenia całkowitego 

∆∆∆∆

p

c

 (wentylatory)    lub

wysoko

ś

ci u

Ŝ

ytecznej podnoszenia H

u

 (pompy)

•

 

zapotrzebowania mocy (moc do nap

ę

du) 

N

•

 

sprawno

ś

ci całkowitej wentylatora 

ηηηη

Dla wentylatorów i pomp wirowych przy stałej cz

ę

sto

ś

ci

obrotów wirnika (n = const).

Przebiegi charakterystyk zale

Ŝą

 od typu i rozwi

ą

zania

konstrukcyjnego wentylatora lub pompy.

Charakterystyka dławienia (przepływu)

∆

p

c

V

.

m

3

/s

N

m

2

zakres

niestateczny

zakres

stateczny

H

u

m

Praca w zakresie niestatecznym jest niewskazana. Powstaj

ą

pulsacje przepływaj

ą

cego medium i niepo

Ŝą

dane drgania

elementów maszyny – praca jest niestabilna i hała

ś

liwa.

Charakterystyka mocy i sprawno

ś

ci

V

.

m

3

/s

N

kW

η

0,8

0,85

0,75

0,7

N = f(   )

V

.

η

 = f(   )

V

.

Charakterystyka mocy przedstawia moc pobieran

ą

przez pomp

ę

 lub wentylator, tj. moc na wale N, w

funkcji wydajno

ś

ci.

Jest to moc dostarczana z zewn

ą

trz – na wale wirnika

– zu

Ŝ

ywana na powi

ę

kszenie energii medium (moc

u

Ŝ

yteczna N

u

) i pokonanie oporów przepływu przez

maszyn

ę

 oraz oporów tarcia w ło

Ŝ

yskach wału.

Stosunek mocy u

Ŝ

ytecznej do mocy na wale (mocy

nap

ę

dowej) okre

ś

la sprawno

ść

 całkowit

ą

 maszyny:

N

N

u

=

η

Współpraca pompy lub wentylatora z instalacj

ą

(punkt pracy)

W celu zapewnienia przepływu prze instalacj

ę

 płynu o

wydatku 

Vɺ

 musi by

ć

 wytworzone odpowiednie ci

ś

nienie

całkowite 

c

p

∆

 (H

u

), które b

ę

dzie zu

Ŝ

ytkowane na:

-

  pokonanie ró

Ŝ

nicy ci

ś

nie

ń

 dwóch przestrzeni i ró

Ŝ

nicy

poziomów (dla pompy), tzw. opór hydrostatyczny,

-

  pokonanie oporów przepływu.

∆

p

c

V

.

m

3

/s

N

m

2

punkt
pracy

H

u

m

H

st

∆

p

st

Opory przepływu w funkcji wydatku obrazuje
charakterystyka przewodu.

Przeci

ę

cie charakterystyki sieci i charakterystyki pompy

lub wentylatora wyznacza punkt pracy.

Punkt pracy powinien le

Ŝ

e

ć

 w obszarze najwy

Ŝ

szej

sprawno

ś

ci.

   

g

p

p

H

H

c

d

g

g

st

ρ

−

+

=

)

(

1

2

p

p

p

st

−

=

∆

Współpraca pomp lub wentylatorów

Pompy lub wentylatory mog

ą

 ze sob

ą

 współpracowa

ć

 w

układzie szeregowym lub równoległym.

•

 

Poł

ą

czenie szeregowe – zwi

ę

kszenie u

Ŝ

ytecznej

wysoko

ś

ci podnoszenia lub spi

ę

trzania.

•

 

Poł

ą

czenie równoległe – zwi

ę

kszenie wydajno

ś

ci.

Na podstawie charakterystyk poszczególnych pomp lub
wentylatorów tworzy si

ę

 charakterystyk

ę

 zast

ę

pcz

ą

(wypadkow

ą

), która wraz z charakterystyk

ą

 sieci okre

ś

la

punkt pracy układu pomp lub wentylatorów.

równolegle

szeregowo

∆

p

c

V

.

I

II

I+II

V

1

.

V

2

.

V

1

.

V

2

.

+

∆

p

c

=const

∆

p

c

V

.

I

II

I+II

V=const

.

∆

p

c,1

∆

p

c,2

∆

p

c,1

∆

p

c,2

+

Regulacja wydajno

ś

ci pomp lub wentylatorów

Sposoby regulacji:

1). Przez zmian

ę

 charakterystyki sieci

     (regulacja dławieniowa)
2) Przez zmian

ę

 charakterystyki pompy lub wentylatora

-

  zmiana cz

ę

sto

ś

ci obrotów wirnika

-

  za pomoc

ą

 nastawnych kierownic wst

ę

pnych

-

  za pomoc

ą

 nastawianych łopatek wirnika

Regulacja dławieniowa

∆

p

c

1

∆

p

c,1

∆

p

c,2

2

V

2

.

V

1

.

V

.

Poprzez zmian

ę

 oporów

w sieci, np. poprzez
dławienie przepływu za
pomoc

ą

 zaworu lub

nastawnej przegrody,
nast

ę

puje spadek

wydajno

ś

ci i zmiana

charakterystyki sieci. W
nowym punkcie pracy 2
wydajno

ść

 maleje, ale

wzrasta wielko

ść

 spi

ę

trzenia lub wysoko

ś

ci

podnoszenia.

Jest to regulacja nieekonomiczna, bo wi

ąŜ

e si

ę

 ze

stratami energetycznymi.

Dławienie mo

Ŝ

e by

ć

 realizowane na ruroci

ą

gu ss

ą

cym

lub tłocznym.

Regulacja przez zmian

ę

 cz

ę

sto

ś

ci obrotów

∆

p

c

V

.

n

3

=con

st

V

1

.

n

2

=con

st

n

1

=con

st

V

2

.

V

3

.

Regulacja polega na
zmianie cz

ę

sto

ś

ci obrotów

wirnika poprzez zmian

ę

obrotów nap

ę

dzaj

ą

cego

silnika elektrycznego.

W praktyce stosuje

si

ę

 najcz

ęś

ciej regulatory

napi

ę

ciowe, tyrystorowe,

falowniki itp. wzgl

ę

dnie

przekładnie zmieniaj

ą

ce

cz

ę

sto

ść

 obrotów.

Zmiana obrotów powoduje zmian

ę

 wydajno

ś

ci,

spi

ę

trzenia i mocy, a nowe warto

ś

ci mo

Ŝ

na wyliczy

ć

 z

zale

Ŝ

no

ś

ci:

2

1

2

1

n

n

V

V

=

ɺ

ɺ

     

2

2

1

2

,

1

,













=

∆

∆

n

n

p

p

c

c

      

3

2

1

2

1













=

n

n

N

N