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
ęż
any
uzyskuj
ą
c du
żą
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
ż
yteczna (całkowita)
wysoko
ść
podnoszenia
pompy H
u
[m] to energia
potrzebna do przeniesienia
cieczy o jednostkowym
ci
ęż
arze 1[N] z poziomu
zwierciadła w dolnym
zbiorniku do poziomu
zwierciadła w zbiorniku
górnym.
Od strony instalacji, czyli
tzw. układu pompowego,
u
ż
yteczna wysoko
ść
podnoszenia obliczana jest
z zale
ż
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
ż
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
ż
nica
poziomów cieczy w górnym i dolnym zbiorniku) [m]
(2)
- ró
ż
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
ż
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
ż
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
ż
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
ż
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
żą
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
żą
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
ż
ywana na powi
ę
kszenie energii medium (moc
u
ż
yteczna N
u
) i pokonanie oporów przepływu przez
maszyn
ę
oraz oporów tarcia w ło
ż
yskach wału.
Stosunek mocy u
ż
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
ż
ytkowane na:
-
pokonanie ró
ż
nicy ci
ś
nie
ń
dwóch przestrzeni i ró
ż
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
ż
e
ć
w obszarze najwy
ż
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
ż
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
ąż
e si
ę
ze
stratami energetycznymi.
Dławienie mo
ż
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
ż
na wyliczy
ć
z
zale
ż
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