Charakterystyka pompy wirowej i sieci
Laboratorium z inżynierii chemicznej
SPRAWOZDANIE
Wprowadzenie:
Pompy to maszyny przepływowe, które służą do przemieszczania cieczy w poziomie, w pionie, a także pomiędzy przestrzeniami o innych wartościach ciśnienia, w różnych instalacjach.
Osobliwość pompy wirowej polega przede wszystkim, na równomiernym przepływie cieczy, poza tym charakteryzuje się ona zwartą budową i bezpośrednim sprzężeniem z silnikiem napędowym oraz możliwością regulacji wydatku. Podstawowe elementy budowy takiej pompy to korpus i umieszczony w jego wnętrzu wirnik z łopatkami.
Pracę pompy charakteryzują związki objętościowego natężenia przepływu tłoczonej cieczy z wytworzonym ciśnieniem, z zapotrzebowaniem mocy i ze sprawnością działania. Charakterystyka pompy wiąże wytworzone ciśnienie z objętościowym natężeniem przepływu, co z kolei jest łączone z charakterystyką sieci, czyli instalacji, w której przepływa medium.
Charakterystyka sieci to zależność sumy ciśnienia dynamicznego i oporów przepływu oraz hydrostatycznego ciśnienia słupa cieczy w instalacji i różnicy ciśnień w przestrzeni zbiornika czerpalnego i odbiorczego od objętościowego natężenia przepływu.
Wzór pozwalający obliczyć ciśnienie wytworzone przez pompę podczas przetłaczania cieczy z dolnego do górnego zbiornika, gdy w obydwu z nich wartość ciśnień nad lustrem wody są identyczne:
Hu= (∆ ps+∆ pt )/ ρ g +Hs,t
Hu - użyteczna wysokość podnoszenia [m],
Hs,t - różnica wysokości zamocowania ciśnieniomierzy [m],
∆ ps - podciśnienie na ssaniu [Pa],
∆ pt - nadciśnienie na tłoczeniu [Pa],
q - gęstość wody [kg/m3],
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2].
Cel pracy:
Należy doświadczalnie wyznaczyć charakterystyki sieci i pompy wirowej, a następnie określić parametry punktu pracy tego zespołu.
Aparatura doświadczalna:
1 - pompa wirowa,
2 - zmiennoobrotowy silnik prądu stałego,
3 - zbiornik czerpalny,
4 - zbiornik odbiorcze,
5 - przewód ssący,
6 - przewód tłoczący,
7 - zawór ssący,
8 - zawór tłoczący,
9 - wakuometr,
10 - manometr,
11 - zawór trójdrożny,
12 - zawór spustowy,
13 - blok zasilania,
14 - autotransformator.
Metodyka prowadzenia doświadczenia:
Pomiary wykonano w dwu seriach, dzięki temu z każdej z nich otrzymano odpowiednią charakterystykę.
W pierwszej części doświadczenia wykonano charakterystykę sieci dla obrotów zmiennych od 1150 obr/min do 1200obr/min. Po włączeniu aparatury, kolejno sprawdzano pomiary, zmniejszając, co jakiś czas liczbę obrotów. Odczytano wskazania manometru i zmierzono czas przyrostu objętości pięciu litrów wody.
W drugiej części eksperymentu ustalono charakterystykę pompy dla 1200 obr/min.
Wartościami podlegającymi cyklicznym zmianą było ciśnienie (od 1.0 [kG/cm2]do 0.14 [kG/cm2]), oraz zwiększająca się objętość (3 litry) cieczy.
Wartości konieczne do obliczeń:
Przyspieszenie ziemskie g = 9.81 [m/s2]
Gęstość cieczy tłoczonej (wody) q = 998 [kg/ m3]
Różnica wysokości zamocowania ciśnieniomierza Hs,t = 0.65 [m]
Opracowanie wyników doświadczenia:
Dla charakterystyki sieci
Przeliczenie wartości ∆ ps i ∆ pt w [kG/cm2] na wartości w [Pa]
1 kG/cm2 = 9.80665 N/m2
1 kG = 9.81 N
1 Pa = 1 N/m2
∆ ps - spadek ciśnienia na ssaniu
∆ ps = 0
∆ pt - spadek ciśnienie na tłoczeniu
∆ pt(1) = 0.50 [kG/cm2] = 0.50/(10-2) 2 [kG/m2] = 0.50x104[kG/m2] = 9.81x0.50x104 [N/ m2] = = 49050[Pa]
∆ pt(2) = 0.42 [kG/cm2] = 0.42/(10-2) 2 [kG/m2] = 0.42x104[kG/m2] = 9.81x0.42x104 [N/ m2] =
= 41202[Pa]
∆ pt(3) = 0.37 [kG/cm2] = 0.37/(10-2) 2 [kG/m2] = 0.37x104[kG/m2] = 9.81x0.37x104 [N/ m2] =
= 36297 [Pa]
∆ pt(4) = 0.31 [kG/cm2] = 0.31/(10-2) 2 [kG/m2] =0.31x104[kG/m2] = 9.81x0.31x104 [N/ m2] =
= 30411 [Pa]
∆ pt(5) = 0.26 [kG/cm2] = 0.26/(10-2) 2 [kG/m2] =0.26x104[kG/m2] = 9.81x0.26x104 [N/ m2] =
= 25506 [Pa]
∆ pt(6) = 0.21 [kG/cm2] = 0.31/(10-2) 2 [kG/m2] =0.21x104[kG/m2] = 9.81x0.21x104 [N/ m2] =
= 20601 [Pa]
∆ pt(7) = 0.18 [kG/cm2] = 0.18/(10-2) 2 [kG/m2] =0.18x104[kG/m2] = 9.81x0.18x104 [N/ m2] =
= 17658 [Pa]
∆ pt(8) = 0.14 [kG/cm2] = 0.14/(10-2) 2 [kG/m2] =0.14x104[kG/m2] = 9.81x0.14x104 [N/ m2] =
= 13734 [Pa]
∆ pt(9) = 0.1 [kG/cm2] = 0.1/(10-2) 2 [kG/m2] =0.1x104[kG/m2] = 9.81x0.1x104 [N/ m2] =
= 9810 [Pa]
∆ pt(10) = 0.085 [kG/cm2] = 0.085/(10-2) 2 [kG/m2] =0.085x104[kG/m2] =
= 9.81x0.085x104[N/m2] = 8338.5 [Pa]
Obliczanie wartości użytecznej wysokości podnoszenia
Hu= (∆ ps+∆ pt )/ ρ g +Hs,t
Hu= [Pa/ (kg/m3x m/s2)] + [m] = [(N/m2)/(kg/m2x1/s2)] + [m] =
=[((kg x m)/s2)/m2/(kg/(m2xs2)] + [m] = [m]
Hu(1) = 49050[Pa]/(998[kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 5.660[m]
Hu(2) = 41202[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 4.858[m]
Hu(3) = 36297[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 4.357[m]
Hu(4) = 30411[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 3.756[m]
Hu(5) = 25506[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 3.255[m]
Hu(6) = 20601[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 2.754[m]
Hu(7) = 17658[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 2.454[m]
Hu(8) = 13734[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 2.053[m]
Hu(9) = 9810[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 1.652[m]
Hu(10) = 8338.5[Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81[m/s2]) + 0.65[m] = 1.502[m]
Obliczanie wartości objętościowego natężenia przepływu
V = V/t
V= [m3/s],
gdzie:
V - objętość
t - czas zbierania odpowiedniej ilości cieczy
V(1) = 5x10-3[m3]/18[s] = 2.778x10-4[m3/s]
V(2) = 5x10-3[m3]/20 [s] = 2.500x10-4[m3/s]
V(3) = 5x10-3[m3]/21.2[s] = 2.358x10-4[m3/s]
V(4) = 5x10-3[m3]/25[s] = 2.000x10-4[m3/s]
V(5) = 5x10-3[m3]/28.3[s] = 1.767x10-4[m3/s]
V(6) = 5x10-3[m3]/36[s] = 1.389x10-4[m3/s]
V(7) = 5x10-3[m3]/43 [s] = 1.163x10-4[m3/s]
V(8) = 5x10-3[m3]/55[s] = 9.091x10-5[m3/s]
V(9) = 5x10-3[m3]/81.4[s] = 6.143x10-5[m3/s]
V(10) = 5x10-3[m3]/96[s] = 5.208x10-5 [m3/s]
Dla charakterystyki pompy
Przeliczenie wartości ∆ ps i ∆ pt w [kG/cm2] na wartości w [Pa]
1 kG/cm2 = 9.80665 N/m2
1 kG = 9.81 N
1 Pa = 1 N/m2
∆ ps - spadek ciśnienia na ssaniu
∆ ps = 0
∆ pt - spadek ciśnienie na tłoczeniu
∆ pt(1) = 1.00 [kG/cm2] = 1.00/(10-2) 2 [kG/m2] = 1.00x104[kG/m2] = 9.81x1.00x104 [N/ m2] = = 98100 [Pa]
∆ pt(2) = 0.90 [kG/cm2] = 0.90/(10-2) 2 [kG/m2] = 0.90x104[kG/m2] = 9.81x0.90x104 [N/ m2] =
= 88290 [Pa]
∆ pt(3) = 0.80 [kG/cm2] = 0.80/(10-2) 2 [kG/m2] = 0.80x104[kG/m2] = 9.81x0.80x104 [N/ m2] =
= 78480 [Pa]
∆ pt(4) = 0.70 [kG/cm2] = 0.70/(10-2) 2 [kG/m2] =0.70x104[kG/m2] = 9.81x0.70x104 [N/ m2] =
= 68670 [Pa]
∆ pt(5) = 0.60[kG/cm2] = 0.60/(10-2) 2 [kG/m2] =0.60x104[kG/m2] = 9.81x0.60x104 [N/ m2] =
= 58860 [Pa]
∆ pt(6) = 0.50 [kG/cm2] = 0.50/(10-2) 2 [kG/m2] =0.50x104[kG/m2] = 9.81x0.50x104 [N/ m2] =
= 49050 [Pa]
∆ pt(7) = 0.40 [kG/cm2] = 0.40/(10-2) 2 [kG/m2] =0.40x104[kG/m2] = 9.81x0.40x104 [N/ m2] =
= 39240 [Pa]
∆ pt(8) = 0.30 [kG/cm2] = 0.30/(10-2) 2 [kG/m2] =0.30x104[kG/m2] = 9.81x0.30x104 [N/ m2] =
= 29430 [Pa]
∆ pt(9) = 0.20 [kG/cm2] = 0.20/(10-2) 2 [kG/m2] =0.20x104[kG/m2] = 9.81x0.20x104 [N/ m2] =
= 19620 [Pa]
∆ pt(10) = 0.10 [kG/cm2] = 0.10/(10-2) 2 [kG/m2] =0.10x104[kG/m2] =
= 9.81x0.10x104[N/m2] = 9810 [Pa]
Obliczanie wartości użytecznej wysokości podnoszenia
Hu= (∆ ps+∆ pt )/ ρ g +Hs,t
Hu= [Pa/ (kg/m3x m/s2)] + [m] = [(N/m2)/(kg/m2x1/s2)] + [m] =
=[((kg x m)/s2)/m2/(kg/(m2xs2)] + [m] = [m]
Hu(1) = 98100 [Pa]/(998 [kg/m3] x9.81[m/s2]) + 0.65 [m] = 10.67 [m]
Hu(2) = 88290 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 9.670 [m]
Hu(3) = 78480 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 8.670[m]
Hu(4) = 68670 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 7.660 [m]
Hu(5) = 58860 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 6.660 [m]
Hu(6) = 49050 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 5.660 [m]
Hu(7) = 39240 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 4.660[m]
Hu(8) = 29430 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 3.656 [m]
Hu(9) = 19620 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 2.654 [m]
Hu(10) = 9810 [Pa]/ 998 [kg/m3]x9.81 [m/s2]) + 0.65 [m] = 1.652 [m]
Obliczanie wartości objętościowego natężenia przepływu
V = V/t
V= [m3/s],
gdzie:
V - objętość
t - czas zbierania odpowiedniej ilości cieczy
V(1) = 5x10-3 [m3]/26.6 [s] = 1.880x10-4 [m3/s]
V(2) = 5x10-3 [m3]/24.0 [s] = 2.083x10-4 [m3/s]
V(3) = 5x10-3 [m3]/22.5 [s] = 2.222x10-4 [m3/s]
V(4) = 5x10-3 [m3]/21.8 [s] = 2.293x10-4 [m3/s]
V(5) = 5x10-3 [m3]/19.2 [s] = 2.604x10-4 [m3/s]
V(6) = 5x10-3 [m3]/18.4 [s] = 2.717x10-4 [m3/s]
V(7) = 5x10-3 [m3]/17.2 [s] = 2.907x10-4 [m3/s]
V(8) = 5x10-3 [m3]/16.0 [s] = 3.125x10-4 [m3/s]
V(9) = 5x10-3 [m3]/15.4 [s] = 3.247x10-4 [m3/s]
V(10) = 5x10-3 [m3]/15.0 [s] = 3.333x10-4 [m3/s]
Stabelaryzowane pomiary i obliczenia:
Dla charakterystyki sieci:
Numer pomiaru |
Ilość obrotów [obr/min] |
V [l] |
t [s] |
∆pt [kG/cm2] |
∆pt [Pa] |
Hu [m] |
V [m3/s] |
1 |
1200 |
5.0 |
18.0 |
0.5 |
49050 |
5.660 |
2.778x10-4 |
2 |
1100 |
5.0 |
20.0 |
0.42 |
41202 |
4.858 |
2.500x10-4 |
3 |
1000 |
5.0 |
21.2 |
0.37 |
36297 |
4.357 |
2.358x10-4 |
4 |
900 |
5.0 |
25.0 |
0.31 |
30411 |
3.756 |
2.000x10-4 |
5 |
800 |
5.0 |
28.3 |
0.26 |
25506 |
3.255 |
1.767x10-4 |
6 |
700 |
5.0 |
36.0 |
0.21 |
20601 |
2.754 |
1.389x10-4 |
7 |
600 |
5.0 |
43.0 |
0.18 |
17658 |
2.454 |
1.163x10-4 |
8 |
500 |
5.0 |
55.0 |
0.14 |
13734 |
2.053 |
9.091x10-5 |
9 |
400 |
5.0 |
81.4 |
0.10 |
9810 |
1.652 |
6.143x10-5 |
10 |
300 |
5.0 |
96.0 |
0.085 |
8338.5 |
1.502 |
5.208x10-5 |
Dla charakterystyki pompy:
Numer pomiaru |
Ilość obrotów [obr/min] |
V [l] |
t [s] |
∆pt [kG/cm2] |
∆pt [Pa] |
Hu [m] |
V [m3/s] |
1 |
1200 |
5.0 |
26.6 |
1.0 |
98100 |
10.67 |
1.880x10-4 |
2 |
1200 |
5.0 |
24.0 |
0.9 |
88290 |
9.670 |
2.083x10-4 |
3 |
1200 |
5.0 |
22.5 |
0.8 |
78480 |
8.670 |
2.222x10-4 |
4 |
1200 |
5.0 |
21.5 |
0.7 |
68670 |
7.660 |
2.293x10-4 |
5 |
1200 |
5.0 |
19.2 |
0.6 |
58860 |
6.660 |
2.604x10-4 |
6 |
1200 |
5.0 |
18.4 |
0.5 |
49050 |
5.660 |
2.717x10-4 |
7 |
1200 |
5.0 |
17.2 |
0.4 |
39240 |
4.660 |
2.907x10-4 |
8 |
1200 |
5.0 |
16.0 |
0.3 |
29430 |
3.656 |
3.125x10-4 |
9 |
1200 |
5.0 |
15.4 |
0.2 |
19620 |
2.654 |
3.247x10-4 |
10 |
1200 |
5.0 |
15.0 |
0.14 |
9810 |
1.652 |
3.333x10-4 |
Wykres zależności użytecznej wysokości podnoszenia (Hu ) do wydatku objętościowego pompy(V):
Wnioski:
Punkt przecięcia się prostej opisującej charakterystykę sieci z prostą opisującą charakterystykę pompy to (2.75 ; 5.6). Dzięki temu punktowi poznano natężenie przepływu i ciśnienie konieczne do jego uzyskania.
Z analizy doświadczenia odnośnie charakterystyki pompy wnioskujemy, że wraz ze wzrostem liczby obrotów na minutę zmniejsza się czas przyrostu objętości tłoczonej cieczy, rośnie natomiast nadciśnienie na tłoczeniu (∆pt), wzrasta natężenie przepływu (V) i zapotrzebowanie na ciśnienie (Hu). Interesujące jest również zmniejszające się objętościowe natężenie przepływu, wzrasta zapotrzebowanie pompy na ciśnienie.
Z przeprowadzonych obserwacji układu sieć - pompa wynika ( ilustruje je wykres), że wraz ze wzrostem wartości objętościowego natężenia przepływu (V) rośnie zapotrzebowanie na ciśnienie (Hu). Wzrost natężenia przepływu wody i spadek zapotrzebowania na ciśnienie nastąpił, gdy ustawiono stałe obroty i zmniejszono nadciśnienie na tłoczeniu.
5
Wyszukiwarka