background image

Politechnika Łódzka 

Instytut Elektroenergetyki 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Instrukcja do laboratorium  

 

opracowanie: dr inż. Tomasz Kotlicki 

Pomiary przepływu 

 

Pomiar prędkości płynu sondą Prandtla 

 

Pomiary zwężkowe strumienia przepływu wody i powietrza 

 

Pomiary przepływu wody przepływomierzem magnetycznym 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Łódź 2013 

background image

 

 

background image

 

 

Spis treści 

 

1.

 

Wprowadzenie (wybrane zagadnienia) ....................................................................................... 4

 

1.1.

 

Pomiary przepływu – podstawy teoretyczne ....................................................................... 4

 

1.2.

 

Pomiar prędkości przepływu (sonda Prandtla) .................................................................... 4

 

1.3.

 

Przepływomierze zwężkowe ................................................................................................ 5

 

1.3.1.

 

Norma zwężkowa ......................................................................................................... 7

 

1.3.2.

 

Obliczenia przepływu dla kryzy z przytarczowym odbiorem ciśnienia ........................ 8

 

1.3.3.

 

Przykład obliczenia strumienia przepływu dla kryzy z przytarczowym odbiorem 

ciśnienia  12

 

2.

 

Wykonanie ćwiczenia ................................................................................................................. 15

 

2.1.

 

Cel i zakres ćwiczenia ......................................................................................................... 15

 

2.2.

 

Opis stanowiska laboratoryjnego ...................................................................................... 15

 

2.2.1.

 

Stanowisko do badania pomp .................................................................................... 15

 

2.2.2.

 

Stanowisko do badania wentylatora ......................................................................... 17

 

2.3.

 

Program ćwiczenia ............................................................................................................. 17

 

2.4.

 

Wykonanie sprawozdania .................................................................................................. 18

 

3.

 

Literatura .................................................................................................................................... 18

 

 

 

 

background image

 

 

1. WPROWADZENIE (WYBRANE ZAGADNIENIA) 

1.1.  Pomiary przepływu – podstawy teoretyczne  

 

Pomiary strumieni przepływu płynów: cieczy, pary i gazów lub ciał sypkich, to podstawowe 

pomiary  w  energetyce.  Od  pomiarów  tych  zależy  poprawne  sterowanie  procesami 
technologicznymi  w  elektrowni;  stanowią  one  także  podstawę  do  rozliczeń  z  odbiorcami  energii 
cieplnej czy strumienia wody.  
 

Strumień przepływu może być wyznaczony w jednostkach objętości (m

3

/s) lub masy (kg/s). 

Strumienie te określone są zależnościami: 

 

 ̇    

 

   

 

(1) 

 

 ̇    

 

       

 

(2) 

gdzie:  ω

A

 - prędkość średnia w przekroju poprzecznym rurociągu, m/s; 

 

A - pole przekroju rurociągu (kanału itp.), m

2

 

 - gęstość przepływającego płynu, kg/m

3

 

Strumień przepływu można mierzyć: 

 

pośrednio  poprzez  wyznaczenie  prędkości  średniej  przepływu  ω

A

  na  podstawie  pomiaru 

profilu prędkości w przekroju poprzecznym rurociągu a następnie wyliczenie strumienia z 
w/w wzorów;  

 

metodą  bezpośrednią  polegająca  na  wykorzystaniu  specjalnych  przyrządów  - 
przepływomierzy - wyskalowanych bezpośrednio w jednostkach przepływu.  

 

W  większości  przypadków  najbardziej  miarodajnym  i  pożądanym  jest  pomiar  strumienia 

masy.  W  praktyce  przyrządy  do  pomiaru  strumienia  masy,  ze  względu  na  konieczność 
uwzględniania  gęstości  płynu,  są  zbyt  skomplikowane  oraz  kosztowne.  Dlatego  najbardziej 
rozpowszechnione są dość proste i znane metody i przyrządy do pomiaru strumienia objętości.  
W przemyśle najczęściej wykorzystuje się obecnie przepływomierze zwężkowe, magnetyczne oraz 
ultradźwiękowe. 

1.2.  Pomiar prędkości przepływu (sonda Prandtla) 

 

Zgodnie  z  równaniem  Bernouliego,  dla  ustalonego  poziomego  przepływu  bez  tarcia, 

ciśnienie całkowite płynu nie zmienia się i składa się z ciśnienia statycznego i dynamicznego: 

 

 

 

   

 

 

  

 

 

 

(3) 

gdzie:   

 

 – ciśnienie statyczne; 

 

  

 

 

   

 

 – ciśnienie dynamiczne 

Ciśnienie dynamiczne, a tym samym i prędkość płynu, mierzy się najczęściej za pomocą tzw. sondy 
Prandtla. Jest  to  specjalnie  skonstruowana  rurka  spiętrzająca, umożliwiająca  jednoczesny pomiar 
ciśnienia  całkowitego  i  statycznego.  Odpowiednie  podłączenie  manometru  różnicowego  pozwala 
na  bezpośredni  pomiar  różnicy  tych  wielkości,  czyli  –  zgodnie  z  równaniem  (3)  –  prędkości 
przepływu (rys. 1).  
 

Sonda  Prandtla  powinna  być  umieszczona  równoległe  do  osi  rurociągu  i  zwrócona 

przeciwnie do przepływu.  Na ogół rozkład prędkości w przekroju poprzecznym przepływu nie jest 
równomierny  –  przy  przepływach  laminarnych  rozkład  ten  zbliżony  jest  do  paraboli,  przy 
przepływach  turbulentnych  jest  znacznie  spłaszczony.  Prędkość  maksymalna  występuje    w  osi 
rurociągu,  przy  ściankach  zmniejsza  się.  Zatem  rurka  spiętrzająca  mierzy  prędkość  w  danym 

background image

 

 

punkcie przekroju i,  aby wyznaczyć prędkość średnią płynu, należy wykonać serię pomiarów (kilka) 
w określonych punktach tego przekroju – w różnych odległościach od osi przepływu.  
 
a) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b) 

            

 

Rys. 1.  Zamontowanie sondy Prandtla w rurociągu (a) oraz zdjęcie typowej sondy. 

 

1.3.  Przepływomierze zwężkowe 

 

Na rys. 2. pokazano ogólny podział zwężek. Do pomiarów przepływu wody lub pary stosuje 

się najczęściej kryzy, natomiast do gazów (np. spalin lub powietrza) – dysze lub zwężki Venturiego. 
 

 

Rys. 2.  Rodzaje zwężek pomiarowych 

 

 

Zasada pomiaru ZWĘŻKOWEGO wynika z równania Bernouliego (3):  
strata  ciśnienia  płynu  na  pewnym  odcinku  rurociągu  (w  szczególności  na  przewężeniu)  jest  w 
przybliżeniu zależna od kwadratu prędkości średniej płynu.  
Zatem – zgodnie z (3) – strumień przepływu jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z 
różnicy ciśnień: 

 

 ̇ √   

(4) 

Na  rys.  3.  przedstawiono  schemat  takiego  przepływu  oraz  rozkład  ciśnienia  wzdłuż  rurociągu,  w 
którym zamontowano przewężenie w postaci kryzy pomiarowej. 

background image

 

 

 

Rys. 3.  Przepływ płynu przez zwężkę (a) i  zmiana ciśnienia w rurociągu (b). 

Na  rysunku  3.  zaznaczono  charakterystyczne  wymiary:  średnicę  wewnętrzną  rurociągu  D  oraz 
średnicę  przewężenia  d.  Ponadto  z  rysunku  wynika,  że  różnica  ciśnień  na  przewężeniu  zależy  od 
miejsca pomiaru – na rys. 3.b pokazano maksymalne ∆p, które występuje w pewnej odległości za 
przewężeniem.  Na  rys.  4  pokazano  typową  kryzę  zamontowaną  w  rurociągu  oraz  podstawowe 
szczegóły jej wykonania. 

 

    (            )     

    (         ) 

 

Rys. 4.  Sposób zamontowania i szczegóły konstrukcji typowej kryzy pomiarowej. 

 

background image

 

 

1.3.1. Norma zwężkowa 

 

Pomiary zwężkowe są opisane w normie:  

PN-EN  ISO  5167  Pomiary  strumienia  płynu  za  pomocą  zwężek  pomiarowych  wbudowanych  w 
całkowicie wypełnione rurociągi o przekroju kołowym
.  
Norma ta składa się z 4. części: 
Część 1: Zasady i wymagania ogólne (ISO 5167-1), 
Część 2: Kryzy (ISO 5167-2), 
Część 3: Dysze ISA 1923, dysze o dużym promieniu, dysze Venturiego (ISO 5167-3), 
Część 4: Klasyczne zwężki Venturiego (ISO 5167-4). 

 

Norma określa ogólny wzór do obliczania strumienia przepływu płynu (dla dowolnego typu 

zwężki): 

 

 ̇  

 

√   

 

     

 

 

   

 

  √          

 

          [

  

 

]  

(5) 

 

 ̇  

 ̇

 

 

        [

 

 

 

(6) 

gdzie: 
 

– współczynnik przepływu [-], 

 

 - współczynnik (liczba) ekspansji [-], 

 

β = d/D – przewężenie [-], 

 

d – średnica przewężenia [m], 

 

∆p – strata ciśnienia na zwężce (ciśnienie różnicowe)[Pa], 

 

ρ

1

 – gęstość płynu przed zwężką [kg/m

3

]. 

 
 

Współczynnik przepływu C oraz liczba ekspansji 

 zależą, zarówno od rodzaju zwężki, jak i 

parametrów termodynamicznych płynu i rodzaju przepływu w zwężce.  
Liczba  ekspansji  dla  cieczy  wynosi  jeden,  natomiast  dla  gazów  i  par  jest  mniejsza  od  jedności  i 
zależy od wielu czynników: 

    {

                                    

 (           )              

 

Współczynnik  przepływu  natomiast,  zależy  między  innymi  od  liczby  Reynoldsa,  czyli 

pośrednio od prędkości przepływu. Oznacza to, że posługiwanie się wzorami (5) lub (6) wymaga 
przeprowadzenia obliczeń iteracyjnych. 

Zagadnienia związane z pomiarami zwężkowymi i objęte cytowaną Normą, dotyczą: 

A.  obliczenia  strumienia  przepływu  płynu  dla  zmierzonego  ciśnienia  różnicowego  ∆p  wraz  z 

niepewnością pomiarową, 

B.  obliczenia zakresu zmian ciśnienia różnicowego dla założonego zakresu zmian przepływu i 

wymiarów przewężenia, 

C.  obliczenia  średnicy  przewężenia  dla  założonego  zakresu  zmian  ciśnienia  różnicowego  i 

przepływu (dobór zwężki). 

 
 
 
 
 
 

background image

 

 

1.3.2. Obliczenia przepływu dla kryzy z przytarczowym odbiorem ciśnienia  

 

Przepływ masowy lub objętościowy należy wyznaczać ze wzorów ogólnych (4) lub (5). 

1.3.2.1  Warunki stosowalności Normy 

 

Część  2  Normy  określa  m.in.  szczegółowe  zasady  obliczania  przepływu  na  podstawie 

pomiaru ciśnienia różnicowego. Wzory (4) i (5) oraz  zależności zestawione w podpunktach 1.3.2.2. 
– 1.3.2.5. można stosować, jeżeli spełnione są następujące warunki:  

 

na odcinku pomiarowym utrzymywany jest przepływ poddźwiękowy; 

 

płyn jest jednofazowy (nie zmienia stanu skupienia) i nie pulsuje; 

 

średnica przewężenia powinna spełniać nierówność: 

 

           ; 

(7) 

 

średnica rurociągu powinna się zawierać w przedziale: 

 

                   ; 

(8) 

 

przewężenie powinno się zawierać w granicach: 

 

              ; 

(9) 

 

liczba Reynoldsa dla przepływu w rurociągu powinna być większa od pewnych wartości: 

 

  

 

  {

                          

         

 

                   

(10) 

 

płyn wypełnia całkowicie rurociąg, 

 

kryza  spełnia  wymagania  konstrukcyjne  ściśle  określone  w  odpowiednich  podpunktach 
Normy

1

1.3.2.2  Obliczenie współczynnika przepływu C 

 

Współczynnik przepływu C należy obliczać w zależności od przewężenia 

, liczby Reynoldsa 

Re

D

, ze wzoru:  

 

                    

 

        

 

           (

  

 

 

  

 

)

   

  (                ) 

   

(

  

 

  

 

)

   

   

 

(11) 

gdzie:   

 

    (

       

  

 

)

   

 

(12) 

 

 

    {

                                                                                     

        (        )   (     

 

    

)                       

 

(13) 

 

D – średnica wewnętrzna rurociągu w [mm] 

 

Re

D

 – liczba Reynoldsa dla przepływu przez rurociąg dopływowy (dla średnicy D) 

 
 

                                                      

1

 Warunki te są opisane w punktach 5.1 i 5.2 części 2. Normy. 

background image

 

 

1.3.2.3  Obliczenie liczby ekspansji 

  

 

Dla płynów nieściśliwych (cieczy) liczba ekspansji jest równa 1. Natomiast dla gazów należy 

ją  wyznaczać  w  zależności  od  przewężenia,  ciśnień  płynu  przed  i  za  zwężką  oraz  od  wykładnika 
adiabaty, ze wzoru: 

 

        (                 

 

          

 

)   [    (

 

 

 

 

)

 

 

(14) 

gdzie: 

 - wykładnik adiabaty płynu (np. dla powietrza 

=1,4), 

 

p

1

p

2

 – ciśnienie płynu przed i za zwężką, [Pa]; 

 

1.3.2.4  Obliczenie liczby Reynoldsa Re

D

 

 

Liczbę Reynoldsa dla średnicy wewnętrznej rurociągu należy wyznaczać w oparciu o znane 

wzory. Ponieważ liczba ta zależy od prędkości przepływu, obliczenia (iteracyjne) najlepiej wykonać 
w oparciu o wzór: 

 

  

 

 

  ̇

   

 

  

 

(15) 

gdzie:    

 

 – lepkość dynamiczna płynu [Pa s] 

 

 ̇ – mierzony strumień masy [kg/s]; 

 

D – średnica rurociągu [m]. 

 

 

 

1.3.2.5  Obliczenie niepewność względnej pomiaru strumienia masy płynu 

 

Obliczenia niepewności należy dokonać zgodnie z ogólnym prawem propagacji błędów przy 

pomiarach złożonych. Praktyczny wzór do określania ogólnej niepewności ma postać: 
 

 

  ̇

 ̇

  √(

  

 

)

 

  (

  

 

)

 

  (

  

 

   

 

)

 

  (

  

 

)

 

  (

 

   

 

)

 

  (

  

 

)

 

 

 
 

(

 (  )

  

)

 

 

 
 

(

  

 

 

 

)

 

 

(16) 

gdzie:    
 

  

 

 – niepewność względna określenia współczynnika przepływu: 

 

(

  

 

)   {

(       )                 (         )                      

                          (         )                        

(            )                      (          )

 

(17) 

 

 

 

    {

                                                                                      

      (        )   (     

 

    

)                          

 

 

 

                             

 

         

  

 

 – niepewność względna określenia liczby ekspansji: 

 

(

  

 

)      

  

  

 

  

(18) 

background image

 

 

 

  

 

  

 

 –  względne  niepewności  pomiaru  średnicy  rurociągu  i  średnicy  przewężenia;  

Norma  zaleca  oszacowanie  tych  niepewności,  podając  jednocześnie  maksymalne  ich 

wartości: 0,4% dla 

  

 

 i 0,1% dla 

  

 

 

 (  )

  

  

 

 

 

 –  względne  niepewności  pomiaru  ciśnienia  różnicowego  oraz  gęstości  płynu; 

Norma  zaleca  samodzielne  oszacowanie  tych  niepewności  na  podstawie  metodyki  ich 
pomiarów (w tym niepewności przyrządów pomiarowych). 

Wzór (16) daje ostateczny wynik niepewności przy założeniu, że spełnione są również wymagania 
instalacyjne  co  do  kryzy

2

.  W  szczególności  dotyczy  to  odcinków  prostoliniowych  rurociągu  przed 

i za miejscem zamontowania kryzy. 

W  tabeli  1.  zestawiono  wymagane  odcinki  prostoliniowe  dla  najczęściej  spotykanych  sytuacji 
instalacyjnych (obecność łuków, zaworów itp.). Jeżeli dla danej sytuacji i dla danego przewężenia, 
długości  odcinków  prostych  są  nie  mniejsze  niż  podane  w  kolumnie  A,  to  nie  ma  potrzeby 
uwzględniania dodatkowej niepewności we wzorze (16). 

Jeżeli długości odcinków prostych zawierają się pomiędzy wartościami określonymi w kolumnach A 
i B, to do obliczonej niepewności należy dodać 0,5%.  

1.3.2.6  Obliczenie straty ciśnienia na kryzie  

 

Płyn  przepływając  przez  przewężenie  traci  w  sposób  trwały  ciśnienie.  Strata  ciśnienia  ∆p

s

 

jest  ściśle związana z  ciśnieniem różnicowym  ∆p  mierzonym na  kryzie.  Dobrym  przybliżeniem tej 
straty jest zależność: 

 

  

 

 

√   

 

(   

 

)   

 

√   

 

(   

 

)   

 

     

(19) 

Do zgrubnego oszacowania straty ciśnienia można posłużyć się zależnością: 

 

  

 

  (     

   

)      

(20) 

 

                                                      

2

 Szczegółowo opisane zostały w rozdziale 6. części 2. Normy. 

background image

 

 

Tabela 1. Wymagane długości prostych odcinków między kryzami a elementami instalacji bez prostownic strumienia (wyrażone jako wielokrotności średnicy rurociągu D) [1] 

 

background image

 

 

1.3.3. Przykład obliczenia strumienia przepływu dla kryzy z przytarczowym 

odbiorem ciśnienia 

Dane konstrukcyjne kryzy i rurociągu: 

-  rurociąg stalowy transportujący wodę sieciową o temperaturze ok. 50°C i ciśnieniu ok. 

0,5 MPa, 

-  średnica wewnętrzna rurociągu:           
-  średnica przewężenia kryzy:           
-  schemat zamontowania kryzy: 

 

 
wyniki pomiarów: 

-  ciśnienie różnicowe na kryzie            , 
-  ciśnienie wody w rurociągu  

 

         , 

-  temperatura wody  

 

     , 

 
wyniki obliczeń: 

-  gęstość wody (z kalkulatora termodynamicznego dla p

1

 i t

1

): 

 

 

        

  

  

-  lepkość dynamiczna wody (z kalkulatora termodynamicznego dla p

1

 i t

1

):  

 

 

                   

-  przewężenie: 

   

 

 

 

    
    

         

 

spełnia warunek:     (          ) 

-  liczba ekspansji (z założenia dla cieczy): 

      

-  współczynnik przepływu (wynik obliczeń iteracyjnych w Excelu): 

           

kryza 

kolano 90

° 

kolano 90

° 

kolano 90

° 

500 mm 

2000 mm 

2000 mm 

background image

 

 

-  liczba Reynoldsa (wynik obliczeń iteracyjnych w Excelu): 

  

 

         

-  strumień przepływu masowego (wynik obliczeń iteracyjnych w Excelu): 

 ̇         

  

 

 

-  prędkość wody w rurociągu: 

 

 

 

  ̇

  

 

 

 

 

          

  

 

    (

     

     )

 

                  

        

 

 

 

 

-  fragment  arkusza  w  Excelu  obliczający  przepływ  (wykorzystano  wzajemne  odwołania  w 

komórkach C13, C14, C16 i C17 przy włączonej opcji obliczeń iteracyjnych): 

 

D= 

70 

d= 

50 

p1= 

0,5 

t= 

50 

Dp= 

10 

 

 

 

 

10  r1= 

=1/if97_v(C5;C6) 

11  m1= 

=IF97_mi(C5;C6) 

12  b= 

=C4/C3 

13  C= 

=0,5961+0,0261*C12^2-0,216*C12^8+0,000521*(1000000*C12/(C16+0,000001) 
)^0,7+(0,0188+0,0063*C14)*C12^3,5*(1000000/(C16+0,000001))^0,3+C15 

14  A= 

=(19000*C12/(C16+0,000001))^0,8 

15  B= 

=JEŻELI(C3>71,12;0;0,011*(0,75-C12)*(2,8-C3/25,4)) 

16  ReD= 

=(4*C17)/(PI()*C11*C3/1000) 

17  m= 

=C13/PIERWIASTEK(1-
C12^4)*1*PI()/4*(C4/1000)^2*PIERWIASTEK(2*C7*1000*C10) 

18  w= 

=(4*C17)/(PI()*C10*(C3/1000)^2) 

 

-  strata ciśnienia na kryzie (oszacowanie): 

  

 

  (     

   

)        (          

   

)                      

 
obliczenie niepewności: 

-  założenia: 

o  dokładność określenia D: 

  

 

       

o  dokładność określenia d: 

  

 

       

o  dokładność pomiaru ciśnienia różnicowego (przetwornik ciśnienia): 

 (  )

  

       

background image

 

 

o  dokładność  określenia  gęstości  (uwzględnienie  dokładności  pomiaru  temperatury 

1°C i ciśnienia 

0,01MPa oraz zanieczyszczenia wody): 

  

 

 

 

       

-  obliczenie niepewności współczynnika przepływu: 

  

 

  (            )         (        )   (     

 

    

)

  (                    )         (             )   (     

    

    

)          

-  obliczenie niepewności dla strumienia przepływu: 

  ̇

 ̇

  √(

  

 

)

 

  (

  

 

     

 

)

 

  (

  

 

)

 

  (

 

     

 

)

 

  (

  

 

)

 

 

 
 

(

 (  )

  

)

 

 

 
 

(

  

 

 

 

)

 

  √     

 

  (

          

 

          

 

)

 

     

 

  (

 

          

 

)

 

     

 

 

 
 

 

   

 

 

 
 

 

   

 

         

 
 
 
wpływ odcinków prostoliniowych na niepewność: 

-  długości odcinków (jako wielokrotności D) 

o  przed kryzą: 

       

     

     

o  za kryzą: 

       

     

     

o  pomiędzy dwoma kolanami w jednej płaszczyźnie:    

      

     

    

-  wymagane  odległości  przed  kryzą  zgodnie  z  tabelą  1,  dla  przewężenia     (           ) 

i dla przypadku określonego w kolumnie 4: 

o  dla przypadku A: 44,  
o  dla przypadku B: 22,  

-  wymagane odległości za kryzą zgodnie z tabelą 1 (kolumna 14): 

o  dla przypadku A: 8,  
o  dla przypadku B: 4. 

Zgodnie z zaleceniami Normy należy zatem dodać do obliczonej niepewności wartość 0,5%: 

  ̇

 ̇

                       

 
Ostateczny wynik obliczenia przepływu masowego: 

-  niepewność bezwzględna (zaokrąglenie w górę do dwóch cyfr znaczących): 

  ̇  

    

   

                

  

 

 

-  wynik pomiaru (zaokrąglony do ostatniej cyfry znaczącej niepewności bezwzględnej): 

 ̇                 

  

 

 

lub 

 ̇   〈             〉 

  

 

 

 

 

 

background image

 

 

2. WYKONANIE ĆWICZENIA 

2.1.  Cel i zakres ćwiczenia 

Celem  ćwiczenia  jest  nabycie  umiejętności  wyznaczania  strumienia  przepływu  płynów  za 

pomocą typowych metod i przyrządów pomiarowych. W szczególności, odrabiający ćwiczenie będą 
wyznaczali  przepływy  wody  i  powietrza  za  pomocą  zwężek  pomiarowych,  z  wykorzystaniem 
algorytmów określonych w odpowiednich normach technicznych. 

2.2.  Opis stanowiska laboratoryjnego 

Stanowisko  laboratoryjne  do  wyznaczania  przepływów  obejmuje    część  stanowiska  do 

badania  pomp  oraz  część  stanowiska  do  badania  wentylatora.  Szczegółowe  opisy  tych  stanowisk 
znajdują  się  w  odpowiednich  instrukcjach  laboratoryjnych.  Poniżej  przedstawiono  sposób 
wykorzystania obydwu stanowisk w niniejszym ćwiczeniu. 

2.2.1. Stanowisko do badania pomp 

Na stanowisku zainstalowane są dwie jednakowe pompy wirowe odśrodkowe sprzęgnięte z 

silnikami  indukcyjnymi  klatkowymi.  W  ćwiczeniu  wykorzystywana  jest  tylko  jedna  pompa,  której 
zadaniem jest przepompowywanie wody ze zbiornika dolnego do górnego – w obiegu zamkniętym. 
Silnik  tej  pompy  jest  zasilany  poprzez  przetwornicę  częstotliwości,  dzięki  czemu  jest  możliwa 
płynna regulacja wydajności.  

Na  rurociągu  tłocznym  pompy  zainstalowano  zawór  regulacyjny,  dwa  zawory  kulowe 

przelotowe oraz kryzę mierniczą i przepływomierz  magnetyczny. Instalacja hydrauliczna wykonana 
jest z rur 1-calowych o średnicy wewnętrznej ok. 28 mm. 

Na  rys.  5.  pokazano  tę  część  stanowiska,  która  będzie  wykorzystana  w  ćwiczeniu.  Przed 

przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy: 

 

podłączyć  ramiona  manometru  cieczowego  do  badanej  kryzy  za  pomocą  elastycznych  rurek 
impulsowych (przedtem odłączając mosiężne rurki impulsowe łączące kryzę z przetwornikiem 
ciśnienia); 

 

połączyć na krótko dolne końce ramion manometru cieczowego za pomocą elastycznego węża 
(odciąć szklany zbiorniczek dolny); 

 

otworzyć zawory kulowe Z1 i Z6; 

 

otworzyć zawór kulowy Z5 na rurze łączącej zbiorniki; 

 

zamknąć zawory Z2, Z7 i Z11 łączące z układem drugiej pompy; 

 

zamknąć zawór odcinający ZO1; 

 

otworzyć całkowicie zawór regulacyjny ZR1; 

 

uzupełnić  ramiona  U-rurki  wodą  (mniej  więcej  do  połowy)  oraz,  ewentualnie,  usunąć 
pęcherzyki powietrza z rurek za pomocą zaworów odpowietrzających  ZOD1 i ZOD2 (zawory te 
następnie zamknąć); 

 

uzupełnić  wodę  w  zbiorniku  dolnym  do  poziomu  ok  10  centymetrów  poniżej  górnej  jego 
krawędzi. 

 

 

background image

 

 

 

Rys. 5.  Fragment stanowiska do badania pomp wykorzystywany w ćwiczeniu. 

 
 

background image

 

 

2.2.2. Stanowisko do badania wentylatora 

 

Na  stanowisku  zainstalowany  jest  wentylator  promieniowy  napędzany  silnikiem 

indukcyjnym  klatkowym  zasilanym  poprzez  przetwornicę  częstotliwości.    Zmieniając  prędkość 
obrotową  wirnika  wentylatora  można  płynnie  zmieniać  jego  wydajność.  Na  rys.  6  pokazano 
schemat stanowiska, na którym zaznaczono elementy wykorzystywane w ćwiczeniu. 
 

 

Rys. 6. Schemat stanowiska do badania wentylatora 

 

W  ćwiczeniu  wykorzystuje  się  kryzę  pomiarową  zainstalowaną    na  rurociągu  tłocznym  za 

wentylatorem.  Pomiędzy  kryzą  a  wylotem  wentylatora  zainstalowano  znormalizowaną 
prostownicę strumienia – tak aby zapewnione były zgodne z Normą   warunki przepływu powietrza 
w kanale. Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy: 

 

ustawić w pozycji wykręconej stożek dławiący na końcu rurociągu; 

 

ustawić w pozycji 90° łopatki kierownicze na wlocie do wentylatora; 

 

sprawdzić  poziom  wody  w  manometrze  cieczowym  wielorurkowym  (w  razie  potrzeby 
należy uzupełnić wodę); 

 

ustawić sondę Prandtla w osi rurociągu – przeciwnie do przepływu powietrza. 

2.3.  Program ćwiczenia 

 

Wykonanie ćwiczenia polega na pomiarach przepływu czynnika za pomocą: 

 

kryzy  pomiarowej  oraz  przepływomierza  magnetycznego  zamontowanych  na  rurociągu 
tłocznym pompy wodnej; 

 

kryzy  pomiarowej  oraz  sondy  Prandtla  zamontowanych  na  kanale  tłocznym  za 
wentylatorem promieniowym. 

W przedstawionych układach pomiarowych można zrealizować następujące zadania: 

1.  Pomiar ciśnienia różnicowego na kryzie za pomocą manometru cieczowego typu U-

rurka na stanowisku do badania pomp. Obliczenie przepływu masowego wody oraz 
niepewności  wg  algorytmu  przedstawionego  w  części  teoretycznej  instrukcji 
(zgodnego  z  Normą).  Porównanie  otrzymanych  wyników  z  pomiarami 
przepływomierzem magnetycznym. 

background image

 

 

2.  Pomiar  ciśnienia  różnicowego  na  kryzie  za  pomocą  U-rurki  na  stanowisku  do 

badania  wentylatora.  Obliczenie  przepływu  objętościowego  powietrza  wg 
algorytmu przedstawionego w części teoretycznej instrukcji.  

3.  Pomiar ciśnienia dynamicznego za pomocą sondy Prandtla zamontowanej w kanale 

tłocznym  za  wentylatorem.  Obliczenie  prędkości  oraz  strumienia  objętościowego 
powietrza  w  kanale.  Pomiary  sondą  należy  wykonywać  przynajmniej  w  dwóch 
różnych punktach na średnicy kanału (w osi i poza nią). 

 

Przy  pomiarach  za  pomocą  kryz  należy  dodatkowo  pomierzyć  ciśnienia  statyczne  oraz 

temperatury płynów w miejscu zainstalowania zwężek.  

 

Ponadto należy dokonać niezbędnych pomiarów odległości (odcinków prostoliniowych) na 

obydwu stanowiskach.  

Wymiary poprzeczne rurociągów oraz parametry konstrukcyjne kryz są podane na stanowiskach. 

Zakres  pomiarów  i  obliczeń  ustala  prowadzący  ćwiczenie.  Częścią  ćwiczenia  wykonywaną  w 
laboratorium  komputerowym,  może  być  również  obliczenie  przepływów  –  w  tym  wykorzystanie 
arkusza kalkulacyjnego do obliczeń iteracyjnych. 

2.4.  Wykonanie sprawozdania 

W sprawozdaniu należy zamieścić: 

1.  Opis wykonanych pomiarów, w tym ich cel i algorytm pomiarowy. 
2.  Krótki  opis  przyrządów  pomiarowych  (wymiary  kryz,  zakresy  manometrów  cieczowych  i 

przepływomierza magnetycznego oraz ich niepewności). 

3.  Tabele  pomiarowe  z  wynikami  pomiarów  wykonywanych  podczas  odrabiania  ćwiczenia 

uzupełnione o niezbędne wyniki przeliczeń ciśnienia. 

4.  Obliczenia  (wzory  teoretyczne  i  liczbowe)  strumieni  przepływów  –  zgodnie  z  opisem 

przedstawionym  w  części  teoretycznej  Normy  (przykład  obliczeniowy).  Niezbędne  jest 
również obliczenie niepewności pomiarowych oraz strat ciśnienia na kryzach. 

5.  W  przypadku  pomiarów  zwężkowych  należy  określić,  czy  spełnione  zostały  warunki 

pomiarowe  i  konstrukcyjne  (zakres  przewężeń,  liczby  Reynoldsa,  wymagane  odcinki 
prostoliniowe itp.). 

6.  Jeżeli  były  przeprowadzone  jednoczesne  pomiary  przepływu  wody  kryzą  i 

przepływomierzem  magnetycznym,  należy  dokonać  ich  ilościowego  porównania.  Pomiary 
przepływomierzem  magnetycznym  należy  traktować  jako  dokładne  –  celem  porównania 
jest  odpowiedź  na  pytanie,  czy  za  pomocą  kryzy  można  uzyskać  wiarygodne  pomiary 
przepływu (ewentualnie – w jakim zakresie). 

7.  Uwagi i wnioski, w szczególności na temat: poprawności uzyskanych wyników pomiarów i 

obliczeń, dokładności pomiarów i obliczeń, porównania różnych metod pomiaru przepływu. 

Obliczenia  iteracyjne  –  niezbędne  do  wyznaczenia  strumienia  przepływu  –  należy  w  miarę 
możliwości  wykonywać  z  wykorzystaniem  narzędzi  dostępnych  w  arkuszu  kalkulacyjnym  (np. 
Excel). 
Potrzebne  do  obliczeń  parametry  czynników  (gęstości,  lepkości  itp.)  należy  wyznaczać  na 
podstawie  pomierzonych  rzeczywistych  temperatur  i  ciśnień  –  z  tablic  lub  programów  typu 
kalkulator termodynamiczny. 
 

3. LITERATURA 

1.  PN-EN ISO 5167 Pomiary strumienia płynu za pomocą zwężek pomiarowych wbudowanych w 

całkowicie wypełnione rurociągi o przekroju kołowym