Badanie pompy

Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.1
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Badanie pompy.

1.Wstęp

Pompy są urządzeniami roboczymi służącymi do przetłaczania cieczy. Rozróżnia się

pompy wirowo i wyporowe.
Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi pompę są natężenie przepływu (Q) i
wysokość podnoszenia (H).
Charakterystyka przepływu jest to podstawowa charakterystyka hydrauliczna pomp
wirowych. Jest to zależność między wysokością podnoszenia a natężeniem przepływu
przez pompę, wyznaczona przy prędkości obrotowej n=const.

Charakterystyka
stateczna jest krzywą stale opadającą i ma swoje maksimum wysokości podnoszenia
przy Q=O, podczas gdy charakterystyka niestateczna ma swoje maksimum przy Q

≠

czyli przy tej samej wysokości podnoszenia pompa może mieć różne wydajności. Jeśli
charakterystyka przepływu jest stroma, to niewielkiej zmianie wydajności towarzyszą
duże różnice wysokości podnoszenia.
Dla   pompy   ze   stromą   charakterystyką   przepływu   regulacja   natężenia   przepływu
metodą dławienia będzie utrudniona, gdyż dławienie w nieznaczym stopniu wpływa na
zmianę   jej   wydajności.   Pompa   o   charakterystyce   łagodnie   opadającej   wymaga
szczególnie dokładnego wyznaczenia  charakterystyki  przepływu   układu pompowego
(charakterystyki rurociągu), gdyż nieznaczna zmiana strat hydraulicznych w instalacji
powoduje duże zmiany natężenia przepływu przez pompę. Charakterystyka rurociągu
jest   to   zależność   między   wysokością   strat   hydraulicznych   w   instalacji   rurociągu   a
natężeniem przepływu ( h  =  f(Q))

∆

Charakterystyki mocy i sprawności są to zależności między mocą zapotrzebowaną
przez pompę P i sprawnością pompy

a natężeniem przepływu Q, wyznaczone przy

stałej prędkości obrotowej. Zaletą charakterystyk nieprzeciążalnych jest niemożność
przeciążenia silnika napędzającego pompę przy wzroście natężenia przepływu ponad
wartość nominalną.

Rys.1 Typowe charakterystyki pompy odśrodkowej

Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pole zasięgu stosowalności jest to pole w

układzie współrzędnych Q-H ograniczone dwoma dwoma skrajnymi charakterystykami
przepływu i dwoma liniami jednakowej sprawności z lewej i prawej od linii maksymalnej
sprawności. Pole zasięgu gwarantuje ekonomiczną pracę pompy w każdym swoim
punkcie.

Często ze względów praktycznych stosuje się  współpracę szeregową lub równoległą
kilku pomp.
Współpraca równoległa zachodzi wtedy, gdy co najmniej dwie pompy tłoczą ciecz do
wspólnego   przewodu.   Wydajność   kilku   pomp   pracujących   równolegle   jest   zawsze
mniejsza od sumy wydajności pomp pracujących niezależnie, co jest spowodowane
wzrostem   oporów   hydraulicznych   w   przewodach   proporcjonalnie   do   kwadratu
natężenia przepływu.  Przy trzech równolegle współpracujących pompach o różnych
charakterystykach przepływu, możemy uzyskać siedem różnych punktów pracy.
Współpraca  szeregowa pomp  zachodzi  wtedy,  gdy co najmniej dwie pompy dzielą
między sobą całkowitą wysokość podnoszenia układu pompowego. Wydajności pomp
w każdej chwili są takie same.

Rys.3 Charakterystyki przepływu:

a - stateczna
b - niestateczna

Rys.2 Charakterystyki przepływu

a - płaska
b - stroma

Rys.4 Pole zasięgu stosowalności

pompy

Rys.5 Charakterystyka przepływowa:

a - przeciążalna
b - nieprzeciążalna

Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.3
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Regulacja wydajności pojedynczej pompy może odbywać się poprzez:

•

zmianę prędkości obrotowej pompy

•

dławienie zaworem na przewodzie tłocznym

•

zastosowanie upustu

•

zmianę geometrii części hydraulicznej pompy.

Regulacja poprzez zmianę prędkości obrotowej jest najbardziej ekonomiczna.
Wydajność pompy, wysokość podnoszenia i moc na wale zmieniają się zgodnie z
następującymi zależnościami:

Q / Q = n / n , H / H = ( n / n ) , P / P = ( n / n ) 2.

Sposób regulacji obrazowo przedstawia
wykres muszlowy pompy, na którym punkty
pracy, w których pompa osiąga jednakową
sprawność, połączone są liniami.

Rys.6 Równoległa współpraca pomp o

jednakowej charakterystyce
przepływu

Rys.7 Szeregowa współpraca pomp o

jednakowej charakterystyce
przepływu

Rys.8 Charakterystyka przepływowa

pompy przy różnych prędkoś-
ciach obrotowych

Rys.9 Wykres muszlowy pompy

Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.4
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Regulacja poprzez dławienie pompy polega na przymykaniu zaworu na przewodzie
tłocznym. Straty hydrauliczne i straty mocy ponoszone przy tym sposobie regulacji
przedstawia rys.10.
Regulacja upustowa polega na odprowadzeniu części cieczy pompowanej z przewodu
tłocznego z powrotem do zbiornika wyjściowego lub do innego odbiornika cieczy.

3.Zagadnienie doboru silnika
napędowego

Dobór silnika napędowego do
jakiegolwiek napędu obejmuje:

•

wybór rodzaju napięcia

zasilania

•

wybór typu silnika

•

wyznaczenie mocy znamio-

nowej i prędkości znamio-
nowej.

Dla prawidłowego doboru potrzebne są
dane charakteryzujące pracę napędu
(prędkość obrotowa, przebieg
momentu na wale). Należy uwzględnić,
że:

a) silnik w czasie pracy nie powinien

nagrzewać się nadmiernie

(

max

≤

dop

)

b) moment maksymalny silnika powinien być większy od maksymalnego

przewidywanego momentu obciążenia silnika

c) moment rozruchowy silnika powinien być większy od momentu oporowego

maszyny roboczej w czasie rozruchu.

Należy   uwzględnić   rodzaj   pracy   urządzenia   napędzanego   (ciągła,   dorywcza,
przerywana).
W wypadku pompy używanej w ćwiczeniu, jest to praca przerywana S3.
Praca przerywana S3 jest to praca okresowa (o przebiegu obciążenia powtarzającym
się okresowo), podczas której każdy okres obejmuje czas pracy przy obciążeniu o
stałej  wartości  oraz  czas  postoju,   przy  czym   czasy  pracy  i  czasy  postoju  każdego
okresu   nie   są   wystarczające   do   osiągnięcia   przez  maszynę   ustalonych   przyrostów
temperatury i w czasie nagrzewania, i w czasie stygnięcia. Praca ta trwa co najmniej do
chwili, gdy maszyna osiągnie stan równowagi cieplnej (wszystkie części maszyny mają
przyrosty temperatury odpowiednio równe w odpowiadających sobie chwilach kolejnych
okresów).
Względny czas pracy, czyli stosunek czasu pracy do długości trwania cyklu praca-

postój, zaznacza się w symbolu, np.S325
oznacza względny czas pracy 25%.
Dobór silnika można przeprowadzić
obliczając prąd zastępczy lub moment
zastępczy bądź korzystając bezpośrednio
z danych katalogowych.
Moc pompy oblicza się wg zależności:

P = (1.05 1.35) P

⋅

Rys.10 Zmiany wydajności pompy w czasie

regulacji poprzez dławienie;

∆

wysokość strat hydraulicznych

Rys.11 Praca przerywana S3

Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.5
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
gdzie P - moc na wale obliczona następująco:

P =

Q W

[kW]

⋅ ⋅

⋅

(

- gęstość cieczy, g - przyspieszenie ziemskie).

Przy małych wydajnościch i dużych wysokościach podnoszenia pompy mogą mieć
sprawność nawet poniżej 50%.

4. Program ćwiczenia

Ćwiczenie wykonuje się na elektropompce VE-Sa2A, wyposażonej w silnik o danych:
220 V, 50 Hz, 1 A, 95 W, S340, 5 min; Q

= 23 dm

/min, H

= 1 m.

Układ pomiarowy przedstawiono na rys.12 i 13.
1) Regulacja
wydajności
pompy
poprzez
zmianę
prędkości
obrotowej.
Uwagi:

Zawór dławiący otwarty całkowicie
Zawór odcinający zamknięty dla t = 0
Zbiornik II pełny

Rys.12 Układ do pomiaru wydajności pompy

Instrukcja
laboratoryjna..................................................................................................str.6
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Rys.13 Układ do pomiaru mocy pobieranej przez silnik napędowy pompy

Kolejność czynności i przebieg pomiarów:

1. Nastawienie napięcia zasilania
2. Zamknięcie wyłącznika
3. Otwarcie zaworu odcinającego
4. Pomiary I, P

, H = f(t) przy U = U

, U

= const i H = H

, H

= const, gdzie

- moc pobierana przez silnik

I - prąd silnika
H - poziom cieczy w zbiorniku napełnianym.

Pomiarów należy dokonywać co 15 s.
Ilość przepompowanej wody należy obliczyć biorąc pod uwagę wymiary
geometryczne zbiornika.

5. Przelanie wody ze zbiornika II do I.

Prędkość wirowania pompy (silnika) należy sprawdzić przy pomocy stroboskopu.

2) Regulacja poprzez dławienie zaworem
Pomiary przeprowadza się tak samo jak w pkt.1 przy znamionowym napięciu zasilania
silnika, trzech różnych wysokościach tłoczenia i czterech różnych położeniach zaworu
dławiącego.

3) Opracowanie wyników.
Obliczenie i wykreślenie charakterystyk mocy pobieranej z sieci w funkcji wielkości
przepływu przy różnych metodach regulacji wydajności pompy.

5. Pytania kontrolne

1) Narysować zmiany wydajności pompy w czasie regulacji upustowej
2) Uzasadnić, dlaczego regulacja przy pomocy dławienia zaworu jest mało wydajna dla

pompy o stromej charakterystyce przepływu

3) Narysować charakterystykę przepływową układu trzech pomp o różnych

charakterystykach współpracujących ze sobą.