ZAKRES EGZAMINU DYPLOMOWEGO
dla kierunku studiów
ENERGETYKA
studia I stopnia in
ż
ynierskie
specjalno
ść
energetyka cieplna i j
ą
drowa
3.
Zagadnienia eksploatacyjne
3.2
Charakterystyki wentylatora, punkt pracy, metody regulacji
parametrów pracy wentylatora
Wentylator może pracować w różnych punktach swojej charakterystyki ciśnienia, w
dopuszczalnym z ekonomicznego i eksploatacyjnego punktu widzenia jej zakresie. To w którym
punkcie roboczego zakresu charakterystyki pracuje, zależy od oporów instalacji podłączonej do
wentylatora. Najlepiej jest gdy opory instalacji
r
p
∆
są równe optymalnemu przyrostowi ciśnienia
wentylatora
opt
p
∆
. Oprócz równości
opt
r
p
p
∆
=
∆
warunkiem prawidłowego doboru wentylatora do
eksploatowanej instalacji jest, aby wentylator w punkcie optymalnym miał jak najwyższą sprawność,
mówimy wówczas o optymalnym doborze optymalnego wentylatora.
Rzeczywisty punkt pracy wentylatora leży na przecięciu charakterystyki przyrostu ciśnienia
wentylatora z charakterystyką instalacji. Punk ten ustalany jest samoistnie w czasie pracy
wentylatora, gdy wentylator wytworzy przyrost ciśnienia równy oporowi instalacji wymuszający w
niej przepływ. Zatem wentylator musi mieć geometryczne i kinematyczne możliwości wynikające z
rodzaju konstrukcji wirnika, aby mógł spowodować oczekiwany przepływ. Punkt pracy (rys. 11.1)
zaznaczono literą B. Punkty M i E określają dopuszczalny zakres eksploatacji wentylatora.
Ograniczenie od góry literą M podyktowane jest granicą pompażu, która przebiega w okolicy
maksymalnego przyrostu ciśnienia. Na lewo od punktu M praca wentylatora jest zabroniona, gdyż
występują tam drgania powietrza w instalacji, duży hałas, niska sprawność.
Charakterystyki wentylatora
Podobnie jak dla pomp charakterystyki wymiarowe wentylatora przedstawiane są w układach:
)
(
w
V
f
n
&
=
)
(
w
d
V
f
N
&
=
)
(
w
o
V
f &
=
η
)
(
w
c
V
f
P
&
=
∆
Tok postępowania pomiarowego jest również jak przy pomiarze pomp wirowych z tą tylko
różnicą, że regulację wydajności dokonuje się dławieniem na wlocie do rurociągu ssawnego lub na
wylocie z rurociągu tłocznego.
Charakterystyki bezwymiarowe
Charakterystyki bezwymiarowe wentylatorów przedstawiają zależność
)
(
ρ
f
=
Ψ
,
)
(
ρ
λ
f
=
,
)
(
ρ
η
f
o
=
, znajdują one zastosowanie przy projektowaniu wentylatorów geometrycznie
podobnych.
Regulacja:
Regulacja parametrów wentylatora jest konieczna wówczas, kiedy punk pracy nie pokrywa się z
punktem optymalnym lub gdy proces technologiczny obsługiwany przez wentylator wymaga zmian
ciśnienia i wydajności.
Regulacji parametrów dokonuje się przez zmianę charakterystyki wentylatora przy stałej
charakterystyce instalacji lub powodując zmianę charakterystyki sieci. Można wyróżnić następujące
sposoby służące regulacji:
1)
zmiana obrotów wirnika
2)
zmiana kątów ustawienia łopatek wirnika
3)
zmiana krętu na wlocie do wirnika za pomocą kierownic
4)
łączenie pojedynczych maszyn w układy szeregowe lub równoległe, czyli współpraca
wentylatorów
5)
zastosowanie metod specjalnych, które powodują zmianę charakterystyki wentylatora
6)
dławienie rurociągu
7)
obejście strumienia powodujące zmianę charakterystyki sieci
Wymienione sposoby regulacji mogą być zastosowane zarówno w maszynach osiowych i
promieniowych. Jedynie zmianę kątów ustawienia łopatek wirnika można stosować tylko w
maszynach osiowych.
Najlepszym sposobem regulacji jest (rys. 11.13) :
1.
zmiana liczby obrotów
2.
zmiana kątów łopatek wirników osiowych
3.
kierownicami (najlepsza to kierownica promieniowa)
4.
kierownica osiowa
5.
żaluzyjna
Najgorszym sposobem regulacji ze względu na straty mocy powodowane oddziaływaniem
organu na przepływ jest dławienie (nr 6 - rys.11.13).
Regulacja przez zmianę obrotów wirnika:
Charakterystyka wentylatora wraz ze zwiększeniem obrotów z n na n
1
podnosi się do góry,
dlatego punkt pracy B przesuwa się po charakterystyce sieci do punktu B
1
, w którym uzyskuje się
większą wydajność i przyrost ciśnienia, jak to wynika z wykresu (rys. 11.14).
Zmienne obroty realizuje się za pomocą układów tyrystorowych, przetwornic częstotliwości lub
rozmaitych przekładni mechanicznych.
Regulacja przez zmianę kąta ustawienia łopatek wirnika:
Ten rodzaj regulacji znajduje zastosowanie w wentylatorach osiowych. Teoretyczne
uzasadnienie tego sposobu regulacji również wynika z równania Eulera
⋅
⋅
⋅
Π
⋅
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
∆
2
2
2
2
2
2
β
τ
ρ
η
µ
tg
b
D
V
u
u
p
n
p
u
&
widoczna jest zależność pomiędzy przyrostem ciśnienia, a przyrostem kąta łopatki
b
2
pośrednio
b
m
.
Zmiany kąta ustawienia łopatek
b
m
dokonuje się w czasie postoju lub za pomocą
mechanizmów regulacyjnych podczas ruchu wirnika. Na rys. 11.15 przedstawione jest pneumatyczne
urządzenie do płynnej regulacji kątów łopatek w ruchu. Na skutek stopniowej zmiany kątów uzyskuje
się rodzinę krzywych dławienia, jak na rys. 11.16. Dzięki temu możliwe SA do uzyskania rozmaite
wydajności i przyrosty ciśnień na przecięciu z charakterystyką dołączonego rurociągu. Na tle
krzywych dławienia naniesione są muszlowe krzywe sprawności w celu przeprowadzenia optymalnej
regulacji parametrów lub doboru odpowiedniego kąta do przeprowadzania zmiany ustawienia
łopatek w czasie postoju wentylatora.
Regulacja przez zmianę krętu na wlocie wirnika:
Gdy na wlocie do wirnika czynnik zostaje zawirowany, to do obliczenia teoretycznego przyrostu
ciśnienia należy wziąć równanie Eulera postaci
)
(
1
1
2
2
u
u
ut
c
u
c
u
p
⋅
−
⋅
⋅
=
∆
∞
ρ
Wynika z niego wniosek, że za pomocą krętu na wlocie c
1u
można regulować przyrost ciśnienia w
wentylatorze. Kręt może być dodatni c
1u
, gdy zawirowanie na wlocie zgodne jest z kierunkiem
wirowania wirnika, albo ujemne -c
1u
dla zawirowania przeciwnego do obrotów . Kręt może być równy
zero, ale nie ma wtedy własności regulacyjnych. Trójkąty u wlotu ujmujące kręt dla omawianych
trzech przypadków wykreślone na rys 11.17.
3.3
Charakterystyki pomp wirowych, metody regulacji i zasady doboru
pomp do układu pompowego
CHARAKTERYSTYKI
Charakterystykę nazywamy krzywą przedstawiającą zależność między dwiema
charakterystycznymi wielkościami,
Graficznym obrazem charakterystyki są krzywe będące wykresem funkcji, wiążące dane wielkości w
odpowiednim układzie współrzędnych. Dla pomp wyróżnia się następujące charakterystyki:
a)
charakterystyka pompy dl
Tworzy je charakterystyka:
- użytecznej wysokości podnoszenia H
- mocy dostarczonej P
- sprawności
h
w zależności od wydajności
V&
, przedstawione na jednym wykresie.
Przykład charakterystyki dla stałej l
25YNL2 został przedstawiony na rys
Charakterystyki dla swej liczby obrotów określają typ i sposób pracy pompy. Ich znajomość jest
niezbędna do właściwej eksploatacji pompy oraz do oceny możliwości ich współpracy.
Charakterystyki te wyznacza się doświadczalnie przez przeprowadzanie badań po
Charakterystyki pomp wirowych, metody regulacji i zasady doboru
pomp do układu pompowego
CHARAKTERYSTYKI POMP
Charakterystykę nazywamy krzywą przedstawiającą zależność między dwiema
charakterystycznymi wielkościami, także w warunkach odbiegających od normalnego ruchu.
Graficznym obrazem charakterystyki są krzywe będące wykresem funkcji, wiążące dane wielkości w
odpowiednim układzie współrzędnych. Dla pomp wyróżnia się następujące charakterystyki:
y dla stałej liczby obrotów
użytecznej wysokości podnoszenia H
, przedstawione na jednym wykresie.
Przykład charakterystyki dla stałej liczby obrotów pompy wirowej wielostopniowej typu
25YNL2 został przedstawiony na rys.5.
Charakterystyki dla swej liczby obrotów określają typ i sposób pracy pompy. Ich znajomość jest
niezbędna do właściwej eksploatacji pompy oraz do oceny możliwości ich współpracy.
harakterystyki te wyznacza się doświadczalnie przez przeprowadzanie badań po
Charakterystyki pomp wirowych, metody regulacji i zasady doboru
Charakterystykę nazywamy krzywą przedstawiającą zależność między dwiema
także w warunkach odbiegających od normalnego ruchu.
Graficznym obrazem charakterystyki są krzywe będące wykresem funkcji, wiążące dane wielkości w
odpowiednim układzie współrzędnych. Dla pomp wyróżnia się następujące charakterystyki:
iczby obrotów pompy wirowej wielostopniowej typu
Charakterystyki dla swej liczby obrotów określają typ i sposób pracy pompy. Ich znajomość jest
niezbędna do właściwej eksploatacji pompy oraz do oceny możliwości ich współpracy.
harakterystyki te wyznacza się doświadczalnie przez przeprowadzanie badań pompy.
b)
charakterystyka zbiorcza – wykres muszlowy
Jest to zależność w układzie H -
V&
z naniesionymi krzywymi n = const,
h
= const.
Na rys. 6 została przedstawiona przykładowa charakterystyka zbiorcza dla pompy wirowej gumowej
typu PG-100.
Często charakterystyki podaje się w układach bezwymiarowych. Każdy z parametrów
charakterystycznych wyrażany jest wtedy stosunkiem rzeczywistej wartości wymiarowej do wartości
nominalnej tego parametru:
)
(
n
n
V
V
f
H
H
&
=
)
(
n
n
V
V
f
P
P
&
=
)
(
n
V
V
f
&
=
η
Wartość obrotów często określa się jako mniejszą, równą lub większą od nominalnej, np.
i
n
=0,6
n
n
…
0,8
n
n
…1
n
n
…1,2
n
n
…1,4
n
n
itp.
Tworzenie wykresu muszlowego:
Na podstawie pomiarów i przeprowadzonych obliczeń wykreślone są krzywe
)
(V
f
H
&
=
dla
każdego położenia zaworu Z
2.
Aby w układzie współrzędnych
)
,
(
V
H &
można było wkreślić linie stałej
sprawności
η
, obrotów n, mocy P, należy zbudować wykresy pomocnicze
)
(V
f &
=
η
,
)
(V
f
n
&
=
,
)
(V
f
P
&
=
zawierające krzywe dla Z
2
= idem. Dodatkowo należy wykreślić krzywe H=f(n) i H=f(P) dla
pełnego zamknięcia zaworu tzn. gdy
V&
= 0; będą to charakterystyczne punkty na osi rzędnych
określające początki poszczególnych krzywych.
Dalszy tok postępowania przy sporządzaniu charakterystyki pompy został przedstawiony na
RYS, na przykładzie wykreślania krzywej stałej sprawności. Zakładamy, że chcemy wykreślić krzywą
η
np. dla
%
50
=
η
. Na osi rzędnej wykresu
)
(V
f &
=
η
znajdujemy punkt
%
50
=
η
, z którego
wykreślamy równoległą do osi odciętych i oznaczamy punkty przecięcia prostej z krzywymi Z
2
=idem
(krzywe 1,2,3,4). Tak określone punkty przenosimy prostopadle do osi odciętych na krzywe
)
(V
f
H
&
=
. W sposób pokazany na rysunku otrzymane punkty łączymy wspólną linia , która jest linią
stałej sprawności
%
50
=
η
. Analogicznie wykreślamy krzywe dla innych sprawności np. 30%, a
następnie w podany sposób krzywe obrotów i mocy pompy P. Na rysunku pokazano również
przykładowo kreślenie linii P=3kW i n= 2000obr/min. Zasadą sporządzania wykresów jest stałość
podziałki na osi
V&
wszystkich wykresów.
c)
charakterystyki bezwymiarowe uniwersalne
Jest to graficzne przedstawienie wyróżników mocy i wysokości podnoszenia od wyróżnika
wydajności pompy. Wartości wyróżników wyznacza się doświadczalnie przeprowadzając badania na
pompie modelowej. Wyniki badań uzyskane tą drogą mogą być przenoszone na pompy o innych
wymiarach, lecz geometrycznie podobne. Sposób korzystania z tych charakterystyk przedstawia rys:
Dla danych wartości d, n,
V&
oblicza się:
,
3
n
d
V
V
&
&
=
ε
A następnie z wykresu znajduje się
P
H
ξ
ξ
,
. Stąd z poniższych równań:
,
2
2
H
g
n
d
H
ξ
=
p
n
d
P
ξ
ρ
⋅
⋅
⋅
=
3
5
oblicza się użyteczną wysokość pompowania i moc jaką należy odczytać aby założone warunki mogły
być spełnione.
REGULACJA POMP
Regulacja pompy wirowej jest to proces zamierzonego dostosowywania parametrów pracy pompy
do zmieniających się w czasie wymagań układu pompowego.
Zasadniczo pojęcie regulacji odnosi się do zmian parametrów dokonywanych podczas pracy pompy.
Do dziedziny regulacji zalicza się zwyczajowo i omawia w jej ramach także sposoby jednorazowego
dostosowania parametrów pompy do zmienionych wymagań układu. Taka zmiana, dokonywana po
uprzednim zatrzymaniu i częściowym demontażu pompy, może być przy tym odwracalna (np. ręczna
zmiana kąta ustawienia łopatek wirnika pompy śmigłowej) lub nieodwracalna (np. zmniejszenie
średnicy zewnętrznej łopatek wirnika pompy odśrodkowej, helikoidalnej lub diagonalnej).
W zależności od wymagań stawianych przez odbiorcę cieczy można wyróżnić:
• regulację wydajności pompy
• regulację wysokości podnoszenia pompy
Parametrem regulacji R pompy nazywa się wielkość, której zmiana w procesie regulacji
powoduje zmianę jej charakterystyk, zwłaszcza charakterystyki przepływu H(Q).
Parametrami regulacji mogą być następujące wielkości:
a)
prędkość obrotowa pompy
b)
kąt ustawienia łopatek kierownicy wlotowej
c)
kąt ustawienia łopatek wirnika pompy diagonalnej Deriaza lub pompy śmigłowej
d)
liczba włączonych pomp w grupie złożonej z połączonych równolegle zespołów
pompowych
e)
wysokość napływu w pompie do kondensatu, wpływająca na pracę pompy w obszarze
kawitacji lub poza nim i zmieniająca wskutek tego charakterystykę H(Q)
f)
objętość względna doprowadzonego powietrza (przy regulacji napowietrzającej)
g)
średnica zewnętrzna wirnika (lub łopatek wirnika) zmieniana przez obtoczenie wirnika lub
wytoczenie samych łopatek
Do oddzielnej grupy zalicza się te wielkości, których zmiana powoduje zmianę charakterystyki
układu pompowego. Należy do nich stopień otwarcia zaworu regulacyjnego w rurociągu tłocznym, jak
również stopień otwarcia zaworu w rurociągu upustowym. Wielkości te, związane z regulacją dławieniową i
upustową, można nazwać parametrami regulacji układu pompowego.
Regulacja dławieniowa
Najpowszechniej stosowana jest regulacja wydajności przez zmianę otwarcia zaworu
umieszczonego w rurociągu tłocznym, za pompą. Podczas przymykania występuje dławienie przepływu,
stąd nazwa: regulacja dławieniowa. Najczęściej charakterystyka r
1
w znamionowych warunkach pracy (rys.
13.2) la całkowicie otwartemu zaworowi regulacyjnemu, stąd regulacja dławieniowa tylko na zmniejszenie
wydajności (Q
2
< Q
}
).
Przymykając zawór regulacyjny, zmienia się charakterystykę rurociągu z r, na r2 daje nowy
punkt pracy W2 przy, zmniejszonej wydajności Q2.Przy tej wydajności zapotrzebowanie energii ze
strony układu pompowego wynosi Y* = gH* i tyle tylko jest wykorzystane użytecznie. Pozostała część,
tj. AF
dt
= gH
M
, jest tracona w zaworze regulacyjnym wskutek dławienia i oddawana przetłaczanej
cieczy w postaci które tylko w nielicznych przypadkach może być w pewnym stopniu wykorzystane
użytecznie. Efekt energetyczny regulacji dławieniowej jest więc taki sam jak przy zastosowaniu innej
pompy p*, pracującej przy całkowicie otwartym zaworze tłocznym, której punktem pracy jest W*,
sprawność zaś wynosi tylko T
j zast
. Obszar zakreskowany, zawarty między krzywymi r
j
i T
j zast
na rys.
13.2 jest miarą strat energii w regulacji dławieniowej.
Dodatkowym niekorzystnym efektem regulacji dławieniowej jest wzrost wartości sił hydraulicznych,
zarówno wzdłużnej jak i poprzecznej, podczas zmniejszania wydajności za pomocą zaworu
regulacyjnego.
Regulacja upustowa
Regulacja dławieniowa jest szczególnie niekorzystna w pompach śmigłowych i diagonalnych, dla
których zapotrzebowanie mocy P (Q) rośnie wraz ze zmniejszeniem wydajności. W tego rodzaju
pompach, jeśli nie są one wyposażone w regulowane łopatki wirnika lub kierownicy i nie jest możliwe
zastosowanie napędu o zmiennej prędkości obrotowej, zamiast regulacji dławieniowej lepiej
zastosować regulację upustową. Fragment układu pompowego z regulacją upustową pokazano
schematycznie na rys. 13.3a.
W układ włączony jest przewód upustowy 2, łączący obszar odpływowy pompy (za króćcem tłocznym) z
obszarem dopływowym (przed króćcem ssawnym). W przewodzie 2 znajduje się zawór regulacyjny zr.
Zasada działania regulacji upustowej wynika z rys. 13.3b. Przy zamkniętym zaworze
pracy pompy w układzie o charakterystyce
l pokrywa się wówczas z wydajnością pompy, natomiast
wówczas pompa będzie zasilała dwa równolegle
krzywa r, a przewodu 2 — pęk parabol
zaworu zr. Każda parabola przedstawia straty ciśnienia A
zmienne opory przepływu przez zawór
półprostej pokrywającej się z dodatnią półosią
charakterystyka staje się najbardziej płaska.
krzywa h = h' przechodząca przez punkt
otrzymana przez równoległe zsumowanie charakterystyk
jest punkt W' przecięcia charakterystyk
(punkt W), wydajność pompy wskutek częściowego otwarcia
Jednak w rurociągu 1 płynie mniejszy niż po
Q'
2
= Q'
w
- Q tj. płynie przez upust 2 z powrotem do obszaru dopływowego (ssawnego).
zostanie otwarty w mniejszym stopniu niż poprzednio, wskutek czego charakterystyką przewodu
upustowego 2 będzie np. krzywa
większy strumień cieczy (Q" > Q').
przewodzie 1 popłynie mniejszy strumień
wzrośnie bowiem strumień cieczy płynącej przez upust.
Rys. 10.3 - Regulacja upustowa: a) schemat układu, b) charakterystyki przepływu, c) zapotrzebowanie
Straty powstające w procesie regulacji upustowej mogą niekiedy być mniejsze niż przy
dławieniowej, w której strumień Q
tłocznej rurociągu l (charakterystyka r
wartości wyróżnika szybkobieżności
dławiąc przepływ (W —> W
dł
) zmniejsza się pobór mocy (rys. 10.3c). Korzystniejsza jest tu regulacja
dławieniowa, a stosowanie upustu okazuje się niecelowe.
Zasada działania regulacji upustowej wynika z rys. 13.3b. Przy zamkniętym zaworze
pracy pompy w układzie o charakterystyce r jest W. Natężenie przepływu Q = Q
w
w głównym rurociągu
l pokrywa się wówczas z wydajnością pompy, natomiast Q
7
= 0. Jeśli zawór zr zostanie otworzony,
wówczas pompa będzie zasilała dwa równolegle połączone przewody l i 2. Charakterystyką przewodu l jest
rabol h o wierzchołku (0, 0), odpowiadających odpowiednim otwarciom
da parabola przedstawia straty ciśnienia A
z 0
w przewodzie 2, których głównym składni
zmienne opory przepływu przez zawór zr. Przy zaworze zamkniętym parabola h = h
mm
półprostej pokrywającej się z dodatnią półosią H. W przypadku zaworu całkowicie otwartego,
charakterystyka staje się najbardziej płaska. Dowolnemu pośredniemu otwarciu zaworu
dząca przez punkt L'. Łączną charakterystyką przewodów 1 i 2 jest krzywa
otrzymana przez równoległe zsumowanie charakterystyk r oraz h'. Punktem pracy pompy
przecięcia charakterystyk p i r'. W porównaniu do pracy przy zamkniętym zaworze
unkt W), wydajność pompy wskutek częściowego otwarcia zaworu wzrosła z wartości
płynie mniejszy niż poprzednio strumień objętości cieczy Q. Pozostały strumień, tj.
przez upust 2 z powrotem do obszaru dopływowego (ssawnego).
zostanie otwarty w mniejszym stopniu niż poprzednio, wskutek czego charakterystyką przewodu
upustowego 2 będzie np. krzywa h", to punkt pracy pompy przesunie się do W", a w rurociągu
Q'). Jeśli natomiast zawór zostanie otwarty w stopniu większym, to w
mniejszy strumień (Q" < Q, mimo wzrostu wydajności pompy (punkt
bowiem strumień cieczy płynącej przez upust.
Regulacja upustowa: a) schemat układu, b) charakterystyki przepływu, c) zapotrzebowanie
Straty powstające w procesie regulacji upustowej mogą niekiedy być mniejsze niż przy
Q
l
uzyskuje się dławiąc przepływ zaworem umieszczonym w części
tłocznej rurociągu l (charakterystyka r
dl
układu i punkt pracy W
dł
). Jeśli regulacja parametrów dotyczy pompy o
wartości wyróżnika szybkobieżności n
q
< 40 -5- 50, dla której charakterystyka mocy jest krzywą rosnącą, to
) zmniejsza się pobór mocy (rys. 10.3c). Korzystniejsza jest tu regulacja
dławieniowa, a stosowanie upustu okazuje się niecelowe.
Zasada działania regulacji upustowej wynika z rys. 13.3b. Przy zamkniętym zaworze zr punktem
w głównym rurociągu
zostanie otworzony,
połączone przewody l i 2. Charakterystyką przewodu l jest
wierzchołku (0, 0), odpowiadających odpowiednim otwarciom
w przewodzie 2, których głównym składnikiem są
mm
redukuje się do
zaworu całkowicie otwartego,
Dowolnemu pośredniemu otwarciu zaworu zr odpowiada
i 2 jest krzywa r' = (r + h')
r
,
Punktem pracy pompy w układzie
porównaniu do pracy przy zamkniętym zaworze zr
zaworu wzrosła z wartości Q
w
do Q'
w
..
Pozostały strumień, tj.
przez upust 2 z powrotem do obszaru dopływowego (ssawnego). Jeśli zawór
zostanie otwarty w mniejszym stopniu niż poprzednio, wskutek czego charakterystyką przewodu
a w rurociągu 1 popłynie
natomiast zawór zostanie otwarty w stopniu większym, to w
mimo wzrostu wydajności pompy (punkt W"),
Regulacja upustowa: a) schemat układu, b) charakterystyki przepływu, c) zapotrzebowanie mocy
Straty powstające w procesie regulacji upustowej mogą niekiedy być mniejsze niż przy regulacji
umieszczonym w części
Jeśli regulacja parametrów dotyczy pompy o
50, dla której charakterystyka mocy jest krzywą rosnącą, to
) zmniejsza się pobór mocy (rys. 10.3c). Korzystniejsza jest tu regulacja
Jeśli natomiast regulowane są parametry pracy pompy o dużym wyróżniku szybkobieżności n
q
, rzędu
90 i więcej, dla której charakterystyka mocy jest krzywą malejącą, to dławiąc przepływ powoduje się
zwiększenie poboru mocy, natomiast stosując upust — zmniejszenie poboru mocy. W takim przypadku
regulacja upustowa jest korzystniejsza. Ponieważ regulacja upustowa wiąże się ze wzrostem wydajności
pompy, należy zawsze sprawdzić, czy będzie zachowany warunek pracy pompy poza strefą kawitacji.
Niekiedy regulacja upustowa może być jednak zastosowana — jako wspomagająca
— w dużych pompach odśrodkowych, w których nie można nadmiernie dławić przepływu ze względu na
ograniczenie Q > Q
min
Regulacja przez zmian
ę
pr
ę
dko
ś
ci obrotowej wirnika
W ogólnym przypadku współpracy pompy z rurociągiem r, kiedy parabola jednakowych warunków
zasilania oraz charakterystyka rurociągu nie pokrywają się (rys. 13.4). Przy zmianie prędkości obrotowej
z n
1
na n
2
, punkty pracy W
1
i W
2
leżą na różnych parabolach f
c
, k
2
.
Aby obliczyć nową prędkość obrotową n
2
, przy której wydajność zmniejszy się z Q1 do Q2, należy
przez nowy punkt pracy W
2
przeprowadzić parabolę jednakowych warunków zasilania k
c
.
Przetnie ona krzywą charakterystyki pompy w pomocniczym punkcie K. Punkty W
2
i K” to punkty są to
punkty powinowate.
Jeśli W
l
jest punktem optymalnym, dla którego η” = η
max
, to przejściu z paraboli towarzyszy pewne
zmniejszenie się sprawności pompy, za to nie występują straty dławienia.
Rys
Porównanie energetyczne regulacji dławieniowej z regulacją przez zmianę prędkości
Warto porównać moc zużywaną do napędu pompy przy regulacji zmiennoobroto
dławieniowej (odpowiednio punkty
Wartość współczynnika zmniejszenia mocy
Dla rurociągu o typowej charakterystyce r
zmniejszenia prędkości obrotowej
mocy elektrycznej (a = 0,479), przy
= 0,975. Jest to skutek uniknięcia straty dławienia f
0,70. Pominięto tu niewielki spadek sprawności silnika elektrycznego przy zmniejszeniu jego obciążenia.
Dla rurociągu o najbardziej stromej charakterystyce
domowych instalacjach centralnego ogrzewania)
r
ur
= 0,95 (n = 0,5 n
opt
), otrzyma się
Tylko w przypadku płaskiej charakterystyki rurociągu zysk z za
zmiennoobrotowej będzie mniejszy. Dla granicznej charakterystyki
otrzyma się a' = 0,826, przy r
ur
= 0,975. W takim
regulacji (np. Q
2
/Q
1
> 0,8), może się
decydować rachunek ekonomiczny.
obrotowej powoduje spadek wartości sił hydraulicznych wzdłużnej i poprzecznej, jak również siły od
niewyrównoważenia; wszystkie z tych sił są proporcjonalne do kwadratu prędkości
Dodatkowym, korzystnym efektem regulacji zmiennoobrotowej powinno więc być zmniejszenie
naprężeń i ugięcia wału oraz zmniejszenie obciążenia
poziomu drgań oraz wzrost trwałości
Q, m
3
/h
Porównanie energetyczne regulacji dławieniowej z regulacją przez zmianę prędkości
Warto porównać moc zużywaną do napędu pompy przy regulacji zmiennoobroto
dławieniowej (odpowiednio punkty W* i W
2
na rys. 13.5).
ka zmniejszenia mocy a zależy od kształtu charakterystyki j
Dla rurociągu o typowej charakterystyce r (rys. 13.5) zmniejszenie wydajności z
zmniejszenia prędkości obrotowej z n = n
opt
do n = 0,75 n spowoduje dwukrotne zmniejszenie pobieranej
rzy zwykłej dla współczesnych układów tyrystorowych sprawności
uniknięcia straty dławienia f
d
= 0,41 oraz wzrostu sprawności pompy z 0,55 do
nięto tu niewielki spadek sprawności silnika elektrycznego przy zmniejszeniu jego obciążenia.
Dla rurociągu o najbardziej stromej charakterystyce r" (przypadek również często spotykany, np. w
lacjach centralnego ogrzewania) zysk będzie jeszcze większy. Dla tego samego
ma się a" = 0,209.
Tylko w przypadku płaskiej charakterystyki rurociągu zysk z zastosowania regulacji
zmiennoobrotowej będzie mniejszy. Dla granicznej charakterystyki r', tj. linii równoległej do osi
0,975. W takim przypadku, przy równocześnie niewielkim zakresie
> 0,8), może się opłacać pozostawienie regulacji dławieniowej. Powinien o tym
ekonomiczny. Zmniejszanie wydajności pompy przez obniżanie prędkości
spadek wartości sił hydraulicznych wzdłużnej i poprzecznej, jak również siły od
niewyrównoważenia; wszystkie z tych sił są proporcjonalne do kwadratu prędkości
Dodatkowym, korzystnym efektem regulacji zmiennoobrotowej powinno więc być zmniejszenie
naprężeń i ugięcia wału oraz zmniejszenie obciążenia łożysk, w konsekwencji zaś —
poziomu drgań oraz wzrost trwałości i niezawodności pracy pompy.
Porównanie energetyczne regulacji dławieniowej z regulacją przez zmianę prędkości obrotowej
Warto porównać moc zużywaną do napędu pompy przy regulacji zmiennoobrotowej i regulacji
od kształtu charakterystyki j rurociągu.
(rys. 13.5) zmniejszenie wydajności z Q
l
do Q
2
wskutek
spowoduje dwukrotne zmniejszenie pobieranej
zwykłej dla współczesnych układów tyrystorowych sprawności Tj
ur
= 0,41 oraz wzrostu sprawności pompy z 0,55 do
nięto tu niewielki spadek sprawności silnika elektrycznego przy zmniejszeniu jego obciążenia.
również często spotykany, np. w
e większy. Dla tego samego Q
2
= 0,48 Q
l
i
stosowania regulacji
tj. linii równoległej do osi Q,
przypadku, przy równocześnie niewielkim zakresie
opłacać pozostawienie regulacji dławieniowej. Powinien o tym
obniżanie prędkości
spadek wartości sił hydraulicznych wzdłużnej i poprzecznej, jak również siły od
niewyrównoważenia; wszystkie z tych sił są proporcjonalne do kwadratu prędkości obrotowej.
Dodatkowym, korzystnym efektem regulacji zmiennoobrotowej powinno więc być zmniejszenie
— zmniejszanie
Regulacja przez zmian
ę
liczby wł
ą
Regulacja wydajności układu pompowego złożonego
pompowych jest ułatwiona wskutek tego, że dodany został jeszcze jeden
liczba równocześnie włączonych (pracujących) pomp. Jest
wodociągowych i ciepłowniczych oraz
zmienność strumienia Q
s
przetłaczanej
Omawiana regulacja jest skuteczna zwłaszcza w przypadku bardzo płaskiej charak
rurociągu. Skokowe zwiększenie lub zmniejszenie wydajności
kolejnej pompy, nie spowoduje zmiany punktów pracy pozos
odpowiednio dobrane, pracować cały czas z wydajnościami
najwyższym sprawnościom.
W celu uzyskania ciągłej zmiany wydajności
wszystkich m pomp głównym zaworem
regulować dławieniowo lub przez
spotykanym przypadku oporów przepływu A
pomp będzie powodowało coraz mniejsze przyrosty wydaj
wydajności każdej z pomp (punkty A,
optymalnych Q
opt
. Jest to racjonalne dla nie więcej niż trzech pomp. Zamiast stosować grupy czterech
lub więcej Pomp lepiej jest dobrać dwie pompy o większych wydajnościach znamionowych.
ę
liczby wł
ą
czonych pomp poł
ą
czonych równolegle
Regulacja wydajności układu pompowego złożonego z m równolegle współpracują
pompowych jest ułatwiona wskutek tego, że dodany został jeszcze jeden niezależny parametr regulacji:
liczba równocześnie włączonych (pracujących) pomp. Jest to korzystne, zwłaszcza w przypadku pompowni
wodociągowych i ciepłowniczych oraz niektórych przepompowni ścieków, kiedy wymagana jest duża
łaczanej cieczy.
Omawiana regulacja jest skuteczna zwłaszcza w przypadku bardzo płaskiej charak
Skokowe zwiększenie lub zmniejszenie wydajności, w wyniku włączenia lub wyłączenia
pompy, nie spowoduje zmiany punktów pracy pozostałych pomp. Mogą one, jeśli są tylko
odpowiednio dobrane, pracować cały czas z wydajnościami Q, = Q, = Q
opt
odpowia
W celu uzyskania ciągłej zmiany wydajności ,
można w niewielkim stopniu stosować dławienie
pomp głównym zaworem regulacyjnym zr (rys. 13.6 b) lub w większym stopniu
regulować dławieniowo lub przez zmianę prędkości obrotowej tylko jedną z pomp.
spotykanym przypadku oporów przepływu A
z
porównywalnych z H
st
(rys. 13.6c), włączanie kole
pomp będzie powodowało coraz mniejsze przyrosty wydajności, przy równoczesnym zmniejszaniu się
wydajności każdej z pomp (punkty A, B, C, D) i oddalaniu się ich w coraz większym stopniu od wydajności
racjonalne dla nie więcej niż trzech pomp. Zamiast stosować grupy czterech
Pomp lepiej jest dobrać dwie pompy o większych wydajnościach znamionowych.
równolegle współpracujących zespołów
niezależny parametr regulacji:
to korzystne, zwłaszcza w przypadku pompowni
niektórych przepompowni ścieków, kiedy wymagana jest duża
Omawiana regulacja jest skuteczna zwłaszcza w przypadku bardzo płaskiej charakterystyki
w wyniku włączenia lub wyłączenia
tałych pomp. Mogą one, jeśli są tylko
odpowiadającymi
można w niewielkim stopniu stosować dławienie
regulacyjnym zr (rys. 13.6 b) lub w większym stopniu -
zmianę prędkości obrotowej tylko jedną z pomp. W częściej
13.6c), włączanie kolejnych
ności, przy równoczesnym zmniejszaniu się
i oddalaniu się ich w coraz większym stopniu od wydajności
racjonalne dla nie więcej niż trzech pomp. Zamiast stosować grupy czterech
Pomp lepiej jest dobrać dwie pompy o większych wydajnościach znamionowych.
DOBÓR POMP
Każdą pompę dobiera się tak, by miała odpowiednie do potrzeb parametry:
Wydajność - pompa musi dostarczać tyle wody by zaspokoić zapotrzebowanie. Wartość ta jest
wyrażana w m3/h (lub litrach na sek). Np. w przypadku gospodarstw domowych zależy m.in. od
liczby domowników i punktów poboru wody, a także od tego, czy wodą ze studni podlewać się
będzie jednocześnie ogród. Dla ułatwienia doboru pomp do wody ich producenci podają często
przybliżone wartości zapotrzebowania na wodę:
- dla domu jednorodzinnego - 2-4 m3/h
- podlewanie trawników - 1,5 m3/h na każdy zraszacz
- uprawy przydomowe, szklarnie - 4-6 m3/h
Wydajność nie powinna być większa od ilości wody napływającej do studni, czyli wydajności
studni. Jeśli dobrana zostanie pompa o większej wydajności, to dynamiczne zwierciadło wody w
studni może opaść poniżej wartości dopuszczalnej, a to mogłoby spowodować wynurzenie się
pompy, czyli pracę na sucho, do czego nie można dopuścić.
W przypadku systemu ciepłowniczego powyższe utrudnienie nie występuje, gdyż jest to układ
zamknięty, a niedobory uzupełniane są z sieci wodociągowej (woda jest uprzednio uzdatniana).
Wymagana wydajność jest związana z zapotrzebowaniem odbiorców na ciepło.
Wysokość podnoszenia - pompa musi dostarczać wodę pod takim ciśnieniem, by z punktu
poboru wody na najwyższym piętrze domu wypływała woda pod odpowiednim ciśnieniem. Ciśnienie
to wyrażane jest w metrach słupa wody. Zależy ono od głębokości studni, jej odległości od domu,
wysokości na jaką ma być pompowana woda, wymaganego ciśnienia w punktach poboru wody oraz
strat ciśnienia na drodze pompowania. Straty ciśnienia występują na całej długości przewodów, a
także w miejscach, gdzie zmieniają się średnice lub kierunek prowadzenia przewodów, lub tam, gdzie
na przewodzie zamontowane są zawory, wodomierze czy urządzenia do uzdatniania wody (filtry,
odżelaziacze).
Moc pompy musi być tym większa, im większe są wydajność i wysokość podnoszenia. Każda
pompa ma pewien przedział wydajności i wysokości podnoszenia, w którym może pracować. Jeśli
pompuje wodę na maksymalną wysokość, to jej wydajność spadnie i na odwrót.
Pompy wykorzystuje się nie tylko do poboru wody, ale również do podwyższania ciśnienia w
instalacji, zwłaszcza w budynkach wysokich. Elementem roboczym w pompie jest tłok lub wirnik
łopatkowy. Pompy tłokowe charakteryzują się stałą, niezależną od wysokości podnoszenia,
wydajnością. Nie są jednak powszechnie stosowane, ponieważ są dość duże, ciężkie i stosunkowo
drogie. Najczęściej używa się ich w układach bardzo wysokiego ciśnienia lub w stacjach uzdatniania
wody do dozowania na przykład chloru. Wydajność pomp wirowych jest zależna od wysokości
podnoszenia. Obsługują przepompownie I stopnia transportujące wodę z ujęcia do zbiorników, w
których jest gromadzona, przepompownie II stopnia pompujące wodę ze zbiorników do obszarów
poboru wody i III stopnia z obszarów poboru wody do miejsc czerpania wody. Są powszechnie
stosowane również w ujęciach wody podziemnej i powierzchniowej, a także do przepompowywania
wody ze zbiorników. W zależności od kształtu wirnika spotyka się pompy: odśrodkowe, diagonalne i
śmigłowe. Pompy wirowe mogą mieć jeden wirnik (jednostopniowe) lub kilka czy kilkanaście
połączonych szeregowo (wielostopniowe).
Krzywa pompy i charakterystyka sieci
Dobór pompy powinien być dokonywany na podstawie przewidywanych warunków jej pracy
(zużycia wody oraz wysokości, na jaką woda będzie pompowana). Służą do tego krzywe
charakterystyczne pompy, które opisują parametry urządzenia i charakterystyka.
Krzywa wysokości podnoszenia pompy określa zależność między wysokością podnoszenia, a
natężeniem przepływu wody. Im większe natężenie, tym mniejsza wysokość podnoszenia cieczy.
Charakterystykę tę odczytuje się z katalogu dla danego modelu pompy. Wraz z hydrauliczną
charakterystyką sieci są podstawą doboru pompy.
Na podstawie krzywej zapotrzebowania na moc można wyznaczyć orientacyjny pobór mocy w
każdym punkcie pracy pompy.
Krzywa sprawności przedstawia zależność sprawności w funkcji wydajności pompy.
Uwzględniana jest przede wszystkim w przypadku dużych agregatów pompowych stosowanych na
przykład w instalacjach przemysłowych i budowlanych. Przy wyborze pompy duże znaczenie ma
hydrauliczna charakterystyka sieci, określająca zależność pomiędzy natężeniem przepływu cieczy w
instalacji, a ciśnieniem potrzebnym na pokonanie miejscowych i liniowych oporów.
Charakterystykę sieci można wyznaczyć na podstawie projektu instalacji (rodzaju i średnicy rur
w instalacji, przybliżonej liczby kolanek, zaworów oraz strat spowodowanych urządzeniami np. do
uzdatnienia wody) lub za pomocą pompy pomiarowej z wbudowanym manometrem różnicowym
wskazującym zmiany ciśnienia w sieci. Ten drugi sposób ma zastosowanie w małych, zwłaszcza
remontowanych lub modernizowanych instalacjach, które dodatkowo mogą być pokryte osadem
kamiennym, zwiększającym opory w całym przewodzie. Punkt przecięcia się charakterystyki
wysokości podnoszenia pompy z charakterystyką sieci nazywa się punktem pracy i na jego podstawie
dobiera się pompę.
Pompy mogą współpracować ze sobą. W tym celu mogą być łączone szeregowo lub równolegle.
Połączenie szeregowe (np. pompa tłoczy przewodem do drugiej pompy), powoduje zwiększenie
wysokości podnoszenia układu. Charakterystyka połączenia szeregowego jest sumą wysokości
podnoszenia dla tych samych natężeń. Najczęściej taki układ stosuje się w przypadku wirników w
pompach głębinowych. Połączenie równoległe (np. dwie pompy tłoczą wodę do jednego przewodu)
zapewnia zwiększenie wydajności układu. Jego charakterystyką jest suma odcinków poziomych na
wykresie - natężeń przepływu dla tej samej wysokości podnoszenia. Należy również pamiętać, że
wydajność dwu jednakowych pomp pracujących równolegle jest mniejsza od podwójnej wydajności
każdej z nich ze względu na straty hydrauliczne w przewodzie. Połączenie równoległe pracujących
pomp znajduje zastosowanie w przepompowniach wody z sieci lub zbiorników retencyjnych, a także
w zestawach do podnoszenia ciśnienia, gdzie mogą być jeszcze dodatkowo łączone ze sobą
szeregowo (układy szeregowo-równoległe). Współpraca kilku pomp powoduje zwiększenie obszaru
zmienności wydajności całego układu i jego wysokości podnoszenia, przez co, w porównaniu z jedną
pompą, lepiej dostosowuje się on do zmiennych warunków pracy (pompowanie wody na różne
piętra, w różnych ilościach). Ma jeszcze tę zaletę, że w przypadku awarii jednej pompy nie przestaje
całkowicie działać. W małych pompowniach i domach jednorodzinnych najczęściej wystarcza pompa
pojedyncza.
NPSH (Net Positive Suction Head):
Przy doborze pompy należy pamiętać aby pompa pracowała w obszarze powyżej
rozporządzalnej nadwyżki NPSH. W przeciwnym wypadku pompa jest zagrożona możliwością
wystąpienia kawitacji, co prowadzi do erozji łopatek wirnika i znacznego skrócenia życia
technicznego pompy.
DORBÓR POMP DLA UKŁADÓW ENERGETYCZNYCH:
W układach kolektorowych pompy dobiera się tak, aby było możliwe przybliżone
dostosowanie sumarycznej wydajności pomp do sumarycznego obciążenia kotłowni przez
włączanie i wyłączanie poszczególnych pomp, pracujących przy obciążeniach bliskich
znamionowemu. Natomiast w układach blokowych każdy blok ma swój zespół pomp
zasilających podstawowych i rezerwowych.
Warunki pracy pomp wody zasilającej określają:
••••
ciśnienie:
wartość użytecznego ciśnienia pompowania powinna być wyższa o 10-40% od
ciśnienia znamionowego pary w kotle
••••
wydajność:
25% większa od wydajności kotła walczakowego
100% większa od wydajności kotła przepływowego