Wykad 8

POMPY I UKŁADY POMPOWE

Czerpak do wody używany w Egipcie ok. 1500 r.p.n.e. Historia

Nawadnianie pól w Chinach Historia

Koło wodne używane w Rzymie Historia

POMPY

POMPY WYPOROWE POMPY WIROWE

tłokowe przeponowe łopatkowe zębate śrubowe Krętne Krążeniowe Odśrodkowe Helikoidalne

Pompy wyporowe

Pompy wyporowe

Pompy wyporowe: przesunięcie (wypieranie) określonej ilości cieczy z obszaru ssawnego do obszaru tłocznego w wyniku ruchu organu roboczego (tłoka, nurnika, skrzydełka, wirnika).

Obszar ssawny musi być szczelnie oddzielony od obszaru tłocznego.

Do pomp wyporowych należą: • pompy tłokowe,

• pompy przeponowe, • pompy łopatkowe, • pompy zębate,

Pompa tłokowa

Pompa łopatkowa

Pompa zębata

Pompy wirowe

Pompy wirowe

Pompy wirowe: wirnik powoduje zwiększenie krętu (momentu

pędu) płynu powodując efekt ssania na wlocie i nadwyżkę ciśnienia po stronie tłocznej pompy.

Pompy te ze względu na sposób przemiany energii dzielą się na: pompy krętne i pompy krążeniowe.

W pompach krętnych przepływ odbywa się przez wirnik z

odpowiednio ukształtowanymi łopatkami. Energia mechaniczna przekazywana jest przez wirnik i zwiększa moment pędu (kręt) przepływającego płynu.

• _{pompy odśrodkowe} • _{pompy helikoidalne}

1 – stożkowy wirnik helikoidalny 2 – łopatka wirnika

3 – spiralny kanał

4 – odpływ promieniowy (korpus)

W pompach krążeniowych ciecz krąży w obrębie wirnika lub na jego obwodzie.

Pompa krążeniowa z pierścieniem wodnym

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

1. Geometryczna wysokość ssania

Odległość środkowego punktu przekroju wlotowego króćca

ssawnego pompy od zwierciadła cieczy w dolnym zbiorniku.

2. Geometryczna wysokość tłoczenia

Odległość zwierciadła cieczy w górnym zbiorniku od środkowego punktu przekroju wlotowego króćca tłocznego pompy.

3. Wysokość ssania pompy

Wysokość ciśnienia w przekroju króćca ssawnego pompy.

4. Manometryczna wysokość ssania pompy

Różnica pomiędzy wysokością ciśnienia w przekroju króćca ssawnego a

wysokością ciśnienia barometrycznego.

2 2 2 s s d s d s zs s p p c c H H h g g g        





5. Wysokość tłoczenia pompy

Wysokość ciśnienia w przekroju króćca tłoczenia pompy.

6. Manometryczna wysokość tłoczenia pompy

Różnica pomiędzy wysokością ciśnienia w przekroju króćca tłoczenia a

wysokością ciśnienia barometrycznego.

2 2 2 g g t s t t zt t p c c p H H h g g g        





7. Manometryczna wysokość podnoszenia pompy

Różnica pomiędzy manometryczną

wysokością tłoczenia na króćcu tłocznym i ssawnym powiększona o odległość

pomiędzy osiami króćców.

8. Użyteczna (efektywna) wysokość podnoszenia pompy

Użyteczna wysokość podnoszenia jest to manometryczna wysokość podnoszenia powiększona o różnicę wysokości

prędkości na wlocie i wylocie pompy.

9. Teoretyczna wysokość podnoszenia pompy

Użyteczna wysokość podnoszenia powiększona o straty hydrauliczne w pompie.

10. Sprawność hydrauliczna pompy

11. Wydajność rzeczywista pompy Q Jest to strumień objętości w przewodzie tłocznym przy użytecznej wysokości podnoszenia oraz nominalnej prędkości obrotowej pompy.

12. Wydajność teoretyczna pompy

Jest to wydajność rzeczywista pompy powiększona o straty na skutek

przecieków cieczy przez szczeliny elementów pompy.

13. Moc pobierana przez pompę jest to moc mierzona na wale pompy.

W przypadku bezpośredniego sprzężenia wału pompy z wałem silnika

elektrycznego moc określona jest przez

el s

P P





P_el – moc silnika elektr., η_s – sprawność silnika elektr.

14. Moc użyteczna (efektywna) pompy jest to moc netto zużyta na zwiększenie energii płynu

15. Sprawność wewnętrzna pompy η_w . Jest stosunkiem mocy użytecznej P_u do mocy przekazanej cieczy przez wirnik P_w. Moc wewnętrzna jest mniejsza od mocy na wale pompy o straty

mechaniczne.

16. Sprawność wolumetryczna

(objętościowa) pompy jest to stosunek rzeczywistej wydajności pompy do wydajności teoretycznej

17. Sprawność ogólna pompy η

Jest stosunkiem mocy użytecznej P_u do mocy na wale pompy P.

1. Charakterystyka przepływu (krzywa dławienia) H  f Q( )

Charakterystyki układu pompowego

ACD – charakterystyka stabilna BCD – charakterystyka niestabilna

 _{Charakterystyka przepływu może być stabilna (ACD) lub}

niestabilna (BCD). Charakterystyka przepływu jest niestabilna jeśli jednej wartości wysokości podnoszenia odpowiadają dwie wartości strumienia objętości.

 _{Jest to najważniejsza charakterystyka pracy pompy, nazywana też}

krzywą dławienia, bo otrzymywana poprzez dławienie przepływu

na przewodzie tłocznym.

 _{Punkt pracy układu pompa – rurociąg wyznacza się przecięcia}

charakterystyki pompy z charakterystyką rurociągu. Natomiast

charakterystyka rurociągu jest to zależność strat hydraulicznych w funkcji strumienia objętości.

Punkt pracy układu pompa-rurociąg przy stałej prędkości obrotowej pompy

A – punkt pracy, gdy nie występuje różnica

wysokości położeń oraz wysokości ciśnień w zbiornikach,

B – punkt pracy, gdy występuje różnica

wysokości położeń oraz wysokości ciśnień w zbiornikach (wysokość podnoszenia zostaje pomniejszona),

C – punkt pracy, gdy zmienia się oporność hydrauliczna rurociągu (wzrasta), h_rs _{– całkowita} wysokość strat hydraulicznych na rurociągu ssącym i tłocznym.

Jeśli charakterystyka pompy jest łagodnie opadająca (płaska)

wówczas niewielkie zmiany oporności rurociągu powodują znaczne zmiany punktu pracy a tym samym strumienia objętości.

2. Charakterystyka poboru mocy

Moc odniesiona jest do wału za pomocą którego silnik

napędowy przekazuje energię pompie przy stałej prędkości obrotowej.

3. Charakterystyka sprawności pompy

Jest to stosunek efektywnej mocy zużytej na zmianę

parametrów pompy do mocy pobieranej przez pompę.

Przy zmianie prędkości obrotowej pompy otrzymamy rodziny charakterystyk układu pompowego o podobnym przebiegu. Wykorzystując teorię podobieństwa dynamicznego możemy z

charakterystyk dla danej prędkości obrotowej otrzymać charakterystyki dla innych prędkości obrotowych.

1 1 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 Q n Q n H n Q H n Q P n Q P n Q       _{ }  _{ }          _{  } _    

Wzory te są wyprowadzone zostały przy założeniu niezmiennej sprawności pompy A – punkt pracy odpowiadający parametrom nominalnym pompy

Przy zmianie prędkości obrotowej pompy kolejne

punkty leżą na parabolach o początku w środku układu

współrzędnych i równaniu 2 X X

Q

H

H

Q





 







W rzeczywistości

sprawność pompy ulega zmianie wzdłuż parabol.

Charakterystyk uniwersalna pompy – pagórek sprawności

Pagórek sprawności pompy wirowej

a) krzywe charakterystyczne

przepływu pompy wirowej

Pompa powinna być tak

stosowana aby jej sprawność nie spadała poniżej określonej wartości η_min.

Na przykład jeśli przyjmiemy η_min=0,7 oraz krańcowe

wartości prędkości obrotowych 2400 obr/min i 3400 obr/min, to pole stosowalności pompy ograniczone jest charakterystykami

przepływowymi dla tych prędkości obrotowych oraz krzywymi sprawności

minimalnej.

1) Poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika napędzającego pompę. Zalety: małe straty ciśnienia, niewielkie zmiany sprawności pompy. Wady: metoda trudna i kosztowna, wymagająca stosowania

specjalnych układów zmieniających prędkość obrotową silników elektrycznych.

2) Poprzez dławienie zaworem na tłoczeniu przy n=const. Wady: duże straty ciśnienia, duże zmiany sprawności pompy Zalety: metoda łatwa i tania.

Szeregowe połączenie pomp

Wyznaczanie punktu pracy 2 pomp o różnych charakterystykach.

Równoległe połączenie pomp

Równoległe połączenie pomp

Wyznaczanie punktu pracy 2 pomp o różnych charakterystykach.

 W zakresie od H_p1 do H_p2 konieczność stosowania zaworu zwrotnego na