Badania oporów hydraulicznych kosza ssawnego z zaworem stopowym

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ_____________________ 1970 Seria: INŻYNIERIA SANITARNA z. 16 Nr kol. 2?8

Ernest Gielata

Wydziałowe Laboratorium Miernictwa i Automatyki Procesów Energetycznych Jerzy Rokita

Katedra Maszyn Hydraulicznych i Powietrznych

BADANIA OPORCfci HYDRAULICZNYCH KOSZA SSAWNEGO Z ZAWOREM STOPOWYM

Jednym z podstawowych elementów przewodu ssawnego w ukła­

dzie pompowym jest kosz ssawny. W przypadku układów pompowych, w których zainstalowana pompa nie ma własności samozasysania, kosz ssawny wyposażony jest w zawór stopowy, który umożliwia przepływ cieczy tylko w jednym kierunku (do pompy). Stwarza to możliwość wypełnienia przewodu ssawnego i wnętrza pompy cieczą, a zatem i uruchomienie pompy.

Kosz ssawny jako element przewodu ssawnego wywiera duży wpływ na pracę układu pompowego. Podobnie jak i w każdym ele­

mencie hydraulicznym, w trakcie przepływu cieczy występują w koszu ssawnym straty hydrauliczne. Jeżeli układ pompowy pracu­

je ze ssaniem, to wielkość tych strat wywiera duży wpływ na pracę układu (możliwość przekroczenia dopuszczalnej wysokości ssania, zjawisko kawitacji).

Wielkość strat hydraulicznych występujących w koszu ssawnym zależna jest od:

- konstrukcji kosza,

- konstrukcji zaworu stopowego, - wielkości kosza.

262 E. Gielata, J. Rokita

Wymienione czynniki mają bezpośredni wpływ na wielkość £ współczynnika strat kosza ssawnego. Zakładając, że współczyn­

nik strat nie zależy od wydajności układu (natężenia przepływu) wysokość strat hydraulicznych w koszu ssawnym w zależności od

prędkości przepływu może zostać opisana wzorem:

2

4 hks = ^ k s 2 ~ g gdzie:

A hfci m -wysokość strat hydraulicznych,

c m/s - prędkość przepływu cieczy odniesiona do prze- s

kroju króćca kosza ssawnego, 2

g m/s - przyspieszenie siły ciężkości.

Istniejąca literatura fl-5j podaje szereg wytycznych kon­

strukcyjnych, dotyczących budowy kosza ssawnego, natomiast brak jest informacji dotyczących wartości współczynnika strat kosza ssawnego, poza stwierdzeniem, że współczynnik strat zawarty jest w granicach od 4 do 8, w zależności od wielkości kosza .i rośnie w miarę zmniejszania się wielkości kosza.

W trakcie eksploatacji otwory kosza ssawnego ulegają czę­

ściowemu zatykaniu. Powoduje to wzrost wartości współczynnika strat kosza. Jednakże również i w tym przypadku brak jest da­

nych pozwalających na ocenę tego wpływu.

Zakładanie proporcjonalności między współczynnikiem strat kosza, a liczbą zatkanych otworów nie jest słuszne, ze względu na rozdział strat w koszu na straty w otworach dopływowych i straty w zaworze stopowym.

W celu eksperymentalnego zbadania wpływu zatykania się ot­

worów kosza ssawnego na współczynnik strat, przeprowadzono po­

miary strat hydraulicznych wybranego kosza. Do badań wytypowa-

Badania oporów hydraulicznych,. 263

Rys. 1. Widok badanego kosza ssawnego

0 3 0 0

Rys. 2. Przekrój badanego kosza ssawnego

2(A E. Gielata, J. Rokita

no kosz ssawny z zaworem stopowym, seryjnie produkowany przez Bielską Fabrykę Armatury w Bielsku-Białej (nr katalogowy 935) jjj], Badany kosz (rys. 1 i 2) o średnicy nominalnej (odniesio­

nej do króćca kosza) d = 100 ^{mm, posiada zawór stopo­}

wy uchylny, podwójny. Na pobocznicy kosza znajduje się sześć poziomych szeregów otworów dopływowych o średnicy dQ = 10 ^mm, po 38 otworów w szeregu, ¿rodki otworów w sąsiadujących szere­

gach były przestawione względem siebie o pół podziałki.Pobocz- nica kosza wykonana jest z blachy stalowej, a otwory wykonano techniką tłoczenia.

Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys.3. Kosz ssawny zamontowany na przewodzie ssawnym pompy (o równej śred­

nicy nominalnej przewodu) umieszczono w zbiorniku dolnym o du­

żych rozmiarach, zgodnie z wymogami dotyczącymi instalacji ko­

sza w stosunku do ścian zbiornika [1-4-J. Natężenie przepływu mierzono metodą objętościową, podciśnienie w rurociągu ssawnym

Badania oporów hydraulicznych«.. 2 6 5

mierzono przy użyciu rtęciowego manometru różnicowego. Straty hydrauliczne w koszu obliczono, odejmując od zmierzonego spad­

ku ciśnienia straty przepływu w części przewodu ssawnego od kosza do punktu pomiaru ciśnienia i wysokość niwelacyjną punk­

tu pomiaru ciśnienia oraz wysokość prędkości cieczy w przewo­

dzie ssawnym. Straty przepływu w części przewodu ssawnego mie­

rzono na wybranym odcinku przewodu tłocznego o równej średnicy i długości. Zatykanie otworów w koszu ssawnym realizowano za pomocą przesłaniania ich paskiem blachy (z uszczelką gumową) odpowiedniej szerokości tak^aby nie zakłócać warunków przepły­

wu w pozostałych otworach.

Badania przeprowadzono zgodnie z założonym programem ba­

dań. Początkowo zmierzono straty hydrauliczne w koszu ssawnym w zależności od natężenia przepływu przy czynnych wszystkich otworach przepływowych. Następnie podobny pomiar przeprowadzo­

no przy przesłonięciu kolejno jednego, dwóch, trzech, czterech szeregów poziomych otworów (licząc od dna kosza). Tak przyjęty model zjawiska zatykania się otworów kosza ma wyraźne uzasad­

nienie praktyczne; prawdopodobieństwo zatykania się otworów bliskich dna kosza jest większe, ze względu na gromadzenie sdę zanieczyszczeń na dnie zbiornika. Proces ten jest zwłaszcza ty­

powy dla koszy instalowanych blisko dna zbiornika.Badania prze­

prowadzono przy użyciu wody czystej, o temperaturze t s 16°C.

Bezpośrednie wyniki pomiarów strat hydraulicznych w koszu ssawnym, przedstawiono w postaci krzywych 4 h kg s f($) (rys.4) dla poszczególnych stanów przesłonięć otworów dopływowych.

Z rys. 4- wynika, że straty przepływu cieczy w koszu ssawnym szyb&o wzrastają w miarę zwiększania się natężenia przepływu - Q. Równocześnie zatykanie otworów powoduje zwiększenie się strat przepływu.

2 6 6 ______________________________________ E. Gielata. J* Rokita

R y s *

k .

V c e lu b l i ż s z e g o p r z e a n a l iz o w a n i a w p ływ u z a t y k a n i a s i ę o t ­ w orów n a s t r a t y h y d r a u l i c z n e k o s z a , w p ro w ad zo no p o j ę c i e s to p ­ n i a p r z e lo t o w o ś c i k o s z a - x t o k r e ś lo n e g o j a k o :

X s

( 2 )

g d z i e :

S f

'Q

2 - suma p o w ie r z c h n i otw orów d o p ływ o w yc h .

Ze w z g lę d u na z a t y k a n i e s i ę n i e k t ó r y c h o tw o ró w dopływ ow ych w t r a k c i e e k s p l o a t a c j i k o s z a , z w y k le £ f g < £ f 0 *

Badania oporów hydraulicznych»» 267

Na rys. 5 podano zależności Ć = f(Q) obliczone dla po­

szczególnych wartości stopnia przelotowości kosza. W ^badanym zakresie (x = 0,33-1»0) stwierdzono wyraźny wzrost współczynnt

Rys. 5« Zależność współczynnika strat hydraulicznych od natęże­

nia przepływu

ka strat kosza w miarę zmniejszania się wartości stopnia prze­

lotowości kosza. Jedynym wyjątkiem jest zależność współczynni­

ka strat przy pełnej przelotowości kosza. Różnicę w jej prze­

biegu można uzasadnić zaburzeniami w przepływie cieczy»spowodo­

wanymi przez otwory dopływowe, umieszczone bezpośrednio przy dnie kosza. Równocześnie analiza krzywych Ą = f(Q) prowadzi do wniosku, że współczynnik strat kosza ssawnego (przy określo­

nym stopniu przelotowości kosza) nie jest wielkością stałą,

268 E. Gielata, J. Rokita

lecz zmienia się wraz z natężeniem przepływu cieczy przez kosz.

W badanym zakresie natężeń przepływu występuje wyraźne minimum wartości współczynników strat przy natężeniu przepływu około 0,025 o /s. Jedynie w przypadku pełnej przelotowości kosza mi­

nimum wartości współczynnika strat przesunięte jest w stronę większych natężeń przepływu. Występowanie minimum strat spowo­

dowane jest dużymi stratami hydraulicznymi związanymi z niepeł­

nym otwarciem klapy zaworu stopowego przy małych natężeniach przepływu oraz wzrostem strat powodowanych zaburzeniami prze­

pływu w miarę wzrostu natężenia przepływu.

Wykorzystując fakt, że zależności = f(Q) mają zbli­

żony do siebie charakter oraz że minimum wartości współczyn­

nika strat występuje w przybliżeniu przy tym samym natężeniu przepływu przez kosz,na rys.6 przedstawiono zależność £ . =

Rys. 6. Zależność współczynnika strat hydraulicznych (przy op­

tymalnym natężeniu przepływu) od stopnia przelotowości kosza

Badania oporów hydraulicznych.. 269

= f(x) dla tejże wielkości natężenia przepływu. Można stwier­

dzić, że zależność ta ma charakter nieliniowy, a współczynnik strat wzrasta coraz szybciej w miarę zmniejszania się liczby czynnych otworów kosza.

Przeprowadzone badania oraz uzyskane wyniki pozwalają na sformułowanie następujących wniosków;

- otwory dopływowe na pobocznicy kosza nie powinny być wykony­

wane bezpośrednio przy jego dnie,

- współczynnik strat hydraulicznych badanego kosza osiąga znacz­

nie niższe wartości, niż wynika to z istniejących danych w literaturze,

- współczynnik strat hydraulicznych badanego kosza osiąga mini­

malną wartość przy określonym natężeniu przepływu,

- zatykanie się otworów dopływowych kosza wywiera wyraźny wpływ na wzrost współczynnika strat dopiero przy większych licz­

bach zatkanych otworów,

- celowe jest badanie wszystkich seryjnie produkowanych koszy ssawnych w celu ustalenia faktycznej wartości ich współczyn­

ników strat.

LITERATURA

[1] JANKOWSKI F., ŁAZARKIEWICZ Sz., TROSKOLAŃSKI A.T.: Pompy w technice sanitarnej, Arkady, 1960.

[2] JANKOWSKI F.: Pompowanie i urządzenia hydroforowe,Arkady, 1966

.

[3] ŁYSOAF K.I., GRIGORJEW K.T.: Nasosy i nasysnyje ustanowki Moskwa, 1965.

[4] TURK W.I.; Nasosy i nasosnyje stancji, Moskwa, 1961.

2 ? 0 E . G i e l a t a , J . R o k i t a

£5] Pompy - Katalog F-4, Warszawa, 1961, Wydawnictwo Minister­

stwa Przemysłu Ciężkiego.

[6j Katalog Armatury Przemysłowej AP-5, Warszawa, 1960.

S t r e s z c z e n i e

Przeprowadzono badania współczynnika strat hydraulicznych wytypowanego kosza ssawnego przy różnych liczbach zatkanych otworów dopływowych. Opisano stanowisko pomiarowe i metodę pro wadzenia badań. Zamieszczono uzyskane wyniki oraz przeprowadzo­

no ich analizę. Podano wnioski wynikające z uzyskanych rezulta­

tów.

K C CUEfl 0 3 AHMfl rMflPABHH4ECK0r0 COTIPOTHMEHM aGACblBAMijErO KO BUJA CO CTCnOPOBbIM KJIATIAHOM

P e 3 ^{o u e}

I I p o B e a e H E i M C C J i e s o a a H H a K 0 3 $ $ H U K e H r a r H x p a B J i j « e c K H X n o T e p n p e ^ H a 3 H a q e H H o r o a c a c u B a n ą e r o K o a m a c p a 3 H H M K O J i a ^ e c T B O M s a - K p f a l T h I X B n y C T O B M X O T B e p C T H i l . OnHCaH M 3 M e p H T e ^ b H Ł t f l D O C T li M e T O f l n p o a e s e H H H n c c i t e a o B a H H ś i . I I o K a s a H u n o J i y ^ e H H M e p e 3 y n i > T a T Ł i , a t a i c - z e n p o s e a e H k x a H a n H 3 . n o ^ a n u n p e s J i c s e n w a , B H T e K a n j w e k s n o x y - W e H H U X p e 3 y J I B T H T C B .

Badania oporów hydraulicznych. 271

INVESTIGATIONS CONCERNING THE HYDRAULIC DRAGS OF A SUCKING BASKET WITH A STOP VALVE

S u m m a r y

Investigations were carried out concerning the coefficient of hydraulic losses of a selected sucking basket, the number of stopped inlet holes being changed each time. Beth the re­

search stand and the investigation method have been described.

The obtained results are provided and analysed. And there are given, too, conclusions, resulting from the obtained data.