Układ pomiarowy do automatycznej rejestracji charakterystyk pomp wirowych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI SLĄSKIBJ 1977

Seria: Energetyka z. 62 Nr kol. 533

Andrzej KORCZAK. Stanisław PUDŁO*^, Tadeusz WILKOfP

UKŁAD POMIAROWY DO AUTOMATYCZNEJ REJESTRACJI CHARAKTERYSTYK POMP WIROWYCH

Streszczenie. W artykule opisano układ do automatycznej rejestra- cji charakterystyk zespołów pompowych z pompą wirową, tzn. zależnoś­

ci wysokości podnoszenia, mocy i sprawności od wydajności pompy,zbu­

dowany całkowicie z elementów produkcji krajowej. Pokazano zareje­

strowaną za pomocą opisanego układu charakterystykę konkretnej pom­

py, konfrontując kształt uzyskanych krzywych z punktami zmierzonymi sposobem tradycyjnym.

nia H, pobieranej mocy N i sprawności i} od wydajności Q zgodnie z normą [1] . Tradycyjnie mierzy się powyższe parametry po ustaleniu się warunków pracy przy danym obciążeniu C2l . Zgodnie z normą (j] należy dokonywać po­

miaru dla co najmniej siedmiu różnych reżimów pracy pompy i praktycznie przez uzyskane punkty narysować następujące zależności:

Pełne pomiary dla celów przemysłowych powinny obejmować ponadto zależ­

ność niezbędnej nadwyżki antykawitacyjnej pompy od wydajności:

Poza pomiarami pomp wirowych wykonuje się ich badania laboratoryjne dla celów naukowych lub o konkretnym przeznaczeniu praktycznym, niemniej opi­

sany pełny pomiar charakterystyk (1 - 4) stanowi podstawę zarówno dla ce­

lów naukowych jak i przemysłowych.

1. Wstęp

Pomiary pomp wirowych powinny obejmować zależność wysokości poauosze-

H = f (Q) ₍₁₎

N = f (Q) , (2)

■7 = f (Q) • (3)

(4)

*^Dyplomanci Instytutu Maszyn i Urządzeń Energetycznych, których prace dy­

plomowe dotyczyły niniejszego tem.. tu.

100 A. Korczak, St« Pudła, T. Wilkoń

Obok metody tradycyjnej, znanej z literatury [2] i praktyki, pomiaru charakterystyki pompy można dokonać w sposób ciągły za pomocą rejestrato­

ra mechanicznego 03], którego zasada działania jest opatentowana £4], al­

bo za pomocą rejestratora XX po przetworzeniu wielkości mierzonych. Prze­

tworzenie mierzonych wielkości na impulsy elektryczne pozwala zarazem na obliczenie wartości sprawności [53«

Treścią niniejszego artykułu jest opis konstrukcji i przykład zastoso­

wania układu z wykorzystaniem przetworników i rejestratora XY zbudowanego całkowicie z elementów produkcji krajowej. Należy wspomnieć, że rejestra­

tor mechaniczny zależności (1) i (2), (3} jest kilkunastokrotnie tańszy od opisywanego układu stanowiącego jednakie bardziej nowoczesne rozwiąza­

nie i przy wprowadzeniu/zależności (3) wymagającego dodatkowo tylko reje­

stratora XY.

2. Opis stanowiska pomiarowego

Zbudowane w laboratorium Maszyn i Urządzeń Hydraulicznych Politechniki Śląskiej stanowisko do automatycznej rejestracji charakterystyk pomp wi­

rowych pokazano na schemacie (rys. 1). Pompa wirowa poz. 1 napędzana sil­

nikiem poz. 2 o mocy N g = 4 , 8 kW pompuje się wodę ze zbiornika dolnego poz.

4 rurociągiem poz. 3 do zbiornika pomiarowego poz. 5.

Na rurociągu za króćcem tłocznym pompy zainstalowany jest dławiący za­

wór pneumatyczny poz. 6 sterowany przez przetwornik elektropneumatyczny poz. 7 typu EP-P3 013] o charakterystyce liniowej 043 oraz zwężka pomia­

rowa poz. 8. Widok układu pompowego przedstawia rysunek 2.

Mierniczy spadek ciśnienia A h otrzymany na.zwężce poz. 8 jest mierzo­

ny manometrem różnicowym poz. 1 5 oraz przetwarzany przetwornikiem pier­

wiastkującym typu "m 1 1 1" poz. 9, na proporcjonalny do natężenia przepły­

wu impuls prądowy Iq.

Różnica między ciśnieniami w króćcu tłocznym i ssawnym pompy mierzona manometrem poz. 1 7 i wakuometrem poz. 16 jest przetwarzania na impuls prą­

dowy Ig przetwornikiem proporcjonalnym typu "w 75" poz. 10. Przetworniki ciśnienia pierwiastkujące i proporcjonalne produkowane są przez Fabrykę Aparatury Pomiarowej w Ostrawie Wlkp. [8, 9].

Badana;, pompa posiadała jednakowe średnice króćców ssawnego i tłoczne­

go, w rezultacie czego różnica ciśnień między nimi przy geometrycznej wy­

sokości pompy równej zero, była proporcjonalna do użytecznej wysokości pod­

noszenia pompy. Moc silnika przetwarzanego na impuls prądowy 1^ przetwor­

nikami typu PP1 poz. 11 produkcji "Lumel" Zielona Góra 011] zabudowanymi w układzie Arona.

Ponieważ Zbudowany w Instytucie Maszyn i Urządzeń Energetycznych Poli­

techniki śląskiej w oparciu o prototyp opisany w pracy 0.5] przelicznik sprawności poz. 13 oraz rejestrator XY produkcji ZDEMP Pol. 31. 00] poz.

14 posiadają wejścia napięciowe, więc zbudowano przetwornik proporojonal-

Ule ład pomiarowy do automatycznej rejestracji... 101

Rys.1.Schematautomatycznejrejestracjicharakterystykzespołówpompowych

102 A. Korczak, St. Pudło, T, Wilkoń

Rys. 2. Widok badanej pompy i instalacji pompowej e zaworem pneumatycznym, zwężką i zbiornikiem pomiarowym

Rys. 3. Widok przetworników wydajności, wysokości podnoszemia, mocy pul­

pitu sterowniczego z przełącznikiem charakterystyk oraz rejestratora XY

ny sygnałów prądowych na napięciowe poz. 12 montując go w jednej obudowie z układem sterującym zaworem pneumatycznym poz. 6.

Schematy przetwornika ponadto posiadającego regulację zakresu skali o- raz przełączniki wyjścia oraz układu sterowania zaworem pneumatycznym poz.

6 zawiera praca D43.

Ma rys. 3 pokazano zastosowane do badań przetworniki, pulpit sterujący oraz rejestrator XY. Ze względu na możliwą bezwładność układu pompowego oraz układu przewodów impulsowych, układ sterujący wyposażono w regulator

tJkład pomiarowy do automatycznej rejestracji.. 103

automatycznego sterowania o czasach 1, 2, 4, 8 minut otwierania lub zamy­

kania zasuwy. Również zabudowano układ ręcznego sterowania zaworem pneu­

matycznym poz. 6.

Zastosowany zawór poz. 6 z grzybem o stożkowej powierzchni zamykającej z przelotami w kształcie litery V posiada charakterystykę o rosnącej w mia­

rę otwierania czułości.

W badanym układzie pompowym stosunek różnicy wysokości ciśnień w zawo­

rze przy maksymalnym natężeniu przepływu wody, do różnicy wysokości ciś­

nień w zaworze przy natężeniu serowym wynosi około ot = 0,25, czego efek­

tem jest wystarczająca czułość regulacji w zakresie małych otwarć zaworu o a , co potwierdziły badania.

3. Wyniki pomiarów 1 wnioski

Dla przykładu pokazano na rysunku 4 charakterystykę badanej pompy wy­

kreśloną na rejestratorze XY po przetworzeniu wielkości mechanicznych przez opisany układ pomiarowy. Wykreślono zależności (1), (2), (3) przy zamykaniu zaworu poz. 6. Charakterystykę kreślono przy 8-mińutowym czasie zamykania przepływu.

Dla oceny zarejestrowanych charakterystyk dokonano również pomiaru me­

todą tradycyjną mierząc wysokość podnoszenia poprzez pomiar manometrami poz. 16 i 1 7 ciśnień na króćcach ssawnym i tłocznym pompy, natężenie prze­

pływu poprzez pomiar czasu napełniania zbiornika pomiarowego poz. 5 oraz moc za pomocą watomierza. W celu określenia sprawności silnika mierzono moc na wale pompy poprzez pomiar reakcji na wadze poz. 19 ramienia silni­

ka łożyskowego w kołysce poz. 20 oraz pomiar liczby obrotów stroboskopem.

Otrzymane z obliczeń parametry naniesiono w odpowiedniej skali w for­

mie punktów opisanych na rysunku 4, zakładając liniowość pomiaru wszyst- kich wielkości w całym zakresie pomiaru. Na potrzebpy minimalny czas ste­

rowania zaworem dławiącym obok czułości regulacji wpływa głównie objętość i suma współczynników oporów miejscowych i liniowych przewodów pomiaru ciśnienia.

W pracy pokazano, że w pełni możliwa jest budowa układu pompowego z u- kładem pomiarowym zapewniającym wymaganą dokładność rejestracji charakte­

rystyk.

Opisany układ pozwala na wyeliminowanie metod regresji krzywoliniowej zarówno graficznych jak i analitycznych. Np. badana^.pompa posiada charak­

terystykę o załamaniu przy malejących wydajnościach (rys. 4). Załamanie krzywej (1) przy maksymalnej wydajności jest spowodowane kawitacją już przy podciśnieniu 4,4 m słupa wody. Zbudowany układ pomiarowy mógłby zna­

leźć zastosowanie szczególnie na stacjach prób fabryk produkujących pompy wirowe.

104 A. Korczak, St. Pudło, T. Wilkoń

Rys. 4. Charakterystyka pompy wykreślona na rejestratorze XY oraz zmie­

rzona metodą tradycyjną

Zastosowanie opisanego układu umożliwia kontrolę stanu technicznego a szczególnie sprawności zespołów pompowych zainstalowanych w różnych gałę­

ziach przemysłu. Energia potrzebna do napędu pomp i wentylatorów w prze­

myśle stanowi do 40% całkowitego zapotrzebowania, dlatego kontrola spraw­

ności tych maszyn ze względu na ich stan oraz poprawność doboru może przy­

nieść efekty przewyższające koszt nakładów potrzebnych do jej realizacji praktycznie niemożliwej do przeprowadzenia tradycyjnymi metodami pomiarów

[7].

Zastosowanie go do celów laboratoryjnych obok walorów dydaktycznych u- łatwi badania wymagające wielokrotnego powtarzania pomiaru np. po kolej­

nej rekonstrukcji elementów układu przepływowego. Opisany układ pomiarowy może być adoptowany do pomiarów pomp transportujących ciała stałe po zmia­

nie typów narażonych na erozję mierników, których zastosowanie opisano w pracy Có]•

Układ pomiarowy do automatycznej rejestracji«. 105

Otrzymana na wykresie sprawność jest iloczynem sprawności silnika i sprawności pompy. Pomiar momentu na wale pompy i liczby obrotów zespołu wirującego pozwala określić moc pobieraną przez samą pompą. Układ do au­

tomatycznej rejestracji charakterystyk pomp wirowych z takim pomiarem mo­

cy przedstawiono w pracy C71*

LITERATURA

[i] PN-65/M-44002 Pompy wirowe i wyporowe. Wytyczne pomiarów wielkości charakterys tycznych.

p] A.T. Troskolański, Sz.Łazarkiewicz:Pompy wirowe, WNT, Warszawa 1973.

[3] 3. Kałuski, A. Korczak: Rejestrator charakterystyk pomp wirowych, V Konferencja Metrologii Budowy Apar. Pomiarowych, Poznań 1972.

¡4] A. Korczak: Układ pomiarowy do graficznego określenia zależności ciś­

nienia od natężenia przepływu płynu w rurociągu, Patent Polski Nr 60718.

¡5] A. Korezak, G. Sowa: Układ do c,iągłego pomiaru sprawności zespołów pompowych, ZN Energetyka Pol. SI., Gliwice 1970.

¡6)

3.

mowych, Prace Naukowe Instytutu Maszyn i Urządzeń Hydraulicznych o- raz Aparatury Przemysłowej Pol. Wrocławskiej, nr 2, Wrocław 1970.

[7] K. Kulizade, J. Caturjan, M. Lejtman, Cz. Szarif o w : Izmieritielno je ustrojstwo dla awtomaticzeskogo sniatija raboczich charakteristik cen- troobieżnych nasosow, Awtomatizacija i mechanizacija w nieftjanoj promyszlennosti, 10/1974.

[S| Przewodniki pomiarowe pierwiastkujące, ZAP Ostrów Wlkp., Instrukcja mont. i obsługi, wyd. WEMA, 1971.

[9] Przetworniki pomiarowe liniowe,- ZAP Ostrów Wlkp., Instrukcja mont. i obsługi, wyd. WEMA, 1970.

OoJ Instrukcja obsługi rejestratora XY/t, ZDEMP Politechniki Śląskiej, Gliwice 1976.

0 ij Instrukcja obsługi pomiarowego przetwornika typu PP3-2, "Lumel" Zie­

lona Góra, 1974.

[12] D.P. Eckman: Regulacja automatyczna procesów przemysłowych, WNT, War­

szawa 1961.

[13] Przetwornik elektropneumatyczny typ EP-P3, karta katalogu MERA-KPAP, WEMA, 1974.

04 T. Wilkoń: Praca dyplomowa, Gliwice 1977.

H3MEPHTEJIBHAH CHCTEMA jyiH ABTOMATHUECKOił PErUCTPAUHH XAPAKTSPHCTHK JIOriACTHOrO HAC0CA

P e 3 io m e

B cTaiBé onacaHa cucieMa fljia aBioMaiHuecKoii peracipaura xapaKiepncTiiK Ha-

c o c h h x arperaTOB c jionacTHbiM h s c o c o m, T.e. 3aBncsiMocTH b h c o t h noffbgMa, Mom- HOciH h KooiJxJjimHeHTa nojie3Horo flezcTBaa. o t npoz3Bo^nTejibHOCTH aacoca, no- CTpoeHHaa nojiHOcibio H3 s-neMemoB nojiBCKoro npoH3Bo^cTBa.

106 A. Korczak, St. Pudło, T. Wilkoń

npeflC T aB aena 3aperacT pH poB aH H aH n p n noMomu oracaH H O it cHCTeMU x a p aK T e p a- CTHKa KOHKpeTHoro H a c o c a , c o n o c ia B jia a $opMy nojiyqeHHHx k phbhx o TOtucaMH, HSMepeHHhlMH TpaflHUHOHHHM CIIOCOCOM,

M EA SU R IN G SY STEM FO R AUTOM ATIC R E G IS T E R IN G OF ROTODYNAMIC PUMP C H A R A C T E R IS T IC S

S u m m a r y

T h e p a p e r p r e s e n t s a s y s t e m f o r a u t o m a t i c r e g i s t e r i n g o f c h a r a c t e r i ­ s t i c s f o r p u m p s e t s w i t h a r o t o d y n a m i c p u m p i . e . t h e d e p e n d e n c e b e t w e e n r i s i n g h e i g h t , p o w e r , e f f i c i e n c y a n d p u m p d e l i v e r y . T h e s y s t e m h a s b e e n c o m p l i e t e d o f P o l i s h - m a d e c o m p o n e n t s . A P a r t i c u l a r p u m p c h a r a c t e r i s t i c s t h u s r e g i s t e r e d h a s b e e n p r e s e n t e d a n d c u r v e s t h e r e f r o m o b t a i n e d w e r e c o n ­ f r o n t e d w i t h p o i n t s m e a s u r e d b y t r a d i t i o n a l r o u t i n e .