การทดสอบที่ 8 Centrifugal Pump

******************* วัตถุประสงค์ของการทดลอง

เพ่ือหาสมรรถนะ (Performance) ของเครื่องสูบน ้าแบบหอยโข่ง อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 1. เครื่องสูบน ้าแบบหอยโข่งท่ีมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 132.1 มิลลิเมตร (5.2 นิ ว) ท่อทางเข้าขนาด 38.1 มิลลิเมตร (1.5 นิ ว) ท่อทางออกขนาด 38.1 มิลลิเมตร (1.5 นิ ว) 2. เกจวัดความดันส้าหรับวัดความดันทางออกของเครื่องสูบน ้า หน่วยเป็น เมตรน ้า 3. อุปกรณ์วัดแรงบิดของมอเตอร์ที่ใช้ขับเครื่องสูบน ้า ประกอบด้วย แขนที่ต่อออกมาจากเสื อของ มอเตอร์ และตาชั่งสปริง 4. มอเตอร์ไฟฟ้าที่ปรับความเร็วรอบได้ 5. ฝาย (Weir) ส้าหรับวัดอัตราการไหลของน ้า มีสเกลอ่านค่าอัตราการไหลติดด้านข้างถังน ้า 6. ชุดปรับความเร็วรอบ 7. เครื่องมือวัดความเร็วรอบ (Tachometer) ทฤษฎี เครื่องสูบน ้าที่ใช้ในการทดลองเป็นแบบ Volute ไม่มี Guide Vane จากสมการพลังงาน

2

2

221

2

11

22Z

g

V

ρg

pHZ

g

V

ρg

pP

1

2

112

2

22

22Z

g

V

ρg

pZ

g

V

ρg

pH P

PH เฮดของเครื่องสูบน ้า หลักการท้างานของเครื่องสูบน ้าพิจารณาได้จากไดอะแกรมที่แสดง ก้าลังที่เครื่องสูบน ้าให้แก่น ้า (Water Horse Power) PHQρgP 3

เคร่ืองสูบน ้ ำ มอเตอร์

kmutt | คูม่อืวชิา MEE362 Mechanical Engineering Laboratory II ปกีารศกึษา 2/2556 2

ในการทดลองเนื่องท่อทางเข้าของเครื่องสูบน ้าอยู่ติดกับถังน ้าและถือว่าถังมีขนาดใหญ่ ดังนั นสมการพลังงานจะลดลงเป็น

2

2

22

2Z

g

V

ρg

pH P

ค่าความดัน, ρg

P2 ได้จากเกจวัดความดันที่ท่อทางออกของเครื่องสูบน ้า

ความเร็วของน ้าค้านวณได้จากสมการการไหลต่อเนื่อง AVQ A พื นที่หน้าตัดของท่อทางออก

ในการหาค่าความสูง 1Z ให้วัดความสูงจากศูนย์กลางของเกจวัดความดันจนถึงกึ่งกลางของเครื่องสูบน ้า ก้าลังที่มอเตอร์ให้แก่น ้า (Brake Horse Power) TP2 ค้านวณหาแรงบิด (Torque) ได้จากสมการ FRT R รัศมีของแขนที่ต่อออกจากเสื อของมอเตอร์

โดยวัดระยะแขนนับจากก่ึงกลางของมอเตอร์จนถึงต้าแหน่งที่ติดสปริง F แรงสปริง ω ความเร็วเชิงมุม

ความเร็วเชิงมุมค้านวณได้จากสมการ 60

2 N

N ความเร็วรอบ หน่วย รอบต่อนาที ถ้า N มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาทีไม่ต้องหารด้วย 60 ความเร็วรอบของมอเตอร์วัดได้โดยใช้เครื่องมือวัดรอบ

จากไดอะแกรม ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน ้า Tω

HQρgη P

P

หมายเหตุ: ในการทดลองเราต้องการหาสมรรถนะของเครื่องสูบน ้า ก้าลังที่ให้แก่มอเตอร์ไม่ จ้าเป็นต้องวัด วิธีการทดลอง 1. ปรับอุปกรณ์การทดลองให้อยู่ในแนวระดับโดยปรับที่ขาของอุปกรณ์ 2. เติมน ้าในถังให้อยู่ในระดับที่ใช้งาน 3. ปรับสเกลวัดอัตราการไหลให้ขีดศูนย์อยู่ในระดับเดียวกันกับปากฝาย 4. ปรับแขนที่ต่อออกจากเสื อมอเตอร์ให้อยู่ในแนวระดับ 5. ปรับวาล์วที่ท่อทางออกของเครื่องสูบน ้าให้อยู่ในต้าแหน่งปิด 6. ปรับชุดปรับความเร็วรอบของมอเตอร์ให้อยู่ในต้าแหน่งศูนย์ 7. เปิดสวิทซ์ไฟแล้วค่อยๆปรับชุดปรับความเร็วรอบจนได้รอบหมุนที่ต้องการ (ไม่ควรเกิน 3000 รอบ ต่อนาที) 8. อ่านค่าต่างๆที่ต้องการค้านวณ 9. ปรับอัตราการไหล โดยการปรับวาล์วที่ท่อทางออกโดยเริ่มตั งแต่วาล์วปิดสุดจนถึงต้าแหน่งวาล์ว เปิดสุด

kmutt | คูม่อืวชิา MEE362 Mechanical Engineering Laboratory II ปกีารศกึษา 2/2556 3

10. ในการทดลองต้องรักษารอบหมุนให้คงท่ี ถ้ารอบหมุนเปลี่ยนแปลงต้องปรับชุดปรับความเร็ว รอบใหม่ให้ได้รอบหมุนที่ก้าหนดไว้ 11. ท้าการทดลองใหม่โดยตั งรอบหมุนใหม่ 12. ในการทดลอง ก้าหนดรอบหมุนไว้ 3 ค่า เช่น 1500 รอบต่อนาที, 2000 รอบต่อนาที, 2500 รอบต่อนาท ี(ไม่จ้าเป็นต้องท้าตามตัวเลขท่ีก้าหนด) ผลการทดลอง ให้นักศึกษาพล็อตกราฟ 1. เฮดของเครื่องสูบน ้ากับอัตราการไหล โดยให้ เฮดของเครื่องสูบน ้าอยู่ในแนวตั งและให้อัตราการ ไหลอยู่ในแนวนอน 2. ก้าลังม้าเบรค (Brake Horse Power) กับอัตราการไหล โดยให้ ก้าลังม้าเบรคอยู่ในแนวตั งและให้ อัตราการไหลอยู่ในแนวนอน 3. ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน ้า กับอัตราการไหล โดยให้ ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน ้าอยู่ใน แนวตั งและให้อัตราการไหลอยู่ในแนวนอน 4. ให้น้ากราฟจากข้อ 1, 2 และ 3 มารวมกัน ได้กราฟใหม่ที่เรียกว่า Iso efficiency Curve 5. พล็อตกราฟ กลุ่มไร้มิติของเครื่องสูบน ้า

Head Coefficient, 2ND

gHP อยู่ในแนวตั ง

Flow Coefficient, 3ND

Q อยู่ในแนวนอน

PUMP IN SERIES AND PARALLEL วัตถุประสงค์

เพ่ือศึกษาเส้นคุณลักษณะของเครื่องสูบน ้า เมื่อต่อเครื่องสูบน ้าแบบอนุกรม และขนานตามล้าดับ

วิธีการทดลอง 1. การทดลองวัดเส้นคุณลักษณะของเครื่องสูบน ้าแต่ละตัว

1.1 ปรับระบบท่อและวาล์ว ให้พร้อมทดสอบเครื่องสูบน ้าแต่ละตัว

1.2 เดินเครื่องสูบน ้าตัวแรก จากนั นให้เปิดลิ นควบคุมอัตราการไหลจากปิดไปเป็นเปิดสุด

1.3 วัดความดันที่ทางเข้าและออกเครื่องสูบน ้า วัดค่าแตกต่างความดันที่ Orifice Meter

1.4 ปรับอัตราการไหลให้มีค่าลดลงในถึงต้าแหน่งไม่มีอัตราการไหล อย่างน้อย 6 ค่า ท้า

การจดข้อมูลตามข้อ(1.3)

1.5 เปลี่ยนการทดลองไปใช้เครื่องสูบน ้าตัวที่สอง

kmutt | คูม่อืวชิา MEE362 Mechanical Engineering Laboratory II ปกีารศกึษา 2/2556 4

2. การทดลองวัดเส้นคุณลักษณะของเครื่องสูบน ้า เมื่อเดินแบบขนาน

2.1 ปรับระบบท่อ และวาล์ว ให้พร้อมทดสอบเครื่องสูบน ้าแบบขนาน

2.2 เดินเครื่องสูบน ้า 2 ตัวพร้อมกัน จากนั นให้เปิดลิ นควบคุมอัตราการไหลจากปิดไป

เป็นเปิดสุด

2.3 วัดความดันที่ทางเข้าและออกเครื่องสูบน ้าทั ง 2 ตัว วัดค่าแตกต่างความดันที่

Orifice Meter

2.4 ปรับอัตราการไหลให้มีค่าลดลงจนถึงต้าแหน่งไม่มีอัตราการไหล อย่างน้อย 6 ค่า

ท้าการจดข้อมูลตามข้อ (2.3)

3. การทดลองวัดเส้นคุณลักษณะของเครื่องสูบน ้า เมื่อเดินแบบอนุกรม 3.1 ปรับระบบท่อ และวาล์วให้พร้อมทดสอบเครื่องสูบน ้าแบบอนุกรม

3.2 เดินเครื่องสูบน ้า 2 ตัวพร้อมกัน จากนั นให้เปิดลิ นควบคุมอัตราการไหลจากปิดไปเปิดสุด 3.3 วัดความดันที่ทางเข้า และออกเครื่องสูบน ้าทั ง 2 ตัว วัดค่าแตกต่างความดันที่ Orifice Meter 3.4 ปรับอัตราการไหลให้มีค่าลดลงจนถึงต้าแหน่งไม่มีอัตราการไหล อย่างน้อย 6 ค่า ท้าการจดข้อมูลตามข้อ (3.3)

การค านวณ ให้นักศึกษาค้านวณข้อมูลจากการทดลองน้าผลมาวิเคราะห์ และน้าผลมาเปรียบเทียบกับผลการวิเคราะห์ทางทฤษฏี ดังนี

1. เส้นคุณลักษณะ ความดัน-อัตราการไหลของเครื่องสูบน ้าแต่ละตัว แบบต่อขนานและแบบ

ต่ออนุกรม

2. น้าผลการทดลองของเครื่องสูบน ้าแต่ละตัวมาค้านวณน ้าแต่ละตัวมาค้านวณเส้นคุณลักษณะ

ความดัน-อัตราการไหลทางทฤษฏี เมื่อต่อแบบขนานและแบบอนุกรม น้าผลที่ได้ไปเทียบ

กับผลการทดลอง

ข้อมูลอุปกรณ์วัดอัตราการไหล ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อ 50 มม. ขนานเส้นผ่าศูนย์กลาง Orifice 25.4 มม. ให้นักศึกษาวัดต้าแหน่งที่ติดตั ง Pressure Gauge เทียบกับจุดศูนย์กลางของเครื่องสูบน ้าทุกตัว

Laboratory Notes for:Centrifugal Pump

Wanchai Asvapoositkul

IntroductionThe configuration of turbomachinery can be used to interpret its

characteristic. The axial pump is configurated to provide a high volume, low headcharacteristic whereas the radial pump is configurated to provide a comparativelylow volume and a higher head characteristic. In this study, a centrifugal pump isbxamined.

Pump CharacteristicsA typical performance curve for variation of head with capacity at a

constant speed is shown in Fig 1. The variation of head, capacity, and brakehorsepower with speed follows definite rules knows as affinity laws.

Qr-nrQz n2

z : 2H, f n ' l

t - l

H2 [n , /

bhp, _ ( .n , ) 'bt'p,

- [t]

Head (m) Efficienry (%)

headbhp.

, - - ' * - - - - - - - r :

1 -_ \__ -+

' a. 4 n' ' z v

0 2 4 6 ^ 8 1 0 1 2flow rate (mr/min)

Fig I Centrifugal pump characteristics

Dimensionless Group for Pump PerformanceThe conditions for kinematic similarity and dynamic similarity of the

centrifugal machines can be represented in terms of dimensionless group.

oCapacity coefficient: llo = -t;

x NDr

?n

25

1 5

1 0

0

1 0 0

80

OU

40

ZU

n

Head coefficient:

Power coefficient:

gHl l H = . , t

N-D-bhp

rrD - -------:----;' PN,D,

Reynolds number: IIR. = PND' or Re =tr

Form parameters

_ ilq xilH _ pegh

"P- f l p -bpL

m - b h P'rmotor E.P.

l'loverall = 1'lp X l]motor

Specific speed:N, =NJO(eu);

For further information consult:White, F.M. (1994): "Fluid Mechanics", 3rd edition, McGraw-Hill, Inc.

Questions:* What types of data are to be collected?* How can we correct of that data? Describe what precautions must be taken if

correct readings are to be obtained.* How many data are to be collected?* How can we present the data?

Confidence limit:From the Statistical point of view we can estimate confidence limit by using

't' distribution.

pIlD

The parameters in which the machine dimension D is eliminated, tell ussomething of the characteristics of the type of machine, irrespective of its size arecalled form parameters. The another is called size parameters.

I

f lz- =

3

lI:..n

where N is the number of datai is the averagevalue of the data.

Therefore, the confidence limit can be defined as

6p=

where 't' is the value from the table 1.

This can tell us the probability of the value in the

Illustrative example:

S .D .x t-

{N

ranse x+6^ .v

The speed of a pump is recorded in the followings.1490, 1495, 1485, 1493, 1497, 1478 and 1499 rpm.

x : 1491 rpm.S .D . : 7 .37

wi th P : 0 .95 and N-1 = 6, t :2 .447Therefore 6^ : 6.82 or the chance that the speed of the pump will be in the range

IJ

1491 + 6.82 rpmis 95o/o.

Table 1:'t ' distribution

c : \turbo_m\lab-cep. doc 21 October, 2001

N-1 P= 0.50 0.90 0.95 0.99I2J

456

8910

1 .000 .8160.7650.14r0.7270 .7180.7110.7060.7030.700

6.3142.9202.3532.1322.0r51.9431 .8951 .860L8331.8r2

12.7064.3033.1822.7762.57r2.4472.3652.3062.2622.228

63.6579.9255.8414.6044.0323.7073.4993 .3 553.2503.169

T2T4I61820

0.6950.6920.6900.6880.687

1.7821 .7611.7461.734t .725

2.1792.1452.r202.IOT2.086

3 .0552.9772.9212.8782.845

30O

0.6830.674

r .6971.645

2.0421.960

2.7502.576