MECANICA FLUIDELORNDRUMAR DE LABORATOR
FUNCIONAREA POMPELOR CENTRIFUGE
FUNCIONAREA POMPELOR CENTRIFUGE1. CONSIDERAII TEORETICE
Sunt cele mai rspndite tipuri de pompe n sistemele hidraulice.
alctuite dintr-un rotor cu palete care se rotete n interiorul unui
stator.
Ele sunt
Figura 1. Pomp centrifug 1Rotor;2
2-
Stator;
3;4- Arbore de antrenare;
Palete
5- Racord de aspiraie; 6- Racord de refulare.
Funcionarea pompei este foarte simpl: fluidul este aspirat
axial(n centru pompei) i refulat radial. Paletele sunt curbate n
sensul invers a sensului de rotire pentru a asigura o curgere
laminar. n interiorul palelor viteza este foarte mare, ntre 8 15
m/s. Pentru a micora viteza i a crete presiune, racordul de
refulare are un diametru mai mare, viteza fluidului ajungnd la 4-5
m/s. Se construiesc pentru debite medii(0,5 m3 1,0 m3) i presiuni
mici i medii(pn la 9 bar).Energia hidraulic a fluidului este dat de
energia cinetic(viteza) i de energia potenial(presiunea). Pompele
nu sunt autoamorsabile, deci pentru a fi puse n funcionare este
necesar umplerea tubulaturii de aspiraie cu lichid, sau evacuarea
aerului din acest tronson. 1.1.-
Caracteristici generale
Debitul (Q) [m3/h] cantitatea de lichid pompat n unitate de
timp. Debitul
(volumic) al pompe este debitul msurat la refularea pompei. -
Nivelul de referin, NN, este un plan n raport cu care se determin
cotele tuturor punctelor din instalaie. Punctele situate peste
acest nivel au cote pozitive. - Planul de referina al pompei este
situat la cota Zp n raport cu NN, iar seciunile de intrare i ieire
din pompa la cotele Zi i Ze.nlimea(sarcina) de pompare (H) [mCA]
reprezint nlimea n coloane de ap pe care o creeaz pompa pentru ca
lichidul s nfrng rezistenele hidraulice i s ajung la destinaie cu o
anumit presiune;-
Randamentul () [%] reprezint raportul dintre cantitatea de
energie acumulat de lichid n pomp i cantitatea de energie consumat
de pomp n aceeai unitate de timp.-
- Puterea (N)[CP][KW] reprezint cantitatea de energie mecanic
necesar pompei n unitate de timp pe timpul funcionrii sale n scopul
asigurrii unui debit Q i a unei presiuni de refulare H; n figura 2
este prezentat schematic un sistem hidraulic simplu n care pompa P
extrage lichid din tancul Ra, unde este presiunea pa i al crui
nivel de lichid are cota za fa de planul de referin N-N, i o vars n
tancul Rr , unde presiunea este pr , i al crui nivel de lichid este
zr.3
Figura 2. Schema unui sistem hidraulic Vacuumetrul V msoar
presiunea de intrare n pomp pi, iar manometru M presiunea la ieire
din pomp pe. Pierderile pe tubulatura de aspiraie si pe cea de
refulare sunt notate cu ha i respectiv hr; fluidul avnd o vitez va
pe aspiraie i o vitez vr la refulare. Aplicnd ecuaia lui Bernoulli
pe traseul de aspiraie vom avea :
4
za +
+
- ha
=
zi+
+
= Hi .
Pe tubulatura de evacuare vom avea: zr +
+
+ hr
=
ze+
+
= He .
nlimea de pompare va fi : H = He - Hi = zr za+
+
+ ha + hr = z +
+
+
Relaia de mai sus arat principalele funcii ale pompei, si anume
: ridicarea lichidului pn la nlimea z, ridicarea presiunii de la pa
la pr ,modificarea energieie cinetice a lichidului prin cresterea
vitezei, si nvingerea pierderilor pe tubulatura de aspiraie i de
refulare. Pierderile pe tubulaturi sunt de dou feluri : locale i
liniare. = ha + hr = Traseele de aspiraie i de refulare avnd
diametrele da i dr sunt acoperite de debitul Q : = ha + hr =
i
nlocuind n relaia de mai sus , vom obine : H = z +
+
Expresia
5
Kr = este o constant pentru o reea anume.
+
Vom nota cu : Hs = z + --- sarcina static.
n acest caz expresia sarcinilor devine : H = Hs + KrQ2.
Ecuaia de mai sus reprezint caracteristica reelei, i se poate
reprezenta dup cum se observ ca o parabol. Dac fluidul ar curge n
sens invers , expresia ar deveni: H = Hs - KrQ2.
n figura 3 sunt prezentate mai multe caracteristici ale reelelor
cu acceai ncrcare static, dar care au valori diferite pentru K r
(diferite diametre ale tubulaturilor, coturilor, valvule,
etc.).
6
Figura 3. Caracteristica reelei
Analitic sau experimental se poate determina funcia H = f(Q), ce
reprezint
caracteristica de sarcin a pompei sau caracteristica intern. n
cazul de fa ea are urmtorul aspect :
Figura 4. Caracteristica intern a pompei Puterea hidraulic
transmis lichidului se calculeaz cu formula: Ph = gQH. Puterea
electric Pel, este mai mare, trebuind s acopere att puterea
hidraulic Ph, ct i pierderile din motor.7
Randamentul pompei este = Randamentul depinde i el de debit.
Reprezentarea funciilor P = f 2(Q) i = f3(Q) conduce la curba
caracteristic a puterii, respectiv curba caracteristic a
randamentului. Dac pe diagrama caracteristicii de sarcin a pompei
(caracteristica intern) se traseaz i caracteristica instalaiei HR
(caracteristica extern), atunci la intersecia celor dou curbe se
afl punctul de funcionare F(vezi figura 5).
Figura 5. Caracteristica extern a pompei
Prin modificarea caracteristicii instalaiei (de exemplu prin
acionarea unei vane) punctul de funcionare F se mut n F' i pompa
lucreaz la ali parametri: Q', H', P', '. Pentru a mbuntii
performanele pompei ntr-un sistem hidraulic, putem schimba poziia
punctului de funcionare, prin modificarea caracteristicilor reelei.
Acest lucru se poate obine prin mai multe metode. Calea cea mai
simpl este s modificm
8
constanta Kr, prin varierea coeficienilor locali de pierdere i a
armturilor adiacente. De asemenea putem s schimbm sarcina static a
reelei.
1.2.
Legarea n serie i n paralel a pompelor centrifuge
Pentru a crete debitul sau sarcina sistemului hidraulic, putem
monta pompele n serie sau n paralel.
A) Legarea n paralel
n cazul n care dou sau mai multe pompe sunt legate n paralel, se
va obine un debit mai mare la o sarcin constant. Pentru dou pompe
vom avea : Qc = Q1 + Q2, expresie care este de fapt o relaie a
continuitii. Hc = H1 = H2, arat echilibrul pomp-reea.
sistemului
9
Figura 6. Legarea pompelor n paralel Cnd dou pompe identice sunt
legate n paralel, caracteristica intern se obine prin dublarea
abscisei punctelor a caracteristicii interne a unei singure pompe.
Punctul de funcionare al sistemului Fc se afl la intersecia celor
dou curbe : curba reelei i curba caracteristicii interne. Eficiena
sistemului pompelor centrifuge legate n paralel depinde de
caracteristicile reelei.
Figura 7. Caracteristicile a dou pompe identice legate n paralel
Se poate observa c n cazul reelei R, creterea debitului cu Q n
comparaie cu a sistemului cnd funcioneaz doar o singur pomp, este
mai important dect creterea Q n cazul reelei R. Se constat de
asemenea c n cazul legrii a dou10
pompe n paralel apare o cretere a sarcinii, care de asemenea
depinde de caracteristicile reelei. Randamentul celor dou pompe
identice este : 1 = 2 = Randamentul reprezint fracia dintre puterea
util i puterea consumat. =
=QF
ntr-un regim cuplat, fiecare pomp lucreaz la punctul de
funcionare F, i = Qc. Prin urmare : P1 = P 2 = Randamentul legrii n
paralel va fi : CP =
=
=
n cazul n care legm n paralel dou sau mai multe pompe,
randamentul general va fi egal cu randamentul fiecrei pompa. B)
Legarea n serie Pentru a crete sarcina de pompare folosim legarea n
serie a dou sau mai multe pompe centrifuge. Debitul care curge prin
cele dou pompe legate n serie este acelai : Qc = Q1 = Q2 iar
sarcina de pompare este : Hc = H1 + H2
11
Figura 8. Legarea pompelor n serie
Pentru a ridica caracteristicile al caracteristice pentru
fiecare pomp.
sistemului nsumm odonatele punctelor
Figura de mai jos prezint caracteristicile comune a dou pompe
identice legate n serie.
Figura 9. Caracteristicile a dou pompe identice legate n serie
Putem uor observa c n cazul unei reele R obinem o cretere a
sarcinii de pompare dect n cazul reelei R. De asemenea se va obine
i o cretere a debitului. Randamentul nserierii este egal cu
randamentul fiecrei pompe luat separat. CP =
=
=
12
2. DESCRIEREA STANDULUI Unitatea de demonstraie G.U.N.T HM284
permite investigarea unor procese diferite fiind potrivit pentru
experimentele de laborator in instituiile tehnice si universiti.
Aceast unitate de demonstraie se compune din dou pompe centrifuge a
cror parametrii se doresc a fii urmrii, tubulatura propriu-zis ,
rezervorul de ap, senzorii care transmit datele nregistrate la
calculator, un modulul de colectare a informaiilor ce asigur
tensiunea necesar senzorilor i care transmite semnalele msurate la
cardul de date din PC, i indicatorul de puterii cedat
sistemului.
Figura 10. Unitatea de demonstraie G.U.N.T HM28413
-
-
Cu acestea putem efectua diferite determinri: msurare debitului
si presiunii pompei centrifugale; nregistrarea curbelor
caracteristice; interdependenta diferenelor debitului si presiunii
pompei centrifugale; stabilirea curbei caracteristice a pompei;
curbele caracteristice pentru conectarea in serie sau paralel a
doua pompe; determinarea eficientei pompei. Circuitul de ap este
compus din : Tanc transparent de alimentare (1) de 15 litrii cu o
vande golire(14); Tubulatura de admisie cu supapele fluture de
admisie (2), i senzor de presiunea la admisie (4); Pompe centrifuge
ce funcioneaz cu un motor alimentat la curent alternativ;
Tubulatura de refulare(13) cu senzorii de presiune la refulare (6)
, van fluture de refulare (7) , cu diafragma de msurare a debitului
(8) i cu senzorii de presiune diferenial (9); Tubulatura de legare
n serie a celor dou pompe (3); Dou regulatoare de vitez/turaie, ce
ne permite s controlm turaia pompelor printr-un poteniometru (10);
ntreruptoare inductive ce nregistreaz turaiile n1 si n2 ale
rotorului(11); Casete de protecie (12) ce protejeaz echipamentele
electrice de transmite a datelor la calculator.
-
-
-
-
14
Figura 11. Schema modulului experimental
3. LUCRRI DE LABORATOR Pregtirea echipamentului de lucru : 1. Se
alimenteaz modulul de colectare a informaiilor alternativ i si
pornete; 2. Se pornete indicatorul de putere; 3. Se acceseaz
programul HM280.03, apoi trebuie demonstraie,in cazul nostru HM284
Series/Parallel Apoi se acceseaz fereastra principal de unde
subprograme. Lucrarea 1 : Funcionarea unei pompe singulare
la o surs de curent
selectat unitatea de Pump Demonstratator. se pot porni
diferite
15
Figura 12. Funcionarea unei pompe singulare F1 n1, n2 P1, P2, P3
V1, V2, V3, V4, V5 , V6 diafragm pentru msurarea debitului; senzori
ce indic turaia; senzori de presiune; van fluture.
Etapele ridicrii caracteristicii de funcionare a pompei : 1.
nchidei complet vana V5; 2. Alegei turaia dorit a pompei i notai
aceast valoare; 3. Pentru a noua curb, mai specificate msurate
pentru a fi Pentru a face asta butonul (9)(vezi
produce o nti trebuie variabilele prezentate. apsai figura
13).
16
Figura 13 Apoi vei vedea o lista cu variabilele msurate
disponibile. Dac pentru abscisa poate fi folosita doar o singura
variabila msurat, pentru ordonat pot fi folosit maximum 4 variabile
diferite. Se va alege pe abscis volumetric flow iar pe ordonat
differenatial presure, si ce alte caracteristici se doresc ai fi
urmrite(turaia, puterea, etc.). Apoi trebuie sa ii dai un nume
fiierului. Pentru a face asta,apsai butonul (4). O fereastra se va
deschide, n care putei introduce numele fiierului si orice
comentariu. Daca valorile msurate sunt satisfctoare i
stabile,butonul (6) este folosit pentru a da un nou punct de
msurare pe curba. 4. Deschidei vana V5 uor i dai nc un nou punct de
msurare. 5. Repetai aceast procedur, n pai mici, pn se deschide
complet vana V5 si toat curba este afiat. Observaii : Daca vrei sa
tergei un punct de msurare, selectai-l folosind (3) si apoi apsai
butonul (5).Valoarea curenta x este afiat. ntr-un singur grafic pot
fi inserate mai multe curbe,prin crearea unei noi curbe folosind
butonul ( 4).Daca sunt mai multe curbe,curbele pot fi activate
individual si editate folosind butonul (1). Aceasta i permite sa
adaugi puncte de msurare mai trziu. Butonul (7) este folosit pentru
printarea curbei, n timp ce butonul (8) printeaz valorile msurate
in forma tabelara. Cand ati terminat curba,valorile msurate pot fi
salvate intr-un fiier cu Save curve sau Save all curves in meniul
fiierului.17
Putei de asemenea sa rencrcai o msurare mai veche pentru a fi
folosita ca si comparaie cu comanda load curve. Pentru a terge o
curba,mai nti trebuie sa alegei pe care vrei sa o tergei cu select
curve. Putei sa tergei apoi curba folosind Delete curve din meniul
fisierului. Pentru a schimba scara, putei alege limitele nalte si
joase de pe axele x si y direct in fereastra graficului folosind
mouse-ul si apoi introducei alte valori. Lucrarea 2 : Funcionarea a
dou pompe legate n serie
Figura 14. Funcionarea a dou pompe legate n serie F1 n1, n2 P1,
P2, P3 V1, V2, V3, V4, V5 , V6 diafragm pentru msurarea debitului;
senzori ce indic turaia; senzori de presiune; van fluture.
Etapele de ridicare a caracteristicii de funcionare a pompei
sunt asemntoare cu cele prezentate la funcionarea unei pompe
singulare. Lucrarea 3 : Funcionarea a dou pompe legate n
paralel
18
Figura 15. Funcionarea a dou pompe legate n serie F1 n1, n2 P1,
P2, P3 V1, V2, V3, V4, V5 , V6 diafragm pentru msurarea debitului;
senzori ce indic turaia; senzori de presiune; van fluture.
Etapele de ridicare a caracteristicii de funcionare a pompei
sunt asemntoare cu cele prezentate la funcionarea unei pompe
singulare.
19
