POMPY I UKŁADY POMPOWEPOMPY I UKŁADY POMPOWE

WYKŁAD 11

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

Ogólna klasyfikacja pomp

Klasyfikacja pomp

Pompy wyporowePompy wyporowe: przesunięcie (wypieranie) określonej ilości cieczy z obszaru ssawnego do obszaru ssawnego 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,

• pompy śrubowe.

Pompa tłokowaPompa łopatkowa

Pompa zębata Pompa śrubowa

Klasyfikacja pomp

Pompy wirowePompy wirowe: wirnik powoduje zwiększenie krętu 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 krętne ze względu na konstrukcje wirnika dzielą się na:

• pompy odśrodkowe

• pompy helikoidalne

1 – stożkowy wirnik helikoidalny

2 – łopatka wirnika

3 – spiralny kanał

4 – odpływ promieniowy (korpus)

Klasyfikacja pomp

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

2ss d s d

s zs sp p c cH H hg g g

2 2

2ss b d b s d

ms zs sp p p p c cH H h

g g g

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

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

2g g t st

t zt t

p c cpH H hg g g

2 2

2g b g t st b

mt zt t

p p c cp pH H h

g g g

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

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.

mH

H

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

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 prędkości obrotowej pompy.

thH

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

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 sP P Pel – moc silnika elektr., ηs – sprawność silnika elektr.

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

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

15. Sprawność wewnętrzna pompy ηw .

Jest stosunkiem mocy użytecznej Pu do mocy przekazanej cieczy przez wirnik Pw. Moc wewnętrzna jest mniejsza od mocy na wale pompy o straty mechaniczne.

uw

w

PP

uP QH g

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

16. Sprawność wolumetryczna (objętościowa) pompy jest to stosunek rzeczywistej wydajności pompy do wydajności teoretycznej

17. Sprawność ogólna pompy η

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

uPP

vs

QQ Q

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

18. Sprawność mechaniczna

mh v

m h m v

Sprawność mechaniczna waha się od 0,45 do 0,9 dla nowych pomp.

Podstawowe parametry układu pompowego (z pompą wirową)

1.Charakterystyka przepływowa

Charakterystyki układu pompowego

H

Q

A CD

B E

ACD – charakterystyka …

BCD – charakterystyka …

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.

Jeśli charakterystyka pompy jest łagodnie opadająca (płaska) wówczas niewielkie zmiany oporności rurociągu powodują znaczne zmiany punktu pracy a tym samym strumienia objętości.

H

Q

H=f(Q)

pg-

p d

ρg

0

Hz

B

C

A

hrs

Punkt pracy układu pompa-rurociąg przy stałej prędkości obrotowej pompy

2. Charakterystyka poboru mocy

Jest odniesiona 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.

Charakterystyki układu pompowego

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.

Powinowactwo charakterystyk przepływu

Wzory te są wyprowadzone zostały przy założeniu niezmiennej sprawności pompy

A – punkt pracy odpowiadający parametrom nominalnym pompy

Przy zmianie prędkości obrotowej pompy kolejne punkty będą leżeć na parabolach o początku w środku układu współrzędnych i równaniu

Jednak w rzeczywistości sprawność pompy ulega zmianie wzdłuż parabol.

Charakterystyk uniwersalna pompy – pagórek sprawności

Pagórek sprawności pompy wirowej

a) krzywe charakterystyczne przepływu pompy wirowej

b) krzywe sprawności

Pompa powinna być tak stosowana aby jej sprawność nie spadała poniżej określonej wartości ηmin.

Na przykład jeśli przyjmiemy ηmin= … oraz krańcowe wartości prędkości obrotowych … obr/min i … obr/min, to pole stosowalności pompy ograniczone jest charakterystykami przepływowymi dla tych prędkości obrotowych oraz krzywymi sprawności minimalnej.

Pole zasięgu stosowalności pompy

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.

Regulacja wydajności pomp

H

Q

H=f(Q)n1

pg-

p d

ρg

0

Hz

H=f(Q)n2

H=f(Q)n3

Poprzez dławienie zaworem na tłoczeniu przy n=const.

Zalety: duże straty ciśnienia, duże zmiany sprawności pompyWady: metoda łatwa i tania.

Regulacja wydajności pomp

H

Q

pg-

p d

ρg

0

Hz

H=f(Q)

Równoległe połączenie pomp

Krzywe równoległej współpracy pomp o jednakowych charakterystykach.

Krzywe równoległej współpracy pomp o różnych charakterystykach.

Szeregowe połączenie pomp

Krzywe szeregowej współpracy pomp o jednakowych charakterystykach.

Krzywe szeregowej współpracy pomp o różnych charakterystykach.

Równoległa współpraca pomp zasilanych wspólnym przewodem