Uniwersytet Zielonogórski

Wydział Inżynierii Lądowej I Środowiska

Zakład Sieci i Urządzeń Sanitarnych

MECHANIKA PŁYNÓW

LABORATORIUM

Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

„Badanie pompy wodnej”

                                                                                                  Grupa 27A ISDM

Data odbycia zajęć:                                                                                                   (środa, g. 16:00 – 17:30)

15.12.2004 r.                                                                                                                w składzie:

1. Magdalena Kot

Data oddania sprawozdania:                                                                                    2. Bartosz Staniszewski

05.01.2005 r.                                                                                                                3. Artur Dańko

OCENA:

1.      Cel ćwiczenia.

Celem tego ćwiczenia było zapoznanie się z budową i działaniem pompy odśrodkowej oraz wyznaczenie charakterystyki badanej pompy.

2.      Wstęp teoretyczny.

Pompami nazywamy maszyny i urządzenia służące do przenoszenia cieczy. Przenoszenie cieczy może odbywać się w różnych warunkach.

a)      Równanie Bernouliego.

Przy zaniedbaniu ściśliwości (ρ=const.), powyższe wyrażenie stanowi ważne dla celów praktycznych równanie Bernouliego. Człon V2/2 pomnożony przez masę daje energię kinetyczną odpowiedniej objętości płynu. Analogicznie mnożąc gz przez masę, otrzymujemy energię potencjalną. Trzeci wyraz pomnożony przez masę(objętość razy gęstość) daje iloczyn objętości rozpatrywanej masy płynu i ciśnienia. Suma dwóch pierwszych wyrazów stanowi energię mechaniczną, która w płynie ulegać może zmianie kosztem wzrostu lub spadku ciśnienia.

b)      Pompa odśrodkowa

Wirnik pompy odśrodkowej posiada dwie tarcze, przednią i tylną, między którymi znajdują się łopatki, zagięte w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wirnika. Krawędzie wlotowe łopatek SA równoległe lub nachylone do osi, a krawędzie wylotowe równoległe do osi wirnika. Energia mechaniczna silnika napędowego przekazana zostaje przez łopatki wirnika przepływającej przez wirnik cieczy, której energia potencjalna i kinetyczna wzrastają. Ciecz wpływa osiowo do wirnika, a następnie porusza się od środka ku zewnętrznemu obwodowi. Powierzchnia prądu między krawędziami wlotowymi i wylotowymi łopatek pompach odśrodkowych jest albo powierzchnią płaską, pierścieniową, prostopadłą do osi wirnika. W pierwszym przypadku łopatki pompy odśrodkowej maja pojedynczą krzywiznę, zaś w drugim podwójną, czyli krzywiznę przestrzenną. Jeżeli wirnik jest jedynym lub pierwszym z kilku wirników oraz gdy zwierciadło cieczy w zbiorniku czerpalnym leży poniżej osi pompy, u wlotu do wirnika znajdującego się w osłonie zapełnionej cieczą, w czasie jego obrotu wskutek ciągłego oddalania się cząstek cieczy, wytwarza się podciśnienie. Wywołuje ono ssanie cieczy przez przewód ssawny do wnętrza pompy.

Po opuszczeniu wirnika ciecz wpływa do otaczającego go osłony spiralnej (lub kanału zbiorczego) zakończonej dyfuzorem, która jest jednym z rodzajów aparatów kierowniczych. kierowniczych spiralnej osłonie i dyfuzorze dyfuzorze prędkość cieczy zmniejsza się, a jej energia kinetyczna zamienia się na energię ciśnienia, tak więc ciśnienie cieczy za kierownicą jest wyższe niż w chwili opuszczania wirnika.

W kadłubie pompy znajdują się dławnice, zaś poza nim łożyska i sprzęgło (niepokazane na schemacie), za pośrednictwem, którego przekazywany jest moment obrotowy. Dławnica niskociśnieniowa umożliwia dostanie się powietrza atmosferycznego do wnętrza pompy. Dławnica wysokociśnieniowa utrudnia wypływ cieczy na zewnątrz.

c)      Użyteczna wysokość podnoszenia Hu

Jest to manometryczna wysokość pompowania, zwiększona o różnicę wysokości wynikającą z różnic prędkości na wlocie i wylocie do pompy i w pompach wodnych wyraża się zależnością:

d)      Moc pobierana przez pompę Ne

Jest to moc mierzona na wale pompy, w przypadku bezpośredniego sprzężenia pompy z wałem silnika elektrycznego moc wyraża się wzorem:

Ne = Nel * ηel [W]

e)      Moc użyteczna dla pompy Nu 

Nu = ρw * V * Hu * g

f)       Sprawność ogólna ηo

Jest stosunkiem mocy użytecznej, tzn. mocy całkowicie wykorzystanej w pompie, do mocy dostarczonej, czyli mocy na wale pompy Ne:

g)      Podstawowe równanie maszyn wirnikowych.

Jeżeli przez wieniec wirujący, np. wentylatora promieniowego, przepływa strumień gazu, to moment zewnętrzny potrzebny do napędu wirnika uzależniony będzie od przyrostu momentu ilości ruchu i wyrazi się zależnością:

M = m(r2c2u – r1c1u)

gdzie:

-          m – natężenie przepływu czynnika, kg/s

-          r1 i r2 – promień wewnętrzny i zewnętrzny wirnika, m

-          c2u, c1u – odpowiednie składowe obwodowe prędkości bezwzględnej na wylocie, m/s

h)      Charakterystyki

Charakterystyką nazywamy zależność między dwoma wielkościami podstawowymi, charakterystycznymi dla pracy danej maszyny. Graficznym obrazem charakterystyki jest krzywa będąca wykresem funkcji wiążącej dane wielkości w odpowiednim układzie współrzędnych. Dla wentylatora charakterystyka podaje zależność przyrostu ciśnienia całkowitego Δpc w zależności od wydajności V przy stałej liczbie obrotów. Charakterystyka dzieli się na dwa zakresy: stateczny i niestateczny. Użyteczny zakres pracy jest stateczny, gdy wraz ze zmniejszaniem się wydajności wentylatora wzrasta ciśnienie całkowite. Zakres pracy od wydajności V=0 do odpowiadającej maksymalnemu przyrostowi ciśnienia Δpmax nazywa się niestatecznym. Praca wentylatora w tym zakresie jest nie wskazana ze względu na niską sprawność, skłonność do powstawania pulsacji przepływającego czynnika. W przypadku współpracy zespołowej wentylatorów, np. szeregowej, charakterystykę tworzy się dodając przy danej wydajności wartości ciśnienia całkowitego, w przypadku współpracy równoległej, przy danym ciśnieniu całkowitym dodaje się wydajności. Pomiary charakterystyk przeprowadza się najczęściej na wykonanych maszynach w celu sprawdzenia ich konstrukcji, ewentualnie uzyskania danych katalogowych. 

Charakterystyka sieci- w celu zapewnienia przepływu przez daną sieć określonej ilości czynnika V musi być wytworzone odpowiednie ciśnienie całkowite Δpc, będzie ono zużyte na:

§         pokonanie różnicy ciśnień między przestrzenią, do której gaz jest tłoczony a przestrzenią, z której gaz jest zasysany

pokonanie oporów przepływu

3.      Schemat stanowiska.

Schemat stanowiska pomiarowego:

gdzie:

              1 – zawór

              2 – kryza

              3 – zbiornik

4 – manometry

5 – pompa

6 – przewód ssawny

7 – przewód tłoczny

4.      Przebieg ćwiczenia.

Przeprowadziliśmy 10 pomiarów, każdorazowo zmniejszając wydatek objętościowy co 5m3/s. Odczytywaliśmy wartości ciśnień na tłoczeniu i na ssaniu.

5.      Tabela pomiarowa.

6.      Przykładowe obliczenia.

7.      Wykresy.

Dołączone do sprawozdania.

8.      Wnioski i obserwacje.

4