5 Charakteristika odstředivého čerpadla

Transkript

1 5 Charakteristika odstředivého čerpadla František Hovorka I Základní vztahy a definie K dopravě kapalin se často používá odstředivýh čerpadel Znalost harakteristiky čerpadla umožňuje posouzení hospodárnosti jeho provozu a slouží při výběru vhodného čerpadla Charakteristika odstředivého čerpadla je vztah mezi praovní výškou H a objemovým tokem kapaliny čerpadlem V (výkonností čerpadla) při konstantní frekveni otáčení n Univerzální harakteristika čerpadla je soubor harakteristik stejného čerpadla při různýh frekveníh otáčení Tyto harakteristiky se obvykle vyjadřují grafiky Bývají doplněny křivkami závislostí příkonu čerpadla P a účinnosti čerpadla η na objemovém toku čerpané kapaliny pro různé frekvene otáčení n V grafu univerzální harakteristiky bývají kromě toho zakresleny křivky konstantní účinnosti Průběh křivek znázorňujííh uvedené závislosti je pro různá čerpadla různý a závisí nejen na konstruki čerpadla, ale i na jeho dílenském provedení a na vlastnosteh čerpané kapaliny Spolehlivé podklady pro jejih sestrojení je možno získat pouze pokusně Pro potrubí, v němž je zařazeno čerpadlo, platí Bernoulliho rovnie mezi průřezy 1 a 2 zapsaná ve tvaru p / v1 / 2 h1 g e p2 / v2 / 2 h2 g edis1,2 (5-1) Kapalina se čerpá ve směru od průřezu 1 k průřezu 2, p je tlak, υ střední ryhlost v potrubí, g tíhové zryhlení a ρ hustota kapaliny Člen e je energie, kterou čerpadlo předá jednote hmotnosti čerpané kapaliny při průhodu čerpadlem a člen e dis 1,2 je měrná ztrátová energie mezi průřezy 1 a 2 Místo e se často zavádí praovní výška čerpadla H dle vztahu: H e / g (5-2) Zatímo u měrné práe čerpadla je zela jasně určený její fyzikální smysl, praovní výška je veličina, pro kterou při interpretai jejího fyzikálního smyslu je třeba znát další podmínky proudění kapaliny v potrubí Je tedy jednodušší vyházet z rovnie (5-2) a říi, že je veličina úměrná měrné prái čerpadla e Výkon čerpadla N mehaniké energie N je výkon, který čerpadlo skutečně odevzdává čerpané kapalině ve formě e m H gv (5-3) Příkon čerpadla P je mehaniký příkon dodávaný na hřídel čerpadla hnaí jednotkou Jeho hodnotu vypočteme ze změřeného příkonu hnaího elektromotoru P el vynásobením zadanou účinností elektromotoru η el

2 P (5-4) P el el Účinnost čerpadla η je poměr výkonu a příkonu N / P (5-5) Praovní výšku čerpadla H lze určit výpočtem z rovni (5-1) a (5-2) na základě měření tlaku, ryhlosti kapaliny a geometriké výšky v průřezeh 1 a 2 volenýh na vstupu a na výstupu čerpadla Rozdíl ryhlostí a geometrikýh výšek je v našem případě zanedbatelný, tedy v 1 = v 2 a h 1 = h 2 Pro průřezy těsně před a za čerpadlem je e dis 1,2 0 Potom dostaneme vztah pro H ve tvaru H p p / g 2 1 (5-6) Objemový tok čerpadlem V se zjistí na základě měření průtoku elektromagnetikým průtokoměrem Modelovaní čerpadel se používá při přepočtu podmínek provozu odstředivýh čerpadel za předpokladu jejih geometriké podobnosti Potom lze zavést bezrozměrové veličiny (kritéria) Podmínka podobnosti použitýh čerpadel na této měříí stanie je splněné, protože použitá čerpadla se liší pouze průměrem rotoru Hodnoty bezrozměrovýh kritérií budou neměnné Těmito kritérii jsou a) bezrozměrový objemový tok V d n (5-7) V 3 b) bezrozměrový praovní přetlak p d p (5-8) 2 n 2 ) bezrozměrový příkon P d P 5 n 3 (5-9) V těhto rovniíh je d průměr rotoru čerpadla Pomoí definičníh vztahů (5-7) až (5-9) lze např přepočítávat naměřené harakteristiky čerpadla na jiné podmínky (tj na jinou frekveni otáčení či jiný průměr rotoru čerpadla) Propojování čerpadel se vpraxi používá v případeh kdy nejsou k dispozii čerpadla s požadovanou výtlačnou výškou, nebo s požadovaným objemovým tokem U čerpadel s nedostatečnou výtlačnou výškou se např 2 čerpadla zapojí do série a elková dopravní výška takového soustrojí je zobrazena na obr 5-1 a elková dopravní výška se spočte se dle vztahu 5-10 U čerpadel s nedostatečným objemovým tokem se např 2 čerpadla zapojí paralelně a elkový objemový tok takového soustrojí je zobrazen na obr 5-2 a elkový objemový tok se spočte dle vztahu 5-11

3 Obr 5-1 Seriové zapojení dvou čerpadel Obr 5-2 Paralelní zapojení dvou čerpadel H V AB AB H V A A H V B B (5-10) (5-11) II Cíle práe 1 Pro zadané frekvene otáčení čerpadla A změřit a vynést do grafů závislosti: a) praovní výšky na objemovém toku: H H V ) b) výkonu na objemovém toku: N N V ) ( ( ) účinnosti na objemovém toku: V ) Počet křivek v každém grafu odpovídá počtu zadanýh hodnot frekvene otáčení 2 Pro zadané frekvene otáčení čerpadla B změřit a vynést do grafů závislosti: a) praovní výšky na objemovém toku: H H V ) b) výkonu na objemovém toku: N N V ) ( ( ( ) účinnosti na objemovém toku: V ) Počet křivek v každém grafu odpovídá počtu zadanýh hodnot frekvene otáčení ( 3 Z hodnot závislosti H + = H + (V ) pro vyšší hodnotu frekvene otáčení čerpadla A vypočítat, za předpokladu platnosti teorie podobnosti, hodnoty H + s nižší hodnotou frekvene otáčení a vynést vypočtené hodnoty do grafiké závislosti H + = H + (V ) získané experimentálně pro čerpadlo A

4 4 Z hodnot závislosti H + = H + (V ) pro nižší hodnotu frekvene otáčení čerpadla A + vypočítat, za předpokladu platnosti teorie podobnosti, hodnoty H s vyšší hodnotou frekvene otáčení čerpadla B a vynést vypočtené hodnoty vynést do grafiké závislosti H + = H + (V ) získané experimentálně pro čerpadlo B 5 Experimentálně zjistit závislost H + = H + (V ) pro sériové zapojení čerpadel A a B při zadané frekveni otáčení čerpadla A a B Tuto experimentálně zjištěnou závislost porovnat s závislostí získanou výpočtem ze vztahu (5-10) 6 Experimentálně zjistit závislost V = V ( H + ) pro paralelní zapojení čerpadel A a B při zadané frekveni otáčení čerpadla A a B Tuto experimentálně zjištěnou závislost grafiky porovnat se závislostí získanou výpočtem ze vztahu (5-11) Při výpočtu teoretiké harakteristiky paralelně zapojenýh čerpadel A a B využijte experimentálně zjištěnou harakteristiku čerpadel, tj závislost praovní výšky na objemovém toku změřenou v bodě 1 a 2 Pozn: Při laboratorním vičení se z 6 uvedenýh ílů budou experimentálně ověřovat maximálně 3 úlohy III Popis zařízení Na obr 5-3 je zobrazeno elkové tehnologiké shéma stanie Obr 5-3 Celkové tehnologiké shéma měříí aparatury

5 Na obr 5-4 je elkový pohled na měříí stanii měření teploty měření P el a n ovládání čerpadla A ovládání čerpadla B regulae průtoku měření Δp měření průtoku entrální vypínač čerpadla zásobní nádrž Obr 5-4 Měříí stanie Aparatura se skládá ze zásobní nádrže, ke které jsou připojena dvě odstředivá čerpadla, čerpadlo A s rotorem o průměru 85 mm a čerpadlo B s rotorem o průměru 98 mm Tato čerpadla lze pomoí kulovýh kohoutů připojit k zásobní nádrži v různém uspořádání Celkové shéma je na obr 5-5 Obr 5-5 Vzájemné propojení čerpadel A a B

6 Za čerpadly následuje elektromagnetiký průtokoměr, který měří průtok čerpané kapaliny Požadovaný průtok se nastavuje pomoí membránového ventilu a kapalina se vraí zpět do zásobní nádrže Množství čerpané kapaliny se přečte z displeje elektromagnetikého průtokoměruv zásobní nádrži je umístněno teplotní čidlo a teplota čerpané kapaliny je zobrazena na rozvaděči Na pravém boku rozvaděče je entrální vypínač Zapínání jednotlivýh čerpadel je umístněno ve spodní části rozvaděče Frekvene otáčení motoru čerpadla A a B je regulována pomoí frekvenčního měniče Požadovaná frekvene se nastavuje pomoí poteniometru ve spodní části rozvaděče Na displeji příslušného frekvenčního měniče je zobrazována přímo nastavená frekvene otáčení (obr 5-6) Na displeji frekvenčního měniče se také odečítá velikost příkonu elektromotoru v kw Tlaková diferene mezi vstupem a výstupem čerpadla se odečte z displeje diferenčního tlakoměru v kpa otáčky příkon čerpadla Obr 5-6 Ovládaí panel frekvenčního měniče Na obr 5-7 až 5-11 jsou možné způsoby zapojení čerpadla A a čerpadla B Zeleně jsou znázorněny otevřené kulové kohouty včetně propojovaího potrubí Červeně jsou označeny uzavřené kulové kohouty včetně odpojeného potrubí

7 Obr 5-7 Zapojení čerpadla A Obr 5-8 Zapojení čerpadla B Obr 5-9 Sériové zapojení čerpadel A a B Obr 5-10 Sériové zapojení čerpadel B a A Obr 5-11 Paralelní zapojení čerpadel A a B IV Postup práe IV1 Příprava zařízení Otevřeme kulové ventily u čerpadel, aby došlo k zaplavení čerpadla A a čerpadla B, včetně propojovaího potrubí mezi čerpadly A a B Membránový ventily, kterým se reguluje objemový průtok otevřeme do střední polohy Na rozvaděči zapneme entrální vypínač IV2 Vlastní měření

8 Dle zadání nastavíme potrubní trasu pro čerpadla Při proměřování samostatného čerpadla A je nastavení jednotlivýh kohoutů uvedena na obr 5-7 Při proměřování samostatného čerpadla B je nastavení jednotlivýh kohoutů uvedena na obr 5-8 Při proměřování sériového zapojení čerpadel A a B se kohouty nastavují dle obr 5-9 (kapalinu z nádrže nasává čerpadlo A) nebo dle obr 5-10 (kapalinu z nádrže nasává čerpadlo B) Při paralelním zapojení čerpadel se postupuje dle obr 5-11 Při proměřování samostatného čerpadla zapneme vybrané čerpadlo na panelu rozvaděče a nastavíme požadovanou frekveni otáčení s přesností ± 5 otáček Pomoí regulačního ventilu průtoku zjistíme maximální průtok Minimální průtok musí být větší než 0,2 l/s Při proměřování čerpadel v sériovém nebo paralelním zapojení se se nejprve nastaví potrubní trasa pro jedno zvolené čerpadlo Po zapnutí se nastaví jeho požadovaná frekvene otáčení s přesností ± 5 otáček a čerpadlo se vypne Pak se analogiky provede nastavení druhého čerpadla Po jeho nastavení se zapne druhé čerpadlo Pomoí regulačního ventilu průtoku zjistíme maximální průtok Minimální průtok musí být větší než 0,2 l/s Teplotu čerpané kapaliny odečítáme na začátku proměřované harakteristiky čerpadla a po jejím ukončenípři měření postupně nastavujeme zvolené hodnoty průtoku a zapisujeme všehny hodnoty obsažené ve formuláři pod hlavičkou naměřeno Po ukončení měření uzavřeme kulové kohouty u čerpadel V Bezpečnostní opatření 1 Čerpadlo nesmí běžet na suho 2 Saí nebo výtlačnou strana čerpadla nesmí být při hodu uzavřena 3 Minimální průtok čerpadly je 0,2 l/s 4 Do nádrže se nesmí nalévat voda z vodovodu, je v ní destilovaná voda stabilizovaná malou přísadou antimikrobiálního prostředku 5 Je zakázáno mačkat jiná tlačítka na frekvenčním měniči a na ostatníh přístrojíh, než ta, která jsou uvedená v návodu Mohlo by tím dojít k přeprogramování elektronikého řízení a následnému poškození zařízení 6 Před zapnutím hlavního vypínače se obsluha zařízení musí přesvědčit o dostatečné hladině vody v zásobní nádrži VI Zpraování naměřenýh hodnot Při zpraování naměřenýh hodnot postupujeme podle vztahů uvedenýh v části I této kapitoly Protokol musí obsahovat kromě vzorového příkladu výpočtu také grafy Jeden graf vždy obsahuje příslušnou závislost pro všehny zadané frekvene otáčení VII Symboly d průměr rotoru čerpadla m H praovní výška čerpadla m n frekvene otáčení čerpadla s -1 N výkon čerpadla W

9 P příkon čerpadla W V objemový tok m 3 s -1 bezrozměrová veličina (kritérium podobnosti) Indexy dolní vztaženo k čerpadlu VIII Kontrolní otázky 1 Co je to harakteristika odstředivého čerpadla? Jaké veličiny budete nastavovat a jaké měřit? 2 Jaký je vztah mezi praovní výškou čerpadla, měrnou energií dodávanou čerpadlem tekutině a výkonem čerpadla? 3 Jak lze z naměřenýh a vypočítanýh závislostí pro jednu frekveni otáčení odhadnout závislosti pro jinou hodnotu frekvene otáčení, o které závislosti se jedná? Jsou v prái zjištěné závislosti v souladu s teorií podobnosti? 4 Jaká je oblast použití odstředivýh čerpadel? 5 Jakým způsobem se nastaví potrubní trasa pro samostatně praujíí čerpadlo A? 6 Jakým způsobem se nastaví potrubní trasa pro samostatně praujíí čerpadlo B? 7 Popište jednotlivé části praovní aparatury 8 Jakým způsobem proběhne měření každé harakteristiky odstředivého čerpadla?