Parametry pracy pompy i zjawisko kawitacji

Transkrypt

1 Parametry pracy pompy i zjawisko kawitacji 1. Parametry pracy pompy 1.1. Wysokości podnoszenia 1.2. Wydajności 1.3. Moce 1.4. Sprawności 2. Kawitacja 2.1. Zjawisko kawitacji 2.2. Wpływ kawitacji na pracę pompy 2.3. Eksploatacyjne sposoby zapobiegania kawitacji 3. Literatura Opracował: Bartosz Basiński

2 1. Parametry pracy pompy 1.1. Wysokości podnoszenia Wysokość podnoszenia jest to róŝnica pomiędzy ciśnieniem na wlocie i na wylocie pompy, wyraŝona w metrach słupa pompowanej cieczy, oznaczona literą H. Wysokość podnoszenia nie zaleŝy od cięŝaru właściwego pompowanej cieczy w przeciwieństwie do ciśnienia mierzonego manometrem w MPa, które jest wprost proporcjonalne do cięŝaru pompowanej cieczy. Manometryczna wysokość podnoszenia to suma manometrycznej wysokości ssania i tłoczenia (suma wskazań przyrządów pomiarowych), wyraŝona w metrach słupa wody. Geometryczna wysokość podnoszenia (rys.1) to suma geometrycznej wysokości ssania i tłoczenia, wyraŝona w metrach. Manometryczna wysokość tłoczenia to wysokość ciśnienia odczytana na manometrze podczas pracy motopompy, wyraŝona w metrach słupa wody (m H 2 O). W przypadku zatrzymania motopompy obie te wielkości zrównałyby się ze sobą. Oznacza to, Ŝe zarówno manometr, jak i manowakuometr po zatrzymaniu motopompy (przy załoŝeniu idealnej szczelności pompy i przewodów) wskazywałaby rzeczywiste odległości do Rys. 1. Geometryczne wysokości: ssania, tłoczenia i podnoszenia lustra wody oraz rzeczywistą wysokość na jaką pompa wtłoczyła wodę. Dzieje się tak dlatego, Ŝe po zatrzymaniu całkowicie ustaje przepływ wody w liniach tłocznych i ssawnych, w związku z tym znikają całkowicie opory tarcia. Geometryczna wysokość tłoczenia (rys. 1) to rzeczywista pionowa odległość między osią nasady ssawnej pompy, a punktem najwyŝszego rzutu wody, mierzona w metrach. Manometryczna wysokość ssania to wysokość ssania odczytana na wakuometrze podczas pracy pompy wyraŝona w m H 2 O. Po zatrzymaniu pracy pompy manometryczna wysokość ssania jest równa geometrycznej wysokości ssania, ze względu na brak oporów przepływu. Geometryczna wysokość ssania (rys.1) to rzeczywista odległość pionowa między lustrem wody, a osią nasady ssawnej pompy, mierzona w metrach. Teoretyczną wysokością podnoszenia pompy nazywamy sumę uŝytecznej wysokości podnoszenia i oporów hydraulicznych w pompie spowodowanych tarciem cieczy o ścianki kanałów przepływowych, zawirowaniami itp.

3 1.2. Wydajności Wydajność jest to ilość cieczy jaką moŝe dostarczyć pompa w jednostce czasu, mierzona w dm 3 /min lub m 3 /h, wydajność oznaczamy literą Q. Rzeczywista wydajność pompy Q r (Q) jest to suma natęŝenia przepływu w przekroju króćca wylotowego i cieczy odprowadzanej (równieŝ przed króćcem tłocznym) na własne potrzeby pompy np. chłodzenie łoŝysk, dławic itp. Wydajność nominalna pompy Q n jest to wydajność określona przez producenta i podana na tabliczce znamionowej. Wydajność nominalna występuje przy nominalnej wysokości podnoszenia i nominalnej prędkości obrotowej pompy. Przy poprawnej eksploatacji powinna występować zaleŝność Q r = Q n. Wydajność optymalna Q opt jest to wydajność występująca przy optymalnej sprawności pompy. W dobrze skonstruowanej pompie Q opt pokrywa się z Q n. Wydajność teoretyczna pompy Q th jest to natęŝenie przepływu w pompie idealnie szczelnej i przy teoretycznej wysokości podnoszenia. Q th =Q + Q str Q str - łączne straty występujące w pompie (przepływ powrotny do wirnika, przecieki przez dławice itp.) 1.3. Moce Moc na wale (sprzęgle) pompy P w jest to moc pobierana przez pompę i określona przez bezpośredni pomiar momentu napędzającego pompę lub określana pośrednio przez pomiar mocy pobieranej przez silnik P s. P w = P s η s η s sprawność silnika napędowego Moc uŝyteczna (efektywna) pompy P u jest to moc zuŝyta na zwiększenie energii pompowanej cieczy Sprawności Sprawność objętościowa pompy η v jest to stosunek wydajności rzeczywistej do wydajności teoretycznej. Sprawność objętościowa waha się zazwyczaj w granicach 0,9-0,98 przy czym większe wartości odnoszą się do pomp większych. Sprawność hydrauliczna pompy η h jest to stosunek uŝytecznej wysokości podnoszenia do wysokości teoretycznej. Sprawność hydrauliczna zleŝy od rodzaju pomp: dla pomp wyporowych przybiera wyŝsze wartości do 0,98; dla pomp wirowych w granicach od 0,8 do 0,96. ZaleŜy teŝ od wielości pomp dla większych ma większą wartość. Sprawność mechaniczna pompy η m jest to stosunek róŝnicy mocy na wale i mocy zuŝywanej na pokonanie oporów mechanicznych występujących w pompie do mocy na wale. Sprawność mechaniczna pompy waha się w granicach od 0,92 do 0,98 zaleŝnie od wielkości i jakości wykonania pompy. W pompach bezdławnicowych sprawność mechaniczna wynosi 1,00.

4 Sprawność całkowita pompy η jest to jest to stosunek mocy uŝytecznej pompy do mocy pobieranej przez pompę na wale. Sprawność całkowitą moŝemy policzyć teŝ ze wzoru: η = η v η h η m Całkowita sprawność pompie powinna być mniejsza od 0,6. Nowoczesne pompy osiągają wartości wynoszące 0,9. Przeciętne sprawności motopompy wynoszą od 0,7 do 0,8. 2. Kawitacja 2.1. Zjawisko kawitacji Kawitacja jest to proces tworzenia się pęcherzyków parowogazowych nasyconej cieczy, w skutek miejscowego spadku ciśnienia poniŝej wartości krytycznej, bliskiej ciśnieniu parowania tej cieczy przy danej temperaturze. Następnie pęcherzyki porywane przez płynącą ciecz trafiają do obszaru wyŝszego ciśnienia, gdzie para się skrapla. Pęcherzyki znikają w sposób bardzo gwałtowny, w czasie krótszym niŝ 0,001 sekundy implodują. Ciecz napływająca z duŝą prędkością w miejsce pęcherzyków moŝe osiągnąć ciśnienie rzędu 350 MPa. W miejscu znikania, przy ściance następuje charakterystyczne niszczenie materiału konstrukcyjnego pompy, objawiające się w postaci kawern (wŝerów) i porów o głębokości dochodzącej nawet do kilkunastu milimetrów. Oznakami kawitacji są: Hałas (nieregularne trzaski i szumy) Drgania kadłuba kanału przepływowego Wyraźne słyszalne odgłosy, jakby uderzenia Kawitacja występuje w kanałach przepływowych maszyn i urządzeń hydraulicznych, głownie pomp, turbin wodnych oraz armatury (zasuwy, zawory, zwęŝki itp.). Towarzyszy ona spadkowi ciśnienia, a więc wyŝszym prędkościom cieczy, co ma miejsce głównie w pompach wirowych, szczególnie o wyŝszych wartościach wyróŝnika szybkobieŝności n sq (wraz ze Rys. 2. Miejsca występowania kawitacji w pompie wirowej, odśrodkowej; o powstawanie pęcherzyków parowogazowych, implodowanie tych pęcherzyków. wzrostem n sq rośnie prędkość przepływu cieczy). W pompach wyporowych kawitacja występuje rzadko, ze względu na małe prędkości cieczy. Powstawanie pęcherzyków parowo-gazowych (rys. 2) występuje w pompie na obszarze najniŝszego ciśnienia, a więc na obszarze wlotowym wirnika, tuŝ przed lub na wlocie na łopatki. Implozja pęcherzyków powodująca niszczenie materiału występuje w kanałach międzyłopatkowych wirnika lub na wewnętrznej stronie ścian bocznych.

5 2.2. Wpływ kawitacji na pracę pompy W pierwszym stadium, gdy tworzą się pęcherzyki parowo-gazowe, kawitacja nie ma większego wpływu na pracę pomp. Według niektórych nawet zwiększa jej wydajność, zmniejszając tarcie cieczy o ścianki przez powstałe pęcherzyki. W drugim stadium, implozje pęcherzyków wywołują drgania całej pompy a jednocześnie ciśnieniomierze na ssaniu i tłoczeniu wykazują nadmierne i nieregularne wahania, towarzyszy temu spadek wysokości podnoszenia i sprawności pompy. Rys. 3. Charakterystyka pompy odśrodkowej w której wystąpiła kawitacja W trzecim stadium tzw. bardzo silnej kawitacji następuje załamanie się charakterystyk przepływu, poboru mocy i sprawności (rys.3). Powstanie kawitacji związane jest z: DuŜą wysokością ssania, DuŜa prędkością obrotową wirnika, Przekroczenie nominalnej wydajności, co wiąŝe się z nadmiernym wzrostem prędkości i spadkiem ciśnienia w przekroju ssawnym, Nieprawidłowym zasileniem wirnika wynikającym ze złego kształtu kanału wlotowego, nierówną powierzchnią kanału Eksploatacyjne sposoby zapobiegania kawitacji Ustawienie pomp z zapewnieniem moŝliwie małej wysokości ssania lub duŝego napływu, Eksploatowanie w pobliŝu nominalnej wydajności przy nadmiernym zwiększeniu jak i zmniejszeniu wydajności występuje kawitacja, Zabezpieczenie przed wzrostem temperatury pompowanej cieczy powodem wzrostu temperatury cieczy moŝe być praca w obiegu zamkniętym, Zabezpieczenie przed nieprzewidzianym wzrostem prędkości obrotowej pompy, Dopuszczenie do obszaru powstawania pęcherzyków parowogazowych pewnej ilości powietrza, Zapewnienie jak najmniejszych oporów w przewodzie ssawnym powodem wzrostu oporów w przewodzie ssawnym moŝe być zanieczyszczenie smoka bądź kosza ssawnego.

6 3. Literatura 1. Tadeusz Derecki: Sprzęt poŝarniczy do podawania wody i pian gaśniczych. SGSP Warszawa 1999 r. 2. St. Mazur, T. Myśliwiec: Obsługa motopomp. IWZZ Warszawa 1987r. 3. Praca zbiorowa: Mały poradnik mechanika, tom II. WNT Warszawa 1984r.