1.3. CSAVARSZIVATTYÚ MÉRÉSE
1.3.1. A mérés célja Méréssel meg kell határozni a PNEUMATIKUS és HIDRAULIKAI BERENDEZÉSEK GYÁRA által p = 140 bar üzemi nyomáskülönbségre készített csavarszivattyú n = 1500 1/min állandó fordulatszámon mért jelleggörbéit. Ez azt jelenti, hogy a szivattyú által létesített nyomáskülönbség függvényében meg kell határozni a szállított olaj mennyiségét Q = f (p) a bevezetett teljesítményt Pb = f (p) a szivattyú összhatásfokát = f (p) a szivattyú volumetrikus hatásfokot v = f (p) az előállított nyomáskülönbség függvényében. Tekintettel arra, hogy az olaj viszkozitása függ a hőmérséklettől, a mérések alatt az olaj hőmérsékletét közel állandó értéken kell tartani. Erre a célra szolgál a beépített hűtő. A csavarszivattyú végeredményben a ferdefogazású fogaskerék-szivattyúk továbbfejlesztésének tekinthető. A szivattyú vázlatos rajza az 1. ábrában látható.
1. ábra
Az ábrából láthatóan a szivattyú hajtóorsóját két tömítő orsó fogja közre. Az orsók külső henger felületei, mint csapágyfelületek szerepelnek, amit a szállított folyadék ken. Mivel csak a hajtóorsó van csavaró nyomatékkal terhelve ezért ez acélból, a két tömítő orsó pedig – ami szabadon legördül az álló házban – öntöttvasból, esetleg műanyagból készülhet. A szállítás úgy történik, hogy a menetárokban lévő folyadéktérfogat az orsók forgása közben a kisnyomású térből a nagynyomású térbe halad tengelyirányban. A folyadéktereket a tömítő orsók és a hajtóorsó, illetve a ház különíti el. A nyomótérrel egyidejűleg több folyadéktérfogat van kapcsolatban ezért a szállított közeg nyomásingadozása nem számottevő. 1.3.2. A berendezés leírása
1. kép A mérőberendezés az 1. képen, az elrendezési vázlata a 2. ábrán látható. A csavarszivattyú a T jelű tartályból az S szívócsövön keresztül szívja az olajat és szállítja azt az N nyomóvezetéken át a H hűtőbe. A hűtőn áthaladó olaj a KT köbözőtartályba alulról lép be azért, hogy az olaj habosodása elkerülhető legyen. A
2
köbözőtartályból az olaj, amikor a tartály megtelt a C jelű csap nyitásával jut vissza a T jelű tartályba. A csavarszivattyú által létrehozott nyomás beállítására az SZ jelű fojtószelep szolgál. A nyomás mérésére - 160 bar nyomáshatárú BOURDON csöves manométert építettünk be. A beszívott, valamint a köbözőtartályba jutó olaj hőmérsékletének mérésére a Tszívó valamint a Tköbözött ol. jelű hőmérők szolgálnak. Az olaj hőfokának szabályozása a hűtőn átáramoltatott víz mennyiségének változtatásával történik. Amikor az SZ jelű fojtószeleppel nagyobb nyomást állítunk be, az időegység alatt az olajban a disszipáció miatt belsőenergia növekedéssel járó hőmérséklet is változik, ezért a hűtés intenzitását – a hűtővíz mennyiségét – is növelni kell az SZ1 jelű szelep segítségével. A mérés megkezdése előtt az olaj hőmérsékletét a berendezés elindításával Tszívó 20°C körüli hőmérsékletre melegítjük fel és a mérést ezen a hőmérsékleten kezdjük el. A tapasztalat azt mutatta, hogy ettől 2 °C eltérés még nem okoz számottevő hibát a mérésben.
3
4
1.3.3. A berendezés mûszaki adatai A szállított folyadék: hidraulika olaj A csavarszivattyú típusjele: 32-2-5M/C A csavarszivattyú gyártási száma: 5213A A csavarszivattyú névleges adatai: n = 2880 1/min; p = 9810 kPa; Q = 28,6 dm3/min n = 1440 1/min, p = 9810 kPa; Q = 14 dm3/min Az egyenáramú mérlegmotor típusa: EFK 56 J4 Az egyenáramú mérlegmotor gyártásai száma: 94156 Az egyenáramú mérlegmotor karhossza: k = 0,716 m A mérlegmotor üresjárati kiegyensúlyozásához az n = 1500 1/min fordulatszámon szükséges súly tömege: mo = 0,01 kg. A köbözõtartály állandója: = 0,13 dm3/mm 1.3.4. A jelleggörbékben szereplő mennyiségek számítása a.) A Q térfogatáram és az ηv volumetrikus hatásfok A csavarszivattyú geometriai szállításának számítással történő meghatározásához a szivattyú geometriai adataira lenne szükség. A geometriai szállítást méréssel határozzuk meg, mivel a gyártó vállalatok ilyen tervezési adatokat nem közölnek. A méréshez megbontottuk a szivattyú szívó- és nyomóvezetékét valamint a tengelykapcsolót. A szívóoldalon közvetlenül a szívócsonkra tárolóedényt csatlakoztattunk a nyomócsonknál pedig mérőedénybe vezettük a szállított közeget. A mérési elrendezést a 3. ábra mutatja. A szivattyú tengelyét lassan forgatva, a körülfordulások N számát ismerve a szivattyún keresztül jutott olaj térfogata megmérhető. Az egy fordulatra jutó geometriai térfogat: *
V Vg . N
Itt N a körülfordulások számát és V* az N körülfordulás során szállított olajmennyiséget jelenti.
5
Az elvégzett mérések szerint az egy fordulatra jutó geometriai térfogat: 3
Vg 14,81 cm / ford .
Az n fordulatú szivattyú geometriai szállítása ezzel: Qg n Vg .
A csavarszivattyú tényleges folyadékszállítása a volumetrikus veszteség miatt (amely veszteség függ az előállított nyomáskülönbségtől, a szivattyú réseitől, a viszkozitástól stb.) a Qg-nél kisebb. A pillanatnyi n* fordulatszámhoz tartozó Q* szállítás a KT köbőzőtartály m szintemelkedésével és a hozzátartozó t idővel az alábbi módon számítható: Q *
m . t
Az összefüggésben = 0,13 dm3/mm a tartályállandót jelöli.
Ha az n* -gal jelölt fordulatszám a névleges n =1500 1/min értéktől csak pár százalékban tér el, a tényleges folyadékszállítás a névleges fordulatszámon – változatlan nyomásviszonyok mellett – az alábbi módon számítható: Q
n * Q . * n 6
A volumetrikus hatásfok értéke ezzel:
v
Q . Qg
b.) A Pb bevezetett teljesítmény és az összhatásfok 1 A bevezetett teljesítmény az n* tényleges fordulatszám mellett: s
Pbe m mo g k n 2 . *
*
Az összefüggésben: m [kg] a mérlegmotor kiegyensúlyozásához szükséges súly tömege k = 0,716 [m] a mérlegmotor karhossza mo [kg] az üresjárási kiegyensúlyozáshoz szükséges súly tömege, mely a mérésleírás végén található diagramról olvasható le. Az n* fordulatszámtól eltérő névleges n fordulatszámon – azonos nyomásviszonyok esetén – a hasznos és a bevezetett teljesítmény is megváltozik. Kis fordulatszám eltérés esetén élünk azzal a feltevéssel, hogy a hatásfok eközben állandó értéken marad. Ezt fejezi ki a Pbe
n * P m mo g k n 2 * be n
összefüggés. A csavarszivattyú szállítómagassága az örvényszivattyú szállítómagasságához hasonló összefüggéssel adható meg. Írható, hogy: c c1 p p1 H 2 2 z 2 z1 . 2g g 2
2
Tekintettel arra, hogy a szívócsonk átmérője megegyezik a nyomócsonk átmérőjével, azaz c2 = c1, továbbá a szívócsonk és a nyomócsonk azonos magasságban van, azaz z2 = z1, ezért a szállítómagasság H
p 2 p1 p g g 7
kifejezéssel adható meg. Figyelembe véve a csavarszivattyú által előállított nagy nyomást, nem követünk el nagy hibát, ha p1 p0 közelítéssel élünk, elhanyagoljuk továbbá a nyomásmérő manométer és a nyomócsonk közötti magasságkülönbséget és a csőszakasz veszteségét. Írható tehát, hogy: p ( pvalós po ) po pn .
Az összefüggésben: a mért nyomás, mely a manométerről leolvasott nyomásból határozható meg a mérésleírás végén szereplő kalibrációs diagram segítségével, a légköri nyomás.
pvalós p0
A szivattyú hasznos teljesítménye ezek után: Ph Q p .
A csavarszivattyú összhatásfoka:
Ph . Pbe
1.3.5. A mérőberendezés üzembe helyezése 1. 2. 3.
Ellenőrizzük, hogy a nyomóvezetékbe épített SZ jelű szelep nyitva van-e. Bekapcsoljuk a mérlegmotort és fordulatszámát n = 1500 1/min értékre állítjuk be. Miután a szivattyú néhány percig keringette az olajat, a berendezésben, leolvassuk a szívóoldali Tszívó hőmérsékletet. Ennek értéke az indulás előtt terheléssel történő előzetes melegítés eredményeként Tszívó 20 °C körüli érték.
1.3.6. A mérési pontok felvétele A mérési pontok felvételéhez szükséges különböző üzemállapotokat az SZ jelű szelep segítségével állítjuk be, azaz 1. beállítás az SZ szeleppel, 2. a mérlegmotor kiegyensúlyozása, ennek megtörténtét a mutatók mutatják, 3. 4.
a műszerek leolvasása, a köbözés végrehajtása, a leolvasott értékek feljegyzése, 8
5.
a mérési pontok berajzolása az ellenőrző diagramba.
1.3.7. A mérési eredmények feldolgozása Mérési jegyzőkönyvet kell készíteni, ennek formai előírásai itt, a tárgy honlapján a „Mérési jegyzőkönyv követelményei” menüpont alatt találhatók. 1.3.8. Felkészülés a méréshez 1.
El kell készíteni a mérési eredmények feljegyzéséhez szükséges táblázatot.
2.
Az ellenőrző diagramban az alábbi grafikonokat kell a mérés során elkészíteni:
Q f p ; m f p A léptékek az alábbiak: p = 5 bar/cm m = 0.2 kg/cm Q = 2 dm3/min/cm A csavarszivattyú térfogat kiszorítás elven működő gép. Az elméleti Qg = f(p) jelleggörbéje a 4. ábrába pontvonallal behúzott egyenes, amely párhuzamos a nyomástengellyel. A valóságban a szivattyú belső résveszteségei miatt a tényleges jelleggörbe – amit méréssel határoztunk meg – ettől eltér. Az eltérés annál nagyobb, minél kopottabb a szivattyú, azaz minél nagyobbak a belső rések. A 4. ábrában tájékoztatásul bemutatjuk a méréssel meghatározott jelleggörbék várható lefutását.
9
Csatolmányok
Mérlegmotor üresjárási tömegértékek 0,05 0,04
EFK 56 J4 gy.sz.: 94156
0,03
m0 = 2E-08*n2 + 2E-06*n - 0,0495
0,02
m0 [kg]
0,01 0 -0,01
0
500
1000
1500
2000
2500
-0,02 -0,03
-0,04 -0,05 -0,06
n [1/min]
Csavarszivattyú manométer kalibrációs diagram 90
0-160 bar Nr: 8-1039
80 70
pvalós = 1,0103*pleolvasott - 1,6209
pvalós [bar]
60
50 40 30 20 10
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
pleolvasott [bar]
10
90
