Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav Odbor fluidního inženýrství Victora Kaplana
Měření průtokové, účinnostní a příkonové charakteristiky ponorného čerpadla Vypracovali: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Datum měření:
1
Zadaní Určete průtokovou, účinnostní a příkonovou charakteristiku jednostupňového odstředivého čerpadla, instalovaného na zkušebně odboru fluidního inženýrství Victora kaplana.
Schéma měřící stanice
Popis měřící tratě Měřící trať je složena ze sací nádrže která slouží jako zásobník kapaliny, sacího potrubí DN53, měřeného čerpadla, výtlačného potrubí DN53, indukčního průtokoměru, regulačního uzávěru SV. Na měřícím stendu jsou umístěny dva snímače tlaku. Jeden v sacím potrubí, druhy za čerpadlem na výtlačném potrubí. Wattmetrický převodník měří elektrický příkon motoru čerpadla.
Měřené veličiny p1 - tlak atmosférický p2 - tlak za výtlačným hrdlem čerpadla Q - průtok Pr - příkon elektromotoru čerpadla
[kPa] [kPa] [l/s] [W]
Použitá měřicí technika p1 -
snímač tlaku DMP 331, výrobce BD SENZORS s.r.o. Uh. Hradiště, měřicí rozsah 160 kPa (A), přesnost ±0,25%, proudový výstup 0−20 mA, v.č. 11 496 11 97
2
p2 -
snímač tlaku DMP 331, výrobce BD SENZORS s.r.o. Uh. Hradiště, měřicí rozsah 250 kPa (A), přesnost ±0,25%, proudový výstup 0−20 mA, v.č. 114271197
Q -
indukční průtokoměr typ MQI99-C ELA Brno, měřicí rozsah 0-10l/s, přesnost ± 0,5 % z měřené hodnoty, proudový výstup 4-20 mA.
Pr -
převodník výkonu RAWET P1S, rozsah 0-11kW, přesnost ±0,5%, proudový výstup 4-20mA. Napájení snímačů p1, p2,- ss stabilizovaný zdroj NZ 224 Ramet, UN=24 V, v.č. 9910027.
Elektrické signály snímačů p1, p2, Q, Př byly zpracovávány průmyslovým počítačem PC 386SX typ KONTRON IP LITE s měřicí kartou PCL 812-PG. Počítač je vybaven měřícím sw pro měření energetických a kavitačních charakteristik hydraulických zařízení. Frekvence vzorkování 10 Hz, doba ustáleného měření 30 s.
Počítané veličiny Z naměřených veličin je nutno počítat tyto veličiny: Y - měrná energie čerpadla ɳ - účinnost čerpadla
[J/kg] [-]
Výpočetní vztahy Výpočet měrné energie čerpadla v měřených pracovních bodech podle vztahu:
Y= kde
p 2 - p1 ρ
+
c 22 - c 12 2
+g . z
p2 - měřený tlak na výtlaku čerpadla p1 - měřený tlak v sací nádobě c1 - střední rychlost kapaliny v místě tlakového snímače p1 c2 - střední rychlost kapaliny v místě tlakového snímače p2 z - poloha snímače p2 nad hladinou g - gravitační zrychlení ρ - hustota čerpané kapaliny
[Pa] [Pa] [m/s] [m/s] [m] [m/s2] [kg/m3]
Rychlost kapaliny: c=
kde
Q S
Q - průtok S - průřez v místě tlakového snímače
[m3/s] [m2]
3
Výpočet účinnosti: η=
kde
ρ Q Y Pr
ρ . Q . Y Pr
- je hustota - průtok - měrná energie - příkon elektromotoru
[kg/m3] [m3/s] [J/kg] [W]
Výpočet Stanovení výšky z, snímače p2 nad hladinou: - tuto výšku je možno přímo změřit, nebo stanovit z tlakové diference při odstaveném čerpadle kdy měrná energie čerpadla je nulová a průtok je nulový potom platí:
Naměřené veličiny při odstaveném čerpadle Tlak nasání p1 [kPa] 97,779296482412
Tlak na výtlaku p2 [kPa] 94,910056894244
Průtok Q [l/s] 0,0104909955827
Příkon Pr [W] 3,9239112014912
Použité hodnoty pro výpočet: p1 = 97,779296482412 kPa p2 = 94,910056894244 kPa ρ = 1 000 kg/m3 g = 9,81 m/s2 d = 0,032 m S = 0,000804248 m2 Y=
p 2 - p1
0=
z=-
p 2 - p1 ρ . g
=-
ρ
Q2 +g . z + 2 . S 22
p 2 - p1 ρ
+0+g . z
(94,910056894244 - 97,779296482412).10 3 1 000 . 9,81
= 0,29 m
4
Postup měření pro stanovení charakteristiky 1. Odvzdušnění měřícího okruhu. 2. Kontrola funkcí snímačů tlaků, kontrola nastavení nuly Q, Pr. 3. Spuštění asynchronního motoru čerpadla. Kontrola otáček čerpadla. 4. Nastavení Q pomocí otevření SV. 5. Kontrola ustálení tlaků, příkonu, průtoku. 6. Vlastní měření nastaveného bodu. Měření bodu probíhá po dobu 30 sekund vzorkovací frekvencí 10Hz. Po 30-ti sekundách se v programu po opuštění nabídky „MĚŘENÍ“ aktivuje okno pro uložení parametrů měřeného bodu. 7. Ruční měření otáček čerpadla a zaznamenat hodnotu otáček. 8. Pokračovat v bodě 5, dokud nezměříme všechny požadované průtoky. 9. Odstavení čerpadla. 10. Měření tlakové diference při odstaveném čerpadle. 11. Vytisknout nebo uložit na disketu časově střední měřené hodnoty jednotlivých veličin pro další zpracování.
5
Postup zpracování charakteristiky 1. Ve všech měřených průtocích vypočítat měrnou energii a účinnost čerpadla. p1 [kPa] 99,179095477387 96,908006700168 95,715912897822 93,623048576214 90,261708542714 86,201943048576
p2 [kPa] 201,44871151272 192,66231593039 186,01991298527 175,56977911647 159,71176372155 137,42344377510
Q [l/s] 0,0107883112470 1,2800288820931 2,4121007475365 3,6141267414203 4,7244308528712 5,9917176350663
Pr [W] 515,94539061176 650,37197085240 751,94628029148 845,51198949331 915,04490764277 960,35163531605
Y [J/kg] 105,1389 98,62355 93,17324 84,81597 72,31929 54,09074
2. Graficky znázornit závislosti Y=f(Q), ɳ=f(Q), Pr=f(Q). Y=f(Q) 120 100
Y [J/kg]
80 60 40 20 0 0
1
2
3
4
5
6
7
4
5
6
7
Q [l/s]
ɳ=f(Q) 40 35 30 25 ɳ [%]
číslo měření 1 2 3 4 5 6
20 15 10 5 0 0
1
2
3 Q [l/s]
6
ɳ [%] 0,219843 19,41058 29,8882 36,25444 37,33888 33,74768
Pr=f(Q) 1000 900 800
Pr [W]
700 600 500 400 300 200 100 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Q [l/s]
Závěr Dle zadání jsme vypočetli výšku snímače p2 nad hladinou, která je 0,29 m a sestrojili požadované charakteristiky. Z jednotlivých charakteristik vyplývá, že s rostoucím průtokem klesá měrná energie, je třeba vyšší příkon elektromotoru čerpadla a roste účinnost až do bodu své maximální hodnoty, která nastala při měření číslo 5 (37,33888 %). Poté čerpadlo se zvyšujícím se průtokem neudrží maximální hodnotu jako v 5. měření a ztrácí na účinnosti. Měrná energie byla největší při měření číslo 1 (105,1389 J/kg).
7
