4. M ení charakteristiky erpadla
4. M ení charakteristiky erpadla 4.1.
Úvod
Charakteristika erpadla je závislost skute né m rné energie výšky
H)
Ph − Q ,
na pr toku
ú innosti
Q.
ηc − Q
K této základní
Y −Q
Y
(resp. skute né dopravní
charakteristice se p ipojují k ivky výkonu
a m rné energie pro potrubí
YP − Q .
Charakteristiku erpadla
nelze ur it p ímo, protože složité proud ní v ob žném kole a difuzoru a p edevším hydraulické ztráty z geometrických charakteristik a provozních podmínek matematicky prozatím kvantitativn
p esn
erpadla nelze
popsat. Rozbor hydraulických ztrát lze však
provést kvalitativn . K m ení m rné energie resp. dopravní výšky se používají p esné, cejchované tlakom ry, zpravidla kontrolní, s dvojím, na sob
nezávislým ukazovacím za ízením nebo
kapalinové tlakom ry. M rná energie (dopravní výška) erpadla Y [J.kg-1] ( H [m]) je rozdíl celkové energie tíhové jednotky (1N) dopravované kapaliny, který získá kapalina p i pr chodu erpadlem a ur í se ze vztahu
Y = gH = kde
pv − ps
ρ
c v2 − c s2 + g∆z + 2
pv [Pa]
p etlak ve výtla ném hrdle tený na manometru,
ps [Pa]
tlak v sacím hrdle tený na manometru i vakuometru,
∆z = (z 2 − z1 ) [m]
rozdíl výšek mezi místem m ení tlaku pv , ps . Rozdíl je kladný, je-li odb r ve výtlaku výše jak odb r v sání,
ρ [kg.m-1]
m rná hmotnost erpané kapaliny p i dané teplot . Pro vodu chladn jší než 30 ° C je možno dosadit ρ = 1000 [kg.m-3],
c v , c s [ms-1]
rychlosti kapaliny v místech m ení pv a ps , tj. ve výtlaku a sání
erpadla. Pokud je sací i výtla né potrubí stejného
pr m ru, pak len Odb ry pro m ení tlak
c v2 − c s2 je roven nule. 2
nesmí být v místech, kde se m ní sm r proud ní nebo
pr ez. Pro experimentální stanovení m rné energie erpadla byl vytvo en zkušební obvod.
4-1
4. M ení charakteristiky erpadla
4.2.
Popis m icího za ízení
Zkušební m icí obvod se skládá z následujících prvk : erpadlo (HG), nádrž na vodu (N), sací potrubí SP, výtla né potrubí VP, clona (C) pro m ení pr toku, kulový kohout (K), piezometrická trubice (PT) pro m ení tlaku na sání, U trubice se rtutí (UT) pro m ení rozdílu tlakové energie na výtlaku, obrácená U trubice (UTC) pro m ení ztrátové výšky na clon a spojovací prvky potrubí. Zp sob zapojení je na obr. 4.1 a obr. 4.2. Princip funkce obvodu:
erpadlo nasává vodu z instalované nádrže a vhání ji do
potrubního systému, odkud je voda odvád na zp t do nádrže. Obvod je dopln n pot ebnými tlakom ry.
obr. 4.1 Schématické znázorn ní zkušebního obvodu
obr. 4.2 Realizovaný obvod Tlak a tlakovou diferenci je možno zjiš ovat p i r zných pr tocích. Pr tok vody je možno regulovat pomocí regulace erpadla (HG) (4 stupn pr toku), tak pomocí kulového kohoutu (K) (plynulá regulace pr toku). Tlak na sání je ode ítán na piezometrické trubici (PT) 4-2
4. M ení charakteristiky erpadla a zm na tlakové diference na výtlaku je zjiš ována na p íslušné U trubici (UT). M ení pr toku v obvodu je realizováno pomocí clony a obrácené U trubice (UTC) zaznamenávající vzniklou tlakovou diferenci, která je úm rná rychlosti proud ní.
4.3.
Specifikace použitých prvk
P i realizaci obvodu viz obr. 4.1 byly použity tyto prvky: Nádrž (N) Objem nádrže:
42 dm3
Výrobce:
VŠB-TU Ostrava
erpadlo (HG) Typ:
cirkula ní erpadlo WILO (EA 60/1)
Clona (C) Vnit ní pr m r clony:
14 mm
Vnit ní pr m r potrubí:
18 mm
Výrobce:
VŠB
Potrubí (PS), (PV) Vn jší pr m r:
25 mm
Vnit ní pr m r:
18 mm
Kulový kohout (K)
Piezometrická trubice (PT) Výrobce:
VŠB
U – trubice (UT, UTC) Výrobce:
VŠB
4-3
4. M ení charakteristiky erpadla
CD-ROM 4-Charakteristika erpadla_popis.wmv
4.4.
Cejchovní k ivka clony
P i použití clony jako m idla rychlosti je nutné znát tzv. cejchovní k ivku clony, viz obr. 4.3, obr. 4.4, pomocí které lze ze ztrátové výšky na clon ur it pr tok, který je této výšce úm rný. 0,5 0,45 0,4 Q v [dm3.s -1]
0,35 0,3 0,25
y = 0,0289x 0,5237 R2 = 1
0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
50
100
∆ h c [mm]
150
200
250
obr. 4.3 Cejchovní k ivka clony z obvodu pro m ení charakteristiky erpadla ( erpadlo s možností azení) 0,4 0,35
Q v [dm3.s -1]
0,3 0,25 0,5044
0,2
y = 0,0247x 2
R =1
0,15 0,1 0,05 0 0
50
100
150
200
250
∆ hc [mm]
obr. 4.4 Cejchovní k ivka clony z obvodu pro m ení charakteristiky erpadla (samostatné erpadlo) 4-4
4. M ení charakteristiky erpadla
4.5.
Postup m ení a vyhodnocení charakteristiky erpadla
Postup m ení P i stanovení charakteristiky erpadla je vhodné postupovat následujícím zp sobem: 1. Seznámíme se s obvodem. 2. P ipojíme hadi ku piezometrické trubice pro odb r tlaku na sání. 3. P ipojíme pomocí hadi ky U trubici se rtutí na odb r tlaku na výtlaku. 4. P ipojíme pomocí hadi ek obrácenou U trubici na odb r tlaku p ed a za clonou. 5. Zkontrolujeme, zda jsou všechny ostatní odb ry tlaku zat sn né – pokud ano spustíme erpadlo. 6. Kohout otev eme na plný pr tok. 7. Ode teme rozdíl výšek hladin hc na obrácené U trubici p ipojené ke clon , tlakovou výšku hs na piezometrické trubici na sání a rozdíl výšek hladin hv (tlaku) na U trubici p ipojené k výtlaku. Pak p iv eme mírn
kohout (K). Tento postup ode ítání
provádíme s maximálním možným po tem opakování (p ivírání kohoutu) až do úplného uzav ení kohoutu (K). Nam ené hodnoty zapíšeme do níže uvedené tab. 4.1. M ené veli iny M ení
hc [mm]
Po ítané veli iny
hs [mm]
hv
Qv
[mm]
3 -1
[dm s ]
ps
pv
Ys
[Pa]
[Pa]
[Jkg-1]
1 2 3 …. tab. 4.1 Vzorová tabulka pro nam ené a vypo tené hodnoty Vyhodnocení m ení Pro ur ení charakteristiky
erpadla je nutné znát objemový pr tok. Ten lze vypo ítat
z pr toku, který je úm rný ztrátové výšce
hc na clon . Vyhodnocení nam ených hodnot a
dopln ní tab. 4.1 lze tedy shrnout do následujícího postupu:
4-5
4. M ení charakteristiky erpadla 1. Do rovnice cejchovní k ivky dle použitého za ízení y = 0 ,0289 x 0 ,5237 , viz obr. 4.3 nebo
y = 0 ,0247 x 0 ,5044 , viz obr. 4.4, dosadíme za prom nnou x rozdíl ztrátovou výšku na clon
hc [mm] a výpo tem této rovnice získáme hodnotu pr toku Qv [dm3s-1]
2. P epo ítáme nam enou tlakovou výšku na sání hs na tlak ps. Tento výpo et se provede jednoduše pomocí rovnice pro výpo et hydrostatického tlaku tj. ps = ρ v g hs 3. Vypo teme tlak na výtlaku dle vztahu, pv = ρ Hg g.∆hv + ρ v g∆z , kde ∆z je rozdíl výšek mezi místem m ení tlaku pv , ps . 4. M rná energie se pak ur í ze vztahu Ys =
pv − ps
ρv
.
5. Celý výpo et je nutné opakovat pro všechny nam ené hodnoty. 6. Sestrojíme závislost m rné energie na objemovém pr toku Ys = f (Qv ) , pomocí regrese lze také stanovíme typ a koeficienty závislosti v Excelu (spojnice trendu).
CD-ROM 4-Charakteristika erpadla.wmv
4.6.
P íklad výsledku m ení charakteristiky erpadla
Prezentování nam ených a vypo ítaných hodnot je nevhodn jší pomocí grafu vyhotoveném nap . v programu Excel. Nam ené a vypo tené hodnoty je zvyklostí vyhodnocovat jako závislost m rné energie na pr toku, viz obr. 4.5, ale je možno vytvo it závislost dopravní výšky H [m] na pr toku, kde H =
4-6
Y . g
4. M ení charakteristiky erpadla 40 35 30
Ys [Jkg-1]
25 20 15 10 5 0 0
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
0.0006
3 -1
Q v [m s ]
obr. 4.5 P íklad závislosti m rné energie na pr tok
4-7
0.0007
0.0008
