ÖRVÉNYSZIVATTYÚ MÉRÉSE A berendezés

Átírás

1 ÖRVÉNYSZIVATTYÚ MÉRÉSE A berendezés 1. A mérés célja A mérés célja egy egyfokozatú örvényszivattyú jelleggörbéinek felvétele. Az örvényszivattyú jellemzői a Q térfogatáram, a H szállítómagasság, a Pö bevezetett teljesítmény, az hatásfok és az n fordulatszám. A mérés során állandó fordulatszám mellett az alábbi függvénykapcsolatokat határozzuk meg: H = f 1 (Q) szállítómagasság a térfogatáram függvényében, Pö = f 2 (Q) bevezetett teljesítmény a térfogatáram függvényében, = f 3 (Q) a szivattyú hatásfoka a térfogatáram függvényében. A szivattyú vizsgálata akkor volna teljes, ha a fenti összefüggéseket kiegészítenénk a szívóképességre jellemző kavitációs szám-térfogatáram kapcsolat meghatározásával. Ez azonban igen munkaigényes és méréstechnikailag kevés újdonságot jelent. 2. A berendezés leírása A berendezés vázlatát az 1. ábrán láthatjuk. A vizet az S jelű szivattyú a csatornából szívja, majd az MP jelű mérőperemen, a T jelű tolózáron keresztül kerül vissza a csatornába. 1. ábra. Az A berendezés A munkapontot a T tolózár fojtásával lehet beállítani. Az S jelű szivattyút az MM jelű külső gerjesztésű egyenáramú mérlegmotor hajtja. A 1

2 nyomóoldali nyomás tájékoztató értékét a BM jelű Bourdon csöves manométer mutatja A 2., 3. és a 4. ábra mutatja az A berendezés részleteit: a mérlegmotort és a szivattyút valamint a manométereket. mérlegmotor szivattyú 2. ábra. A berendezés: szivattyú és mérlegmotor manométer tolózár 3. ábra. A berendezés: tolózár és Bourdon csöves manométer 2

3 ábra. A berendezés: szivattyú és manométerek. A Δh1, Δh2, Δh3 kitérést az 1, 2, 3 jelű manométerről olvassuk le 3

4 3. A berendezések műszaki adatai A csővezeték belső átmérője (D) 100 mm A szivattyú típusa BMS 140/24 A mérlegmotor típusa SE MD A mérlegmotor karhossza, k A szűkítő nyílás legkisebb átmérője, d Mérlegmotor üresjárási kiegyensúlyozó tömege n=1800/min fordulatszámon, m mm 70 mm 0.03 kg Mindkét berendezésben a munkafolyadék, sűrűsége = 1000 kg/m 3, kinematikai viszkozitása = 10-6 m 2 /s. A manométerekben lévő higany sűrűsége: kg/m A jelleggörbéken szereplő mennyiségek mérése és számítása 4.1. Térfogatáram mérés (Q) A térfogatáram mérés mindkét berendezésben sarokmegcsapolású gyűrűkamrás mérőperemmel történik. Ez az eszköz szabványosított: az MSZ ISO szabvány tartalmazza a folyadékáram mérés előírásait. A mérőperemen átáramló Q térfogatáram arányos az MP mérőperem két megcsapolása között mérhető pp nyomáskülönbség gyökével: 2 d 2p p Q, (1) 4 ahol: d a mérőperem legszűkebb átmérője az átfolyási szám. pp a nyomáskülönbség a mérőperem megcsapolásai között, Az átfolyási szám az MSZ ISO szabvány szerint az alábbi alakú: C 1 4. (2) 4

5 Itt = d /D az átmérő-viszony és C az átfolyási tényező. Az átfolyási tényezőt az u.n. Stolz-féle formulával kell kiszámítani: C = 0, ,0312 2,1-0, ,0029 2,5 (10 6 / Re) 0,75. (3) A Re Reynolds-szám a c átlagsebesség, a D csőátmérő és a kinematikai viszkozitás felhasználásával számolható: Re = c D /. (4) A fenti összefüggések felhasználásával a térfogatáram meghatározása iterativ módszerrel történik, az alábbiak szerint. Az induláshoz felveszünk egy folyadéksebességet: legyen pl. c = 1 m/s. Ekkor ki tudjuk számolni a Re értékét a (4) összefüggéssel, majd a C sebességi tényező értékét a (3) összefüggéssel. Ismerve a értékét, az átfolyási szám is kiszámítható a (2) összefüggéssel. Ezzel meg tudjuk határozni a Q értékét is a (1) összefüggéssel. Ebből az első közelítő értékből ismét kiszámítjuk a c folyadéksebességet, majd ismét Re, a C és végül újra a módosított Q következik. Ezt az iterációt addig folytatjuk, amíg a két egymást követő Q térfogatáram között 1%-nál kisebb lesz az eltérés (3-4 lépés alatt ez bekövetkezik). A berendezésben (lásd az 1. ábrát) a mérőperemen mérhető nyomáskülönbség meghatározására egy fordított egycsöves vizes, és egy egycsöves higanyos manométer van egymással párhuzamosan kapcsolva. Ha kicsi a térfogatáram, akkor a vizes manométerrel is mérünk. Ekkor: pp =h 3 g (5) Ha nagy a térfogatáram, akkor a vizes manométer csatlakozó szelepei zárva vannak és csak a higanyos manométerrel mérünk. Ekkor: pp =h 2 ( Hg - ) g (6) összefüggéssel határozhatjuk meg a nyomáskülönbséget 4.2. A szállítómagasság (H) Definíció szerint a szivattyú szállítómagassága H = (p II - p I ) / g + (c II 2 - c I2 ) / 2g + h II - h I (7) Az összefüggésben p nyomás, c sebesség, h geodetikus magasság, I jelű index a szívócsonkot, II jelű index a nyomócsonkot jelzi (lásd az 1. és 5. ábrát). A berendezésen p II - p I meghatározásához egy egycsöves higanyos manométer van kapcsolva az 1 és 2 jelű pontok közé. Írjuk fel a manométer egyensúlyi egyenletét (vegyük figyelembe, hogy az 1 jelű pont és a ma- 5

6 nométer közötti impulzus vezetékben levegő, a 2 jelű pont és a manométer közötti impulzus vezetékben pedig van) : pi + h1 Hg g = p2 + (z2-z1) viz g (8) Írjuk fel az 1 és az I jelű pontok között a veszteséges Bernoulli egyenletet (p1' jelöli a vezetékszakasz veszteségét): p1 = pi + pi' (9) Hasonló módon a Bernoulli egyenlet a 2 és II pontok között (p2' jelöli a vezetékszakasz veszteségét): p II = p2 + (z2 -hs)viz g + p2' (10) A (9) és (10) Bernoulli egyenletből kifejezzük a p2 illetve a p1 értékét, ezeket helyettesíthetjük be a manométer (8) egyensúlyi egyenletébe. Így kifejezést kapunk a (pii -pi) különbségre. p p h g z h ) g +Σ Δp II I 1 Hg ( 1 Ezt behelyettesíthetjük a szállítómagasság (7) egyenletébe, megkapjuk a H számítására alkalmas összefüggést. 2 2 Hg p cii ci H h1 z1 g 2g A számítás során elhanyagolhatjuk a p1' és p2' veszteségeket, és vegyük figyelembe, hogy a szívó- és nyomócső keresztmetszete azonos (c II = c I ), továbbá, hogy z 1.0 Így végül a szállítómagasság kiszámítására alkalmas összefüggés: Hg H h 1 (11) 4.3. Bevezetett teljesítmény (Pö) Az örvényszivattyú bevezetett teljesítménye a tengelyteljesítmény. Pö = Mt, (12) ahol M t a szivattyú tengelyének forgatásához szükséges nyomaték, a szivattyú tengelyének szögsebessége. A tengelynyomatékot az MM jelű mérlegmotor kiegyensúlyozásával mérjük. Ha a mérlegmotor serpenyőjébe m tömeget kell helyezni, hogy a motor állórésze egyensúlyba kerüljön (az állórészre helyezett mutató fedésbe kerül a rögzített mutatóval), akkor a tengelynyomaték Mt =(m-mo ) g k (13) s 6

7 m o k a motor üresjárási kiegyensúlyozáshoz szükséges tömeg, lásd a 3. fejezetben a mérlegmotor karhossza Hasznos teljesítmény (Ph ) Az örvényszivattyú hasznos teljesítménye Ph = Q viz g H (14) 4.5. Hatásfok () A szivattyú összhatásfoka a szivattyú hasznos és bevezetett teljesítményének hányadosa: = Ph / Pö (15) 4.6. Átszámítás a névleges fordulatszámra A mérés közben a fordulatszám mérési pontról mérési pontra változhat, kis fordulatszám-eltérések esetén az affinitás törvényének érvényességét feltételezve az alábbi összefüggésekkel számíthatjuk ki az nnévl névleges fordulatszámhoz tartozó paramétereket: H = H * (nnévl / n * ) 2 Q = Q * (nnévl / n * ) Pö = Pö * (nnévl / n * ) 3, (16) itt *-gal jelöljük a mérés tényleges fordulatszámához tartozó értékeket. 5. Mérési pontok felvétele A mérőberendezéseket a gyakorlatot vezető oktatók helyezhetik üzembe, és állíthatják le. A hallgatók csak a mérési pontok felvételéhez szükséges beavatkozásokat végezhetik a berendezéseken. A mérési pontok felvételéhez szükséges különböző üzemállapotokat a T tolózár segítségével állítjuk be. o Szabályozás a T vagy a TZ tolózárral, o A fordulatszám mérése, o A mérlegmotor kiegyensúlyozása o A manométerek leolvasása (a különböző mérőhelyeken egyidőben), o A mérési eredmények beírása a jegyzőkönyvbe, o A mérési pont felrajzolása az ellenőrző diagramba. A mérési pont felvételét követi az ellenőrző diagram megrajzolása. Ennek abszcissza tengelyén, a mérőperemre kötött higanyos manométer mm- 7

8 ben leolvasott kitéréséből vont négyzetgyök értékét ( h2 -t, mint a térfogatárammal arányos mennyiséget), ordináta tengelyén a mérlegmotor kiegyensúlyozásához szükséges m tömeget (mint a bevezetett teljesítménnyel közel arányos mennyiséget), valamint a szívó és nyomócsonk közé kapcsolt differenciálmanométer kitérését (Δh1-et vagy Δhm-et, mint a szállítómagassággal közel arányos mennyiséget) ábrázoljuk. A léptéket a helyszínen, a műszerek maximális kitérése alapján célszerű megválasztani. A mérési pontok sűrűsége, a pontok beállítása, a visszamérés stb. az ellenőrző diagram alapján történik. A Q - H jelleggörbe alakjából adódik, hogy kis térfogatáramoknál célszerű a térfogatáram szerint, nagy térfogatáramoknál a szállítómagasság szerint beállítani a mérés üzemállapotát. Megjegyzés: Ha a mérés során a mérőperem nyomáskülönbségét a vizes manométerről is leolvastuk, az ellenőrző diagram számára ellenőrzésül ki kell számítani a megfelelő higanykitérést az alábbi képlet alapján. h2 = h3 / (Hg - ) =0,079 h3 6. A mérési eredmények feldolgozása A Tanszéki honlapon, a tárgy követelményei után megtalálható a Mérési jegyzőkönyv követelményei cím, itt az alaki és a taralmi követelmények (mérési eredmények feldolgozása, hibaszámítás, stb.) egyaránt megtalálhatók. 7. Felkészülés a méréshez A mérési gyakorlatra az alábbiak szerint kell előkészülni: o ismerni kell ezt a mérési tájékoztatót. A mérési tájékoztató ismeretét a mérés kezdetekor ellenőrizzük o tudni kell a kiosztott "egyéni mérési feladat" megoldásának menetét. A "mérési feladat" megoldására való felkészülést a megoldás vázlatának bemutatásával és elmagyarázásával kell bizonyítani. o A mérési adatok feljegyzéséhez elő kell készíteni egy táblázatűrlapot o milliméterpapírt kell hozni az ellenőrző diagram rajzolásához 8