1. A mérés célja ÖRVÉNYSZIVATTYÚ JELLEGGÖRBÉINEK MÉRÉSE KÜLÖNBÖZŐ FORDULATSZÁMOKON (AFFINITÁSI TÖRVÉNYEK) A mérés célja egy egyfokozatú örvényszivattyú jelleggörbéinek felvétele különböző fordulatszámokon, ill. az affinitási törvények ellenőrzése. Az örvényszivattyú jellemzői a Q térfogatáram, a H szállítómagasság, a Pö bevezetett teljesítmény, az hatásfok és az n fordulatszám. A mérés során az alábbi függvénykapcsolatokat határozzuk meg: H = f 1 (Q) szállítómagasság a térfogatáram függvényében, Pö = f (Q) bevezetett teljesítmény a térfogatáram függvényében, = f 3 (Q) a szivattyú hatásfoka a térfogatáram függvényében három különböző fordulatszámon.. A berendezés leírása A berendezés vázlatát az 1. ábrán láthatjuk. A vizet az S jelű szivattyú a VT jelű tartályból kapja, a nyomócső függőleges, amelybe beépítették az MP jelű mérőperemet. Ezt követi egy vízszintes nyomócső szakasz, majd a függőleges leszálló ágon és a TZ jelű tolózáron keresztül kerül vissza a víz a VT jelű tartályba. A munkapontot a TZ tolózár fojtásával lehet beállítani. A szivattyút az MM jelű külső gerjesztésű egyenáramú mérlegmotor hajtja. A berendezés részleteit mutatja a., 3. és 4. ábra. 1
1. ábra. A mérőberendezés vázlata mérlegmotor szivattyú. ábra: A mérlegmotor és a szivattyú
3. ábra: A szivattyú és a tartály csatlakozása MP M1 M 4. ábra: manométerek 5. ábra: nyomócső a mérőperemmel TZ VT 3
3. A berendezések műszaki adatai A csővezeték belső átmérője D = 53 mm A szivattyú típusa BMS 5/48 A mérlegmotor típusa Efk 56 I 4 A mérlegmotor karhossza k = 716 mm A szűkítő nyílás legkisebb átmérője d = 30mm Üresjárási kiegyensúlyozáshoz szükséges tömeg: kg 0. 04 0. 03n / 1000 0. 04n /, ahol n ford / perc m0 1000 A munkafolyadék víz, sűrűsége víz = 1000 kg/m 3, kinematikai viszkozitása víz = 10-6 m /s. A manométerbeli higany sűrűsége: Hg = 13600 kg/m 3. 4. A jelleggörbéken szereplő mennyiségek mérése és számítása 4.1. Térfogatáram A térfogatáram mérés sarokmegcsapolású gyűrűkamrás mérőperemmel történik. Ez az eszköz szabványosított: az MSZ ISO 5167-1 szabvány tartalmazza a folyadékáram mérés előírásait. A mérőperemen átáramló Q térfogatáram arányos az MP mérőperem két megcsapolása között mérhető pp nyomáskülönbség gyökével: d pmp d g Hg víz h mp Q, (1) 4 4 víz ahol d a mérőperem legszűkebb átmérője, az átfolyási szám és hmp a mérőperem megcsapolásai közé kötött egycsöves higanyos manométer kitérése. Az átfolyási szám az MSZ ISO 5167-1 szabványban leírtak szerint számítható és mind a mérőperem átmérőviszonyától, mind az áramlási sebességtől függ. (A példatár 13. fejezete tartalmaz egy kidolgozott példát mérőperem térfogatáramának meghatározására.) A kiértékelés meggyorsítására megadjuk az (1) kifejezés egyszerűbb alakját erre a mérőberendezésre: Q Hgmm 3 3-4 m / s m / s,60510 h Hgmm víz mp, () 4
4.. Szállítómagasság Definíció szerint a szivattyú szállítómagassága H = (p II - p I ) / g + (c II - c I ) / g + h II h I, (3) ahol az összefüggésben p a nyomást, c a sebességet, h a geodetikus magasságot, I jelű index a szívócsonkot, II jelű index a nyomócsonkot jelöli (lásd az 1. ábrát). A p II - p I meghatározásához egy egycsöves higanyos manométert kapcsoltunk a VT tartály és jelű pontok közé. Írjuk fel a manométer egyensúlyi egyenletét (az impulzus vezetékekben mindenütt víz van): p0 - (z1+hm - z0) víz g + hm Hg g = p + (z-z1) víz g (4) Itt p0 a légköri nyomás. A és II jelű pontok között a veszteséges Bernoulli egyenlet : p II = p + (z -hs)víz g + p'. (5) A továbbiakban elhanyagoljuk a p veszteséget. A VT tartály felszíni pontja és az I pont között is írjuk fel a Bernoulli egyenletet: pi + víz c I / = p0 + z0 víz g, (6) amiből kifejezve a p értékét, behelyettesíthetve a manométer (11) egyensúlyi egyenletébe és kivonva belőle a (1) jelű egyenletet kapjuk a (pii -pi) különbségre, hogy víz pii pi hm ( Hg víz ) g h s vízg c I (7) Ezt behelyettesítve a szállítómagasság egyenletébe, megkapjuk a H számítására alkalmas összefüggést. H h m ( Hg víz ) Q 1 víz d g 4 Behelyettesítve a numerikus értékeket kapjuk, hogy c II (8) 5
m 3 h mm134,4 Qm H[ m] 0,016 m / s 6 m / s (9) 4.3. Bevezetett teljesítmény (Pö) Az örvényszivattyú bevezetett teljesítménye a tengelyteljesítmény: Pö = Mt, (10) ahol M t a szivattyú tengelyének forgatásához szükséges nyomaték, pedig 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, (11) ahol m o a motor üresjárási kiegyensúlyozáshoz szükséges tömeg (lásd a 3. fejezet) és k a mérlegmotor karhossza. 4.4. Hasznos teljesítmény (Ph ) Az örvényszivattyú hasznos teljesítménye Ph = Q víz g H (1) 4.5. Hatásfok () A szivattyú összhatásfoka a szivattyú hasznos és bevezetett teljesítményének hányadosa: = Ph /Pö (13) 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 fordulatszámokat a mérésvezető oktató állítja be. A mérési pontok felvételéhez szükséges különböző üzemállapotokat a TZ tolózár segítségével a hallgatók állítják be. A mérés menete: 1) Fordulatszám beállítása 6
a) Szabályozás a TZ tolózárral. b) A fordulatszám mérése. c) A mérlegmotor kiegyensúlyozása. d) A manométerek leolvasása (a különböző mérőhelyeken azonos időpontban). e) A mérési eredmények beírása a jegyzőkönyvbe. ) Új fordulatszám beállítása A mérési pont felvételét követi az ellenőrző diagram megrajzolása. Ennek abszcissza (x) tengelyére a mérőperemre kötött higanyos manométer kitérésének négyzetgyöke és a fordulatszám hányadosa ( h mp / n ), ordináta (y) tengelyére a szállítómagasság és a fordulatszám négyzetének hányadosa ( / n ) kerüljön. h m Mind a három fordulatszámon mért jelleggörbét ugyanabban a diagramban ábrázoljuk. A léptéket a helyszínen, a műszerek maximális kitérése alapján célszerű megválasztani. A jelleggörbéken megfelelő számú és eloszlású pontjaink lesznek, ha a mérőperemre kapcsolt egycsöves manométer kitérését a természetes számok négyzetének megfelelően állítjuk be (azaz teljesen zárt tolózárállás, majd 4mm, 9mm, 16mm, 5mm, 36mm stb.). Mérendő fordulatszámok: 100 ford/perc és 1600 ford/perc között tetszőleges 3 fordulatszám, lehetőleg egyenletesen elosztva. A fordulatszám beállítása alatt a tolózárat teljesen ki kell nyitni! Amennyiben a mérés során a szállítómagasság mérésére bekötött manométer kitérése megközelíti a szállítómagasság mérésére szolgáló manométer mérési tartományának megfelelő maximális kitérést, a mérést meg kell szakítani és a tolózárat visszanyitni! 6. A mérési eredmények feldolgozása A Tanszéki honlapon, a tárgy követelményei után megtalálható a Mérési jegyzőkönyv követelményei cím, itt az alaki és a tartalmi követelmények (mérési eredmények feldolgozása, hibaszámítás, stb.) egyaránt megtalálhatók. Diagramok: H(Q) jelleggörbék azonos diagramban. (Q) jelleggörbék azonos diagramban. Pö(Q) jelleggörbék azonos diagramban. 7
5 kiválasztott hatásfokértékhez tartozó pont megjelölése a H(Q) jelleggörbéken fordulatszámonként eltérő jelölőt (pl.:+,,,, ) használva, azaz kagylódiagram szerkesztése. H/n (Q/n) jelleggörbék. 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