02_Pumpe-dio2 (1)
-
Upload
srdjancar1 -
Category
Documents
-
view
28 -
download
7
Transcript of 02_Pumpe-dio2 (1)
PUMPEPUMPE
Dinamičke pumpeDinamičke pumpe
TEHNIČKI FAKULTETSveučilišta u Rijeci
Brodski sustavi, pomoćni strojevi i uređaji, Dio 2.
Dinamičke pumpe
CENTRIFUGALNE I AKSIJALNE PUMPE
Jednostupanjske
Pogonjene parnim strojem
Višestupanjske
Pogonjene parnom turbinom
Pogonjene glavnim strojem
Pogonjene elektromotorom
Radijalne Aksijalne
Napojne
Spiralno kućište CirkulacijskeDifuzor
Radijalne
DifuzorSpiralno kućište
Napojne
NapojnePožarneKaljužneSanitarnePitke vodeCirkulacijskeOpće službeBalastneRashladneTeretne
Napojne
Dinamičke pumpe
► Dinamičke pumpe (pumpe s kontiuiranim protokom) su hidraulički radni strojevi koji dovedenu mehaničku energiju predaju nekompresibilnom fluidu u normalnom stanju uporabe.
► Gore opisana izmjena energije odvija se pomoću dva osnovna dijela pumpe:
nepokretnog statorskog kućišta s priključcima za dovod tekućine i odvod tekućine koja izlazi iz rotora (kod radijalnih i dijagonalnih pumpi). Radi što manjih gubitaka na bridovima lopatica i izbjegavanja sudara struja u spiralnom kanalu, u statorskom kućištu mogu biti smještene i statorske lopatice (fiksne ili pokretne). Statorske lopatice susreću se samo kod većih pumpi zbog visokih troškova izrade.
pokretnog rotora s lopaticama
► Dinamičke pumpe povećavaju količinu gibanja tekućine djelovanjem lopatica rotora. Na taj je način povećana brzina tekućine, odnosno njena kinetička energija. Kasnije se u difuzoru smanjuje brzina (kinetička energija) i povećava tlak (potencijalna energija).
Princip rada dinamičke pumpe
Dinamičke pumpe
Osnovni dijelovi dinamičke pumpe
Nepomični dijelovi
Kućište pumpe
► Kućišta se izrađuju najčešće u dvije izvedbe: cilindrično i sprialno kučište. Unutar kućišta je smješten rotor pumpe.
► Spiralno kućište omogućuje ostvarivanje viših napora, dok su cilindrična kućišta namijenjena za niže napore i veće protoke.
► Spiralno kućište je izrađeno na način da se površina poprečnog presjeka povećava prema izlaznoj prirubnici, kao što je prikazano na sljedećoj slici. S povećanjem površine poprečnog presjeka smanjuje se brzina tekućine i povećava tlak tekućine.
► Jedna od osnovnih namjena spiralnog kućišta je i smanjenje opterećenja na vratilo pumpe zbog hidrauličkog tlaka tekućine. Opterećenja na vratilo pumpe su najmanja pri protoku pumpe preporučenom od strane proizvođača. Tijekom rada pumpe pri protocima manjima od preporučenih, može doći do pojačanog trošenja brtvi i ležajeva, kao i samoga vratila. Pumpe čije je kućište izvedeno s dvije spirale koriste se u slučajevima kada poprečno opterećenje postaje značajno pri smanjenim protocima (uronjene pumpe tereta).
Dinamičke pumpe
► Cilindrična kućišta imaju statorske lopatice koje okružuju periferiju rotora pumpe i pretvaraju kinetičku energiju tekućine u potencijalnu energiju.
► Cilindrična kućišta izrađuju se kao jednodijelna i višedijelna kućišta. Jednodijelna kućišta podrazumijevaju konstrukcije kod kojih se kućište i izlazna prirubnica izrađuju iz jednog ljevanog ili obrađenog dijela. Višedijelna kućišta su konstruirana iz više dijelova koji su međusobno povezani u cjelinu.
Jednodijelno kućište
Ulazna i izlazna prirubnica
► Ulazna i izlazna prirubnica su dijelovi kućišta pumpe. Najčešće se susreću sljedeće izvedbe ulaznih i izlaznih pirubnica:
•Čeoni ulaz / gornji izlaz – ulazna prirubnica je smještena čeono, na kraju vratila pumpe, dok je izlazna prirubnica smještena na gornjoj strani kućišta pumpe. Ove pumpe uvijek imaju vratilo uzvedeno s prepustom i imaju nisku NPSHr vrijednost jer fluid dotječe direktno u središte rotora pumpe.
•Gornji ulaz / gornji izlaz – obje prirubnice su smještene s gornje strane kućišta, okomito na vratilo pumpe. Ove pumpe mogu imati vratilo izvedeno s prepustom ili s rotorom između dva ležaja.
•Bočni ulaz / bočni izlaz - obje prirubnice su smještene bočno na kućištu pumpe, okomito na os vratila pumpe.
Dinamičke pumpe
Čeoni ulaz / gornji izlaz Gornji ulaz / gornji izlaz
Izvedbe ulaznih i izlaznih prirubnica pumpe
Dinamičke pumpe
Pomični dijelovi
Rotor
► Rotor je osnovni rotirajući dio koji tekućini daje centrifugalno ubrzanje. Rotori se često dijele na više različitih načina:
► Podjela prema smjeru strujanja tekućine kroz rotor u odnosu prema osi rotacije:
Radijalno strujanje - s = 0,2 1,2 , mali protok , visoki napor h
Dijagonalno strujanje - s = 1,0 3,0
Aksijalno strujanje - s = 2,0 10 , veliki protok , niski napor h
► Specifična kružna brzina s s-1 - predstavlja omjer kapaciteta i napora pumpe pri zadanoj kružnoj brzini
V
V
43ssgH
Vn2n2
► gdje je:n [1/s] - brzina vrtnje rotora
[m3/s] - volumni protok
H [m] - visina dobave (visina stupca tekućine)
V
Dinamičke pumpe
Protok
ProtokProtok
Radijalno strujanje Dijagonalno strujanje
Aksijalno strujanje
Vrste rotora prema smjeru strujanja tekućine kroz rotor u odnosu prema
osi rotacije
Dinamičke pumpe
► Podjela prema načinu ulaza tekućine u rotor: Jednoulazni rotor (tekućina ulazi na jednoj strani) Dvoulazni rotor (tekućina ulazi simetrično u rotor)
► Kod pumpi velikih protoka, rotori se često izvode tako da omogućuju ulaz tekućine u rotor s jedne i druge strane (dvoulazni rotor). Na taj se način postiže paralelni spoj rotora, čime se povećava protok i istovremeno se uravnotežuje aksijalna sila.
Jednoulazni i dvoulazni rotor
Dinamičke pumpe
► Podjela prema konstrukciji rotora: Zatvoreni rotor (bočne stijenke rotora zatvaraju prostor oko krila rotora) Otvoreni rotor (stijenka je samo s jedne strane) Polu-otvoreni rotor
Zatvoreni rotor i otvoreni rotor
Dinamičke pumpe
► Zatvoreni rotori zahtijevaju ugradnju distantnih prstenova koji predstavljaju dodatni problem tijekom eksploatacije i za održavanje.
► Otvoreni i poluotvoreni rotori se teže začepljuju, ali zahtijevaju ručno podešavanje položaja u odnosu na spiralno kućište da bi se postigao dobar rad pumpe i spriječila pojava recirkulacije unutar kućišta pumpe.
► Poluotvoreni rotori su idealni za tekućine u kojima ima krutih čestica, ali mogu imati i do 50% niži stupanj djelovanja od konvencionalne konstrukcije rotora.
► Broj rotora određuje broj stupnjeva pumpe. Jednostupanjska pumpa ima samo jedan rotor i najbolje je koristiti ju za rad pri nižim radnim tlakovima. Dvostupanjska pumpa ima dva rotora u seriji i koristi se za srednje visoke radne tlakove. Višestupanjska pumpa ima tri ili više rotora u seriji te se koristi za visoke radne tlakove.
► Napor pumpe koji se postiže u jednom stupnju pumpe može iznositi od 2 m do 400 m visine vodenog stupca, što odgovara tlaku od 0,2 do 40 bar.
Dinamičke pumpe
Temeljne jednadžbe za opis rada turbo strojeva
► Jednadžba kontinuiteta (jednadžba očuvanja mase)
► Jednadžba očuvanja energije
► Eulerova jednadžba
► Trokuti brzina
Dinamičke pumpe
Jednadžba kontinuiteta (jednadžba očuvanja mase)
► Volumni protok fluida koji protječe kroz poprečni presjek površine A brzinom v može se izračunati pomoću jednostavnog izraza:
vAV
► Maseni se protok može izračunati iz volumnog protoka i poznate gustoće fluida :
vAm
► Pretpostavimo da fluid protječe kroz cijev koja na ulazu ima presjek 1, a na izlazu presjek 2. Ako fluid ne curi iz cijevi niti dotječe drugi fluid u cijev, količina fluida koja je prošla kroz presjek 1, proći će i kroz presjek 2. U tom slučaju, može se pisati:
vAmvAmvAm 22221111
► Ako se fluid može smatrati nekompresibilnim, njegova se gustoća ne mijenja, a protok pritom ostaje konstantan te se gornja jednadžba reducira na:
vAVvAVvAV 222111
Dinamičke pumpe
Jednadžba očuvanja energije
1 - ulaz
L - rad izmijenjen s rotorom
Q - toplina izmijenjena kroz stijenke
2 - izlaz
2
22
221
21
11 22zg
vhmLQzg
vhm
► Kod pumpi se izmjena topline preko stijenki može zanemariti, a budući da vrijedi zakon o očuvanju mase, gornji se izraz može pisati:
2
22
21
21
1 22zg
vhlzg
vh
Dinamičke pumpe
11
1w 1c
1u
1rc
1tc2w
2c
2rc
2u2tc2 2
Trokuti brzina na ulaznom i izlaznom dijelu lopatice rotora pumpe
Dinamičke pumpe
Eulerova jednadžba
► Jednadžba očuvanja količine gibanja :
12 vmvmF
1122 crmcrmFrM
tt crcrmMM 1122
tttt cucumcrcrmMP 11221122
► Jednadžba očuvanja količine gibanja za kružno gibanje :
► Snaga rotacijskog stroja može se pisati:
rc
tc
c
rA = r x c = r c. t A = r x c = r c
rt
ct
.
Dinamičke pumpe
► Specifični rad po jedinici mase jest:
1122 ucucm
Pw tti
2211 ucucm
Pw tti
22max, ucw ti
11max, ucw ti
► Maksimalni specifični rad po jedinici mase će se postići uz minimalne ulazne gubitke u rotor (c1t = 0):
- za pumpe
- za turbine
- za pumpe
- za turbine
► Specifični rad po jedinici težine jest:
1122
1ucuc
gg
wh tt
ii
2211
1ucuc
gg
wh tt
ii
- za pumpe
- za turbine
Dinamičke pumpe
► Iz trokuta brzina (na slici desno) slijedi:
c
rc
ctu
coscct
sinccr
cos2222 cucuw
222
2
1cos wcucu
, te uvrštenjem u jednadžbu za specifični rad, dobiva se:
111222 coscos cucuwi
► Primjenom kosinusovog poučka (slika desno, slijedi: c
u
1w
, a supstitucijom se dobiva sljedeći izraz:
21
21
21
22
22
22 2
1
2
1wcuwcuwi
Dinamičke pumpe
222
21
22
21
22
21
22 wwccuu
wi
222
22
21
22
21
22
21 wwccuu
wi
► Sredivanjem prethodnih izraza dobivaju se Eulerove jednadžbe:
- za pumpe
- za turbine
Dinamičke pumpe
Primjer 1.
► Pumpa rotira brzinom od 50 o/s (300 o/min). Voda dolazi na rotor na udaljenosti r1 = 0,3 m od osi rotacije s tangencijalnom komponentom rezultantne brzine c1t=0,5 m/s, a odlazi s rotora na udaljenosti r2 = 0,5 m s tangencijalnom komponentom rezultantne brzine c2t = 16 m/s. Protok vode kroz pumpu iznosi 35 litara u sekundi. Potrebno je odrediti sprecifični rad koji rotor predaje vodi, te moment i snagu potrebne za pogon pumpe.
Specifični rad pumpe
1122 ucucw tti
12,3145022 sn
111 25,94303,0100 msru
122 08,157505,0100 msru
1kgJ15,24665,025,941608,157 iw
Obodne brzine rotora
Dinamičke pumpe
Snaga potrebna za pogon pumpe
kW315,8615,2466351122 tt cucumP
1skg35035,01000 Vm
MP Nm8,274P
M
Nm8,2741122 tt crcrmM
Moment potreban za pogon pumpe
ili
Dinamičke pumpe
Primjer 2.
► Za centrifugalnu pumpu za vodu zadani su sljedeći podaci:r1 = 100 mmr2 = 180 mm1 = 302 = 20n = 24 o/s (1440 o/min)b1 = b2 = 0,044 m
► Potrebno je odrediti:a) protok vode koji ostvaruje pumpa, uz pretpostavku da se
rezultirajuća brzina c1 poklapa sa smjerom komponente c1r ;b) specifični rad wi ;c) napor pumpe hi .
a)21 VVV
111111 22 cbrcbrV r
13 sm24,07,8044,01,02 V
r1r2
b1
b2
111111 sm7,830tan1,0242tan2tan rnuc
1 1
w1
c1
u1
1
Dinamičke pumpe
b) Specifični rad wi
ttti cucucuw 221122
122 sm14,2718,02422 rnu
rcbrV 2222 1
222 sm82,4
044,018,02
24,0
2
br
Vc r
Budući da je c1 = c1r, odnosno da je c1t = 0, slijedi:
2222 sm17,37719,1314,27 ti cuw
vodestupcam45,38sm81,9
sm17,3772
22
g
wh ii
c) Napor pumpe hi
11
1w 1c
1u
1rc
1tc2w
2c
2rc
2u2tc2 2
1
2
222 sm9,13
20tan
82,414,27
tan
r
t
cuc