ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΤΛΙΩΝ

Transcript

1 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΤΛΙΩΝ (Από Β.Μ.Π. Ευγενίδου Ιδρύματος, Αθήνα 2015) Επιμέλεια : Ράπτης Κων/νος Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π. Ασπρόπυργος 2018 Σελίδα 1 από 7

2 Χαρακτηριστικά Στοιχεία Αντλιών 1. Γενικά Κάθε αντλία χαρακτηρίζεται από ορισμένα βασικά στοιχεία που προσδιορίζουν τις ικανότητες της, τα οποία είναι : Τα διάφορα ύψη της αντλίας. Η παροχή της. Οι διάφοροι βαθμοί απόδοσης και το έργο της. Η ισχύς ή ιπποδύναμη που απαιτείται για την κίνηση της. 2. Ύψη Αντλιών α. Στατικό Ύψος Αναρρόφησης (Ηα) Είναι η κατακόρυφη απόσταση από τη στάθμη του υγρού που θα αναρροφήσει η αντλία έως το θάλαμο αναρρόφησης της (σχήμα 1). Οι τιμές που λαμβάνει το στατικό ύψος αναρρόφησης είναι θετικές ή αρνητικές και εξαρτώνται από τη θέση που έχει η αντλία σε σχέση με αυτό. Σχήμα 1 Όταν η αντλία βρίσκεται χαμηλότερα από την στάθμη αναρρόφησης λαμβάνει αρνητική τιμή διότι το υγρό ρέει προς την αντλία υπό την επίδραση της βαρύτητας. Όταν βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια του υγρού της δεξαμενής αναρρόφησης είναι θετική (σχήμα 2). Σχήμα 2 β. Στατικό Ύψος Κατάθλιψης (Ηκ) Είναι η κατακόρυφη απόσταση από το θάλαμο κατάθλιψης της αντλίας μέχρι τη στάθμη της δεξαμενής στην οποία καταθλίβεται το υγρό (σχήμα 1 & 2). γ. Στατικό Ύψος (Ησ) Είναι το αλγεβρικό άθροισμα του στατικού ύψους αναρρόφησης και του στατικού ύψους κατάθλιψης, δηλαδή η κατακόρυφη απόσταση από τη στάθμη αναρρόφησης μέχρι της στάθμη κατάθλιψης του υγρού (σχήμα 1 & 2). Ησ = Ηα + Ηκ Σελίδα 2 από 7

3 δ. Ύψος Αντιστάσεων (Ηr) Είναι το σύνολο των απωλειών που δημιουργούνται κατά τη ροή του υγρού καθώς αυτό διαρρέει την αντλία με απώλεια ενέργειας (σχήμα 1 & 2). Αποτελούν ε- μπόδιο στην κίνηση της φλέβας υγρού και εκφράζεται σε ύψος στήλης υγρού. Οι α- ντιστάσεις δημιουργούνται κατά τη ροή του υγρού που πραγματοποιεί η αντλία και έχουν ως συνέπεια απώλεια ενέργειας του υγρού. Διακρίνονται σε αντιστάσεις : Αδράνειας : Οφείλονται στην καλούμενη αντίδραση αδράνειας της υδάτινης στήλης, η οποία θα πρέπει να αποκτήσει ορισμένη ταχύτητα κίνησης στην αναρρόφηση υα και στη κατάθλιψη υκ. Λαμβάνεται υπόψη η διαφορά στη διάμετρο των σωλήνων, καθόσον η διάμετρος στη κατάθλιψη είναι μικρότερη από της αναρρόφησης. Παθητικές : Οφείλονται σε τριβές, στροβιλισμούς της φλέβας, στενώσεις ή διευρύνσεις της διατομής της ροής, καμπύλες, παρεμβολή των ρυθμιστικών οργάνων και δημιουργούνται είτε στην αντλία, είτε στις σωληνώσεις (Α Κ). Οι αντιστάσεις διακρίνονται σε εσωτερικές που αφορούν την αντλία και εξωτερικές που αφορούν τις σωληνώσεις από σημείο σύνδεσης με την αντλία μέχρι τέλος. Από λειτουργικής πλευράς οι αντιστάσεις συμπεριφέρονται σαν να προσθέτουν επιπλέον ύψος κατά τη μετακίνηση του υγρού Αυτό σημαίνει ότι για μετακίνηση υγρού από χαμηλή στάθμη σε υψηλότερη δεν αρκεί η υπερνίκηση των υψών αναρρόφησης και κατάθλιψης, αλλά το πρόσθετο ύψος των αντιστάσεων. ε. Ολικό Ύψος (Ηολ) Είναι το αλγεβρικό άθροισμα του στατικού ύψους της αντλίας Ησ και του ύ- ψους αντιστάσεων Ηr (σχήμα 1 & 2). [Ηολ = Ησ + Ηr ή Ηολ = Ηα + Ηκ + Ηr]. στ. Μανομετρικό Ύψος (Ημ) Είναι το ολικό ύψος αν αφαιρέσουμε τις εξωτερικές αντιστάσεις των σωληνώσεων. [Ημ = Ηολ Ηr ή Ημ = Ηκ + Ηα]. Το Ημ χαρακτηρίζει την ικανότητα της αντλίας, ανεξάρτητα από τη θέση της και τις τοπικές συνθήκες εγκαταστάσεως των σωληνώσεων (Α Κ). Οι αντιστάσεις των σωληνώσεων εξαρτώνται από τη θέση, τις καμπύλες, το μήκος και τους διακόπτες. Το μανομετρικό ύψος αφορά την ίδια την αντλία και δίδεται κάθε φορά από τον κατασκευαστή. 3. Παροχή Αντλίας Εννοούμε την ποσότητα (όγκο) του υγρού που η αντλία καταθλίβει στη μονάδα του χρόνου. Η παροχή των αντλιών διακρίνεται σε Θεωρητική (Qθ) και Πραγματική (Qπ). Μονάδα μέτρησης m 3 /h ή lit/sec. Θεωρητική Παροχή : Ο όγκος του υγρού που θα έπρεπε να αποδίδει η αντλία αν δεν υπήρχαν εσωτερικές ή εξωτερικές διαρροές. Είναι η παροχή της α- ντλίας που έχει υπολογιστεί από τον κατασκευαστή με βάσει τα χαρακτηριστικά της. Αν γνωρίζουμε τη διατομή της σωλήνωσης αναρρόφησης της (Fα) και την ταχύτητα του υγρού (υα) τη στιγμή της εισαγωγής του στην αντλία. Qθ = Fα υα. Πραγματική Παροχή : Ο όγκος του υγρού που αποδίδει στο σωλήνα κατάθλιψης στη μονάδα του χρόνου για ορισμένο μανομετρικό ύψος (Ημ). Ισχύει η εξίσωση της συνέχειας της ροής του υγρού και είναι : Qπ = Fκ υκ. 4. Ισχύς Αντλίας H Αξονική ή Εισερχόμενη Ισχύς μεταβιβάζεται στον άξονα της αντλίας από τον κινητήρα και είναι πάντα μεγαλύτερη από την ωφέλιμη ισχύ της αντλίας. Σχετίζεται με το βαθμό απόδοσης της αντλίας και ορίζεται ως : n = nολ = Nω/Νi. Σελίδα 3 από 7

4 H Ωφέλιμη ή Υδραυλική Ισχύς μιας αντλίας υπολογίζεται από το ωφέλιμο έργο που αποδίδεται από την αντλία στο υγρό. Είναι το γινόμενο της πραγματικής παροχής με το στατικό ύψος και το ειδικό βάρος του υγρού. Νω = Qπ Ησ γ (W) & Νω = Qπ Ησ γ/75 (ΗΡ) Η Πραγματική Ισχύς απαιτείται στον άξονα της αντλίας, είναι μεγαλύτερη από την ωφέλιμη, διότι θα πρέπει να καλυφθούν όλες οι υδραυλικές και μηχανικές απώλειες. Νi = Qπ Ηολ γ/nολ (W) ή Ν = Qπ Ησ ρ g/nολ (W) Όπου : Qπ = Πραγματική παροχή (m 3 /sec) Ησ = Στατικό ύψος (m) ρ = Πυκνότητα (Kg/m 3 ) g = Επιτάχυνση βαρύτητας (10 m/sec 2 ) nολ = Ολικός βαθμός απόδοσης της αντλίας 5. Βαθμοί Απόδοσης Οι απώλειες έχουν αποτέλεσμα το αποδιδόμενο από την αντλία πραγματικό έργο να είναι μικρότερο από αυτό που παρέχει στον άξονα της το κινητήριο μηχάνημα. Οι απώλειες διαφέρουν μεταξύ τους και χαρακτηρίζονται από τους διάφορους βαθμούς απόδοσης της αντλίας. Ογκομετρικός Βαθμός ή Ογκομετρική Απόδοση, δίδεται από : nν = Qπ/Qθ Ανάλογα με το τύπο της αντλίας κυμαίνεται από 0,80 0,98. Οι μεγαλύτερες τιμές αντιστοιχούν σε αντλίες εκτόπισης, ενώ οι μικρότερες σε φυγοκεντρικές. Α- πώλειες λόγω μη τέλειας στεγανότητας των βαλβίδων, στροφείου εμβόλου κ.λ.π. Παρατηρείται ολίσθηση του υγρού από την αντλία προς το περιβάλλον ή από την κατάθλιψη στο χώρο αναρρόφησης. Υδραυλικός Βαθμός : Εκφράζει το σύνολο των αντιστάσεων (εσωτερικών & εξωτερικών) του δικτύου στη μεταφορά του ρευστού. Οι εσωτερικές εξαρτώνται από τα μήκη των σωλήνων, τον αριθμό και τη γωνία των καμπυλών τους, τον αριθμό και τα είδη των βαλβίδων, διακοπτών και οργάνων ελέγχου. Δίδεται από τη σχέση : nη = Ησ/Ηολ Εκφράζει το επιπλέον έργο που απαιτείται για να υπερνικηθούν εκτός από το ύψος των αντιστάσεων της αναρρόφησης (Ηα) και της κατάθλιψης (Ηκ) και το ύψος του συνόλου των αντιστάσεων (Ηr). Ενδεικτικός Βαθμός: nε = nν nη Μηχανικός Βαθμός : Εξαρτάται από τις δυνάμεις τριβής μεταξύ των κινούμενων μερών μιας αντλίας. Η αξονική ισχύς Νi που μεταδίδεται στην αντλία μετατρέπεται σε ισχύ διακινούμενου υγρού Ν και σε ισχύ μηχανικών απωλειών για υπερνίκηση απωλειών τριβής. Δίδεται από τη σχέση : nm = N/Ni Ολικός Βαθμός : Το πηλίκο της ωφέλιμης ισχύος προς τη χορηγούμενη ισχύ από το κινητήριο μηχάνημα και παρέχει το μέτρο του συνόλου των απωλειών. Σελίδα 4 από 7

5 nολ = Nω/Νi = γ Qπ Ησ/Νi Ni= γ Qπ Ησ/nολ n = nολ = nm nν nη Οι συνηθισμένες τιμές του ολικού βαθμού απόδοσης είναι : Εμβολοφόρες Περιστροφικές εκτόπισης Φυγοκεντρικές ακτινικές Κοχλιοφόρες αξονικής ροής Μικτής ροής Παροχές Αντλιών Για εμβολοφόρο παλινδρομική αντλία απλής ενέργειας δίδεται από τη σχέση : Qθ = F S n 60 (m 3 /h) F = π D 2 /4 (m 2 ) ενεργός επιφάνεια εμβόλου S = 2 R - διαδρομή εμβόλου (m) n (r.p.m.) Για εμβολοφόρο παλινδρομική αντλία διπλής ενέργειας ισχύει : Qθ = 2 F S n 60 (m 3 /h) F = π/4 (D 2 -d 2 /2) (m 2 ) επιφάνεια εμβόλου S διαδρομή εμβόλου (m) d διάμετρος διωστήρα εμβόλου n (r.p.m.) Για γραναζωτή αντλία, είναι : Qθ = V n 60 (m 3 /h) V = Όγκος του υγρού που μετακινείται από το στροφείο σε μια στροφή V = 2 F l z (m 3 ). n (rpm) F = Επιφάνεια διατομής του διαστήματος μεταξύ δυο συνεχόμενων οδόντων (m 2 ) l = Μήκος οδόντων (m) z = Αριθμός οδόντων Για κοχλιωτή αντλία, είναι: Qθ = 2 V n 60 (m 3 /h) n (rpm) V = Ο όγκος του υγρού που μετακινείται σε μια στροφή, είναι : V = π (D 2 - d 2 ) β/4 (m 3 ) Σελίδα 5 από 7

6 D = Εξωτερική διάμετρος του κοχλία d = Εσωτερική διάμετρος του κοχλία β = Το βήμα 7. Πλεονεκτήματα Περιστροφικών Αντλιών Σελίδα 6 από 7

7 Σελίδα 7 από 7