ΑΝΤΛΙΕΣ. 1.-Εισαγωγή-Γενικά. 2.-Χαρακτηριστικές καμπύλες. 3.-Επιλογή Αντλίας. 4.-Αντλίες σε σειρά και σε παράλληλη διάταξη. 5.

Transcript

1 ΑΝΤΛΙΕΣ 1.-Εισαγωγή-Γενικά 2.-Χαρακτηριστικές καμπύλες 3.-Επιλογή Αντλίας 4.-Αντλίες σε σειρά και σε παράλληλη διάταξη 5.-Ειδική Ταχύτητα

2 1.-Εισαγωγή-Γενικά - Μετατροπή μηχανικής ενέργειας σε υδραυλική - Δύο βασικές κατηγορίες αντλιών (α) Τουρμπο-Υδραυλικές αντλίες (ι) Φυγοκεντρικές (ιι) Τύπου προπέλας (ιιι) Τύπου φλέβας (β) Αντλία θετικής μετατόπισης - Η κατηγορία (α) χρησιμοποιείται σε εφαρμογές υδραυλικές - Ισχύς και Απόδοση Αντλιών Εισερχόμενη Ισχύς κινητήρα ει = ωt, ω = γωνιακή ταχύτητα, Τ= στρέψη του P s Αποδιδόμενη Ισχύς P =γ Qh, h = μανομετρικό αντλίας αποδ αντλ αντλ (ωφέλιμη ισχύς) Συντελεστής Απόδοσης Αντλίας η αντλ = P αποδ P εισ - Απόδοση κινητήρα Pκφν Pεισ η κιν =, P κιν = ισχύς που προσφέρεται στον κινητήρα - Ολική Απόδοση Αντλίας P P P η t =ηαντλ η κιν = = P P P αποδ εισ αποδ εισ κιν κιν

3 (1) Φυγοκεντρικές Αντλίες. Βασική Αρχή (Demour, 1730). Σύγχρονες Φυγοκεντρικές Αντλίες Σχεδιασμός με βάση την αρχή της διατήρησης της γωνιακής ορμής (angular momentum).

4 (2) Αντλίες Τύπου Προπέλας (Αξονικής Ροής). Σχεδιασμός με βάση την αρχή της ώθησης ορμής (impulsemomentum). Χρησιμοποιούνται για χαμηλά φορτία (<12m) και μεγάλες παροχές (> 20 / s ) (3) Αντλίες τύπου φλέβας

5 Εύρος Εφαρμογών

6 2.- Χαρακτηριστικές Καμπύλες Διάγραμμα χαρακτηριστικών καμπυλών φυγοκεντρικής αντλίας. Σχεδιασμός αντλίας για ένα εύρος παροχών. Η απόδοση της αντλίας μειώνεται σημαντικά για παροχές μεγαλύτερες της παροχής σχεδιασμού. Άσκηση Μία αντλία έχει τις χαρακτηριστικές καμπύλες του προηγούμενου σχήματος. Λειτουργεί με ένα ηλεκτρικό κινητήρα 100kW απόδοσης 65%. Να υπολογισθεί η παροχή, το φορτίο και η απόδοση της αντλίας. Λύση Η ισχύς που προσφέρει ο κινητήρας στην αντλία είναι Pεισ =η κινpκιν = kW = 65kW Από τις καμπύλες του σχήματος έχουμε 2 Q = 0.2m / s, H = 19. 6m και η = 40% αντλ

7 3.- Επιλογή Αντλίας. Για ένα σύστημα αντλίας-δικτύου κατασκευάζεται η καμπύλη Μανομερικού- Παροχής (h αντλ -Q). Με συσχέτιση του διαγράμματος χαρακτηριστικών καμπύλων της αντλίας (που προσφέρεται από τον κατασκευαστή) και της καμπύλης h αντλ -Q επιλέγεται η κατάλληλη αντλία.

8

9 Άσκηση Μία αντλία θα χρησιμοποιηθεί για την μεταφορά νερού 7 / s μεταξύ δύο δεξαμενών με διαφορά στάθμης 35m. Αν χρησιμοποιηθεί σωλήνας διαμέτρου 100mm και τραχύτητας 0.045mm επιλέξτε την κατάλληλη αντλία και προσδιορίστε τις συνθήκες λειτουργίας της αντλίας με βάση (α) τις χαρακτηριστικές καμπύλες H ~ Q και (β) τα διαγράμματα απόδοσης της αντλίας. Λύση Η ταχύτητα ροής είναι U = Q / A = 0.89m / s, 5 ο αριθμός Re U D / , και η σχετική τραχύτητα ε / D = = ν =. Από το διάγραμμα Moody ο συντελεστής τριβής f είναι f=0.033 και οι απώλειες λόγω τριβών L 2 h f = f U / 2g D = 13.32m. To φορτίο που θα πρέπει να καλύψει η αντλία είναι (εξ. ενέργειας) h αντλ = = m.. Από το σχήμα (α) φαίνεται ότι μπορεί να χρησιμοποιηθούν αντλίες τύπου IV και V. Tα παρακάτω μεγέθη θα πρέπει να προσδιορισθούν πριν την επιλογή της αντλίας. Q( / s ) U (m/s) Re F h f h αντλ Από τον παραπάνω πίνακα και το σχήμα (β), υπάρχουν οι παρακάτω δυνατότητες: (α) Αντλία ΙV στις 3550 rpm: Q=6.8 / s, Συνολικό φορτίο=46m, επομένως P = 7.5h p αντλ και η=60%. (β) Αντλία ΙV στις 3850 rpm: Q=8.1 / s, Συνολικό φορτίο=52m, επομένως P = αντλ 10hp και η=75%. (γ) Αντλία V στις 3250 rpm: Q=6 / s, Συνολικό φορτίο=45m, επομένως P = αντλ 7.5hp και η=58%. (δ) Αντλία V στις 3350 rpm: Q=8.4 / s, Συνολικό φορτίο=54m, επομένως P 10.5hp και η=61%. αντλ = Η (α) περίπτωση είναι η καλύτερη αν επιτραπεί διαφοροποίηση στην παροχή κατά 3%. Διαφορετικά επιλέγεται η (β) περίπτωση.

10 4. Αντλίες σε σειρά και σε παράλληλη διάταξη. Η απόδοση μιας αντλίας μεταβάλλεται με την παροχή και το φορτίο. Η βέλτιστη απόδοση επιτυγχάνεται για ένα περιορισμένο λειτουργικό εύρος.. Αποδοτική λειτουργία για μεγάλο εύρος παροχών και φορτίων επιτυγχάνεται με την εγκατάσταση πολλών (ομοίων) αντλιών σε ένα σταθμό. (ι) Παράλληλες αντλίες-αύξηση της παροχής αλλά το πιεζομετρικό φορτίο παραμένει το ίδιο με αυτό της μιας αντλίας. (ιι) Αντλίες σε σειρά-αύξηση του πιεζομετρικού φορτίου αλλά η παροχή παραμένει η ίδια με αυτή για μία αντλία.

11 . Η απόδοση ενός συστήματος αντλιών (παράλληλες ή σε σειρά) είναι η ίδια με αυτή της μιας αντλίας. Η εγκατάσταση μπορεί να γίνει με ξεχωριστό κινητήρα για κάθε αντλία ή με ένα κινητήρα για όλες τις αντλίες. Εγκαταστάσεις με πολλές αντλίες μπορούν να σχεδιασθούν έτσι ώστε να λειτουργούν σε σειρά ή παράλληλη διάταξη. Για λειτουργία σε σειρά η βάνα Α είναι ανοιχτή και οι Β, C κλειστές. Για παράλληλη λειτουργία η βάνα Α είναι κλειστή και οι Β και C (ανοιχτές).

12 Άσκηση Το συνολικό φορτίο μεταξύ δύο δεξαμενών που συνδέονται με ένα σωλήνα 2 3 δίνεται από την σχέση H = Q (Q σε m / s, Η σε m). Η χαρακτηριστική καμπύλη μιας αντλίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί δίνεται από τον πίνακα. Φορτίο (m) Παροχή (m 3 /s) Aπόδοση (%) Προσδιορίστε τα Q, H και απόδοση αν χρησιμοποιήσουμε (α) μία αντλία (β) δύο αντλίες σε σειρά (γ) δύο παράλληλες αντλίες. Λύση Σχεδιάζουμε τις χαρακτηριστικές καμπύλες για τις τρεις περιπτώσεις. Επίσης σχεδιάζουμε την καμπύλη του συστήματος όπως φαίνεται στο σχήμα. Τα σημεία τομής προσδιορίζουν τις συνθήκες λειτουργίας 3 (α) Μία αντλία- Q = 0.047m / s, H = 33m, n = 55% 3 (β) Δύο αντλίες σε σειρά- Q = 0.054m / s, H = 37m, n = 29% 3 (γ) Δύο παράλληλες αντλίες- Q = 0.069m / s, H = 50m, n = 78%

13 5. Ειδική Ταχύτητα -Η επιλογή της αντλίας για μία συγκεκριμένη εφαρμογή βασίζεται στην απαιτούμενη παροχή Q και το φορτίο Η -Διαφορετικός σχεδιασμός μιας αντλίας όταν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για μεγάλα Q με μικρά Η ή για μικρά Q με μεγάλα Η. -Χαρακτηριστικός αριθμός για τον σχεδιασμό μιας αντλίας ο αριθμός σχήματος S S = ω Q 3 / 4 (gh ) -Στην πράξη δεν χρησιμοποιείται ο αριθμός S, αλλά η ειδική ταχύτητα ω s, που ορίζεται με δύο τρόπους (ανάλογα με τον κατασκευαστή). (α) ω Q ω s = (με βάση την παροχή) 3/ 4 H (β) ω Pεισ ω s = (με βάση την εισερχόμενη ισχύ στην αντλία) 5 / 4 H. Γενικά αντλίες με χαμηλές ειδικές ταχύτητες ( rpm) κατασκευάζονται για χαμηλές παροχές και μεγάλα φορτία, ενώ με μεγάλες ειδικές ταχύτητες ( rpm) χρησιμοποιούνται για μεγάλες παροχές και μικρά φορτία.