Εισηγητής : Κουμπάκης Βασίλης Μηχανολόγος Μηχανικός

Transcript

1 Εισηγητής : Κουμπάκης Βασίλης Μηχανολόγος Μηχανικός

2 ΣΚΟΠΟΣ Οι αντλίες οι συμπιεστές και η ανεμιστήρες ανήκουν σε μία οικογένεια μηχανών. Σκοπός των μηχανών αυτής της οικογένειας είναι να προσδώσουν ενέργεια σε ρευστά (σε συμπιεστά και ασυμπίεστα ρευστά) με σκοπό τη μεταφορά τους.

3 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΑ ΡΕΥΣΤΑ ΑΕΡΙΑ (συμπιεστά ρευστά) ΥΓΡΑ (ασυμπίεστα ρευστά) ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ Συμπιέζουν το ρευστό ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΕΣ Δεν συμπιέζουν το ρευστό ΑΝΤΛΙΕΣ

4 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Αρχή διατήρησης της μάζας Εξίσωση συνεχείας Αρχή διατήρηση της ενέργειας Εξίσωση ενεργείας Στα ασυμπίεστα ρευστά ισχύει Q 1 = Q 2 V 1 x A 1 = V 2 x A 2 ή V 1 x π x d 12 / 4 = V 2 x π x d 12 / 4 για κυκλικούς αγωγούς όπου Q => παροχή. V => ταχύτητα ροής Α = > διατομή. d = > διάμετρο ροής Σεόλαταρευστάισχύει P 1 /ρ+v 12 /2+g h 1 = P 2 /ρ+v 22 /2+g h 2 όπου p = > πίεση στατική. ρ = > πυκνότητα. v = > ταχύτητα ροής. g = > επιτάχυνση της βαρύτητας. h = > στάθμη ανύψωσης.

5 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Η πίεση στις αντλίας μετριέται με το ύψος της στήλης του υγρού που μεταφέρεται συνήθως σε mσυ μέτρα στήλη ύδατος hα - ύψος αναρρόφησης hκ ύψος κατάθλιψης Ησ = hα + hκ = συνολικό ύψος Εκτός από το συνολικό ύψος έχουμε και τις ενεργειακές απώλειες στον αγωγό αναρρόφησης Σα και στον αγωγό κατάθλιψης Σκ. Η ισχύ της αντλίας καταναλώνεται για να μεταφερθεί η παροχή Q στο ύψος Ησ αντιμετωπίζοντας τις ενεργειακές απώλειες λόγω τριβών στις σωλήνες. Λειτουργία αντλίας σε ατμοσφαιρική πίεση Λειτουργία αντλίας σε δοχεία υπό πίεση Μονάδες Ισχύ της αντλίας => [W] = 0.001[kW] Παροχή της αντλίας => [m 3 /sec] = 1/3600 [m 3 /h] Πίεση της αντλίας => [Ν/m 2 ] = [Ρα] = 1/10 5 [bar] = 1/10 6 [mσυ]

6 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Η υδροστατική πίεση της στήλης ρευστού είναι Ρ = γ x h =.. [Ν/m 2 ] όπου το γ = ειδικό βάρος του ρευστού [N/m 3 ] h = ύψος αναρρόφησης ή κατάθλιψης [m] Το ειδικό βάρος του νερού γ H2O = ρ x g = 1000 x 10 = = 10 4 [N/m 3 ] όπου το ρ = πυκνότητα του νερού = 1000 [kg/m 3 ] g = επιτάχυνση της βαρύτητας 9,81~ 10 [m/sec 2 ] Στην επιφάνεια της θάλασσας η πίεση του αέρα είναι περίπου Ρ ατμ = 1 bar = 1 x 10 5 [N/m2] από το Ρ = γ x h = > h = P / γ = 10 5 / 10 4 = 10 mσυ Αυτό σημαίνει ότι εάν η αντλία δημιουργήσει υποπίεση Ρ = 0 [bar] τότε μπορεί να αναρροφήσει από βάθος 10 m Στην πράξη η αναρρόφηση περιορίζεται στα 5 6 m. Ορισμένες αντλίες που δημιουργούν μικρότερη υποπίεση έχουν ακόμα μικρότερο ύψος αναρρόφησης και δεν μπορούν μόνες τους να ξεκινήσουν την αναρρόφηση. Αυτές τις αντλίες τις ταΐζουμε, δηλαδή γεμίζουμε τον σωλήνα αναρρόφησης με νερό μέχρι να καλυφθεί η φτερωτή τους για να ξεκινήσουν. Για να μην αδειάζει ο σωλήνας στο σημείο αναρρόφησης τοποθετείται μία αντεπίστροφη βαλβίδα.

7 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Σπηλαιώση Η σπηλαίωση είναι φαινόμενο που παρατηρείται στις αντλίες στο οποίο σταγονίδια υγρού κινούνται με μεγάλη ταχύτητα μέσα σε φυσαλίδες ατμοποιημένου υγρού και προσβάλουν τις μεταλλικές επιφάνειες προκαλώντας τους μία ιδιόμορφη φθορά μικροσκοπικών οπών. Οι φυσαλίδες σχηματίζονται σεπεριοχέςόπουητάσηατμών είναι μεγαλύτερη από την πίεση της περιοχής. Συνήθως αυτό γίνεται στο στόμιο αναρρόφησης της αντλίας. Γι αυτό εισάγεται το μέγεθος NPSH ως μέτρο προστασία των αντλιών στις εγκαταστάσεις. (Net Positive Suction Head) NPSH = hs - hv

8 P & Q πίεση και παροχή ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ M & n ροπή και στροφές ΙΣΟΖΥΓΙΟ V & A τάση και ένταση Αντλία Ηλεκτρικός κινητήρας Συγκρότημα αντλία & ηλεκτρικό κινητήρα Υδραυλική ισχύ της ροής => N ροής = P x Q = [Ν/m 2 ] x [m 3 /sec] = [W] Μηχανική ισχύ της αντλίας => N αντλίας = P x Q / (η αντλ x η μετ ) = [Ν/m 2 ] x [m 3 /sec] / η = [W] Ηλεκτρική ισχύ του κινητήρα => N ηκ = P x Q / (η αντλ x η μ x η ηκ ) = [Ν/m 2 ] x [m 3 /sec] / η =[W] Σύνηθες τιμές βαθμών απόδοσης η αντλ = 0,6-0,8 λαμβάνεται από το διάγραμμα της αντλίας η μ = 0,92-0,98 στην άμεση μετάδοση η μ = 1 η ηκ = 0,8-0,9 Εάν η εισαγόμενη ενέργεια σε κάθε μηχανή δεν μετατραπεί σε ωφέλιμο έργο τότε γίνεται θερμότητα που σημαίνει υπερθέρμανση του ηλεκτρικού κινητήρα ή της αντλίας.

9 ΑΝΤΛΙΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ή κινητικού τύπου Οι δυναμικές αντλίες πρώτα προσδίδουν κινητική ενέργεια στο ρευστό και μετέπειτα ένα μέρος της μετατρέπεται σε δυναμική ενέργεια ( πίεση ) ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ή στατικού τύπου Οι αντλίες θετικής μετατόπισης εκτοπίζουν όγκο ρευστό από ένα θάλαμο προκαλώντας την αύξηση της πίεση και την μετακίνηση του

10 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Ακτινικής ροής Ακτινική ροή Μικτής ροής Αξονικής ροής φυγοκεντρικές αντλίες στροβιλ αντλίες διαγώνια ελικοειδής ελικοφόρος

11 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Η φυγοκεντρική αντλία παρέχει μεγάλη πίεση σε μικρή παροχή Η αξονική αντλία παρέχει μεγάλη παροχή σε μικρή πίεση Οι δύο βασικές κατηγορίες αντλιών και οι διαφορές τους

12 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Ακτινικής ροής Μικτής ροής Αξονικής ροής Χαρακτηριστικά διαγράμματα των βασικών τύπων αντλιών σε σταθερές στροφές, H = f(q) διάγραμμα πίεσης σε σχέση με την παροχή, η = f(q) διάγραμμα βαθμού απόδοσης σε σχέση με την παροχή, N = f(q) διάγραμμα ισχύος σε σχέση με την παροχή

13 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Χαρακτηριστικό διάγραμμα φυγοκεντρικής αντλίας με καμπύλες ίσου βαθμού απόδοσης σε διαφορετικές στροφές και σειρά σωληνογραμμές Η αντλία μόνο σε ένα σημείο παρουσιάζει το βέλτιστο της βαθμό απόδοσης η max Οι παραβολικές καμπύλες που περνάν από το 0 είναι τα διαγράμματα των αντιστάσεων στο σωλήνα (σωλληνογραμμή)., h = f x L/D x 8.Q 2 /(π 2.d 4.g) Το σημείο λειτουργία της αντλίας είναι στη τομή των διαγραμμάτων αντλίας και σωλληνογραμμής Εάν το σημείο λειτουργίας της αντλίας είναι δεξιότερα από το βέλτιστο σημείο λειτουργίας της αντλίας τότε προσθέτοντας αντίσταση στη ροή μετατοπίζουμε το σημείο λειτουργίας στο σημείο η max. Η πίεση στο μανόμετρο στην κατάθλιψη της αντλίας μας δείχνει το σημείο λειτουργίας της αντλίας.

14 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Διάγραμμα φυγοκεντρικής αντλίας περιορισμένο στο αποδεκτό εύρος λειτουργίας της Οι παροχές, οι πιέσεις και οι ισχύς των αντλιών εξάρτιουνται από τις στροφές τους σύμφωνα με τους παρακάτω τύπους: Q 1 / Q 2 = ( n 1 / n 2 ) 1 P 1 / P 2 = ( n 1 / n 2 ) 2 N 1 / N 2 = ( n 1 / n 2 ) 3 Έστω ότι η αντλία στο διάγραμμα λειτουργεί στις 1400 στροφές/min με παροχή 100 m3/h ηπίεση της 11 mσυ και βαθμό απόδοσης 62%. Ηυδραυλικήισχύςτηςείναι Ν = Q x P = 100/3600 x 1,1 *10 5 = 3055 W Η μηχανική ισχύς που απορροφά από το κινητήρα της είναι Ν = Q x P / η = = 100/3600 x 1,1 *10 5 / 0,62 = 4928 W = 6,6 HP Ο ηλεκτρικός κινητήρας στην έξοδο του θα πρέπει να παρέχει μηχανική ισχύς το ελάχιστο 4,9 ~ 5 kw

15 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Οικογένεια διαγραμμάτων φυγοκεντρικών αντλιών με το προτεινόμενο από τον κατασκευαστή εύρος λειτουργίας της για την επιλογή αντλίας.

16 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Η επιλογή πρέπει να γίνεται έτσι ώστε το σημείο λειτουργία που αναζητούμε να βρίσκεται περίπου στο κέντρο του διαγράμματος. Οι αντλίες κατασκευάζονται για ένα συγκεκριμένο αριθμό στροφών αλλά λειτουργούν και σε διαφορετικές στροφές. Το διάγραμμα τους τότε διαμορφώνεται σύμφωνα με τα παρακάτω : Q 1 / Q 2 = ( n1 / n2 ) 1 P 1 / P 2 = ( n1 / n2 ) 2 N 1 / N 2 = ( n1 / n2 ) 3 Οι κωδικοί των αντλιών συνήθως αποτελούνται από δύο αριθμούς Ο ένας προσδιορίζει την παροχή και ο άλλος την πίεση. Εάν ο πρώτος αριθμός ανήκει στη σειρά 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200 κλπ τότε αυτό σημαίνει ονομαστική διάμετρος της εξόδου της αντλίας ¾, 1, 1 ¼, 1 ½, 2, 2 ½, 3, 4, 5, 6, 8. Ο δεύτερος αριθμός σημαίνει πολλές φορές τη διάμετρο της φτερωτής που προσδιορίζει τη δυνατότητα για μεγαλύτερη πίεση κατάθλιψης στην μεγαλύτερη διάμετρο.

17 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Διάγραμμα μιας οικογένειας αντλιών Όσο πιο δεξιά στο διάγραμμα λειτουργεί η αντλία τόσο μεγαλύτερη είναι η ενεργειακή κατανάλωση της. Αυτό οφείλεται στις ενεργειακές απώλειες της ροής που εξαρτώνται από το τετράγωνο της παροχής. h = f x L/D x 8.Q 2 /(π 2.d 4.g) Η μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης της αντλίας μπορεί να επιτευχθεί με το να ρυθμίσουμε την αντλία με τη σωληνογραμμή να τέμνονται σε άλλο σημείο που αντιπροσωπεύει σημείο χαμηλότερης κατανάλωσης. Εάν το σημείο λειτουργία της αντλίας είναι δεξιά του βέλτιστου βαθμό απόδοσης της τότε εύκολα με ένα στραγγαλισμό της ροής το ρυθμίζουμε να το πάμε στο μέγιστο βαθμό απόδοσης. Εάν το σημείο λειτουργία της αντλίας είναι αριστερά του βέλτιστου βαθμό απόδοσης της τότε δεν έχουμε περιθώρια ρύθμισης της αντλίας.

18 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Διάγραμμα δύο ίδιων αντλιών σε παράλληλη λειτουργία Διάγραμμα δύο ίδιων αντλιών σε σειρά λειτουργία Q 1 = μέγιστη παροχή της μιας αντλίας Η 1 = Η 2 μέγιστη πίεση των αντλιών Q 2 = 2 x Q1 μέγιστηπαροχήτωνδύοαντλιών Η χρήση των δύο αντλιών εν παραλλήλο είναι ευνοϊκή όταν η σωληνογραμμή έχει μικρή κλίση και δεν έχει ανύψωση του υγρού. Η1 = μέγιστη πίεση της μιας αντλίας Q 1 = Q 2 μέγιστηπαροχήτωναντλιών H 2 = 2 x H 1 μέγιστη πίεση των δύο αντλιών Η χρήση των δύο αντλιών εν σειρά είναι ευνοϊκή όταν η σωληνογραμμή έχει μεγάλη κλήση και έχει ανύψωση του υγρού.

19 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ 1. Θεωρητική καμπύλη φυγοκεντρικής αντλίας 2. Πραγματική καμπύλη φυγοκεντρικής αντλίας με κλειστή κατάθλιψη 3. Πραγματική καμπύλη φυγοκεντρικής αντλίας με ανοικτή κατάθλιψη 4. Πραγματική καμπύλη αντλίας μικτής ροής με κλειστή κατάθλιψη 5. Πραγματική καμπύλη αντλίας μικτής ροής με κλειστή κατάθλιψη Όταν οι φυγοκεντρικές αντλίες εκκινούν με κλειστή κατάθλιψη η ροπή αντίστασης είναι το 30%-50% από τη ροή της κανονικής λειτουργίας. Όταν οι φυγοκεντρικές αντλίες εκκινούν με ανοικτή κατάθλιψη η βαλβίδα αντεπιστροφής ανοίγει όταν η πίεση της αντλίας ξεπεράσει την αντίσταση της βαλβίδας και η αύξηση της πίεσης γίνεται αναλογικά Όταν οι αντλίες αξονικής ροής εκκινούν με κλειστή κατάθλιψη η ροπή αντίστασης φτάνει την κανονική τιμή προτού ο άξονας της φτάσει το κανονικό αριθμό στροφών. Γι αυτό οι αντλίες αξονικής ροής πρέπει να εκκινούν με ανοικτή κατάθλιψη.

20 ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ Παλινδρομικές αντλίες Περιστροφικές αντλίες εμβολοφόρες διαφράγματος γραναζωτές με λοβούς κοχλιοφόρες ακτινικά έμβολα αξονικά έμβολα Εξωτερική οδόντωση Με δύο λοβούς Μονή αναρρόφηση μονής και διπλής ενεργείας Εσωτερική οδόντωση Με τρις λοβούς Διπλή αναρρόφηση Κάθε αντλία θετικής μετατόπισης χαρακτηρίζεται από ένα q που είναι ο όγκος εκτόπισης του ρευστού για μία περιστροφή της αντλίας σε cm 3 /περιστροφή. ΗσυνολικήπαροχήQ της αντλίας ορίζεται από το Q = q x n = сm 3 /min

21 ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ εμβολοφόρες ακτινικά έμβολα αξονικά έμβολα Οι λειτουργία των παλινδρομικών αντλιών επηρεάζεται από την καλή λειτουργία των αντεπίστροφων βαλβίδων τους και γι αυτό είναι ευαίσθητες στα μη καθαρά ρευστά διαφράγματος

22 ΑΝΤΛΙΕΣ ΔΙΑΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Οι αντλίες διαφράγματος συνήθως λειτουργούν με πεπιεσμένο αέρα και έχουν το πλεονεκτήματα ότι είναι αντιεκρηκτικές από τη φύση τους. Μετρώντας τους παλμούς τους υπολογίζεται εύκολα η παροχή τους και γι αυτό μπορούν και λειτουργούν ως δοσομετρικές αντλίες.

23 ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Χαρακτηριστικές καμπύλες παλινδρομικών αντλιών Διάγραμμα Πίεσης - Παροχής Εύρος λειτουργίας Διάγραμμα Ισχύς - Παροχής Διάγραμμα Βαθμός απόδοσης - Παροχής

24 ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ γραναζωτές με λοβούς κοχλιοφόρες Η παροχή των περιστροφικών αντλιών εξαρτάται από το ιξώδες του ρευστού. Στα λεπτόρευστα υγρά λόγω της αύξησης των εσωτερικών διαρροών μειώνεται η παροχή τους

25 ΓΡΑΝΑΖΩΤΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Η παροχή των περιστροφικών αντλιών εξαρτάται και από την πίεση λειτουργίας τους. Σε μεγάλες πιέσεις αυξάνονται οι εσωτερικές διαρροές μεταξύ του θαλάμου υψηλής πίεσης και χαμηλής πίεσης μειώνοντας την παροχή τους. Ενώ από την αύξηση των τριβών αυξάνεται η ενεργειακή κατανάλωση, απορροφούμενη ισχύ τους.

26 ΑΝΤΛΙΕΣ ΜΕ ΛΟΒΟΥΣ

27 ΚΟΧΛΙΟΦΟΡΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ

28 ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ή κινητικού τύπου ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ήστατικούτύπου Οι συμπιεστές αερίων έχουν τις ίδιες αρχές λειτουργίας όπως και οι αντλίες υγρών. Η συμπεριφορά τους όπως και τα διαγράμματα λειτουργίας τους είναι παρόμοια με αυτά των αντλιών.

29 ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΕΣ ΑΚΤΙΝΙΚΟΙ ή φυγοκεντρικοί ΑΞΟΝΙΚΟΙ

30 Βιβλιογραφία ΑΝΤΛΙΕΣ εκδόσεις Γιαχούδη-Γιαπούλη Θεσσαλονίκη Κ. Ακριτίδης ΑΝΤΛΙΕΣ εκδόσεις Σύλλογος Μηχανολόγων Ηλεκτρολόγων Βόρειας Ελλάδας 1986 Μετάφραση του εγχειριδίου της εταιρίας KSB. Έντυπο υλικό των εταιριών Grundfos, ΙΜΟ, Soler&Palau

31 Ευχαριστώ για την προσοχή σας