ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ Φυγοκεντρική αντλία 3η εργαστηριακή άσκηση Βλιώρα Ευαγγελία ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014
Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι ο υπολογισμός της πραγματικής χαρακτηριστικής καμπύλης μιας αντλίας με τη βοήθεια τριών σημείων καθώς και η εύρεση του σημείου λειτουργίας της αντλίας. Θεωρητική αναφορά Παροχή ή ρυθμός ροής όγκου (volumetric flow rate) Q ονομάζεται ο όγκος ενός ρευστού που διέρχεται από μια διατομή στη μονάδα του χρόνου και παραμένει σταθερή κατά μήκος ενός αγωγού. Εκφράζεται μαθηματικά με τη σχέση: Q=V/t=Αxυ όπου: Q : παροχή V : όγκος t : χρόνος Α : διατομή υ : ταχύτητα Αντλία (pump) ονομάζεται ο μηχανισμός που χρησιμοποιεί μηχανικό έργο για να ανυψώσει, να μεταφέρει ή να συμπιέσει ρευστά. Οι αντλίες διακρίνονται σε δυναμικές αντλίες (κινητικού τύπου) και σε αντλίες θετικής εκτοπίσεως (στατικού τύπου). Στις δυναμικές αντλίες, ανήκουν οι φυγοκεντρικές αντλίες (centrifugal pumps), οι οποίες προσδίδουν κινητική ενέργεια σε ένα ρευστό με φυγοκεντρικές δυνάμεις, ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις ή μηχανική ώθηση, δηλαδή προσθέτουν ενέργεια κατά την ροή του ρευστού από την αξονική περιοχή προς την περιφέρεια, αυξάνοντας τόσο την στατική πίεση όσο και την απόλυτη ταχύτητα του ρευστού. Εικόνα 1: Φυγοκεντρική αντλία
Μια φυγοκεντρική αντλία (Εικόνα 1) αποτελείται από τον ηλεκτροκινητήρα, την πτερωτή (fan) και το κέλυφος, Το σχήμα του κελύφους της αντλίας είναι σχεδιασμένο κατά τέτοιο τρόπο ώστε μέρος της κινητικής ενέργειας του ρευστού να μετατρέπεται σε στατική πίεση. Εικόνα 2: Πτερωτή Η πραγματική χαρακτηριστική καμπύλη (pump performance curve) μιας αντλίας είναι η πιο σημαντική πληροφορία που χρειάζεται ένας μηχανικός στη σχεδίαση ενός συστήματος ροής. Πρόκειται για ένα διάγραμμα, όπου στον κάθετο άξονα έχει τη διαφορά πίεσης και στον οριζόντιο την παροχή και αποτελεί την ταυτότητα κάθε αντλίας, παρουσιάζοντας τις δυνατότητές της. Η χαρακτηριστική καμπύλη κατανάλωσης ή καμπύλη απωλειών (pump system curve) μιας αντλίας είναι μια παραβολική καμπύλη, η οποία έχει επίσης στον κάθετο άξονα τη διαφορά πίεσης και στον οριζόντιο την παροχή. Το σημείο συνάντησης των δύο καμπυλών, όταν παρασταθούν στο ίδιο διάγραμμα, ονομάζεται σημείο λειτουργίας (operating point) της αντλίας. Περιγραφή διεξαγωγής του πειράματος Στο πείραμά μας χρησιμοποιήθηκε η πειραματική διάταξη που φαίνεται στην Εικόνα 3.
Εικόνα 3: Πειραματική διάταξη Πριν την αντλία βρίσκεται τοποθετημένο ένα μανόμετρο (Εικόνα 4) για τη μέτρηση της πίεσης εισόδου του ρευστού. Μετά την αντλία, βρίσκεται άλλο ένα μανόμετρο, για την πίεση εξόδου του ρευστού. Εικόνα 4: Μανόμετρα μέτρησης πίεσης στα σημεία εισόδου και εξόδου του ρευστού Στο πείραμά μας μετρήσαμε τις τιμές των δύο μανομέτρων κρατώντας σταθερές τις στροφές του ηλεκτροκινητήρα σε 2000 rpm και μεταβάλλοντας την παροχή για 3 διαφορετικές τιμές παροχής και καταγράψαμε τα αποτελέσματα.
Επεξεργασία μετρήσεων Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται οι τιμές που καταγράψαμε κατά τη διεξαγωγή του πειράματός μας. Αριθμός μέτρήσης 1 2 3 P εισ [Pa] -30000-15000 -5000 P εξ [Pa] 20000 60000 80000 ΔΡ [Pa] 50000 75000 85000 Παροχή Q [m 3 /h] 11 8 5 Πίνακας 1: Πειραματικές μετρήσεις Γνωρίζοντας τη διαφορά πίεσης μεταξύ της πίεσης εισόδου και της πίεσης εξόδου καθώς και την παροχή για 3 διαφορετικές μετρήσεις, μπορούμε να δημιουργήσουμε την χαρακτηριστική καμπύλη λειτουργίας της αντλίας, η οποία παρουσιάζεται στο Διάγραμμα 1. Διαφορά πίεσης [Pa] 85000 80000 75000 70000 65000 60000 55000 50000 5 6 7 8 9 10 11 Παροχή [m^3/h] Διάγραμμα 1: Χαρακτηριστική λειτουργίας της αντλίας Προσθέτοντας στο Διάγραμμα 1 την χαρακτηριστική καμπύλη κατανάλωσης, μπορούμε να βρούμε το σημείο λειτουργίας της αντλίας και άρα το ΔΡ λειτ και το Qλειτ (Διάγραμμα 2). Διάγραμμα 2: Εύρεση σημείου λειτουργίας της αντλίας
Σχόλια - Συμπεράσματα Από το Διάγραμμα 2, παρατηρούμε ότι το σημείο λειτουργίας της συγκεκριμένης αντλίας για στροφές 2000 [rpm], αντιστοιχεί σε μια παροχή Qλειτ = 9.6 [m3/h] και σε μια πίεση ΔΡλειτ = 62500 [Pa]. Βιβλιογραφία ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ, Άγγελος Παπαϊωάννου, Θεσσαλονίκη, 2003 Διαδικτυακές πηγές http://www.wikipedia.org http://2epal-am.weebly.com/alphanutaulambdaiotaepsilonsigma.html http://www.engineeringtoolbox.com/pump-system-curves-d_635.html http://pechlivanoglou.com/sites/default/files/files/centrifugalfans.pdf