Badanie energetyczne pompy, zamontowanej w układzie, ma zwykle na celu weryfikację charakterystyki przepływu H=f(Q), charakterystyki mocy Pel=f(Q) i charakterystyki sprawności agregatu pompowego η=f(Q). Na podstawie pomiarów natężenia przepływu Q i mocy elektrycznej Pel kontrolowane jest także jednostkowe zużycie energii.
Klasyczny układ pomiarowy
Rys. 1. Układ do pomiaru charakterystyk energetycznych pompy
Q - wydajność (przepływomierz) pmt - manometryczne ciśnienie tłoczenia (manometr) ΔZt - poziom manometru tłocznego dt - średnica wewnętrzna w króćcu tłocznym ct - prędkość w króćcu tłocznym pms - manometryczne ciśnienie ssania (manometr, mano-wakuometr) ΔZs - poziom manometru ssawnego ds - średnica wewnętrzna w króćcu ssawnym cs - prędkość w króćcu ssawnym Pel - moc elektryczna (watomierz) n - prędkość obrotowa (obrotomierz)
Klasyczny układ pomiarowy pompy jest przedstawiony na rys.1. Na rurociągu tłocznym umieszczona jest zasuwa regulacyjna Zd, za pomocą której regulowana jest wydajność pompy. Regulacja odbywa się metodą dławieniową, przez wprowadzanie dodatkowych oporów przepływu cieczy na zasuwie.
Na rurociągu tłocznym umieszczony jest przepływomierz, do pomiaru wydajności pompy Q. Na tłoczeniu i ssaniu pompy umieszczone są manometry do pomiaru ciśnienia manometrycznego pmt i pms. Moc elektryczna Pel, pobierana przez silnik napędowy, mierzona jest watomierzem. Ponadto, jeśli jest dostęp do wału pompy, zalecany jest pomiar prędkości obrotowej pompy n za pomocą obrotomierza.
W rzeczywistych układach pompowych zwykle mamy jedynie możliwość prowadzenie pomiarów dla wydajności mniejszych od wydajności, ograniczonych charakterystyką układu bez dławienia, jak to pokazano na rys. 2.
Rys. 2. Pomiar charakterystyk energetycznych
W wyjątkowych przypadkach, jeżeli zależy nam na sprawdzeniu przebiegu dla wydajności większych od wydajności nominalnej układu, należy doprowadzić do obniżenia charakterystyki układu. Efekt ten można osiągnąć przez zastosowanie upustu, dodatkowej pompy lub zmniejszenie statycznej wysokości podnoszenia.
Pomiarów dokonujemy w wybranych punktach, jak na rys. 2, od największej możliwej wydajności do najmniejszej i z powrotem do największej. Taki sposób postępowania ma na celu odpowietrzenie układu i zweryfikowanie czy punkty pomiarowe układają się w jedną linię. Każdorazowo, po zmianie nastawy zaworu dławiącego, należy zaczekać na ustabilizowanie się parametrów pracy pompy.
W czasie pomiaru odczytujemy równocześnie następujące parametry:
- Q – wydajność
- pmt – manometryczne ciśnienie tłoczenia
- pms – manometryczne ciśnienie ssania
- Pel – moc elektryczną pobieraną z sieci
- n – prędkość obrotową
Prędkości cieczy w króćcach pomiarowych obliczmy ze wzorów (1) i (2).
c_t={Q \cdot 4\over \pi \cdot d_t^2} (1)
c_s={Q \cdot 4\over \pi \cdot d_s^2} (2)
Wysokość podnoszenia pompy H dla określonego natężenia przepływu, jest wyrażona wzorem (3).
H={p_{mt} \over \rho \cdot g}+\Delta Z_t + {c_t^2 \over 2 \cdot g}-{p_{ms} \over \rho \cdot g}-\Delta Z_s - {c_s^2 \over 2 \cdot g} (3)
Sprawność agregatu pompowego ηa dla określonego natężenia przepływu, jest wyrażona wzorem (4).
\eta_a={Q \cdot H \cdot \rho \cdot g \over P_{el}} (4)
Błędy pomiarów
Względny błąd pomiaru wydajności.
\delta Q = {\Delta Q \over Q} = {Kl_Q \cdot Z_Q \over 100 } (5)
δQ - względy błąd pomiaru wydajności dla wybranego punktu pomiarowego ΔQ - bezwzględny błąd przepływomierza Q - wskazanie przepływomierza dla wybranego punktu pomiarowego KlQ - klasa przepływomierza [%] ZQ - zakres pomiarowy przepływomierza
Bezwzględny błąd pomiaru manometrycznej wysokości ciśnienia tłoczenia.
\Delta H_{mt} = {\Delta p_t \over \rho \cdot g} = {Kl_t \cdot Z_t \over 100 \cdot \rho \cdot g} (6)
ΔHmt - bezwzględny błąd pomiaru manometrycznej wysokości tłoczenia Δpt - bezwzględny błąd pomiaru ciśnienia tłoczenia ρ - gęstość cieczy g - przyśpieszenie ziemskie Klt - klasa manometru tłocznego [%] Zt - zakres pomiarowy manometru tłocznego
Bezwzględny błąd pomiaru manometrycznej wysokości ciśnienia ssania.
\Delta H_{ms} = {\Delta p_s \over \rho \cdot g} = {Kl_s \cdot Z_s \over 100 \cdot \rho \cdot g} (7)
ΔHms - bezwzględny błąd pomiaru manometrycznej wysokości ssania Δps - bezwzględny błąd pomiaru ciśnienia ssania ρ - gęstość cieczy g - przyśpieszenie ziemskie Kls - klasa manometru ssawnego [%] Zs - zakres pomiarowy manometru ssawnego
Względny błąd wyznaczenia wysokości podnoszenia.
\delta H = {\Delta H_{mt} + \Delta Z_t + \Delta H_{ms} + \Delta Z_c \over H} (8)
δH - względy błąd wysokości podnoszenia przy wydajności Q ΔHmt - bezwzględny błąd pomiaru manometrycznej wysokości tłoczenia ΔZt - bezwzględny błąd pomiaru poziom manometru tłocznego ΔHms - bezwzględny błąd pomiaru manometrycznej wysokości ssania ΔZs - bezwzględny błąd pomiaru poziom manometru ssawnego H - wysokość podnoszenia przy wydajności Q obliczona wg wzoru (3)
Względny błąd pomiaru mocy elektrycznej.
\delta P_{el} = {\Delta P_{el} \over P_{el}} = {Kl_P \cdot Z_P \over 100 \cdot P_{el}} (9)
δPel - względy błąd pomiaru mocy dla wybranego punktu pomiarowego ΔPel - bezwzględny błąd watomierza Pel - wskazanie watomierza przy wydajności Q KlP - klasa watomierza [%] ZP - zakres pomiarowy watomierza
Względny błąd wyznaczenia sprawności agregatu pompowego.
\delta \eta_a = \sqrt{\delta Q^2+\delta H^2+\delta P_{el}^2} (10)
δηa - względy błąd sprawności agregatu przy wydajności Q δQ - względy błąd pomiaru wydajności dla wybranego punktu pomiarowego δH - względy błąd wysokości podnoszenia przy wydajności Q δPel - względy błąd pomiaru mocy elektrycznej przy wydajności Q
Układ pomiarowy pompy zatapialnej
Typowy układ pomiarowy pompy zatapialnej jest przedstawiony na rys.3.
Jako poziom odniesienia przyjmuję poziom krawędzi studni.
Rys. 3. Układ do pomiaru charakterystyk energetycznych pompy zatapialnej
Q - wydajność pmt - manometryczne ciśnienie tłoczenia (manometr tłoczny) ΔZt - poziom manometru tłocznego ct - prędkość w króćcu tłocznym H0 - poziom lustra cieczy w studni Pel - moc elektryczna (watomierz)
Regulacja wydajności, podobnie jak w klasycznym układzie pomiarowym, odbywa się metodą dławieniową.
W czasie pomiaru odczytujemy równocześnie następujące parametry:
- Q – wydajność
- pmt – manometryczne ciśnienie tłoczenia
- H0 – poziom cieczy w studni
- Pel – moc elektryczną pobieraną z sieci
Wzór (3), na wysokość podnoszenia pompy zatapialnej H redukuje się do postaci (11).
H={p_{mt} \over \rho \cdot g}+\Delta Z_t + {c_t^2 \over 2 \cdot g} + H_0 (11)
PAMIĘTAJ
- Rzędną odniesienia możesz ustalić na dowolnym poziomie
- dla układu klasycznego najwygodniej jest przyjąć rzędną odniesienia w osi pompy
- dla układu z pompą zatapialną najwygodniej jest przyjąć rzędną odniesienia na krawędzi studni
- Przed pomiarem odpowietrz pompę i przewody impulsowe manometrów
- Błędy przyrządów pomiarowych zmieniają się z czasem i należy je, zgodnie z przyjętą procedurą, okresowo weryfikować.
- Wyniki pomiarów mogą być przeliczone na stałą prędkość obrotową przy wykorzystaniu wzorów teorii podobieństwa maszyn przepływowych
Warto sprawdzić:
- Pomiar charakterystyki układu
- Regulacja dławieniowa układu z pompą wirową
- Pomiar wydajności
- Pomiar ciśnienia
- Pomiar mocy