UNIVERZITET U KRAGUJEVCUFAKULTET ZA MAINSTVO I GRAEVINARSTVOKRALJEVO

PUMPE, KOMPRESORII VENTILATORI

Seminarski rad

Predava: Student:Prof. dr Novak Nedi Dejan Plivevi 27/12

Sadraj

1.UVOD32.CIRKULACIONE PUMPE43.KAPACITET PUMPE54.POTISNA VISINA H55.KAPACITET CENTRIFUGALNE PUMPE66.ELEKTRINA SNAGA PUMPE I STEPEN ISKORIENJA67.KAVITACIONA REZERVA HIDROSTATIKOG PRITISKA68.KARAKTERISTIKA PUMPE I RADNA TAKA79.KAVITACIJA U TURBOPUMPAMA710.REDNO I PARALELNO VEZIVANJE PUMPI910.3.Serijski spoj dvije turbopumpe910.4.Paralelni spoj dvije iste turbopumpe910.5.Serijska veza dvije razliite turbopumpe1010.6.Paralelna veza dvije razliite turbopumpe1011.PRORAUN CENTRIFUGALNE PUMPE1111.1.Proraun radnog kola:1312.PRORAUN KOLEKTORA1913.ODABIR POGONSKOG MOTORA2114.ZAKLJUAK2215.LITERATURA23

1. UVOD

Pumpe su danas jedan od najprimenjivijih maina, odmah nakon elektromotora. Najjednostavniji opis pumpe bi bio: Ureaj pomou kojeg se tenost dostavlja na viu razinu ili podruje vieg pritiska.

Osnovna podjela pumpi je na zapreminske i dinamike. Dinamike pumpe po principu djelovanja moemo podijeliti po principu posebnog hidrodinamikog djelovanja i turbopumpe, koje su predmet ovog rada. Kao pogon pumpi najee se koriste elektromotori.

Pristup projektovanju turbopumpi moe biti empirijski (obuhvata iskustvene i eksperimentalne podatke), te teorijski pristup (zasniva se na primjeni hidrodinamike teorije strujanja tenosti kroz pumpu).

Jedan od glavnih problema rada kod turbopumpi je stvaranje mjehuria vodene pare u struji na mjestima gdje pritisak padne ispod pritiska zasienja kod okolne temperature. Takvu pojavu nazivamo kavitacija. Pojavom kavitacije dolazi do erozije, pojave umova, vibracija i pada snage. Zato se za svaku pumpu definie najvea dopustiva visina usisa ili potrebna visina doticanja.

Za date ulazne podatke proraunata je etverostepena jednoulazna pumpa. Ulaz u pumpu je aksijalan a izlaz radijalan. Kuite je radijalno podjeljeno, prstenastog tipa. Pumpa je jednostavnog i ekonominog dizajna. Aksijalna sila se balansira poslije svakog stepena prenosa.

2. CIRKULACIONE PUMPE

Hidraulinim mainama nazivaju se maine kojima se vri razmjena energije izmeu radnog fluida (tenosti ili gas) koji prolazi kroz mainu i njene pokretne dijelove (radno kolo ili klip). Hidrauline maine koje primaju energiju od tenosti, koja kroz njih struji, nazivaju se motorne hidrauline maine i to su vodene turbine. Hidrauline maine koje predaju energiju tenosti, koja kroz njih struji, su radne hidrauline maine i to su pumpe i ventilatori. Prema principu rada dijele se na turbo (lopatine), zapreminske (klipne) i strujne maine.U zavisnosti od smjera strujanja tenosti u radnom kolu, turbopumpe se dijele na: centrifugalne, zavojne i osne.

Slika 1.: ema centrifugalne pumpeNa slici 1. je prikazana ema jedne centrifugalne pumpe. Osnovni radni element pumpe je radno kolo (1). radno kolo se sastoji od zadnjeg (osnovnog) vijenca i prednjeg vijenca (poklopca). Ako radno kolo nema prednji vijenac onda je to otvoreno radno kolo. Izmeu vijenaca radnog kola nalazi se niz lopatica (najee 5 do 8). Lopatice sa vijencima obrazuju niz meulopatinih zakrivljenih kanala kroz koje struji radni fluid. Meulopatini kanali su osnosimetrino rasporeeni. Radno kolo je postavljeno na vratilo koje je preko spojnice povezano sa pogonskim motorom.Radno kolo je smjeteno u kuite (2), koje u ovom sluaju ima oblik spirale, pa se naziva spiralno kuite. Izlazni dio spirale se nastavlja u izlazni odvodni difuzor (4), sa kojim se pumpa povezuje sa potisnim cjevovodom. S druge strane, na spiralu se postavlja usisni poklopac (3) pomou kojeg se tenost dovodi iz usisnog rezervoara, preko usisnog cjevovoda, do radnog kola pumpe.

3. KAPACITET PUMPE

Kapacitet pumpe je koristan protok isporuen kroz izlazni popreni presjek odvoda pumpe. Kapacitet pumpe u sistemu se izraunava prema emisiji toplote na strani korisnika i toplotnim gubicima pri distribuciji.

Gdje su:

. U proraunima se moe usvojiti

4. POTISNA VISINA H

Potisna visina H je visina do koje je pumpa u mogunosti da podigne vodeni stub, odnosno slobodnu povrinu tenosti. Jedinica mjere je metar vodenog stuba.

Gdje su:

5. KAPACITET CENTRIFUGALNE PUMPE

Kapacitet centrifugalne pumpe je koristan protok ostvaren radom pumpe.

Gdje su:

6. ELEKTRINA SNAGA PUMPE I STEPEN ISKORIENJA

Elektrina snaga pogona pumpe je:

Gdje je:

7. KAVITACIONA REZERVA HIDROSTATIKOG PRITISKA

Kavitaciona rezerva hidrostatikog pritiska H jednaka je hidrostatikom pritisku vodenog stuba, svedenog na popreni presjek izlazne grane pumpe.

Gdje su:

Apsolutna visina ulazne grane mora biti via od H prema preporukama proizvoaa, kako bi se izbjegla kavitacija pumpe.

8. KARAKTERISTIKA PUMPE I RADNA TAKA

Linija karakteristike pumpe pokazuje vezu izmeu protoka i pritiska pri konstantnom broju obrtaja pumpe. Odreuje se prilikom ispitivanja na probnim stolovima priguivanjem protoka i unosi na krivu priguenja. Zatvaranjem ventila ostvaruje se protok jednak nuli, a pritisak ima maksimalnu vrijednost i tada se postie nulta potisna visina. Ova vrijednost je vrlo esto oznaena na pumpi. Ispod radne take se nalazi presjena taka karakteristike sistema i karakteristike pumpe.

Slika 2.: Radna taka pumpe

9. KAVITACIJA U TURBOPUMPAMA

U zatvorenoj struji tekuinestatiki pritisak opada s poveanjem apsolutne brzine strujanja. Kada u nekoj taki sistema kroz koji ili oko kojeg struji tenost, minimalni apsolutni pritisak padne na vrijednost pritiska isparavanja tekuine , i u toj taki poinje isparavanje i stvaraju se mjehurii pare. To je poetak pojave kavitacije. Ako se apsolutni pritisak i dalje smanjuje, proiruje se na podruje gdje je , pa se u tom podruju formiraju oblaci mjehuria stvarajui upljinu ispunjenu parom. U uslovima tako razvijene kavitacije naruena je homogenst toka, strujanje postaje dvofazno i mijenjaju se hidrodinamike performanse sistema. Zadnji stadijum je potpuno razvijena kavitacija ili superkavitacija, kada je cijeli sistem okruen parom i radne performanse sistema se bitno mijenjaju.Neto pozitivna specifina usisna energija pumpe je najmanja vrijednost zbira specifine energije apsolutnog pritiska () i specifine kinetike energije na najviem mjestu (ili u sredini) poprenog presjeka na ulazu u pumpu, umanjenog za specifinu energiju (apsolutnog) pritiska isparavanja tekuine , pri kojem pumpa moe trajno raditi s nominalnim brojem obrtaja u minuti uz nominalnu dobavu ili nominalnu specifinu energiju dobave .

Neto pozitivna usisna visina pumpnog postrojenja ne smije biti nia od dopustive najmanje vrijednosti , za koju se uzima da je:

gdje je koef. kavitacione rezerve i iznosi od 1.25 do 2.15, a moe se odabrati i iz dijagrama na slici 3.

Slika 3.: Dijagram za izbor koeficijenta kavitacijske rezerve

10. REDNO I PARALELNO VEZIVANJE PUMPI

esto moe biti potrebna velika pouzdanost u radu sistema ili zahtjevana rezerva snage u sistemu. Tada se kao rjeenje namee korienje dvije ili vie pumpi.

10.3. Serijski spoj dvije turbopumpe

Kod serijskog spoja dvije iste turbopumpe, zapreminski protok ostaje isti a snaga se poveav po jedinici protoka.

Slika 4.: Serijska veza dvije site turbopumpe

10.4. Paralelni spoj dvije iste turbopumpe

Kod paralelnog spoja dvije iste turbopumpe poveava se zapreminski protok, dok snaga po jedinici protoka ostaje ista.

Slika 5.: Paralelni spoj dvije iste turbopumpe

10.5. Serijska veza dvije razliite turbopumpe

Kod ovakvog spoja se poveava specifina snaga. Nema razlike u izlaznoj krvivoj prilikom spoja vee ili manje pumpe na ulaznu granu cjevovoda. Razlika zapreminskog protoka jedne i druge pumpe predstavlja podruje turbinskog rada turbopumpe.

Slika 6.: Serijski spor dvije razliite turbopumpe

10.6. Paralelna veza dvije razliite turbopumpe

Slika 7.: Paralelna veza razliitih turbopumpi

11. PRORAUN CENTRIFUGALNE PUMPE

Pumpa se nalazi u Pogonu Gradske Toplane a.d. Doboj i dio je daljinskog sistema grijanja. Tehnike karakteristike pumpe su:

Proizvoa: MTZ Tito Skopje Tip: KCP 252 2 H Kapacitet: 90 Pritisak: 15 bar Snaga el. motora: 110 kW Broj obrtaja: 1450 o/min

Slika 8.: Ukupna visina dizanja vodenog stuba

Slika 9.: Ulazna snaga

Slika 10.: Iskorienost pumpe

Pumpa je preko perifleks spojke spojena direktno sa motorom, sa konstantnim brojem obrtaja. Elektro motor radi u reimu zvijezda trokut a ukljuivanje se izvodi daljinski, iz komandnog pulta. Regulacija pritiska se izvodi preko prelivnog ventila, a pumpa slui za odravanje pritiska u sistemu.

11.1. Proraun radnog kola:

Ulazni podaci: Visina podizanja vode: , Zapreminski protok: , Specifina gustina vode: , Gravitaciono ubrzanje: .

Odabrani broj stepeni pumpe je .Potisna visina po stepenu pumpe iznosi:

Broj obrtaja pumpe. Maksimalni broj obrtaja pumpe je onaj onaj koji daje usisnu brzinu koju prvi stepen pumpe moe podnijeti. Usvojeni broj obrtaja je .

Ugaona brzina:

Specifina brzina:

Tipski broj pumpe:

Izbor specifine brzine usisa. Tipine vrijednosti su od 3do 4,5. Vee vrijednosti se koriste kod pumpi sa manjom potisnom visinom. Vee dimenzije se mogu koristiti kod dvoulaznih rotora. Tada pola protoka ulazi na svaki ulaz. Dvoulazni rotori su esti kod velikih jednostepenih pumpi zbog odlinog aksijalnog uravnoteenja. Kod viestepenih pumpi se moe koristiti kao prvi stepen a ostali su posloeni tako da polovica gleda na jednu, a polovica na drugu. Kod takvih izvedbi kanali izmeu stepena su komplikovaniji nego kod izvedbi gdje svi rotori gledaju na istu stranu. Usvojena specifina brzina usia .Neto pozitivna usisna visina (NPSH):

Usvajanje koeficijenta protoka na ulazu . Tipina vrijednost koeficijenta protoka na ulazu se kree od 0,2 do 0,3. vee vrijednosti se odnose na radna kola bez vratila na ulazu (konzolno vjeana radna kola). Vrijednosti od 0,1 ili manje se uzimaju za pretkola (inducere). Usvojena vrijednost koeficijenta protoka na ulazu .Poluprenik ulaza:

Omjer ulaznog poluprenika i poluprenika glavine moemo pretpostaviti. Pretpostavka se temelji na rotoru slinog protoka i potisne visine i iznosi:

Poluprenik glavine :

Povrina ulaznog presjeka :

Poluprenik lokalnog zaobljenja vijenca na poetku lopatica.

Brzine tenosti na ulazu:

Ulazni ugao lopatica :

Zbog uticaja debljine lopatica, usvaja se .Usvaja se standardni izlazni ugao lopatica .Koeficijent potisne visine :

Koeficijent izlaznog protoka :

Izlazni poluprenik :

Brzine na izlazu:

Zapreminski stepen iskorienja :

gdje je odnos zranosti i poluprenika na prstenu radnog kola i iznosi od 0,001 do 0,002. Usvojeno .hidraulini stepen iskorienja :

Stepen iskorienja pumpe :

Gdje je (koeficijent trenja diskova)Mehaniki stepen iskorienja :

Tangencijalna brzina na izlazu :

Koeficijent idealne potisne visine :

Radno kolo ima normalno broj lopatica Z= 4 do 8. Radna kola sa samo jednom, dvije ili tri lopatice primjenjuju se u pumpama namjenjenim za rad sa kontaminiranim tenostima (kaljune pumpe, pumpe u proizvodnj papira...).Odabrani broj lopatica Z=6.Debljina lopatica s.

Debljina lopatice:

Gdje je: Duina lopatice u meridijalnoj ravni.Provjera solidnosti konstrukcije:

to zadovoljava univerzalnu specifinu brzinu usisa od 3.Koeficijent blokiranosti profila:

Gdje je: debljina graninog sloja na lopaticama

irina izlaza :

Usvaja se Gdje je: debljina graninog sloja na vijencu i glavini

Ulazna povrina lopatice:

Izlazna povrina:

12. PRORAUN KOLEKTORA

Slika 8.: Kolektor

Proraun kolektora poinje odreivanjem najmanjeg poluprenika kolektora :

Debljina stijenke kolektora :

Izlazna povrina kolektora se dobija rjeavanjem jednaine:

Poluprenik izlaza iz kolektora :

Izlazna brzina iz kolektora :

Tijelo kolektora se moe definisati na dva naina:a) Linearni odnos ugla u odnosu na povrinu :

b) Odravanjem konstantnog ugaonog momenta

Radijus kolektora zavisan o uglu :

Tijelo kolektora se rauna na oba naina i za 9 razliitih uglova. Radi lakse usporedbe rezultati su dati u tabeli u :Linearno Konstantno

Ugao

00161*0161,95

452458185,792650186,74

904917196,065299197,01

1357375203,937949204,88

1809834210,5810600211,53

22512290216,4313250217,38

27014750221,7215900222,67

31517210226,5918550227,54

36019670**231,1221200**232,07

* - vrijednosti prelaze u ** - vrijednosti prelaze u i prelaze u

13. ODABIR POGONSKOG MOTORA

Kao najea opcija za pogon pumpi koriste se elektromotori. Snaga koju pumpa koristi pri zadatom protoku i usisnoj visini je:

Izabrani elektromotor je Konar elektrini trofazni sa 4 polnim statorom frekvencije 50 Hz. Broj obrtaja zadovoljava proraun . Motor je snage 100 kW i stepenom iskorienja 94,5%.

14. ZAKLJUAK

Uraen je proraun za centrifugalnu pumpu prema datim ulaznim podacima. Zadatak pumpe je da odrava pritisak u sistemu daljinskog grijanja u gradu Doboju.Lako je uoiti da su odabrani tip pumpe, kao i elektro motor koji je pokree i koji su u upotrebi trenutno, predimenzionisani. Razloge navedenog treba traiti u injenici da je postrojenje staro preko 30 godina i da su vrene odreene modifikacije na sistemu. Naime, radni pritisak je prepolovljen, a i visina vodenog stuba je upitna, s obzirom na poloaj prelivnih ventila koji su natimani na 6,5 bar a. Navedene promjene na sistemu su, prema rijeima odgovornih lica, rezultat stare cijevne mree te je radi pritisak oboren da bi se smanjilo curenje na cijevnoj mrei. Rezultat toga je smanjena cirkulacija i gotovo neznatna razlika pritiska u polaznom i povratnom vodu na udaljenim takama cijevne mree te loije grijanje na pomenutim mjestima.Pumpa je vezana direktno na motor preko perifleks spojke i nema mogunost regulacije. U sistemu postoje tri ovakve pumpe, od kojih je jedna radna, druga rezervna a trea je spojena na pogonski agregat, za sluaj nestanka elektrine energije.Sa stanovita utede elektrine energije i regulacije protoka, potrebno je ugraditi frekventne regulatore na postojee pumpe, jer bi se time znaajno smanjila potornja elektrine energije te bi se onoguila regulacija protoka, koji nije konstantan. Od velikog znaaja bi bilo i uvoenje daljinskog upravljanja i nadzora, iz razloga to ove pumpe nemaju prekide u radu. Takoe, s obzirom na promjenjivost protoka zbog gubitaka u sistemu te potrebom za razliitim brojem obrtaja, manipulacijom preko frekventnih regulatora bi se znaajno podigla efikasnost. Ako imamo u vidu bitnost ovih pumpi u sistemu te komplikacije koje bi nastale u sluaju otkaza u radu, nesumnjiva je potreba za automatskim prebacivanjem pogona sa jedne pumpe na drugu ili paralelnog rada, u sluaju kvara jedne ili potrebe za veim protokom, kada doe do veih gubitaka na sitemu.

15. LITERATURA

1. Pumpe i ventilatori B. Risti Beograd,2. Proraun kotla TPK Zagreb,3. Hidraulini proraun radnog kola Hidrauline maine, Mainski fakultet Beograd,4. Prenosnici snage hidrostatiki prenosnici, D. Siminiati Tehniki fakultet Rijeka,5. Internet: http://koncar-mes.hr/admin/pdf_e/03_2013%20katalog_elektromotori_HR_EN_NJ.pdf6. Internet: www.itt.com7. Internet: http://www.pumpi.com.mk/23