Influenta caracteristicilor lichidului vehiculat asupra parametrilor functionali ai pompelor centrifuge

DETERMINAREA INFLUENTEI CARACTERISTICILOR LICHIDULUI VEHICULAT ASUPRA PARAMETRILOR FUNCTIONALI AI POMPELOR CENTRIFUGE.

1. Generalitati

Metodele teoretice de determinare a caracteristicii interioare, a curbelor de putere sau randament ale pompelor centrifuge sunt stabilite in literatura de specialitate, in general, pentru cazul vehicularii apei. De asemenea aceleasi curbe, ridicate experimental de firmele furnizoare si indicate in cartile tehnice sau prospecte, sunt determinate de obicei tot pentru apa.

Pompele centrifuge se bucura de o proprietate pretioasa in exploatare anume aceea ca , fara a se aduce vreo modificare constructiva, aceeasi pompa poare fi utilizata pentru o gama larga de lichide, cu proprietati destul de diferite.

Aceiasi pompa construita pentru apa poate sa lucreze in conditii bune si la pomparea benzinei sau alcoolului, bineinteles insa, cu performantele modificate.

In domeniul petrolier o mare pondere o au fluidele cu caracteristici specifice privind viscozitatea, presiunea vaporilor solutiei etc.

Determinarea modului de schimbare a parametrilor de functionare ai unei pompe cu

-natura lichidului se poate face cu ajutorul legilor similitudinii. Astfel, daca g si g reprezinta greutatile specifice ale celor doua lichide cu care lucreaza o pompa, atunci parametrii corespunzatori vor fi:

pentru debite,

(1)

pentru inaltimi,

(2)

pentru presiuni,

(3)

pentru puteri

(4)

unde:

h_v - randamentul volumic;

h_h - randamentul hidraulic;

h_m - randamentul mecanic.

Coeficientii K _Q, K _H, K'_p reprezinta caracteristicile la care tin seama de modificarea naturii lichidului.

Cum modificarile parametrilor functionali ai pompei sunt o consecinta a modificarii regimurilor dinamice ale lichidelor ce curg prin pompa, rezulta ca marimea caracteristica a acestor modificari este numarul lui Reynolds. Asadar se poate scrie:

(4)

Pentru numarul Reynolds se foloseste o forma modificata astfel, daca in expresia curenta se inlocuieste v cu viteza tangentiala , iar pentru D se adopta drept valoare definita diametrul D₂, se obtine un numar Reynolds de forma:

, (6)

unde ν ₁ν₂ sunt viscozitatile cinematice ale celor doua lichide.

Tinand cont de relatia lui Blazius se poate aprecia raportul randamentelor totale astfel:

unde pentru cei doi exponenti se folosesc marimile, α 0,1 si β

Inlocuind in relatia (7) raportul numerelor Re cu din relatia (6) si tinand seama ca D₂₂=D₂₁(aceiasi pompa), rezulta:

(10,8)

Studiile recente folosesc pentru determinarea comportarii pompelor la functionarea cu lichide diferite sistemul raportarii la parametrii pompei care lucreaza cu apa.

Astfel din cunoscutele relatii de asemanare se pot determina urmatoarele expresii de calcul a parametrilor de lucru:

Aplicand in mod succesiv aceste relatii pentru functionarea unei pompe cu apa ( fara indice ) si cu un lichid oarecare (indice l ) se obtin urmatoarele rapoarte:

Ultimul coeficient reprezinta raportul randamentelor totale ale pompelor.

In figura 1 este reprezentata grafic o nomograma cu ajutorul careia se pot determina coeficientii corespunzatori.

Figura 1. Nomograma de stabilire a coeficientilor de corectie

Proprietatea fizica de baza care influenteaza comportarea unei pompe la schimbarea lichidului de lucru este viscozitatea cinematica. In general la cresterea viscozitatii cinematice, puterea pompei creste, debitul scade iar intervalul de lucru se micsoreaza.

Un aspect deosebit de important, ce trebuie urmarit cu atentie la schimbarea lichidului de lucru, este cel al pericolului aparitiei cavitatiei. Pentru aceasta la trecerea unei pompe la functionarea cu un alt lichid decat cel pentru care aceasta a fost dimensionata initial, trebuie efectuat obligatoriu un nou calcul pentru inaltimea de aspiratie.

La modificarea lichidului o importanta deosebita o are valoarea presiunii vaporilor saturati p_vs. Astfel chiar daca valorile densitatii ρ sau a viscozitatii cinematice ν, nu se modifica esential, totusi este posibil ca presiunile p_vs sa fie foarte diferite, fapt care poate conduce pompa la conditii de cavitatie.

In general se poate aprecia ca pentru lichidele ce au temperatura de fierbere superioara celei a apei nu poate aparea cavitatia, iar inaltimea de aspiratie scade in raport invers cu densitatea ( de exemplu, acidul sulfuric are densitatea de 1,7 ori mai mare cu a apei, deci poate fi aspirat de la o inaltime de 1/1,7 = 0,6 din cea valabila pentru apa).

Orientativ, in functie de valoarea viscozitatii se poate aprecia modificarea parametrilor de lucru dupa tabelul 1.1

Tabelul 1.1 Modificarea parametrilor de lucru in functie de viscozitate.

Viscozitatea, grade Engler	Spor de putere consumata,	Scaderea
		Inaltimii,	Debitului

Totusi , determinarea marimii coeficientilor de corectie se poate face numai pe cale experimentala.

2 Obiectivele lucrarii

a) Determinarea experimentala a caracteristicii interioare a unei pompe centrifuge pentru cazul vehicularii apei si recalcularea acestei caracteristici pentru un produs petrolier.

b)Recalcularea puterii si randamentului determinate in cazul apei, pentru un produs petrolier.

c) Verificarea la cavitatie pentru cazul vehicularii unui produs petrolier. Determinarea (H_Na)nec in acest caz (a se vedea lucrarea 9).

3 Descrierea standului

Lucrarea se efectueaza pe standul prezentat in lucrarea 9, unde apa este inlocuita cu un produs petrolier.

4 Modul de efectuare a lucrarii

a) Se traseaza curbele H(Q), P_a(Q), η(Q), conform lucrarii 8.

b) Se determina caracteristicile produsului petrolier pentru care se vor recalcula parametrii functionali ai pompei: densitatea, viscozitatea, presiunea vaporilor saturati.

Densitatea (ρ), se determina prin cantarirea succesiva a unui cilindru gradat gol (masa m₀) si plin cu lichid ( masa m₁), pana la semnul corespunzator volumului (V):

(16)

Viscozitatea (ν) se determina prin cronometrarea timpului de scurgere a lichidului (t_l) si a apei (t_a), prin viscozimentul Engler.

Determinarea se face cu o cantitate de 200 ml de lichid.

Se obtin astfel viscozitatea in grade Engler (E) care se transforma pentru a afla viscozitatea cinematica () utilizand relatia:

(17)

Presiunea vaporilor saturati (p_vs), fiindca este un amestec, se recomanda a se determina experimental. Determinarile teoretice sunt complicate si conduc la rezultatele care de multe ori nu se verifica in practica.

Determinare experimentala se face cu ajutorul tuburilor barometrice, conform figurii 2

Figura 2. Determinarea experimentala a presiunii vaporilor saturati

Conform figurii 2.a, se determina presiunea atmosferica:

P₀ ρ_Hg g H (18)

Conform figurii 2 b, presiunea atmosferica se mai poate scrie:

P₀= ρ_Hg.g.h₁+ρ_l.g.h₂+p_vs, (19)

De unde rezulta presiunea vaporilor saturati:

p_vs=p₀- ρ_Hg.g.h₁-ρ_l.g.h₂ (20)

sau tinand seama de relatia(18):

p_vs=g[ρ_Hg(H-h₁)-ρ_l.h₂].(21)

Experimentata in inaltime coloana de lichid, presiunea vaporilor saturati este:

(22)

Densitatea mercurului se va considera la 15⁰C,

ρ_Hg 13,5584 Kg/dm³

Figura 3. Schema de calcul a presiunii vaporilor saturati ai lichidului

5. Preluarea datelor experimentale

a) Se vor trasa pe hartia milimetrica curbele H(Q), P(Q), η(Q), pentru apa.

b) Se vor calcula marimile ce caracterizeaza produsul petrolier (ρ,ν, p_vs).

c) Se determina pentru cazul vehicularii produsului petrolier, coeficientii de corectie pentru debit (K_Q), presiune (K_P), si randamentul (K_n), conform metodei propuse de M.D. Aizenstein figura(4).

Figura 4. Nomograma de stabilire a coeficientilor de corectie dupa metoda propusa de M.D.Aizenstein.

Numarul Reynolds in functie de care se determina coeficienti K_η, K_Q, K_H se calculeaza cu relatia:

(23),

unde:

Q_apt este debitul al pompei la functionarea cu apa (pentru pompa data, conform proiectului si placutei fixate pe corpul pompei),

ν - viscozitatea cinematica a produsului petrolier

D_e - diametrul echivalent al rotorului care se determina din egalitatea:

, (24)

D₂- diametrul exterior al rotorului (D₂ 203mm),

b₂- latimea palei rotorice la iesirea din rotor (b₂ 7,2mm),

- coeficientul ce tine seama de existenta palelor:

(25)

t₂- pasul dintre doua pale la diametrul D₂( t₂ 79,7mm),

s - grosimea palelor (s 6,4mm),

β₂ - unghiul dintre tangenta la pala si tangenta la cercul de diametru D₂

d) Se determina debitul, inaltimea de pompare si randamentul corespunzatoare vehicularii produsului petrolier,la punctul nominal de functionare al pompei:

Marimile in cazul vehicularii produsului petrolier pentru indicele 'p' iar in cazul vehicularii apei sunt fara indice.

Intre K_H si K_Q exista urmatoarea relatie:(29)

Energia consumata de pompa pentru cazul Q=0, nu depinde de viscozitate ( are aceeasi valoare la functionarea cu apa si cu produs petrolier), ceea ce presupune ca H_p pentru Q=0, are aceeasi valoare ca si in cazul apei.

Pe diagrama trasata la punctul a), se figureaza punctele (Q, H), (Q,η), (Q,P) pentru produsul petrolier si se traseaza aproximativ curbele H(Q), η(Q), P(Q).

Se face verficarea aproximativa la cavitatie ( ca in lucrarea 9):

unde se recalculeaza (H_Na)_nec si (H_Na)_disp, conform caracteristicilor din cazul vehicularii produsului petrolier.

unde σ are aceeasi valoare ca pentru apa, deoarece se considera ca turatia specifica nu se schimba cu viscozitatea.

Unde p_vs este presiunea vaporilor saturati ai produsului petrolier, determinata la punctul 4.

Prinderile hidraulice pe conducta de aspiratie (∑ha), se calculeaza pentru produsul petrolier vehiculat. Spre deosebire de cazul vehicularii apei se modifica coeficientul pierderilor hidraulice (λ), datorita modificarii numarului Reynolds la curgerea prin conducta de aspiratie.