Definicija i klasifikacija
•
Radne hidrauličke mašine koje mehaničku energiju dobijenu od motora
predaju fluidu koji kroz njih protiče.
•
Pumpe se primenjuju za transport tečnosti koje su praktično nestišljive, koje
mogu biti čiste ili pomešane sa čvrstim materijalima, različite gustine i
temperature, hemijski neutralne ili agresivne i dr.
•
Pumpe se dele prema:
– Principu dejstva,
– Konstruktivnim karakteristikama,
– Oblastima primene.
•
Prema vrsti fluida koji se tretira pumpe se dele na:
–
Pumpe za čistu vodu;
– Pumpe za prljavu i hemijski agresivnu vodu;
– Pumpe za naftu i derivate nafte;
– Pumpe za hidromešavine;
– Pumpe za suspenzije, itd.
Klasifikacija pumpi
•
Kod
turbomašina (turbo pumpi)
radni element (radno kolo) rotirajući
određenom ugaonom brzinom predaje energiju, dobijenu od motora, na fluid koji
kroz njega protiče i povećava mu kinetičku energiju. Tako dobijen višak kinetičke
energije transformiše se u pritisnu energiju u elementu iza radnog kola.
•
U zavisnosti od pravca strujanja fluida u radnom kolu,
turbo pumpe
dele se na:
– Radijalne/Centrifugalne;
– Dijagonalne;
– Aksijane.
•
Osnovni princip dejstva
strujnih mašina
je da se energija jednog fluida (voda,
gas) koristi za povećanje energije drugog fluida.
Oblast primene pumpi u zavisnosti od protoka i napora
1-
Кlipne pumpe velikog pritiska, 2-Klipne pumpe, 3-Samousisne pumpe
4- Jednostepene radijalne pumpe, 5-Visestepene radijalne pumpe, 6-Dvostrujne pumpe,
7-Dijagonalne pumpe, 8-Osne pumpe, 9-Zapreminske obrtne pumpe
Jedinični rad i napor
•
Napor pumpe H (jedinični rad Y)
, predstavlja energiju koju,
jedinica mase fluida, dobije prolaskom kroz radni prostor pumpe.
Energija, kojom raspolaže jedinica mase, na ulazu u pumpu je:
Pumpa-shema
Energija, kojom raspolaže jedinica mase, na izlazu iz pumpe je:
Razlika, energije na izlazu i energije na ulazu, je energija
koju pumpa preda fluidu i definiše
se kao jedinični rad (napor) pumpe:
1
1
2
2
z
2
z
1
1
2
1
1
1
2
gz
c
p
E
+
+
=
ρ
2
2
2
2
2
gz
2
c
p
E
+
+
=
ρ
+
+
−
+
+
=
−
=
gz
2
c
p
gz
2
c
p
E
E
Y
2
2
2
1
2
1
1
1
2
ρ
ρ
Snaga pumpe
•
Snaga pumpe
se definiše izrazom:
•
Snaga na vratilu je veća od hidraulićke snage za veličinu gubitaka
KLIPNE PUMPE
Klipne pumpe-radni ciklus
Protok kroz klipne pumpe:
Kod jednoradne klipne pumpe
teorijski protok se
definiše izrazom:
, m
3
/s
gde su:
A
k
-
površina poprečnog preseka klipa (cilindra), m
2
;
s - hod klipa, m;
n - broj obrtaja vratila pumpe, o/min.
Stvarni protok pumpe se definiše izrazom:
, m
3
/s
gde je:
η
v
- zapreminski stepen korisnosti.
60
n
s
A
q
k
TI
⋅
⋅
=
60
n
s
A
q
k
v
I
⋅
⋅
=
η
DMT
GMT
DMT
1
2
3
4
5
6
7
4
3
5
6
7
2
1
a)
b)
s
D
d
D
s
3
2
3
4
5
6
7
c)
GMT
Klipne pumpe
1.Usisni cevovod,
2. Potisni cevovod,
3. Klip,
4. Klipnjača,
5. Cilindar,
6. Usisni ventil,
7. Potisni ventil
KLIPNE PUMPE
Klipne pumpe-radni ciklus
Stvarni protok
dvoradne klipne pumpe
definiše se izrazom:
, m
3
/s
Protok kroz
pumpu diferencijalnog dejstva
je praktično
jednak protoku jednoradne klipne pumpe:
, m
3
/s
Optimalna ravnomernost isporuke se postiže pri uslovu:
gde su:
D-
prečnik klipa, m; d- prečnik klipne poluge.
60
)
2
(
n
s
A
A
q
kl
k
v
II
⋅
⋅
−
=
η
DMT
GMT
DMT
1
2
3
4
5
6
7
4
3
5
6
7
2
1
a)
b)
s
D
d
D
s
3
2
3
4
5
6
7
c)
GMT
Klipne pumpe
1.Usisni cevovod,
2. Potisni cevovod,
3. Klip,
4. Klipnjača,
5. Cilindar,
6. Usisni ventil,
7. Potisni ventil
60
n
s
A
q
k
v
TD
⋅
⋅
=
η
kp
k
A
A
2
=
D
D
d
71
,
0
2
=
=
KLIPNE PUMPE
Karakteristične krive klipnih pumpi
Osnovna karakteristika klipne pumpe je zavisnost H=f(q) koja u koordinatnom sistemu q-H predstavlja pravu liniju.
Karakteristične krive klipne pumpe, n=var.
Klipne pumpe-konstrukcije
Dvoradna klipna pumpa za isplaku
1. Cilindarski blok, 2. Kućište, 3. Klipna poluga, 4. Ukrsna glava,
5. Transmisiono vratilo, 6, Ventil, 7. Klip, 8. Vetrenik, 9. Kolenasto vratilo,
10. Klipnjača 11. Postolje.
H,m
q,m
3
/s
0
q
1
q
2
q
3
n
1
n
2
n
3
P=const.
a
1
a
2
a
3
KLIPNE PUMPE
Vrste zaptivača na klipovima pumpe za isplaku
–
samozaptivni prstenovi sa metalnim prstenom kao ojačanjem
a,c,d,e- sa konusnim; b,f-
sa cilindričnim krajem klipnjače
1. Klip, 2. Zaptivač, 3. Podmetač, 4. Podloška, 5. Prsten.
Ventil
1.Sedlo, 2. Prsten, 3.Navrtka, 4. Pečurka, 5. Vođica,
6. Čaura, 7. Prsten, 8. Poklopac, 9. Natega, 10. Telo.
Tanjirasti ventili sa
ulošcima između
pečurke I sedla
ventila tako da se
obezbedjuje mirno
naleganje i dobro
zaptivanje.
Dubinska klipna pumpa
1.
Klipnjača
ventila,
2.
Spojnica,
3.
Čaura,
4.
Kućište,
5.
Klip,
6.
Izlazni ventil,
8. Krstasti umetak,
9 Ulazni ventil
Ventili
1.
Kućište,
2.Telo,
3.Kuglica,
4.Sedlo,
5.Konus.
Klip dubinske pumpe
Sa
zahvatnom
klipnjačom
Sa
specijalnim
zahvatom
Teorijski protok
Istovremeno, kroz usisni ventil, dotiče:
s
D
4
q
2
u
π
=
Pri kretanju poluge naniže :
Ako se izabere da je:
d
D
2
=
može se postići ravnomerna isporuka fluida:
s – hod klipa
D –
prečnik klipa
d –
prečnik gornjeg dela klipne poluge
n – broj dvojnih zahvata pumpe
Dubinska klipna pumpa
Efektivna snaga motora se definiše izrazom:
ω
ω
k
k
e
Tr
M
P
=
=
Broj hodova se, za zadati protok i maksimalan hod, definiše izrazom:
max
max
q
n
q
n
1
1
=
Izborni dijagram dubinske
klipne pumpe i kačaljke
Klipne pumpe sa hidrauli
čkim pogonskim uređajem
- film
1
2
3
4
Zavojna pumpa
1. Konfuzor, 2. Radno kolo, 3. Sprovodni kanal, 4. Difuzor.
1
2
3
4
Aksijalna pumpa
1. Usisni kanal, 2. Radno kolo, 3. Zakolo, 4. Potisni kanal
2
3
1
A
A
4
A-A
b
2
D
2
b
1
D
1
Centrifugalna pumpa
1. Konfuzor, 2. Radno kolo, 3. Sprovodni aparat, 4 Difuzor
TURBOPUMPE
u
1
c
1
w
1
β
1
α
1
r
2
r
1
ω
c
2
u
2
w
2
β
2
α
2
u
2
c
2
β
2
α
2
oo
c
2
w
2oo
w
2
c
2m
c
2u
c
2uoo
w
1
u
1
c
1
β
1
α
1
l
2
l
1
Meridijanski presek radnog kola i trouglovi brzina
Kinematika ravanskog kretanja
fluida u radnom kolu
Energija dobijena od pogonskog agregata se transgormiše u hidrauličnu energiju fluida.
-Veliki protok
-Jednostavna konstrukcija
-Unifikacija delova
-Lako upravljanje
-Automatizacija I regulisanje
-Lako održavanje
Radijalne pumpe
•
Moment količine kretanja na radijusu r
1
, ulazna ivica lopatice, je:
•
Moment količine kretanja na radijusu r
2
, izlazna ivica lopatice, je:
•
Moment spoljnih sila je:
•
Kako je;
•
Zamenom i množenjem leve i desne strane
sa
ω
(ugaona brzina) dobija se:
•
Zamenom izraza za:
dobija se:
•
U uprošćenim razmatranjima može se prihvatiti da je:
pa je izraz za teorijski napor (H, m):
(
)
1
1
2
2
1
2
l
c
l
c
q
L
L
M
T
k
k
−
=
−
=
ρ
2
2
2
1
1
1
cos
;
cos
α
α
r
l
r
l
=
=
T
gHq
M
P
ρ
ω
=
=
g
c
u
c
u
H
T
1
1
1
2
2
2
cos
cos
α
α
−
=
0
1
=
u
c
g
c
u
H
u
T
2
2
=
Radijalne pumpe
Teorijski napor radnog kola se može izraziti i formulom:
Jedinični rad (Y, J/kg) se definiše izrazom:
Stvarni napor je:
p-koeficijent koju uvažava uticaj oblika lopatice radnog kola, njihov broj, debljinu i dr.
Hidraulički stepen korisnosti.
(
)
2
2
2
β
ctg
c
u
g
u
H
m
T
−
=
u
T
T
c
u
gH
Y
2
2
=
=
p
H
H
T
k
+
=
=
1
1
ε
2
2
1
1
1
−
=
r
r
z
p
ψ
+
=
2
2
2
1
2
sin
sin
2
β
β
π
ψ
r
r
k
k
H
H
η
=
D
o
=D
1
D
2
D
o
D
1
D
2
D
o
D
1
D
2
D
o
D
1
D
2
D
o
D
2
D
1
n
q
=11....22
n
q
=22....41
n
q
=41....82
n
q
=82....165
n
q
=165....490
D
2
/D
o
=2,5(3)
D
2
/D
o
=2
D
2
/D
o
=1,8..1,4 D
2
/D
o
=1,2..1,1 D
2
/D
o
=0,8..0,6
CENTRIFUGALNE PUMPE
DIJAGONALNE
PUMPE
AKSIJALNE
PUMPE
Specifična učestanost (specifičan broj obrtaja)
n
q
definiše se kao brzina obrtanja
n
(
o/min)
turbopumpe koja radi sa naporom
H=1m
i protokom
q=1m
3
/s
:
4
3
2
1
H
nq
n
q
=
Odnosno kada se pređe na mere koje su date u SI
sistemu
(n, s
-1
; Y, J/kg; q, m
3
/s)
dobija se izraz:
4
3
2
1
333
Y
nq
n
q
=
Klasifikacija turbopumpi
SPECIFIČNA UČESTANOST OBRTANJA I
KLASIFIKACIJA TURBOPUMPI
Kavitacija
•
Proces nastanka mehurića pare u struju tečnosti konstantne temperature, na
mestima sniženog pritiska (ispod pritiska
zasićene pare na odgovarajućoj
temperaturi) i njihovog nestajanja u zoni povišenog pritiska.
•
Faze:
– Sistem u ravnoteži, pritisak okoline je
iznad pritiska zasićene pare, p > p
p
– p = p
p
i dalji pad pritiska p < p
p
formiraju se mehurići pare koji sa
daljim padom pritiska rastu
– Sa porastom pritiska , p > p
p
dolazi do
kondenzacije i prodora okolne tečnosti u
prazan prostor, do njegovog potpunog
popunjavanja.
Nagli porast pritiska
(red veličine 200 … 300 MPa),
zvučni efekti, razaranje površinskog sloja
(kacvitaciona erozija).
Kavitacija
w
h
z
g
c
g
p
z
g
c
g
p
+
+
+
=
+
+
2
2
2
2
1
2
1
1
2
2
ρ
ρ
w
u
a
h
h
g
c
g
p
g
p
+
+
+
=
2
2
2
2
ρ
ρ
g
p
p
NPSH
p
t
po
ρ
−
=
2
2
2
2
c
p
p
t
ρ
+
=
w
po
p
a
ud
h
NPSH
g
p
p
h
−
⋅
−
−
=
ϕ
ρ
Kavitacijska rezerva pumpnog postrojenja, definiše se energijskom jednačinom za preseke 1-1 i 2-2.
Iz uslova: p
1
=p
a
; c
1
=0; z
1
=0; z
2
=h
u
dobija se:
Kavitacijska rezerva pumpnog postrojenja
p
t
-totalni pritisak na ulazu u pumpu, Pa;
p
p
- pritisak pare
hw –
hidraulični otpori u usisnom cevovodu
Totalni pritisak na ulazu u pumpu je:
Dozvoljena visina usisavanja h
ud
se definiše izrazom:
1
1
2
2
h
ud
Karakteristične krive turbopumpi
g
c
u
H
u
T
2
2
=
m
T
c
b
D
q
2
2
2
π
=
T
T
q
b
D
ctg
u
g
u
g
H
2
2
2
2
2
2
1
1
π
β
−
=
Karakterističnim krivama turbopumpi nazivaju se zavisnosti H=f(q), P=f(q);
η
=f(q) koje se
definišu pri n=const.
Teorijska zavisnost H=f(q) je veza izmedju napora idealne turbomašine i njenog kapaciteta
uz odsustvo vrtloženja na ulazu u radno kolo.
Iz trougla brzina, na izlazu iz radnog kola:
c
2u
=u
2
- c
2m
ctg
β
2
gde je:
c
2m
-meridijanska komponenta apsolutne brzine.
Teorijski kapacitet turbomašine definiše se izrazom:
H,m
q,m
3
/s
q,m
3
/s
q,m
3
/s
q,m
3
/s
η
,%
P,kW
N
PSH
H,m
q,m
3
/s
q,m
3
/s
q,m
3
/s
q,m
3
/s
η
,%
P,kW
N
PSH
Karakteristične krive
dijagonalnih pumpi
Karakteristične
krive centrifugalne pumpe
H,m
q,m
3
/s
q,m
3
/s
q,m
3
/s
q,m
3
/s
η
,%
P,kW
N
PSH
Radna
gr
an
ica
Karakteristične
krive aksijalnih pumpi
w
h
z
g
c
g
p
z
g
c
g
p
+
+
+
=
+
+
2
2
2
2
1
2
1
1
2
2
ρ
ρ
2
2
4
4
d
q
c
c
d
Ac
q
π
π
=
⇒
=
=
Ako kroz cilindričnu nagnutu cev protiče realna tečnost (gustine
ρ
), Bernulijeva jednačina
za preseke 1-1 i 2-2 glasi:
c
1
, c
2
-
brzine fluida u karakterističnim presecima, m/s;
p
1
, p
2
–
pritisci u karakterističnim presecima, Pa;
z
1
, z
2
- visinske razlike, m;
h
w
- pad pritiska na pravolinijskom delu puta i na lokalnim otporima.
Visinska razlika z
2
-z
1
= h
g
naziva se geodezijska visina dizanja tečnosti.
Pretpostavka c
1
=c
2
=c, d = const.
Brzina ce se definiše iz jednačine kontinuitata
.
2
2
1
1
l
z
2
z
1
c
1
c
2
Kretanje tečnosti kroz nagnutu cev
2
4
2
2
1
8
q
d
l
d
gh
g
p
p
H
g
c
Σ
+
+
=
−
=
ξ
λ
π
ρ
2
bq
a
H
c
+
=
Zamenom izraza za: geodezijsku visinu dizanja, brzinu i
ukupan pad pritiska h
w
u Bernulijevu jednačinu dobijamo
jednačinu:
Karakteristika cevovoda
Definisanje karakteristike cevovoda
H,m
q,m /s
3
H
c
= f
(q)
H
p
= f
(q)
P= f
(q)
η
= f(q)
A
q
A
H
A
h
g
Turbo pumpa - cevovod
Definisanje radne tačke turbo pumpe
H,m
H
c
= f
(q)
H
p1
=H
p2
= f(q)
A
q
A
H
A
h
g
q,m /s
3
H
R
=H
p1
+H
p1
Redna veza pumpi
H , m
H
c
=
f
(q)
H
p1
=H
p2
= f
(q)
A
q
A
H
A
h
g
q , m / s
3
H
P
=f(q)
Paralelno vezane pumpe
Zajednički rad turbo pumpa-cevovod
Jednostepena centrifugalna pumpa NS
1. Priključna prirubnica, 2. Čep, 3. Podloška, 4. Zaptivni prsten, 5. Radno kolo, 6. Navrtka, 7. Podloška, 8. Klin, 9.
Prsten, 10. Prsten, 11. Raspršivač, 12. Spiralno kućište, 13. Čep, 14. Podloška, 15. Telo zaptivača, 16.Zavrtanj,17.
Zaptivni prsten, 18. Pletenica, 19. Potiskivač, 20. Zavrtanj, 21. Poklopac, 22. Raspršivač, 23. Ležaj, 24. Telo 25.
Zavrtanj, 26. Vratilo, 27. Klin, 28. Poklopac, 29.Ležaj, 30. Zavrtanj 31. Podloška, 32. Nosač.
Radijalne (centrifugalne) pumpe
.
1
2
3
4
5
6
Višestepena centrifugalna pumpa VP
Višestepena centrifugalna pumpa-
Višestepena centrifugalna pumpa VP
1. Ležaj, 2.Nosač ležaja, 3. Radno kolo 4. Meko punjenje, 5. Vratilo 6 Meko punjenje, 7.
Usisni kanal, 8. Zaptivni prsten, 9. Sprovodni kanal,
10. Međustepen, 12.Potisni kanal
Dubinska centrifugalna pumpa
1.
Hidrodinamički ležaj
2.
Radijalni ležaj
3.
Vratilo
4.
Kućište
5.
Sprovodni aparat
6.
Klin
7.
Radno kolo
8.
Usisna korpa
9.
Nosač
Elementi dubinske pumpe
1.Radno kolo, 2.Sprovodno kolo, 3.Zaptiva
č
Pumpa za transport nafte sa dvostranim usisom
1. Oslonci vratila, 2. Vratilo, 3.Potisna caura , 4.Zaptivaci, 5.Potisni poklopac,
6.Kuciste 7.Radno kolo, 8.Usisni poklopac , 9.Oslonac vratila
Radna kola,
a-Otvoreno, b-Zatvoreno, c- sa dvostranim usisom
Radna kola centrifugalne pumpe
Vrste radnih kola
Ćelije zaptivača
1. Telo, 2. Meko punjenje,
3 Zavrtanj 4.otiskivač,
Kontaktni zaptivači
a, b-
Sa čeonim kontaktnim prstenovima; c-Sa mehom;
d-Sa oprugama 1. Prsten, 2. Prsten, 3. O-prsten, 4. Opruga
