Napęd pompy kopalnianej

Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa
Ćwiczenia laboratoryjne
Instrukcja do ćwiczenia
Badanie pompy
kopalnianej.
Na podstawie pracy dyplomowej inżynierskiej pt:
”Modernizacja stanowiska laboratoryjnego do badań pomp kopalnianych”. Gliwice 2006r.
Autor: inż. Marcin Hoinca
Do celów ćwiczenia laboratoryjnego przeredagował: mgr Władysław Gluza
Gliwice, czerwic 2015
1. Przegląd literaturowy rozwiązań konstrukcyjnych pomp kopalnianych
Pompy odwadniające, stosowane w górnictwie, napędzane są niemal wyłącznie silnikami
elektrycznymi. Tylko w nielicznych przypadkach, gdy woda zawiera dużo zanieczyszczeń, do
napędu małych pomp przodkowych wykorzystywane jest sprężone powietrze. Wszystkie pompy
o napędzie elektrycznym budowane są jako odśrodkowe. Ze względu na wysokość tłoczenia i
wydajność pompy stosowane w górnictwie dzielimy na: pompy głównego odwadniania,
pomocnicze, przenośne. Pompy głównego odwadniania służą do tłoczenia wody z poziomu
wydobywczego na powierzchnię. W napędzie pompy stosowane są silniki indukcyjne o
mocach:(200-1600)kW i napięciu znamionowym 6 kV. Pompy głównego odwadniania typu
OW lub OWB, są to pompy wirowe wielostopniowe, wysokociśnieniowe. Pompy pomocnicze są
stosowane w górnictwie do przepompowywania wody z lokalnych zbiorników wodnych w
rejonach oddziałów wydobywczych do zbiorników głównego odwadniania. Pompy pomocnicze
typu OS są to pompy wirowe wielostopniowe, średniociśnieniowe. Konstrukcje pomp typu
OS są podobne do pomp OW, z tym, że zespół wirujący ułożyskowany jest w łożyskach
tocznych i nie ma tarczy obciążającej. Moce tych pomp OW nie przekraczają 100 kW,
napędzane są silnikami indukcyjnymi klatkowymi. Pompy przenośne są stosowane głównie w
przodkach wydobywczych o małym dopływie wody oraz tam gdzie woda występuje okresowo.
Pompy są zatapialne, wirnik jest montowany bezpośrednio na wale wodoszczelnego silnika.
Napędzane silnikami indukcyjnymi klatkowymi o mocach kilka kW. Pompy górnicze można
podzielić na dwa podstawowe typy: pompy wyporowe oraz pompy wirowe. Na rysunku 1.1
przedstawiono przykładowy podział pomp wyporowych, a na rysunku 1.2 przedstawiono
przykładowy podział pomp wirowych.
Rys, 1.1 Podział kopalnianych pomp wyporowych
Rys, 1.2 Podział kopalnianych pomp wirowych
1.1.Górnicze pompy wyporowe
Praca pompy wyporowej sprowadza się do wytworzenia różnicy ciśnień między
stroną ssawną, a stroną tłoczną ruchomego organu roboczego (tłoka lub nurnika). Do
podstawowych parametrów eksploatacyjnych pomp należą: Q - wydajność, H - wysokość
podnoszenia, n - prędkość obrotowa, r| - sprawność, P - moc maszyny na wale, Na rys. 1.3
przedstawiono zasadę działania pompy wyporowej. W skład pompy wchodzą: cylinder 4,
wewnątrz którego porusza się tłok 1, dwa zawory (tłoczny 5 i ssawny 3) oraz dwa króćce
(tłoczny i ssawny). Tłok napędzany silnikiem poprzez mechanizm korbowy porusza się
ruchem posuwisto-zwrotnym. Przy ruchu tłoka do góry ciecz znajdująca się w zbiorniku
dolnym zostaje zassana do komory zaworowej 2. W tym czasie pod wpływem
wytworzonego podciśnienia otwiera się zawór zwrotny 7 i zawór ssący 3.
Rys. 1.3 Zasada działania pompy wyporowej jednostronnej
1- tłok, 2- komora zaworowa, 3- zawór ssący, 4- cylinder, 5- zawór tłoczny, 6- rurociąg
tłoczny, 7-kosz ssawny zawór tłoczny, 9- króciec ssawny, 10- rurociąg ssący,,
Przy ruchu tłoka w dół, ciecz z komory zaworowej zostaje wypchnięta do zbiornika
górnego przez rurociąg tłoczny 6. Ciśnienie wytworzone w komorze zaworowej powoduje
zamknięcie zaworu ssącego i otwarcie zaworu tłocznego 5.
W pompach wyporowych, wydajność zależy od pojemności cylindra i od prędkości
obrotowej, natomiast nie zależy od wysokości podnoszenia i oporów ruchu. Zmianę
wydajności Q pompy można uzyskać tylko przez zmianę prędkości kątowej (1.1)
Moc P zapotrzebowana przez pompę zmienia się proporcjonalnie do wydajności i według
relacji
Moment oporowy pomp M przy zmianie prędkości kątowej, jest wielkością stałą (1.3)
Wydajność teoretyczna pompy wyporowej jednostronnej Q, przy jednym obrocie koła
korbowego, zależy od powierzchni tłoka A i jego skoku s. Dla prędkości wirowania OD
można przedstawić zależność (1.4) określającą wydajność pompy.
gdzie :
s - skok koła, [m],
A - pole przekroju tłoka, [m2],
n -prędkość kątowa, [l/s].
Elementem sprężającym ciecz w pompie wyporowej jest najczęściej tłok lub nurnik. W
warunkach przemysłowych, moc silnika napędzającego pompę jest większa od mocy
zapotrzebowanej. Dla pompy o mocy zapotrzebowanej P z dobiera się silnik o mocy
większej, wynikającej z typoszeregu silników oraz z przyjętego współczynnika
bezpieczeństwa. Wzrost ciśnienia pc przy zwiększaniu prędkości obrotowej spowodowany
jest wzrostem prędkości przepływu cieczy przez rurociąg, gdyż zwiększone są wtedy
opory ruchu. Na rys. 1.4 przedstawiono przykładowe przebiegi pompy wyporowej takie
jak: moc P pobieranej z sieci, wydajności Q, oraz ciśnienia pc.
Rys. 1.4 Charakterystyka pompy wyporowej
1.2. Górnicze pompy wirowe
W pompach wirowych elementem aktywnym, przekazującym energię, jest wirnik
osadzony na wale i obracający się wraz z wałem w kadłubie pompy (rys. 1.5). Wirujący
wirnik, dzięki odpowiedniej konstrukcji, wymusza przepływ cieczy przez pompę. Energia
z silnika zostaje przeniesiona na ciecz przez łopatki wirującego wirnika. Cząstki cieczy
znajdujące się między łopatkami wirnika zostają wprawione w ruch obrotowy. Na wirujące
cząstki cieczy działa wtedy siła odśrodkowa. Pod wpływem tej siły cząstki cieczy zostają
odrzucone od wlotu wirnika na zewnątrz wirnika. W ten sposób na początku łopatek
wytwarza się ciśnienie niższe - podciśnienie, a na końcu łopatek ciśnienie wyższe.
Powstaje ciągły przepływ cieczy przez wirnik. Przed uruchomieniem pompy należy pompę
wirową i rurociąg ssawny odpowietrzyć i zalać cieczą. Dopływ cieczy do wirnika
następuje w wyniku dzięki powstaniu podciśnienia na początku łopatek i działaniu
ciśnienia atmosferycznego na zwierciadło cieczy w zbiorniku dolnym. Ponieważ ciśnienie
atmosferyczne ma stałą wartość, a pompa wirowa nie może wytworzyć wysokiej próżni,
należy dążyć, aby pompa była ustawiona jak najbliżej zwierciadła cieczy w zbiorniku, z
którego zasysa ciecz.
Rys. 1.5 Przekrój przez pompę i wirnik
Podstawowymi parametrami pompy są wydajność i wysokość podnoszenia. Parametry te
zależą od prędkości obrotowej pompy oraz od wymiarów i konstrukcji wirnika. Wydajność
pompy zależy od średnicy wlotu, szerokości kanałów wirnika oraz od średnicy zewnętrznej
wirnika. Wysokość podnoszenia zależy głównie od średnicy zewnętrznej wirnika oraz w
niewielkim stopniu od liczby i kształtu łopatek wirnika. Parametry eksploatacyjne wpływają
w ograniczonym stopniu na kształt wirnika pompy. Pompy wirowe w porównaniu z
pompami wyporowymi mają wiele zalet. Zaletami pomp wirowych są: równomierność
pracy, która odbywa się w sposób ciągły bez okresowych zmian natężenia przepływu i
ciśnienia, duża niezawodność działania, możliwość pracy przy dużych prędkościach
obrotowych, co umożliwia ich bezpośredni napęd bez konieczności stosowania przekładni,
stosunkowo łatwa regulacja wydajności, mniejsza wrażliwość na pompowanie cieczy
zanieczyszczonych mechanicznie, możliwość uzyskania dużych wydajności przy
stosunkowo niewielkich wymiarach gabarytowych.
Pompy wirowe w porównaniu z pompami wyporowymi mają też wady. Wadami pomp
wirowych są: niezdolność do uzyskania wysokich ciśnień przy małych wydajnościach,
utrudnione uruchamianie związane z koniecznością odpowietrzenia i zalania pompy i
rurociągu ssawnego, niebezpieczeństwo przestania pompowania cieczy w przypadku
zassania powietrza.
1.3. Wybrane rozwiązania konstrukcyjne pomp kopalnianych
Pompy płuczkowe typu PŁ
Schemat pompy płuczkowej PŁ przedstawiono na rysunku (1.6a), a widok pompy
przedstawiono na rysunku (1.6b)
Pompy wirowe jednostopniowe:
Rys. 1.6. Pompa typu PŁ do wody czystej
Pompy wirowe, odśrodkowe, jednostopniowe, z wirnikami dwustrumieniowymi
zamkniętymi w układzie poziomym. Przeznaczone są do pompowania wody czystej lub
zanieczyszczonej. Sprawdzona w ciągu wielu lat eksploatacji konstrukcja i nowoczesne
rozwiązania materiałowe decydują o niezawodności i wysokiej trwałości, a ich
podstawowe parametry przedstawiono w tabeli (1.1)
Tabela 1.1 Podstawowe parametry pomp płuczkowych
Parametry pracy pompy
Typ pompy
Nazwa parametru
PŁ-300
Wydajność Q |m3/h]
Uwagi
840
570
Wysokość podnoszenia H [m]
64
27
Prędkość obrotowa n [Obr/min] 1450
960
184
Moc na wale pompy P [kW]
58
1050
Masa pompy m [kg]
PŁ-400
1500
840
70
31
1450
960
344
90
1710
PŁ-400A
PŁ-500A
Wirnik
2000
F
2580
D
2400
50
74
61
960
1450
1450
345
625
490
2930
1800
1800
Dla wody o gęstości
1000kg/m3 i
temperaturze
15°C
Obszar pracy pomp z typoszeregu PŁ przedstawiono na rysunku (1.7)
Q[m3/h]
Rys. 1.7. Charakterystyka pracy pompy typu PŁ,
Pompy wirowe wielostopniowe:
Rys. 1.8. Pompa wysokociśnieniowa typu OW
Pompy
wirowe,
odśrodkowe,
wielostopniowe
z
wirnikami
zamkniętymi
jednostrumieniowymi w układzie poziomym z kierownicami odśrodkowymi i
dośrodkowymi. Przeznaczone są do pompowania wody czystej lub zanieczyszczonej.
Sprawdzona w setkach zastosowań konstrukcja pomp OW zapewnia bezawaryjną pracę
nawet w najtrudniejszych warunkach eksploatacji. Na rysunku (1.8) pokazano widok
pompy wielostopniowej, a podstawowe jej parametry przedstawiono w tabeli 1.2
Rys. 1.9. Charakterystyka pracy pompy wysokociśnieniowej typu OW
11
Pompy wirowe jednostopniowe:
Rys. 1.10. Pompa do hydrotransportu typu HC
Pompy wirowe, odśrodkowe, jednostopniowe, poziome z wirnikami jednostrumieniowymi
zamkniętymi, pokazano na rysunku 1.10. Zostały zaprojektowane w celu rozwiązania
problemów związanych z pompowaniem silnie ścierających mieszanin o dużych
gęstościach, zawierających piasek, rudy, węgiel, żużel itp. Specjalna konstrukcja pomp
umożliwia długotrwałą eksploatację układu przepływowego przy zachowaniu wysokiej
sprawności hydraulicznej. Optymalny dobór materiałów konstrukcyjnych zapewnia
bezproblemową eksploatację. Obszar pracy pomp HC przedstawia rysunek 1.11, a
podstawowe parametry przedstawia tabela 1.3.
Tabela 1.3 Podstawowe parametry pomp wirowych jednostopniowych typu HC
Parametry pracy pomp
Typ pompy
HC-125
250
45
Nazwa parametru
Prędkość Moc na wale
Maksymalny
obrotowa
pompy
graniczne
n [min1]*
P [kW]
zanieczyszczenie
[mm]
1470
44
30
HC-150
HC-150W
400
400
63
105
1470
1470
100
174
25
25
1260
1518
HC-200
600
115
1470
300
44
1850
Wydajność Wysokość
Q [m3/h] podnoszenia
H[m]
Uwagi: Dla wody o gęstości 1000kg/m3 i temperaturze 15°C
* Ze względu na specyfikę pracy pompy przystosowane są do napędu na przekładnię pasową
Masa pompy
m [kg]
913
Rys. 1.11 Charakterystyka pracy pompy typu HC
Pompy wirowe jednostopniowe:
Rys. 1.12. Pompa do hydrotransportu typu PH
Pompy wirowe, odśrodkowe, jednostopniowe, poziome z wirnikami jednostrumieniowymi
zamkniętymi pokazano na rysunku 1.12. Przeznaczone są do pompowania cieczy
zanieczyszczonych, zawierających piasek, rudy, węgiel, żużel itp. w wysokich
koncentracjach.
Sprawdzona w tysiącach zastosowań konstrukcja pomp PH umożliwia pewną eksploatację w
najtrudniejszych warunkach. Optymalny dobór materiałów konstrukcyjnych zapewnia
bezproblemową pracę. Obszar pracy pomp PH przedstawia rysunek 1.13, a podstawowe
parametry przedstawia tabela 1.4.
Rys. 1.13. Charakterystyka pracy pompy typu PH
Typoszereg PH obejmuje następujące wersje:
PH-A - do pracy pojedynczej
PH-G - do cieczy gorących
PH-M - większe szerokości kanałów wirnika
PH-W - duża wysokość podnoszenia
Tabela 1.4 Podstawowe parametry pomp wirowych typu PH
Parametry pracy pompy
Typ pompy
Odm. konstrukcyjna
Pompy do pracy pracy
szeregowej
PH-65
PH-80
PH-100
PH-100 W
PH-100
PH-200
PH-65
PH-80
PH-100
pojedynczej
Nazwa parametru
Wydajność Wysokość
Prędkość
Q [m3/h]
podnoszenia obrotowa n
[min1]**
H [m]
Moc na
wale
pompy
P[kW]
6.1
7.8
21
51
21
168
168
308
330
357
PH-65A
50
25
2650
PH-80A
80
25
1800
PH-100A
125
40
1600
PH-100W
100
95
1470
PH-100A/G 125
40
1600
*PH-200G
PH-200
PH-200A
500
80
1450
PH-200A/G 500
80
1450
*PH-200G
PH-250
PH-250
PH-250A
960
90
1450
PH-250AM 900
100
1450
PH-250 M PH-250M
PH-300
PH-300
PH-300A
1400
73
980
Uwagi: Dla wody o gęstości 1000kg/m3 i temperaturze 15°C
* Pompy nie posiadają dopuszczenia do pracy w podziemiach kopalń
** Ze względu na specyfikę pracy pompy przystosowane są do napędu na przekładnię pasową
Masa
pompy
m[kg]
92
190
358
826
358
1228
1228
1561
1559
2364
Pompy wirowe jednostopniowe:
Rys. 1.14. Pompy do cieczy ciężkich typu OŁ-A
Pompy do cieczy ciężkich typu OŁ-A pokazane na rysunku 1.14 stosuje się do
pompowania cieczy silnie zanieczyszczonych, zawierających ziarna materiałów
ścierających takich jak: piasek, kwarcowy, rudy metali, skały płonne i węgiel. Pompy
wykonane są z materiałów o wysokiej odporności na ścieranie. Masowa zawartość ciał
stałych w pompowanym medium nie może przekraczać 60%. Maksymalna gęstość
pompowanej cieczy wynosi 2200 kg/m3. Podstawowe parametry pompy przedstawia tabela
1.5.
Tabela 1.5 Podstawowe parametry pomp do cieczy ciężkich
Parametry pracy pompy
Typ pompy
Nazwa parametru
Wydajność
Q [m3/h]
Wysokość
podnoszenia
H [m]
Prędkość obrotowa
n [min-1]
Moc na wale
pompy
P[kW]
Masa pompy
m[kg]
OŁ-80A
90
19
960
8.5
713
OŁ-100A
165
20.5
960
13.5
848
OŁ-150A
300
16
850
17.5
979
Uwagi: Dla wody o gęstości 1000 kg/m3 i temperaturze 15°C
Pompy tłokowe i agregaty zasilające:
Rys. 1.15. Pompy typu T
Pompy trójnurnikowe o jednostronnym działaniu w układzie poziomym ukazane na
rysunku 1.15. Napędzane są silnikami elektrycznymi przez sprzęgło elastyczne oraz
przekładnię zębatą. Stosowane są, między innymi, do pompowania wody przemysłowej
lub emulsji olejowo-wodnej, zasilania urządzeń hydraulicznych, czyszczenia
hydraulicznego, do układów zraszania kombajnów oraz w tłoczeniu solanki do górotworu
w kopalniach. Podstawowe parametry pompy typu T przedstawia tabela 1.6
Tabela 1.6 Podstawowe parametry pomp typu T
Znamionowe parametry pracy pomp tłokowych
Oznaczenia
Nazwa parametru
Wydajność
Q [dm3/min]
Ciśnienie
p [MPa]
Moc silnika
Ns [kW]
Masa
[kg]
T-100/32A (AZ2sM)
100
20-32
55
1513
T-125/25 (AZE-3)
125
16-25
75
1721
T-140/32 (AZE-4)
140
16-32
90
1890
T-150/30 (AZE-5)
150
25-30
90
1900
T-200/32 (AZE-6)
200
16-32
132
2621
T-220/12
220
6-12
55
1713
T-400/16
400
6-16
132
2862
T-65/45 (WUC-1)
65
45
55
1654
Pompy wirowe zatapialne:
Rys. 1.16. Pompy typu P-C
Pompy zatapianie, wirowe, odśrodkowe, jednostopniowe, w układzie pionowym
przedstawiono na rysunku 1.16. Silnik elektryczny jest oddzielony od układu
przepływowego komorą olejową, w której zainstalowano niezawodne podwójne
uszczelnienia mechaniczne. Pompy typoszeregu P-C przeznaczone są do pompowania
wody czystej i zanieczyszczonej. Sprawdzona w tysiącach aplikacji konstrukcja pomp P-C
umożliwia pewną eksploatację w najtrudniejszych warunkach. Rysunek 1.17 przedstawia
obszar pracy pompy, a tabela 1.7 jej podstawowe parametry.
Tabela 1.7. Parametry pomp typu P-C
Parametry pracy pompy
Typ pompy
Nazwa parametru
Prędkość
Moc
obrotowa n
silnika
[min1]
P[kW]
P-1CA/II
14
16
2840
1.5
14
16
2840
1.5
P-1CA/IIS
P-1CB/II
14
9,5
2820
1.1
P-1CC/II
16
12
2840
1.5
P-2CA (N)
63
16
2885
5.5
P-2CA (W)
40
19
2885
5.0
P-2CC (N)
63
16
2885
5.5
P-2CC (W)
40
20
2885
5.0
P-3CA
155
25
2940
18.5
P-3CC/II
135
25
2940
18.5
Uwagi: Dla wody o gęstości 1000kg/m3 i temperaturze 15°C
Wydajność
Q [m3/h]
Wysokość
podnoszenia
H [m]
Zasilanie
[V]
380
380
220
500
380
380
500
500
380
500
Masa
pompy
m[kg]
33
33
31,7
39
102
102
102
102
240
233
Rys. 1.17. Charakterystyka pracy pompy typu P-C
Pompy wirowe zatapialne:
Rys. 1.18. Pompy typu P-BA
Pompy zatapialne wirowe, odśrodkowe jednostopniowe, są przeznaczone do pompowania
wody czystej i zanieczyszczonej. Przykładową konstrukcje pompy pokazano na rysunku
1.18. Silnik elektryczny jest oddzielony od układu przepływowego komorą olejową, w
której zainstalowano niezawodne podwójne uszczelnienia mechaniczne. Sprawdzona w
tysiącach zastosowań konstrukcja pomp P-BA umożliwia pewną eksploatację w trudnych
warunkach. Obszar pracy pompy przedstawia rysunek 1.19, a podstawowe parametry
pomp P-BA zamieszczono w tabeli 1.8
Tabela 1.8. Podstawowe parametry pomp typu P-BA
Znamionowe parametry pracy
Typ pompy
Wydajność
Q [m3/h]
Nazwa parametru
Prędkość
Moc silnika
obrotowa
P [kW]
n [min"1]
2860
2.2
3x380
43
Zasilanie
[V]
P-1BA/I
0-60
Wysokość
podnoszenia
H [m]
19-5
P-1BA/A
P-1BA
P-2BA/A
(N)
0-60
0-60
0-78
19-5
19-5
27-10
2840
2860
2900
2.2
2.2
4.0
3x380
3x500
3x380
47
43
65.5
P-2BA/A
(W)
0-72
29-4
2900
4.0
3x380
65.5
4.0
3x500
65.5
4.0
3x500
65.5
P-2BA
0-78
27-10
2900
(N)
P-2BA
0-72
29-4
2900
(W)
Uwagi: dla wody o gęstości 1000kg/m3 i temperaturze 15°C
Masa
pompy
m[kg]
Rys. 1.19 Charakterystyka pracy pompy typu P-BA
Podstawowe zalety wirowych pomp kopalnianych: ,
Pompy typu PŁ
— Duże wydajności (840-2400)m3/h
— Wysokie sprawności energetyczne
— Możliwość demontażu wału bez odłączania rurociągu ssawnego i tłocznego
Pompy wysokociśnieniowe typu OW
— Duże wysokości podnoszenia (do 700m)
— Bardzo dobre właściwości ssawne
— Odporność na zanieczyszczenia mechaniczne i chemiczne pompowanego
medium
Pompy do hydrotransportu typu HC
— Możliwość pompowania mieszanin o dużej koncentracji ciał stałych.
— Układ łożyskowy wyposażony w filtr oleju, nie wymagający chłodzenia wodą
— Przystosowane do łączenia szeregowego
Pompy typu P-C i P-BA
— Zwarta konstrukcja, odporna na uszkodzenia mechaniczne
— Łatwe do przenoszenia
— Termiczne zabezpieczenia uzwojeń silnika
— Samoczynne sterowanie pracą silnika
— Pompy typu P-1BA/I mogą pompować ciecze zanieczyszczone substancjami
ropopochodnymi. Posiadają certyfikat Ex IIA T3.
— Silnik chłodzony za pomocą płaszcza wodnego w pompie typu P-BA
2. Opracowanie koncepcji nowoczesnego stanowiska pomiarowego do
badania pomp kopalnianych
Celem modernizacji stanowiska do badania pomp kopalnianych była budowa
nowego stanowiska spełniającego wymogi aktualnie stosowanej techniki łączeniowej i
sterowania, odpornego na korozję i spełniającego wszystkie wymogi BHP. Elementy
dotychczasowego stanowiska pomiarowego były mocno zużyte (w dużym stopniu
skorodowane) i dlatego podjęto decyzje budowy z nowych elementów wyposażenie
stanowiska. Stanowisko badawcze będzie wykonane i z następujących elementów: układ
hydrauliczny obejmujący dwa zbiorniki, zbiornik dolny i zbiornik górny, w zbiorniku
dolnym umieszczona zostanie pompa, rurociąg łączący ze sobą zbiorniki tworząc układ
zamknięty, w rurociągu zostanie wbudowany manometr umożliwiający pomiar ciśnienia
pompowanej wody oraz odpowiedni układ sterowania.
Zbiorniki
Ponieważ elementem wykonawczym będzie pompa P-1B o wydajności Q- 32m3/h
zaproponowano zbiorniki o wymiarach 1000xl000xl000mm. wykonane z blachy stalowej
o grubości 3mm. Przykładową konstrukcję zbiornika przedstawiono na rys. 2.1
.
1000
Rys.2.1 Zbiorniki stalowy
Jeden ze zbiorników zostanie umieszczony na podłodze drugi na stojaku o wysokości
l.l m. Rozmieszczenie zbiorników przedstawiono na rys.2.2
Zbiornik górny ze zbiornikiem dolnym łączy rurociąg, w którym, wbudowane zostały
zawory kulowe umożliwiające regulacje przepływu wody.
Rys.3.2. Wzajemne ustawienie zbiorników.
Pompa
Pompa P-1B zostanie umieszczona w zbiorniku dolnym. Podczas pracy pompa
tłoczy wodę ze zbiornika dolnego do zbiornika górnego. Pompa P-1B jest pompą
przenośną wirową z napędem elektrycznym, wykorzystywana między innymi do
odwadnianie przodków, przekopów itp. Pompy te są przystosowane do tłoczenia wody
czystej lub wody zanieczyszczonej zanieczyszczeniami mechanicznymi o maksymalnej
wielkości ziaren do 5mm, przy czym gęstość pompowanej cieczy nie powinna
przekraczać 1200 kg/m3. Temperatura pompowanej cieczy nie powinna przekraczać
20°C. Oznaczenie pompy jest utworzone z poszczególnych symboli literowocyfrowych, które określają typ pompy, kolejną wielkość w typoszeregu oraz wersję
konstrukcyjną. Poszczególne symbole oznaczają:
- litera P - oznacza pompę przodkową
- cyfry 1,2,5 - oznaczają wielkość w typoszeregu
- litery B,A,C - oznaczają wersję konstrukcyjną
Pompy typu P wykonywane są w następujących wielkościach:, P-1EA, P-2BA, P-3CC.
Są wykonywane jako wodoszczelne, co zezwala na pracę przy całkowitym zanurzeniu
w pompowanej cieczy. Pompę P-1B pokazano na rys.2.3, a jej podstawowe
parametry przedstawiono w tabeli 2.1.
Tabela. 2.1 Parametry pompy
Typ pompy
Rodzaj wirnika
Masa
Wydajność
(m3/h)
P-IB
NAW
43
0-60
Wysokość
podnoszenia
(m)
19-5
Prędkość
obrot o wa
( o b r./min.)
2860
Rys.2.3 Pompa P-1B
Rys. 2,4 Zbiornik dolny z pompą oraz czujnikiem poziomu CP-2d
Układ sterowania
Układ sterowania umożliwia realizację sterowania ręcznego i automatycznego pompy
przenośnej. Obwód siłowy jest zasilany z sieci: 3x500V (napięcie znamionowe pompy to
Un=500V). W obwodach sterowania zastosowano napięcie obniżone Ust=42V AC z
transformatora separującego. Jest to napięcie zasilania: czujnika poziomu wody CP-2d,
cewki stycznika, oraz cewki przekaźnika.
Podczas pracy automatycznej pompa pracuje do momentu osiągnięcia minimalnego
poziomu wody, wtedy pływak czujnika znajdzie się na poziomie dolnym czujnika, co
spowoduje wyłączenie pompy.
Przy pracy ręcznej załączenie i wyłączenie pompy odbywa się przy pomocy przycisków
sterujących.
Czujnik poziomu wody CP-2d dane katalogowe:
Czujnik CP-2d przedstawiony na rysunku 3.5 jest przeznaczony do zabezpieczenia
hydraulicznych stacji zasilających i zbiorników przed niekontrolowanym wypływem
cieczy. Może być również stosowany wszędzie tam, gdzie zachodzi konieczność
kontrolowania poziomu cieczy. Czujnik poziomu cieczy CP-2d może być instalowany na
powierzchni lub w podziemiach kopalń w wyrobiskach zaliczanych do stopnia „a", „b" i
„c" niebezpieczeństwa wybuchem metanu, oraz klasy „A" lub „B" zagrożenia wybuchem
pyłu węglowego. Produkowany jest w dwóch wersjach: podstawowej (sonda spawana) i
specjalnej (sonda skręcona), z których każda posiada kilka odmian różniących się między
sobą budową sondy, liczbą kontaktronów, pływaków itp. Czujnik CP-2d produkowany
jest w dwóch wykonaniach: I i II. W wykonaniu I wyposażony jest w złącze kablowe typu
ZGT zamontowane na pokrywie obudowy, natomiast w wykonaniu II wyposażony jest w
dławnice kablową M32xl,5 oraz listwę zaciskową. Dane znamionowe dotyczące czujnika
umieszczono w tabeli 2.1.
Czujnik ma zainstalowane wewnątrz niemagnetycznej rurki dwa kontaktrony umieszczone
na różnych wysokościach. Po zewnętrznej części rurki porusza się pływak z wbudowanym
wewnątrz magnesem stałym. Gdy poziom wody podniesie się, to pływak osiągnie górny
poziom, to pod wpływem magnesu zamyka się styk górnego kontaktronu, powodując
samoczynne załączenie się pompy. Po wypompowaniu przez pompę wody ze zbiornika i
opadnięciu wody do poziomu dolnego kontaktronu, następuje jego zwarcie i wyłączenie
pompy.
Rys.3.5. Czujnik poziomu wody CP-2d
Tabela 3.1 Dane techniczne czujnika CP-2d:
Max. prąd łączeniowy
Max. moc łączenia
Max. napięcie zasilania
CP-2d/l-a
1A
60 W
Wilgotność względna (dot. obudowy)
CP-2d/l-b
0,3 A
20 W
60 V DC, 42 V AC
do 95 ± 2%
Min. odległość cieczy od obudowy zbiornika
60 mm
Różnica w poziomach cieczy powodująca zadziałanie 10-30 mm
Temperatura otoczenia
-20 do +40°C
Masa
4 kg
Wymiary gabarytowe (bez sondy)
180x125x94,5 mm
Stopień ochrony obudowy
IP65
Rurociąg
W skład rurociągu wchodzi odcinek od pompy do wylotu górnego, oraz odcinek spustowy
rurociągu, łączący zbiornik górny z dolnym. Pomiędzy pompą i górnym zbiornikiem
umieszczony jest manometr oraz zawór umożliwiający kryzowanie. Pozwala to na zmianę
ciśnienia w króćcu wylewowym, oraz czasu pracy pompy i daje możliwość
przeprowadzenia pomiarów przy różnym ciśnieniu, oraz zmianę parametrów pracy
układu. Aby spełnić wymogi bezpieczeństwa rurociąg na odcinku pompa - zawór
wykonano z rur stalowych. Pozostały odcinek rurociągu jest połączony wężem gumowym
o wzmocnionej konstrukcji. Średnica rurociągu jest identyczna jak średnica króćca
tłocznego pompy i została dobrana zgodnie ze wskazówkami producenta ϕ2" [12]. Jest
ona dobrana optymalnie do parametrów pompy, aby uniknąć dławienia pompy.
Rys. 4.5 Schemat poglądowy układu hydraulicznego stanowiska
Pompa
Podstawowym urządzeniem stanowiska pomiarowego jest górnicza pompa przenośna typu:
P-1B. Z katalogu pomp wirowych zatapialnych [12] w typoszeregu P-B model P-1B jest
modelem o najmniejszej wydajności. Parametry pompy dobrano tak, alby zapewnić
możliwie długi czas trwania pomiarów, co ma zapewnić jak najdłuższy czas trwania
pomiarów na stanowisku badawczym. Na rys. 4.5 przedstawiono wymiary geometryczne
pompy P-1B. W tabeli 4.2 podano parametry znamionowe pompy, a w tabeli 4.3
zestawienie elementów konstrukcyjnych pompy. Na rys. 4.6 przedstawiono przekrój
poprzeczny pompy P-1BA.
Tabela 4,2 Parametry elektryczne pompy.
Typ
pompy
P-1BA
Typ silnika
BMSWVf-90L2
Parametry znamionowe silnika
PN
UN
IN
COS(φ)
kW
2,2
V
500
A
3,6
-
0,86
Prędkość
obrotowa n
0,8
obr./min.
2860
Wymiar
Typ pompy
a
b
c
P-1BA
590
258
354
Rys.4. Wymiary zewnętrzne pompy P-1B
Charakterystyka pracy pompy zgodna z danymi katalogowymi pokazano na rys. 4.7
Rys. 4,7 Charakterystyka pompy P-1BA
Układ sterowania
Układ sterowania został umieszczony w skrzynce sterowniczej, umocowanej w pobliżu
stanowiska pomiarowego. Wewnątrz skrzynki mieści się cały układ sterowania oraz
obwód zabezpieczenia silnika.
Rys. 4.7 Skrzynka sterownicza
Na rysunku 4.8 przedstawiono schemat ideowy układu sterowania i zasilania pompy
kopalnianej, w skład schematu ideowego wchodzą: pompa z silnikiem indukcyjnym,
wyłącznik silnikowy, transformator obniżający napięcie 500/42V, stycznika, przełącznika
rodzaju sortowania, bezpiecznik, styki zwierające i rozwierające przekaźników,
przycisków załączających i wyłączających, oraz czujnika.
Rys. 4.8 Schemat ideowy układu
WS - wyłącznik silnikowy, S- stycznik, TP- tablica pomiarowa, B- bezpiecznik, R1,R2- styki
przekaźnika, Pzał/Pwył elementy stykowe
Obciążalność długotrwała przewodu oponowego zasilającego silnik:
Dla prądu I'd = 4.2A odpowiada przekrój przewodu 1.5mm .
Przewód oponowy zasilający silnik pompy dobrano OMY 5x1.5mm , 300/500V
Do pozostałych połączeń, czyli do czujnika poziomu wody oraz tablicy pomiarowej
zastosowany został, także wyżej wymieniony przewód OMY 5x1.5V.
Na rysunki 4.9. pokazano rozmieszczenie przewodów wokół stanowiska.
Rys. 4.9. Rozmieszczenie przewodów
Schemat układu pomiarowego umieszczony na tablicy pomiarowej pokazano na rysunku
4.10,
Rys.4.10. Schemat układu pomiarowego
Silnik indukcyjny klatkowy o parametrach:
Napięcie znamionowe równe - 500V,
moc znamionowa - 2.2 kW,
prąd znamionowy - 3.6A
Dobór układu sterowania i zabezpieczenia zespołu pompowego
Ze względu na parametry pompy, możliwości techniczne, a także walory użytkowe
dobieram następujący układ poszczególnych elementów
• Napięcie sterowania o wartości 42V
•

Łącznik krzywkowy
AC21 (IEC/VDE/BS): 10A 500V~
Żywotność mech.: 2x106 zadziałań
Rozmiary pł. czoło w.: 30x30 mm
Przycisk załączający i wyłączający
6. Metod sterowania lokalnego, półautomatycznego oraz
automatycznego pompy
Stanowisko pomiarowe do badania pomp kopalnianych jest wyposażone w układ
sterowania umożliwiający prace pompy w systemie sterowania ręcznego i sterowanie
automatycznego. Rozpoczynając prace na stanowisku pomiarowym należy zapoznać się z
jego budową, sprawdzić stan. Włączyć napięcie zasilania na stanowisku nr 17 z rozdzielni
500V Załączamy wyłącznik lokalny stanowiska nr 17 i wybieramy rodzaj sterowanie pracą
pompy.
6.1 Sterowanie ręczne (lokalne)
Łącznik krzywkowy należy ustawić w pozycji „1". Łącznik rodzaju sterowania
ustawiamy w pozycji: „sterowanie ręczne". Praca ręczna umożliwia sterowanie pompą bez
względu na położenie pływaka, czyli bez względu na ilość wody w zbiorniku, co nadaje na
obsługującego odpowiedzialność by pompa nie chodziła zbyt długo na sucho.
6.2 Sterowanie automatyczne
Łącznik krzywkowy ustawiamy w pozycji "2"„sterowanie automatyczne". Od tego
momentu pracą pompy steruje czujnik poziomu wody CP-2d, który załączy pompę gdy
zbiornik będzie napełniony wodą do pełna, a wyłączy gdy woda zostanie wypompowane
do dolnego poziomu pływaka. Z każdej pozycji, w jakiej znajduje się łącznik krzywkowy,
a wiec wybranego rodzaju sterowania możemy dokonać wyłączenie pompy poprzez
ustawienie go w pozycji „0".Dokonywanie pomiarów podczas badań laboratoryjnych w
celu zdjęcia charakterystyk pracy pompy zalecane jest stosowanie „sterowania ręcznego".
Algorytm sterowania przedstawiony na rysunku 6.1. opisuje kolejność działań
podczas sterowania pracą pompy..
Po zapoznaniu się z zasadą działania stanowiska pomiarowego przeprowadza się:
kontrolę poziomu wody, załącza się napięcie zasilania stanowiska pomi arowego,
ustawia się zawory w pozycji zamkniętej, a następnie przeprowadza się wybór
rodzaju sterowania.
1. „Sterowanie ręczne". Załączamy pompę przyciskiem „Zał". Pompa zostaje
załączona i pompuje wodę do zbiornika górnego. Po wypompowaniu wody
wyłączmy pompę przyciskiem „Wył".
2. „Sterowanie automatyczne". Pracą pompy steruje wtedy czujnik poziomu
wody CP-2d. Jeżeli poziom wody jest wysoki wtedy pompa jest załączana i
wypompowuje wodę z dolnego zbiornika. Po wypompowaniu wody do
poziomu niskiego pompa zostaje wyłączona. Otwierając zawór kulowy
zbiornika górnego przelewamy wodę i napełniamy zbiornik do poziomu
górnego.
Gdy poziom wody osiąga poziom górny wtedy pompa jest wyłączana. Po
zakończeniu pomiarów wyłączamy zasilanie stanowiska.
Rys. 6.1. Algorytm sterowania pompy
6.3 Praca ekonomiczna pomp wirowych
Przy analizie zależności sprawności od wydajności pompy, tj. krzywą n=
f(Q), należy stwierdzić, że ze wzrostem wydajności sprawność pompy wzrasta,
następnie osiąga maksimum, a następnie maleje. Pompa pracująca przy różnych
wydajnościach będzie, pracowała przy różnych sprawnościach. Najkorzystniejsza z punktu
energetycznego będzie praca pompy przy takiej wydajności, przy której sprawność jest
największa. Parametry pracy, które uzyskuje pompa przy najwyższej sprawności, nazywa
się nominalnymi parametrami pracy i oznacza przez Qnom i Hnom Parametry te są podawane w
katalogach i prospektach pomp. Nie zawsze można dobrać odpowiednie parametry tak, aby
pracowała przy maksymalnej sprawności i wydajności. Dla małych pomp przyjmuje się,
że pompa pracuje ekonomicznie, jeżeli sprawność w punkcie pracy jest mniejsza od
maksymalnej o nie więcej niż 5%. Zakres wydajności, przy której osiąga takie sprawności,
jest zakresem pracy ekonomicznej. Zakres pracy ekonomicznej pompy przedstawiono na
rys. 6.2. Z wykresu wynika, że najwyższa osiągana sprawność wynosi ηmax = 68%. W
zakresie pracy ekonomicznej dopuszcza się pracę pompy przy sprawności o 5% niższej,
czyli przy η = ηmax — 5% = 68 — 5 = 63%.
Rys. 6.2. Parametry nominalne i zakres ekonomicznej pracy pompy
6.4 Regulacja wydajności pomp wirowych
Pompa współpracująca z rurociągiem dostosowuje parametry pracy do
charakterystyki rurociągu. Punkt pracy ustala się w przecięciu charakterystyki pompy i
rurociągu. W praktyce występują jednak przypadki, gdy istnieje potrzeba zmieniania
wydajności i pompa współpracująca z tym samym rurociągiem musi pracować przy
różnych wydajnościach. Musimy, więc regulować wydajność pompy.
W praktyce stosuje się dwa sposoby regulacji wydajności pomp wirowych: przez
dławienie na tłoczeniu i przez zmianę prędkości obrotowej.
6.4.1 Regulacja wydajności przez dławienie na tłoczeniu
W górnictwie, gdzie większość pomp jest napędzana bezpośrednio silnikami
elektrycznymi prądu przemiennego zasilanymi bezpośrednio z sieci, nie można zmieniać
prędkości
obrotowej pompy. Stosuje się, więc regulację wydajności przez dławienie na króćcu
wylewowym. Regulacja ta polega na dławieniu pompy, czyli na wytworzeniu
dodatkowego oporu przepływu w rurociągu tłocznym. Przy omawianiu charakterystyk
oporów przepływu przez rurociąg pokazano, że przy częściowym przymknięciu zaworu na
przewodzie tłocznym, charakterystyka rurociągu Hr = f (Q) jest bardziej stroma. Przy
niezmienionej charakterystyce pracy pompy punkt przecięcia się tych linii przesunie się w
lewo, w kierunku mniejszej wydajności. Zasadę regulacji przez dławienie na tłoczeniu
przedstawiono na rys. 6.3. Jak wynika z przedstawionego wykresu, przymykając zawór na
rurociągu tłocznym, bez zmiany prędkości obrotowej pompy, zmniejsza się wydajność
pompy. Wysokość podnoszenia wzrasta. Moc pobierana przez pompę maleje.
Rys. 6.3. Regulacja wydajności przez dławienie
Charakterystyka pracy pompy powinna być dostosowana do oporów przepływu przez
rurociąg tak, aby pompa pracowała bez dławienia. Praca pompy z dławieniem jest
nieekonomiczna, gdyż występują dodatkowe straty ciśnienia. Pompy odwadniające
powinny pracować przy całkowicie otwartej zasuwie, ponieważ wtedy ilość energii zużytej
na wypompowanie cieczy jest najmniejsza. W przypadkach uzasadnionych, np. ze względów
technologicznych, pompa może w sposób ciągły pracować przy częściowo przymkniętej
zasuwie i nie powinny wtedy występować żadne objawy nieprawidłowej pracy pompy.
Pompa nie może jednak pracować przy całkowicie zamkniętej zasuwie na tłoczeniu, gdyż
nastąpi wówczas nagrzanie się cieczy znajdującej się w pompie.
6.4.2 Regulacja wydajności przez zmianę prędkości obrotowej
Regulację wydajności przez zmianę prędkości obrotowej powinno się stosować wszędzie
tam, gdzie napęd jest wyposażony w odpowiedni zasilacz. Zmniejszając prędkość
obrotową pompy, bez przymykania zasuwy na tłoczeniu, zmniejsza się wydajność,
wysokość podnoszenia i moc pobierana przez pompę. Regulacja przez zmianę prędkości
obrotowej jest z punktu widzenia energetycznego korzystniejsza od regulacji przez dławienie,
ponieważ zmniejsza się zużycie energii.
7. Przeprowadzenie badań laboratoryjnych pompy kopalnianej
7.1 Charakterystyki eksploatacyjne i oporów przepływu cieczy
Charakterystyki pompy wirowej mają przebieg nieliniowy. Charakterystyka
obciążenia zależą od układu rurociągu do którego pompa jest podłączona. Jeżeli pompa
zostanie podłączona do rurociągu i będzie pompowała ciecz na dużą wysokość
podnoszenia, a następnie podłączona zostanie do drugiego rurociągu i będzie pompowała
ciecz na mniejszą wysokość podnoszenia, to okaże się, że parametry pracy pompy się
zmieniły. Jest to normalna prawidłowość pomp wirowych. Ponieważ pompy tego samego
typu są stosowane w różnych warunkach, konieczna jest znajomość zmiany tych
parametrów. Zmiany parametrów można przedstawiać w różny sposób, np. w postaci
tabel, zależności matematycznych lub w postaci wykresów. W celu wyznaczenia
charakterystyk eksploatacyjnych pompy przeprowadza się pomiary: wydajności,
wysokości ssania, wysokości tłoczenia, mocy czynnej pobieranej przez silnik napędowy,
prędkość obrotową pompy, temperaturę cieczy pompowanej. Schemat układu
pomiarowego przedstawiono na rys. 7.1
Rys. 7.1 Schemat układu pomiarowego 7.2
Pomiary parametrów pompy na stanowisku badawczym
Metodyka pomiarów parametrów pomp kopalnianych
Procedura prowadzanych badań została zrealizowana zgodnie z metodyką zamieszczoną
w [9], [10], [11]. Wydajność pompy można mierzyć za pomocą zbiornika pomiarowego,
kryzy pomiarowej lub przepływomierzem elektromagnetycznym, ultradźwiękowym albo
turbinowym. Pomiary wydajności za pomocą zbiornika pomiarowego przeprowadza się przy
pompach o małej wydajności, natomiast wydajność pomp dużych mierzy się za pomocą kry-
zy. W warunkach ruchowych, gdzie nie ma możliwości wykonania zbiornika
pomiarowego, wydajność pomp małych mierzy się również kryzą. Do pomiaru
wydajności za pomocą zbiornika pomiarowego potrzebny jest wyskalowany zbiornik, w
którego dnie znajduje się szczelny zawór spustowy. Wylot rurociągu tłocznego skierowany
jest do zbiornika pomiarowego. Przy wykonaniu pomiaru zamyka się zawór spustowy
w zbiorniku i, obserwując poziom wody na poziomowskazie, mierzy się dokładnie czas
potrzebny do napełnienia zbiornika od objętości, przy której rozpoczęto pomiar czasu,
do napełnienia do objętości, przy której zakończono pomiar czasu. Wydajność pompy
oblicza się według wzoru:
Pomiar wysokości ssania
Pomiar wysokości ssania przeprowadza się za pomocą wakuometru zabudowanego na
rurociągu przed króćcem ssawnym pompy. Przy dokładnych pomiarach zamiast
wakuometrów sprężynowych stosuje się manometry cieczowe wypełnione rtęcią.
Wakuometry są wyskalowane w jednostkach wysokości podnoszenia, tj. w metrach lub w
jednostkach ciśnienia. W przypadku pompy przenośnej pomijamy pomiar wysokości
ssania, gdyż kosz ssawny nie jest oddalony od pompy.
Pomiar wysokości tłoczenia
Wysokość tłoczenia w laboratoryjnym układzie pomiarowym mierzy się manometrem
zabudowanym na rurociągu tłocznym, tj. za króćcem tłocznym, ale przed zasuwą (zaworem
kulowym). Aby uzyskać wysokość tłoczenia, należy wskazania manometru przeliczyć na
jednostki wysokości podobnie jak przy pomiarze wysokości ssania, tj.
gdzie:
pt oznacza ciśnienie w króćcu tłocznym, MPa.
Pomijając różnicę energii kinetycznej strumienia w miejscach pomiaru ciśnienia tłoczenia i
podciśnienia na ssaniu, wysokość podnoszenia jest w przybliżeniu sumą wysokości ssania i
wysokości tłoczenia oraz różnicy wysokości położenia wakuometru i manometru, jeżeli nie
są one umieszczone na tym samym poziomie, a więc
gdzie:
Hs- wysokość ssania
Ht wysokość tłoczenia
Δz- różnica wysokości położenia wakuometru i manometru
Pomiar mocy pobieranej przez pompę
Do pomiaru mocy czynnej pobieranej przez pompę należy zastosować pomiar mocy metodą
pośrednią, mierząc moc elektryczną pobieraną przez silnik elektryczny z sieci. Znając
sprawność silnika elektrycznego, która jest podawana w katalogach silników lub
bezpośrednio przez producenta silników, moc pobieraną przez pompę oblicza się ze wzoru:
gdzie:
Pel— moc elektryczna pobierana z sieci przez silnik, kW.
Ηel— sprawność silnika elektrycznego.
Pomiary sprawdzające
Przed uruchomieniem pompy należy ocenić i sprawdzić jej stan techniczny. Nie mogą
występować nadmierne przecieki z dławnicy, nadmierne grzanie się łożysk, dławnic itp.
Przed rozpoczęciem pomiarów pompa powinna być wcześniej uruchomiona, aby ustaliły
się warunki cieplne pracy pompy, tzn. ustaliła się temperatura łożysk, dławnic. Pomiary
wykonuje się dla różnych wydajności. Pomiary rozpoczyna się od całkowicie zamkniętej
zasuwy na tłoczeniu i po odczytaniu wskazań przyrządów pomiarowych otwiera się
częściowo zasuwę na tłoczeniu ponownie dokonując odczytów. Następnie zmienia się
stopień otwarcia zasuwy i przeprowadza kolejne odczyty. Odczyty wskazań przyrządów
pomiarowych należy wykonywać przy jednakowym położeniu (otwarciu) zasuwy na
tłoczeniu. Dalsze pomiary wykonuje się przy coraz to większym otwarciu zasuwy na
tłoczeniu, aż do całkowitego otwarcia (należy uważać, aby nie przeciążyć silnika
napędowego). W celu sprawdzenia wykonuje się jeszcze kilka pomiarów, przymykając
stopniowo zasuwę na tłoczeniu. Schemat układu pomiarowego przedstawiono na
rysunku 7.2.
Obliczenie sprawności
Sprawności pompy nie można zmierzyć bezpośrednio. Po przeprowadzeniu pomiarów
poprzednio podanych wielkości, dla każdego punktu pomiarowego (pomiarów
wykonanych przy tym samym położeniu zasuwy na tłoczeniu) sprawność oblicza się ze
wzoru
Wyniki obliczeń i wykresy
Pomiary parametrów elektrycznych dokonuje się na tablicy pomiarowej będącej
częściom stanowiska pomiarowego i pokazanej na rys.7.2
Rys.7.2. Schemat układu pomiarowego
Na podstawie dokonanych pomiarów dokonujemy dodatkowych obliczeń i zapisuje się
w formie tablic. Następnie wykonujemy wykresy parametrów pompy. W celu
zmniejszenie błędu pomiaru przeprowadzono sześciokrotny pomiar parametrów pompy
przy każdorazowej zmianie ciśnienia wewnątrz rurociągu.
Wyniki badań laboratoryjnych przedstawiono w tablicy pomiarów
KARTA POMIAROWA
Grupa ……………. ……………
Sekcja laboratoryjna: ………………
Tabela 1. Wyniki pomiarów laboratoryjnych
Lp
U
(V)
I
(A)
P
(kW)
1
Wykonać wykresy:
- sprawność w funkcji wydajności
- cos(fi) w funkcji wydajności
- prąd i moc pompy w funkcji wydajności.
T
(min)
V
(m3)
ciśnienie
(Mpa)
H
(m)
Q
(m3/min)
η
7.3. Charakterystyka pracy pompy wirowej
Charakterystyką pracy pompy nazywa się wykresy przedstawiające jak zmieniają się
parametry pracy pompy. Ponieważ większość pomp jest napędzana silnikami elektrycznymi,
pomiary i wykresy wykonuje się dla stałej prędkości obrotowej pompy. Przy stałej prędkości
obrotowej wyznacza się parametry eksploatacyjne pompy:
— wydajność, Q
— wysokość podnoszenia, H
— moc pobierana przez pompę, P
— sprawność pompy, η
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów (tab.7.1.), wykreśla się przebiegi
charakterystyk pompy: H = f(Q), P = f(Q), η=f(Q) Przykładowe przebiegi charakterystyk
eksploatacyjnych przedstawiono na rys. (7.3-7.7)
Rys. 7.3. Charakterystyka H=f(Q)
0,129
0,240
0,349
0,410
0,468
0,515
0,561
0,584
0,622
wydajność Q
Rys. 7.6. Charakterystyka η=f(Q)
0,129
0,240
0,349
Rys. 7.6. Charakterystyka I=f( Q)
0,397
0,468
0,515
0,561
0,584
0,622
8. Zakończenie i wnioski końcowe
Zabudowane stanowisko pomiarowe umożliwia przeprowadzenie badań
kopalnianych pomp przenośnych, zgodnie z metodyką przedstawianą w normach
PN. Zaproponowany sposób sterowania może być rozbudowany i zmodyfikowany
przez zastosowanie sterowników mikroprocesorowych. Z pracy wynikają
następujące wnioski:
— stanowisko badawcze do pomiaru pomp kopalnianych umożliwia
przeprowadzenie badań zgodnie z PN
— układ sterowania zapewnia realizację sterowania: ręcznego,
półautomatycznego i automatycznego zespołu pompowego.
— stanowisko pomiarowe spełnia wymogi BHP i może być wykorzystywane
dla celów dydaktycznych
9. Literatura:
[1] Dokumentacja Techniczno-Ruchowa Pompy przenośnej wirowej typu P-BA Powen SA
Zabrze 1996r. [2] Gluziński W. „Elektryfikacja podziemi kopalń węgla", Wydawnictwo
„Śląsk" 1983r.
[3] Grzbiela Cz., Machowski A. „Maszyny, urządzenia elektryczne i automatyka w przemyśle"
Wydawnictwo „Śląsk" 2002r.
[4] Łazarkiewicz Sz., Troskolski A.T. „Pompy wirowe" WNT Warszawa 1973r.
[5] Markiewicz H. „Instalacje elektryczne" Wydawnictwa naukowo-techniczne Warszawa
2003r. [6] Kochel M. , Niestępski S. „Elektroenergetyczne sieci i urządzenia
przemysłowe" Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1995r.
[7] Krasucki F. „Elektryfikacja podziemnych zakładów górniczych" Wydawnictwo Politechniki
Śląskiej Gliwice 1998r.
[8] PN-EN-50018 maj 2005 - Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych
wybuchem. Osłona ognioszczelna" d"
[9] PN-M-44005 Pompy. Ogólne wymagania i badania
[10] PN-EN ISO 9906 Pompy wirowe. Badania odbiorcze parametrów hydrostatycznych
[11] PN-87-M-44002 Pompy wyporowe. Badania odbiorcze.
[12] www.powen.com.pl - Fabryka Pomp Powen Sp. z o.o.
[13] Wilk S. „Górnicze pompy wirowe" Śląskie Wydawnictwo Techniczne 1994r.
[14] Wosk J. „Pompowanie- poradnik dla projektantów, inwestorów i użytkowników" WNT
Warszawa 2003r.