Download Copy of Poglavlje777777 PDF

TitleCopy of Poglavlje777777
File Size828.1 KB
Total Pages10
Document Text Contents
Page 1

7

Ako se, na primer, razmotri jednostavniji slučaj strujanja prikazan na slici (sl. 6.10) dobija se:


{
2

0
0

12 bQHgpHguHgpHguh
pp

H g =+=+++


= ρ
ρ
43421

(6.15)


za koji se dobija parabola koja prolazi kroz koordinatni početak. Ovo je primer cirkulacionih pumpi.
U ovom slučaju potreban napor zavisi samo od gubitaka fluidne energije pri strujanju kroz cevovod.





Sl. 6.10. Šema cirkulacione pumpe

6.2.7. Najveća dozvoljena usisna visina za pumpe

U slučaju pumpi potrebno je odgovoriti na pitanje koliko visoko pumpa može biti iznad nivoa
tečnosti. Za razmatranje ovog problema koristi se slika (sl. 6.8). Ako se napiše proširena
Bernulijeva jednačina za usisni deo cevovoda, od tačke 1 do preseka I, dobija se:


{
Hguhzg

vp
gz

vp
s

II ++++=++



)(
22 1

2

1

0

2
11

ρρ
(6.16)


Brzina pomeranja nivoa tečnosti je v ≈ 0. Iz prethodne jednačine se može iskazati eksplicitno visina
usisnog preseka pumpe hs:


g
Hgu

g
v

g
p

g
p

h IIs −⎟












+−=

2

2
1

ρρ
(6.17)


Dobijeni izraz služi da se odredi maksimalna vrednost visine usisnog preseka pumpe u odnosu na
nivo tečnosti u rezervoara iz koga se ona pumpa. Ako je u pitanju voda (ρ = 1000 kg/m3), pritisak u
donjem rezervoaru atmosferski (otvoren rezervoar), brzina u usisnom preseku jednaka 0 m/s (što je
idealizacija), pritisak u usisnom preseku jednak 0 Pa (što je, takođe, idealizacija) i da su gubici
fluidne energije Hgu u usinom delu cevovoda 0 J/kg (idealizacija), dobija se da je maksimalna
vrednost usisne visine hmax = 10,33 m. Ova vrednost je, zbog učinjenih idealizacija, teorijska
mogućnost. Međutim, u stvarnim uslovima brzina tečnosti u usisnom preseku ima neku određenu
vrednost, gubici fluidne energije uvek postoje, a pritisak u usisnom cevovodu ne može biti jednak 0
Pa. Pritisak mora da bude veći od vrednosti ravnotežnog pritiska za temperaturu fluida koji se
transportuje. U slučaju da je taj pritisak manji dolazi do isparavanja tečnosti i pojave gasnih (parnih)

Page 2

8

mehurova. Nakon ponovnog povećanja pritiska parni mehurovi će kolapsirati (nestati) uz veoma
intenzivno mehaničko dejstvo na čvrste površine pumpe. S obzirom na činjenicu da se nakon
prolaska fluida kroz usisni presek pumpe pritisak i dalje samanjuje, pa o tome treba voditi računa.
Na slici (sl. 6.11) je prikazana promena pritiska tečnosti pri prolasku kroz centrifugalnu pumpu.
Najugroženija je tačka na samom ulazu tečnosti u radno kolo (tačka 4).





Sl. 6.11. Promena pritiska duž strujnice tečnosti kroz centrifugalnu pumpu (dijagram promene
pritiska u zavisnosti od tačke duž strujanja – levo, karakteristične tačke strujanja – desno)


Na slici (sl. 6.12) prikazano je oštećenje radnog kola i difuzora (statorski usmerivači) nastalo zbog
pojave kavitacije.




Sl. 6.12. Oštećenja nastala na radom kolu i difuzoru centrifugalne pumpe zbog pojave kavitacije

Da bi se sprečila pojava kavitacije u pumpama proizvođači pumpi propisuju dozvoljenu
kavitacijsku rezervu NPSH. To je količina fluidne energije za koju vrednost mora biti više energije
u ulaznom preseku pumpe u odnosu na granicu pri kojoj nastaje isparavanje tečnosti. Na osnovu
prethodne diskusije sledi nejednakost:

Page 3

9

NPSH
g

p

g
v

g
p zpII +≥+

ρρ 2

2
(6.18)


gde je pzp minimalni pritisak tečnosti pri kome nema isparavanja. Uzimajući u obzir jednačinu
(j.6.17) i prethodnu jednačinu (j.6.18) može se izraziti najveća dozvoljena usisna visina:


g
Hgu

NPSH
g

p

g
p

h
zp

s −⎟









+−≤

ρρ
1 (6.19)


Za pumpanje vode okolne temperature centrifugalnom pumpom iz otvorenih rezervoara ova
vrednost se nalazi u granicama 2 do 6 m, a najčešće 3-4 m.
Pojava kavitacije moguća je i u drugima radnim i motornim hidrauličnim mašinama.

6.2.8. Karakteristika turbomašina

Ako se izvede ispitivanje turbomašine tako što se mere protoci i napori mašine pri zatvaranju
cevnog zatvarača (na primer, ventila) dobijaju se različite karakteristike cevovoda i radne tačke
mašine (sl. 6.13). Spajanjem radnih tačaka mašine dobijenih eksperimentom konstruiše se radna
karakteristika mašine - Q-H kriva.





Sl. 6.13. Određivanje Q-H krive kod turbomašina


Ako se pri tome, za svaki protok, odredi potrebna snaga na pogonskom vratilu, stepen korisnog
dejstva mašine i dozvoljena kavitacijska rezerva (kod pumpi), dobija se karakteristika turbomašine
prikazana na slici (sl. 6.14). Ova karakteristika je “lična karta” svake turbomašine. Ona služi za
izbor mašine i za određivanje svih radnih parametara mašine za konkretni slučaj strujanja.
Turbomašina se bira tako što se prvo odredi karakteristika cevovoda ( 2bQagHY +== ). Na
osnovu željenog protoka i karakteristike cevovoda, na dijagramu se određuje radna tačka (sl.6.14. i
6.15). Odabire se mašina koja ima prvi veći protok od zahtevanog (sl. 6.15). U tom slučaju definiše
se učestanost obratanja rotora n (o/min). Pri tome se vodi računa da stepen korisnog dejstva ima
visoku vrednost. Za ovako određenu mašinu bira se adekvatan pogonski motor, koji ima veću
snagu od izračunate za 15-20%.

Page 4

10






Sl.6.14. Karakteristika turbomašine





Sl.6.15. Izbor radne hidraulične turbomašine

Funkcija zavisnosti snage od protoka ima različit karakter za razne tipove turbomašina (sl.6.16).
Ako se analizira aksijalna mašina može se zaključiti da će napor mašine biti manji ukoliko je protok
veći. To znači da pokretanje (startovanje) mašine treba izvoditi pri otvorenom protoku (otvoreni
cevni zatvarači). Kod radijalnih mašina slučaj je suprotan. Najmanja snaga za pogon potrebna je pri
potpuno zatvorenom protoku. To znači da ove mašine treba pokretati pri zatvorenim cevnim
zatvaračima. O prethodnim zaključcima treba voditi računa u praksi, kako bi se izbegle velike
jačine električne struje pri startovanju pogonskog elektromotora. Kod radiaksijalnih mašina postoji
minimum potrebne snage, na osnovu koga se određuje položaj cevnog zatvarača pri pokretanju.

Page 5

11




Sl. 6.16. Zavisnost potrebne snage na vratilu turbomašine od protoka fluida (1- radijalna mašina,
2 – aksijalna mašina, 3 – radiaksijalna mašina)


6.2.9.Regulisanje protoka kod turbomašina

U praksi vrlo često postoji potreba za promenom protoka kroz turbomašinu. To se može ostvariti na
različite načine. Svaki od načina ima svoje prednosti i mane, pa se zbog toga u preksi susreću
različiti slučajevi.
a) Regulisanje protoka prigušivanjem pomoću cevnog zatvarača je najjednostavniji i
investiciono najjeftiniji način. U ovom slučaju na potisnom, a kod ventilatora može biti i na
usisnom, vodu ugrađuje se cevni zatvarač. Pritvaranjem cevnog zatavarača povećava se njegov
koeficijent otpora tako da se karakteristika cevovoda menja. Ona se menja tako što postaje strmija.
Zbog promene Q-H karakteristike cevovoda menja se radna tačka, a samim tim i protok kroz
mašinu(sl. 6.17).





Sl. 6.17. Regulisanje protoka kroz turbomašinu prigušivanjem pomoću cevnog zatvarača

b) Promenom učestanosti obrtanja rotora hidraulične mašine može se menjati protok fluida kroz
mašinu. U ovom slučaju Q-H karakteristika menja se kao što je pokazano na slici (sl. 6.18).
Promenom broja obrataja mašine dobijaju se nove radne tačke, odnosno promenjeni protoci.
Promena broja obrataja na mašini može se izvesti na različite načine. Klasičan način promene broja

Page 6

12

obrataja je ugradnja varijatora. U tom slučaju promena je kontinualna. Ugradnjom stepenastog
reduktora ili stepenastog multiplikatora postiže se diskontinualna promena. Savremene hidraulične
turbomašine velike snage često se opremaju frekventnim regulatorom. Ovaj uređaj omogućava
promenu frekvencije električne struje na pogonskom elektromotoru. Na ovaj način prostiže se
promena učestanosti obratanja n (o/min) čime se menja Q-H karakteristika mašine, a samim tim i
protok fluida. Frekventni regulator menja i karakteristike rada elektromotora tako da motor pri
promenjenoj frekvenciji adekvatno menja snagu, odnosno potrošnju električne energije. Na taj
način postiže se energetski racionalna promena protoka kroz turbomašinu. U svim prethodnim
slučajevima motor postoji neizbežni gubitak energije izazavan prigušivanjem ili neracionalnim
radom elektromotora. Ugradnja frekventnog regulatora na pogonskom elektromotoru je
najekonomičniji način promene protoka kod hidrauličnih turbomašina.





Sl. 6.18. Promena protoka usled promene učestanosti obrtanja rotora turbomašine

c) Statorska regulacija protoka je jedan od načina promene protoka. Naime u statorskom delu
mašine mogu se ugraditi pretkolo ili zakolo koji imaju lopatice, kao usmerivače struje fluida. Ako
se tehnički ostvari mogućnost zakretanja ovih lopatica oko svoje ose (sl. 6.19), tada se menja protok
jer se menja Q-H karakteristika mašine. Ovakav način promene protoka je energetski manje
racionalan od regulisanja protoka promenom učestanosti obratanja, ali je energetski racionalniji od
regulisanja protoka pritvaranjem cevnog zatvarača. Ovaj način primenjen je kod nekih ventilatora
na postrojenjima za sušenje poljoprivrednih proizvoda.





Sl. 6.19. Jedan od konstrukcionih principa zakretanja lopatica statora

Page 7

13



d) Zakretanjem lopatica radnog kola menja se Q-H karakteristika turbomašine. Ovaj princip je,
takođe, ali vrlo retko, primenjen kao način regulisanja protoka.
e) Ugradnja baj-pasa (by pass) turbomašine se često sreće u praksi, naročito kada su u pitanju
pumpe. Naime, ugradnjom cevnog zatvarača, koji je postavljen u paralelnu vezu sa turbomašinom
može se ostvariti regulisanje protoka (s. 6.20). Ovaj princip je energetski neracionalan, ali je
pogodan za rukovanje, pa se primenjuje kod manjih mašina. Pritvaranjem ili otvaranjem cevnog
zatvarača menja se protok kroz baj-pas, a samim tim i protoka na izlazu iz postrojenja Q.





Sl. 6.20. Regulisanje protoka pomoću baj-pasa (CZ – cevni zatvarač, TM – turbomašina, Q –
protok na ulazu i izlazu iz postrojenja, Q’ – protok kroz turbomašinu, ∆Q – protok kroz baj-pas)


6.2.10.Zajednički rad više turbomašina

Radi povećanja protoka ili napora često se u okviru postrojenja ugrađuju dve ili više turbomašina.
One mogu da rade u paralenoj ili rednoj vezi.
a) Redna veza turbomašina primenjuje se kada se želi povećanje protoka. Analizira se redna veza
sačinjena od dve turbomašine (sl. 6.21).




Sl. 6.21. Redna veza turbomašina (1 – prva turbomašina, 2- druga turbomašina, RT – radne tačke)


Primenom jednačine kontinuiteta za rednu vezu dobija se:

Page 8

14

21 QQQ == (6.20)

Pošto su u rednoj vezi napori pumpi se sabiraju:


21 HHH += (6.21)

Na osnovu ovakve analize zbirna Q-H karakteristika grupe turbomašina može se konstruisati u Q-H
dijagramu. Na osnovu poznatih Q-H karakteristika turbomašina 1 i 2 i njihovim grafičkim
sabiranjem u pravcu H-ose dobija se zbirana Q-H karakteristika (zadebljana linija). U preseku Q-H
karakteristike cevovoda i zbirne Q-H karakteristike turbomašina nalazi se radna tačka (RT). U
ovom slučaju radna tačka prve turbomašine je RT1, a druge RT2. Ako se analizira specifični slučaj
kada Q-H karakteristika cevovovda preseca zbirnu Q-H karakteristiku u domenu koji je prikazan
crtkanom linijom situacija je posebna. Naime, u ovom slučaju prva mašina (1) imaće "negativni
napor", što znači da će oduzimati energiju od fluida, odnosno radiće kao motorna hidraulička
mašina. To nije cilj postavljanja turbomašina u rednu vezu, tako da se zaključuje da je u ovom
slučaju turbomašina 1 nepotrebna, šta više njeno postojanje pogoršava rad postrojenja. Zbog
mogućnosti ovakvog slučaja, pri postavljanju mašina u rednu vezu treba voditi računa da ne dođe
do ovakve situacije. Mora se pažljivo analizirati zbirna Q-H karakteristika i Q-H karakteristika
cevovoda na bazi poznatih karakteristika pojedinih mašina u rednoj vezi. Ako se ne znaju Q-H
karakteristike pojednih mašina samo u slučaju da su mašine identične mogu se bez bojazni postaviti
u rednu vezu.

b) Paralelna veza turbomašina primenjuje se kada se želi povećanje napora. Analizira se paralelna
veza sačinjena od dve turbomašine (sl. 6.22).





Sl. 6.21. Paralelna veza turbomašina (1 – prva turbomašina, 2- druga turbomašina, RT – radne
tačke)


Primenom jednačine kontinuiteta za paralelnu vezu dobija se:


21 QQQ += (6.20)

Pošto su u paralelnoj vezi napori pumpi su jednaki:

Page 9

15

21 HHH (6.21)

Na osnovu ovakve analize zbirna Q-H karakteristika grupe turbomašina može se konstruisati u Q-H
dijagramu. Na osnovu poznatih Q-H karakteristika turbomašina 1 i 2 grafičkim sabiranjem Q-H
karakteristika u pravcu Q-ose dobija se zbirna Q-H karakteristika (zadebljana linija). U preseku Q-
H karakteristike cevovoda i zbirne Q-H karakteristike turbomašina nalazi se radna tačka (RT). U
ovom slučaju radna tačka prve turbomašine je RT1, a druge RT2. Ako se analizira specifični slučaj
kada Q-H karaktersitika cevovovda preseca zbirnu Q-H karakteristiku u domenu koji je prikazan
crtkanom linijom situacija je posebna. Naime, u ovom slučaju prva mašina (1) imaće "negativni
protok", što znači da će fluid u mašini 2 strujati od potisa ka usisu (suprotan smer od potrebnog). To
nije cilj postavljanja turbomašina u rednu vezu, tako da se zaključuje da je u ovom slučaju
turbomašina 1 nepotrebna, šta više njeno postojanje pogoršava rad postrojenja. Zbog mogućnosti
ovakvog slučaja, pri postavljanju mašina u paralelnu vezu treba voditi računa da ne dođe do ovakve
situacije. Mora se pažljivo analizirati zbirna Q-H karakteristika i Q-H karakteristika cevovoda na
bazi poznatih karakteristika pojedinih mašina u paralelnoj vezi. Ako se ne znaju Q-H karakteristike
pojednih mašina samo u slučaju da su mašine identične mogu se bez bojazni postaviti u paralelnu
vezu.

6.2.11. Kontrola rada i održavanje

Kontrola rada turbomašina i njihovo održavanje je ozbiljan tehnički posao. S obzirom da od
pogonske spremnosti i ispravnosti ovih mašina često zavisi rad celokupnih postrojenja, ovoj
aktivnosti treba posvetiti najveću pažnju. U ovom tekstu navešće se neke od osnovnih specifičnosti
kontrole rada i održavanja. Za ispravan rad mašine potrebno je strogo pridržavanje uputstava za rad
koje daje proizvođač mašine, pored literature koja se specijalno bavi održavanjem.
Ako se konstatuje da je protok na mašini manji nego što je uobičajeno, to je znak da treba tražiti
uzrok takvog stanja. Jedan broj mogućih uzroka i njhovo otklanjanje dati su u tabeli (tab. 6.1).

Tabela 6.1. Uzroci umanjenog protoka kod turbomašina i njihovo otklanjanje

Red.
br. Uzrok Otklanjanje

1 Suprotan smer obrtanja rotora. Pogrešno spojen trofazni električni izvor.
Potrebno je zameniti bilo koje dve faze.

2 Zaptivanje na usisnom delu mašine je
loše. Pumpa prisisava nepotreban ("falš")
vazduh.

Potrebno je popraviti ili zameniti zaptivanje.

3 Pojava parnih mehurova u mašini –
kavitacija.

Smanjiti visinu dizanja ili na neki drugi način
dovoljno povećati pritisak u ulaznom preseku
mašine.

4 Pohabanost radnog kola zbog erozije. Zameniti radno kolo.
5 Pohabanost ležajeva. Zameniti ležajeve.
6 Proklizavanje kaiša preko kaišnika u

slučaju ovakvog prenosa mehaničke
energije od motora

Dotegnuti ili zameniti kaševe.

7 Prisisavanje vazduha u usisnom delu
cevovoda.

Proveriti cevovod i popraviti ga.

8 Zagušena usisna rešetka ili prečistač
("filter")

Očistiti.

Similer Documents