HTW Dresden V-SM 5 Professur Strömungsmaschinen Praktikum Kreiselpumpe 1. Einführende Erläuterungen Kreiselpumpen sind Arbeitsmaschinen zur Förderung von Flüssigkeiten, die aber auch Gase und Feststoffe enthalten können. Sie führen dem Fördermedium nutzbare Geschwindigkeits- und Druckenergie zu. An der selbstansaugenden Pumpe Etaprime 6.15 CL11 der Firma KSB, sollen das Betriebsverhalten ermittelt und anschaulich dargestellt werden. 1.1. Aufbau der Kreiselpumpe Das Pumpenaggregat besteht aus einem Elektromotor mit einer Maximalleistung von 5,5 kW und einer einstufigen Radialpumpe (Abströmrichtung ist radial), welche direkt über eine Drehmomentmesswelle mit dem Elektromotor gekoppelt ist. (Bild 1 Aufbau der Pumpe) Bild 1:Schnittdarstellung der Kreiselpumpe Vom Hersteller werden zur KSB-Pumpe 6.15 CL11 folgende Leistungsdaten angegeben: Volumenstrom V = 8…80 m3/h Nutzförderhöhe H = 5…21 m Max. Drehzahl n = 3000 U/min Antriebsleistung P = 5,5 kW 2. Ziel des Praktikums Ziel dieses Praktikums ist es, die Kennlinien der Kreiselpumpen zu bestimmen. Die dimensionsbehafteten Kennlinien von Kreiselpumpen werden über zwei charakteristische Größen aufgetragen Volumenstrom und Förderhöhe. Der Prüfstand ist so aufgebaut, dass es möglich ist die Drücke direkt am Manometer und den Volumenstrom nur bis 25 m³/h am Rotameter abzulesen. Hierfür ist eine Exceltabelle vorbereitet an welche die Werte einzutragen sind. Gleichzeitig ist es möglich die Messungen am Prüfstand computerunterstützt aufzunehmen. Förderhöhe und Volumenstrom müssen in der aus LabView konvergierten Exceltabelle noch berechnet werden. 1. Bestimmung der Pumpenkennlinie 2. Bestimmung der Leistung und des Wirkungsgrades der Pumpe 3. Bestimmung des Kennfeldes 2.1. Bestimmung der Pumpenkennlinien Für die Drehzahlen 1000, 1500, 2000, 2500 und 3000 U/min sind die Pumpenkennlinien aufzunehmen. Hierzu werden für jede Drehzahl jeweils 10 Messwerte aus mehren gemittelten Einzelwerten erfasst. Entsprechend sind die Einstellung des Absperrschiebers (in % ) vorzunehmen. Folgende Einstellwerte sind anzufahren: 100, 80, 60, 40, 30, 25, 20, 15, 10, 5 % Es werden aufgenommen: Der Druck auf Saug- und Druckseite, die Drehzahl, der Differenzdruck für den Volumenstrom und das Moment. Der Volumenstrom wird aus dem Differenzdruck am Wirkduck-Durchflußmesser (Annubar) bestimmt. Der Differenzdruck ∆p ist die Differenz zwischen dem dynamischen Überdruck in Strömungsrichtung und dem dynamischen Unterdruck entgegen der Strömungsrichtung. Beide Drücke werden über mehrere Bohrungen über dem Querschnitt der Rohrleitung erfasst und außerhalb als Differenzdruck gemessen. Die zugeschnittene Größengleichung ergibt sich für den Volumenstrom V = 0,581 * ∆ (1) 2.2. Berechnung der Pumpenparameter Um die Eigenschaften von Pumpen zu verdeutlichen und darzustellen, werden im Allgemeinen die Nutzförderhöhe, die Kupplungsleistung und der Wirkungsgrad benötigt. Am Kreiselpumpenprüfstand werden die verschiedenen Volumenströme durch Drosselung des Absperrschiebers in der Druckseite eingestellt. Die folgenden Berechnungen und Formeln orientieren sich an der rechentechnisch gestützten Aufnahme und Auswertung der Messwerte. Die Dichte „“ für Wasser mit einer Temperatur von 20 °C beträgt 998 kg/m³. 2.3. Nutzförderhöhe einer Kreiselpumpe Die Nutzförderhöhe einer Kreiselpumpe ist ein Maß für die auf die Förderflüssigkeit übertragene mechanische Arbeit. Bei der Berechnung der Nutzförderhöhe HN ist darauf zu achten, dass alle Anteile richtig erfasst werden. Für die Nutzförderhöhe HN gilt: p D  pS c2D  cS2 H n  H p  H q  z    z (2) g 2g D – Druckstutzen S – Saugstutzen 25 Pumpenkennlinie Arbeitspunkt der Pumpe Förderhöhe 20 15 10 Netzkennlinie 5 0 0 10 20 30 40 50 60 Volumenstrom Die Druckhöhe Hp, berechnet man aus der Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckstutzen geteilt durch Dichte mal Erdbeschleunigung. Die Geschwindigkeitshöhe Hq, berechnet man aus der Differenz der Geschwindigkeiten im saug- bzw. druckseitigen Messquerschnitt. Der Durchmesser der Rohre ist am Saugstutzen und Druckstutzen gleich. Damit sind auch die Geschwindigkeiten gleich! z ist die Höhendifferenz zwischen den Druckmessstellen am Saug- und Druckstutzen. ( gilt nur für große Pumpen und wird in unserem Fall gleich Null gesetzt.) 3. Bestimmung der Leistung und des Wirkungsgrades der Pumpe 3.1 Leistung Die Kupplungsleistung „PK“ ist die von der Pumpe auf den Förderstrom „Q“ (Volumenstrom V) übertragene Leistung bei konstanter Nenndrehzahl. PK = M * 2π * n (3) 3.2 Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad ist eine der wichtigsten Bewertungskenngrößen von Kreiselpumpen. Er wird gebildet aus Nutzen / Aufwand. Um in den Kennfeldern den Wirkungsgrad anschaulich darstellen zu können gibt es Muschelkurven. Sie zeigen, in welchen Bereichen die Pumpe entsprechend der Aufgabenstellung effektiv arbeitet. = ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ (4) 4. Aufgabenstellung 1. Die in LabView ermittelten Messwerte sind in Excel zu übertragen und abzuspeichern. 2. Die an den anlogen Messgeräten ablesen Messwerte werden ebenfalls in die Exceltabelle übertragen und mit den durch LabView aufgenommenen Messwerten verglichen. Schätzen Sie die Genauigkeit aufgenommenen Messwerte verbal ein. 3. Zeichnen sie aus den aufgenommenen Messwerten Kennlinien in ein Exceldiagramm HN= f1(V,n), Pk = f2(V,n) und η = f3(V,n). Verfahren Sie entsprechend Skript „Strömungsmechanische Grundlagen der Turbomaschinen“ S.52f. Zeichnen Sie die Muschelkurven für die Wirkungsgrade 0,7; 0,6; und 0,4. Erläutern und diskutieren Sie die Diagramme. 4. Wie ist der Weg um eine geeignete Pumpe für eine Aufgabenstellung zu finden. Welche Angaben einer Kreiselpumpe muss man unbedingt kennen, um sie für eine Aufgabe einzusetzen? Schieber % 1000 1/min ps M1 M2 MittelM3 wert M1 M2 pd V MittelM3 wert MittelM3 wert M1 M2 30 x x x x 40 x x x x 60 x x x x 80 100 x x x x x x x x 0 5 10 15 20 25 1500 1/min M1 M2 MittelM3 wert M1 M2 MittelM3 wert MittelM3 wert M1 M2 30 x x x x 40 x x x x 60 x x x x 80 100 x x x x x x x x M1 M2 30 x x x x 40 x x x x 60 x x x x 80 100 x x x x x x x x 0 5 10 15 20 25 2000 1/min M 1 M2 MittelM3 wert M1 M2 MittelM3 wert MittelM3 wert 0 5 10 15 20 25 Schieber % 2500 1/min M 1 0 5 10 15 pd ps M2 MittelM3 wert M1 M2 MittelM3 wert V MittelM3 wert M1 M2 30 x x x x 40 x x x x 60 x x x x x x x x x x x x M1 M2 30 x x x x 40 x x x x 60 x x x x 80 100 x x x x x x x x 20 25 80 100 3000 1/min M 1 M2 MittelM3 wert M1 M2 MittelM3 wert MittelM3 wert 0 5 10 15 20 25