Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Pumpen

Fachbereich Maschinenbau
Fachgebiet Kraft- u. Arbeitsmaschinen
Fachgebietsleiter Prof. Dr.-Ing. B. Spessert
März 2016
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen Versuch 3
Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Pumpen
0.
BESCHREIBUNG:
Das modulare System HM 299 ermöglicht die
Untersuchung unterschiedlicher Arbeitsmaschinen. Jede
Maschine ist auf einer Grundplatte montiert, die leicht in
den Prüfstand eingesetzt werden kann. Der Antrieb
erfolgt über einen Riementrieb. Schläuche mit
Schnellkupplungen stellen die Versorgungsleitungen her.
Der Prüfstand selbst enthält den elektrischen
Antriebsmotor mit Drehzahlregelung, zwei Druckbehälter
für die Verdichterversuche, einen Messtank und einen
Versorgungstank für die Pumpenversuche. Ansaug- und
Förderdruck, Temperatur, Motordrehzahl und -leistung
werden registriert. Der jeweilige Durchfluss wird indirekt
gemessen.
Abb. 1: gunt HM 299
1.
AUFGABENSTELLUNG:
1.1
Bei einer mit konstanter Drehzahl betriebenen Pumpe hängen Förderstrom,
Leistungsbedarf und Wirkungsgrad von der Förderhöhe ab. Ermitteln Sie diese
Zusammenhänge für die Zentrifugalpumpe für drei verschiedene Drehzahlen.
Stellen Sie die entsprechenden Kennlinien dar und diskutieren Sie die
Ergebnisse.
Untersuchen Sie in analoger Weise die Kolbenpumpe bei konstanter Drehzahl.
Achten Sie auf die Unterschiede zu Zentrifugalpumpe.
Mit der Kolbenpumpe ist für einen konstanten Arbeitsdruck der Einfluss der
Drehzahl zu untersuchen. Die maximale Drehzahl der Kolbenpumpe ist mit
1.200 U/min angegeben!
1.2
1.3
2.
VORKENNTNISSE:
EAH Jena: Vorlesung Kraft- und Arbeitsmaschinen
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Pumpen
3.
HINWEISE ZUR VERSUCHSDURCHFÜHRUNG:
Vor Beginn der Messungen ist das Volumen V zwischen unterem und oberem
Schaltpunkt des Messbehälters zu bestimmen. Der Zyklus ist fünfmal zu
wiederholen. Anschließend ist der Mittelwert in der Software im Textfeld
„Messvolumen“ einzutragen.
Bei einer konstanten Pumpendrehzahl wird ein bestimmter Ausgangsdruck
mittels Auslaufventil eingestellt. Messwerte werden während einer Befüllung des
Messbehälters erhoben. Über die Förderhöhe können die hydraulischen Leistung
Phyd und der Gesamtwirkungsgrad für die einzelnen Arbeitspunkte bestimmt
werden.
Pumpenleistung:
Phyd 
dV
Hg
dt
dV/dt - Fördervolumen
g = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s²
ρ = spez. Dichte = 1000 kg/m³
Förderhöhe:
H
c 2  c12
p
z 2
g
2g
p1 - Druck Eintritt
p2 - Druck Austritt
c1 - Eintrittsgeschwindigkeit
c2 - Austrittsgeschwindigkeit
(hier c1 = c2)
Der Höhenunterschied z zwischen den Druckmessstellen p1 und p2 beträgt 0,5 m
und ist bei der Berechnung zu berücksichtigen.
Wirkungsgrad:
 ges 
Phyd
Pel
100%
Pel - elektrische Leistung
zu verwendende Arbeitspunkte der beiden Pumpen:
Drehzahlbereich
Druckbereich p2
Zentrifugalpumpe
Kolbenpumpe
1.400…1.800 U/min
1,00…1,5 bar
500…1.200 U/min
1,0…3,5 bar
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4.
MESSWERTE:
………………………
Beobachter: ………………………
Datum:
Bestimmung Messvolumen:
V = …… l
Zentrifugalpumpe, konstante Drehzahlen
nMotor nPumpe
Pel
p1
p2
Δt
dV/dt
H
Phyd
ηges
U/min
U/min
W
bar
bar
s
l/min
m
W
%
1.120
1.400
1,0
2
1.400
1,1
3
1.400
1,2
4
1.400
1,3
1.600
1,0
2
1.600
1,1
3
1.600
1,2
4
1.600
1,3
5
1.600
1,4
1.800
1,0
2
1.800
1,1
3
1.800
1,2
4
1.800
1,3
5
1.800
1,4
6
1.800
1,5
Nr.
1
1
1
1.280
1.440
Die Abhängigkeit des Wirkungsgrades vom Fördervolumen sowie das
Betriebsfeld der Pumpe (Förderhöhe über Fördervolumen) sind für die
verschiedenen Drehzahlen grafisch darzustellen.
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Kolbenpumpe, konstante Drehzahl
Nr. nMotor nPumpe
Pel
p1
p2
Δt
dV/dt
H
Phyd
ηges
W
bar
bar
s
l/min
m
W
%
U/min
U/min
1.440
900
1,0
2
900
1,5
3
900
2,0
4
900
2,5
5
900
3,0
6
900
3,5
1
7
8
9
10
Kolbenpumpe, variable Drehzahl
Bei verschiedenen Drehzahlen zwischen 500 und 1200 U/min und einem
Ausgangsdruck p2 von 2,0 bar werden die Messungen wiederholt.
nMotor nPumpe
Pel
p1
p2
Δt
dV/dt
H
Phyd
ηges
U/min
U/min
W
bar
bar
s
l/min
m
W
%
1
800
500
2,0
2
960
600
2,0
3
1.120
700
2,0
4
1.280
800
2,0
5
1.440
900
2,0
6
1.600
1.000
2,0
7
1.760
1.100
2,0
8
1.920
1.200
2,0
Nr.
9
10
Die Abhängigkeit des Fördervolumens und des Wirkungsgrades von Drehzahl
und Förderdruck sind grafisch darzustellen.
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5.
GERÄTE UND ZUBEHÖR:
E-Motor:
Zentrifugalpumpe:
Kolbenpumpe:
max. Leistung
bei Nennbetrieb
Nenndrehzahl
0,37 kW
1.500 U/min
Livarni spezial 25
empfohlene Drehzahl
max. Drehzahl
max. Förderstrom
max. Ausgangsdruck
1580 U/min
2.800 U/min
60 l/min
1,8 bar
Speck Triplex NP 10 / 15-140
max. Drehzahl
1.200 U/min
max. Förderstrom
14,6 l/min
max. Ausgangsdruck
4,0 bar
PC mit Software der Firma „gunt“
6.
LITERATUR:
 Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau
 H. Th. Wagner u.a.:
Strömungs- und Kolbenmaschinen;
Vieweg Verlag, 3. Auflage, Braunschweig 1990
 Vorlesung / Studienbriefe Kraft- und Arbeitsmaschinen
Praktikum Kraft- und Arbeitsmaschinen, Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Pumpen
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