Partner serwisu
22 lipca 2022

Wpływ warunków ssania na efektywnośćć energetyczną pomp

Kategoria: Artykuły z czasopisma

Powszechnie wiadomo, że w celu uzyskania redukcji zużycia energii pompy powinny pracować z wysoką sprawnością energetyczną. Natomiast nie zawsze równie oczywisty jest fakt, że na poziom zużycia energii mogą również wpływać warunki panujące na ssaniu pompy. W tym zakresie znaczenie mają dwa czynniki: rozkład prędkości cieczy na wlocie do pompy oraz dostępna nadwyżka antykawitacyjna.

Wpływ warunków ssania na efektywnośćć energetyczną pomp

Pompy są konstruowane przy założeniu, że profil prędkości na wlocie jest uporządkowany, tzn. że w całym przekroju wlotowym kierunek prędkości cieczy jest zbliżony do osi, a wartość prędkości niewiele odbiega od prędkości średniej, wynikającej z podzielenia wydajności przez pole przekroju. Na podstawie tego założenia dobierane są kąty łopatkowe na wlocie wirnika, tak aby zapewnić napływ cieczy bez oderwań i zawirowań. W takich warunkach pracy pompa osiąga najwyższą sprawność. Jeśli pole prędkości na wlocie nie spełnia opisanych warunków, to pompa nie pracuje optymalnie. Na skutek pojawiających się zawirowań w napływie na łopatki, uzyskiwana rzeczywista sprawność jest niższa od sprawności oczekiwanej zgodnie z charakterystyką pompy. W przypadku pomp pobierających ciecz z rurociągu ssawnego przyczyną problemów jest najczęściej ulokowanie zbyt blisko wlotu do pompy elementów mogących generować zawirowania, takich jak kolana bądź różnego rodzaju armatura.

Dobra praktyka

Dobrą praktyką pozwalającą na uniknięcie tego rodzaju problemów jest stosowanie przed wlotem do pompy prostego odcinka rurociągu o długości minimum trzech średnic. Korzystne może też być zastosowanie łagodnego zmniejszania przekroju rurociągu w kierunku króćca pompy (konfuzora), co sprzyja uporządkowaniu profilu prędkości. Dla pomp niepołączonych z rurociągiem ssawnym, lecz pobierających ciecz bezpośrednio ze zbiornika (pompy zatapialne, pompy pionowe wałowe itp.) istotny jest kształt i wymiary zbiornika. Znane są przypadki, że w przypadku ulokowania kilku pomp w jednej komorze ssawnej o zbyt małych
rozmiarach następuje „podbieranie” cieczy przez korzystniej ulokowane pompy kosztem tych, do których dopływ cieczy jest utrudniony. Zawirowania mogą być generowane na różnego rodzaju obiektach ulokowanych na drodze cieczy, takich jak progi, filary, itp. Najkorzystniejsze efekty uzyskuje się, jeśli każda z pomp pracuje w indywidualnej, odpowiednio ukształtowanej komorze o tak dobranych kształtach i wymiarach, aby nie następowała generacja zawirowań, a prędkość dopływu cieczy do pompy znajdowała się w zalecanych granicach. Dobrą praktykę w tym zakresie opisuje amerykańska norma ANSI/HI 9.8-1998 „Pump intake design”.

Odstępstwa od dobrej praktyki technicznej wynikają zazwyczaj z chęci uzyskania oszczędności na robotach budowlanych (zbyt małe wymiary pompowni niepozwalające na zastosowanie prostego rurociągu ssawnego o wymaganej długości, zbyt małe rozmiary komór ssawnych). W efekcie błędnie zainstalowane pompy nie uzyskują swojej katalogowej sprawności i pompownie, przez cały okres eksploatacji, pracują z pogorszoną efektywnością energetyczną.

Nadwyżka antykawitacyjna

Wyjaśnienie pojęcia nadwyżki antykawitacyjnej można znaleźć w każdym podręczniku techniki pompowej. W tym miejscu zamieścimy jedynie krótkie przypomnienie. Kawitacja spowodowana jest wystąpieniem na wlocie do pompy odparowania cieczy na skutek spadku ciśnienia do wartości ciśnienia wrzenia przy danej temperaturze. Analizując ciśnienie w rurociągu prowadzącym do pompy, posługujemy się modelem jednowymiarowym, tzn. rozpatrujemy średnie ciśnienia jednakowe w całym poprzecznym przekroju. Przy takim założeniu kawitacja powinna wystąpić dopiero, gdy to średnie ciśnienie spadnie do ciśnienia wrzenia. W celu zapobieżenia kawitacji wystarczyłoby zatem utrzymywanie ciśnienia średniego ponad wartością ciśnienia wrzenia. Taka teoria nie sprawdza się jednak w pobliżu wlotu do pompy, gdyż występuje tam nierównomierny rozkład ciśnienia spowodowany ruchem obrotowym wirnika. Oznacza to, że występują tam obszary, gdzie lokalne ciśnienie jest niższe niż średnie. To tzw. depresja dynamiczna. Jej głębokość zależy od konstrukcji pompy oraz od parametrów, przy jakich pompa pracuje. Zatem, aby uniknąć kawitacji, średnie ciśnienie na wlocie do pompy musi być wyższe od ciśnienia wrzenia o wymaganą nadwyżkę antykawitacyjną (NPSHr), większą od depresji dynamicznej powodowanej przez pompę. Nadwyżka ta wyrażana jest w metrach słupa cieczy.

 

Cały artykuł czytaj w czasopiśmie "Pompy. Pompownie" nr 1/2022. Dostęp do elektronicznej wersji czasopisma jest bezpłatny dla osób zapisanych na newslettera kierunekPOMPY.pl. Zapisz się na newslettera, a będziesz na bieżąco otrzymował dostęp do aktualnych numerów pisma.

źródło: dr inż. Grzegorz Pakuła, prezes zarządu Stowarzyszenia Produ
fot. 123rf.com/zdj. ilustracyjne
Nie ma jeszcze komentarzy...
CAPTCHA Image


Zaloguj się do profilu / utwórz profil
ZAMKNIJ X
Strona używa plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. OK, AKCEPTUJĘ