PUMPE Dinamike pumpe Dinamike pumpe CENTRIFUGALNE I AKSIJALNE

PUMPE Dinamičke pumpe

Dinamičke pumpe CENTRIFUGALNE I AKSIJALNE PUMPE Pogonjene parnim strojem Pogonjene glavnim strojem Jednostupanjske Radijalne Spiralno kućište Napojne Požarne Kaljužne Sanitarne Pitke vode Cirkulacijske Opće službe Balastne Rashladne Teretne Difuzor Pogonjene elektromotorom Pogonjene parnom turbinom Višestupanjske Aksijalne Cirkulacijske Radijalne Spiralno kućište Difuzor Napojne

Dinamičke pumpe Princip rada dinamičke pumpe ► Dinamičke pumpe (pumpe s kontiuiranim protokom) su hidraulički radni strojevi koji dovedenu mehaničku energiju predaju nekompresibilnom fluidu u normalnom stanju uporabe. ► Dinamičke pumpe povećavaju količinu gibanja tekućine djelovanjem lopatica rotora. Na taj je način povećana brzina tekućine, odnosno njena kinetička energija. Kasnije se u difuzoru smanjuje brzina (kinetička energija) i povećava tlak (potencijalna energija). ► Gore opisana izmjena energije odvija se pomoću dva osnovna dijela pumpe: § nepokretnog statorskog kućišta s priključcima za dovod tekućine i odvod tekućine koja izlazi iz rotora (kod radijalnih i dijagonalnih pumpi). Radi što manjih gubitaka na bridovima lopatica i izbjegavanja sudara struja u spiralnom kanalu, u statorskom kućištu mogu biti smještene i statorske lopatice (fiksne ili pokretne). Statorske lopatice susreću se samo kod većih pumpi zbog visokih troškova izrade. § pokretnog rotora s lopaticama

Dinamičke pumpe

Dinamičke pumpe Presjek centrifugalne pumpe

Dinamičke pumpe Presjek centrifugalne pumpe

Dinamičke pumpe Presjek centrifugalne pumpe

Dinamičke pumpe Centrifugalna pumpa u postrojenju

Dinamičke pumpe Osnovni dijelovi dinamičke pumpe Nepomični dijelovi ° Kućište pumpe ► Kućišta se izrađuju najčešće u dvije izvedbe: cilindrično i sprialno kučište. Unutar kućišta je smješten rotor pumpe. ► Spiralno kućište omogućuje ostvarivanje viših napora, dok su cilindrična kućišta namijenjena za niže napore i veće protoke. ► Spiralno kućište je izrađeno na način da se površina poprečnog presjeka povećava prema izlaznoj prirubnici, kao što je prikazano na sljedećoj slici. S povećanjem površine poprečnog presjeka smanjuje se brzina tekućine i povećava tlak tekućine. ► Jedna od osnovnih namjena spiralnog kućišta je i smanjenje opterećenja na vratilo pumpe zbog hidrauličkog tlaka tekućine. Opterećenja na vratilo pumpe su najmanja pri protoku pumpe preporučenom od strane proizvođača. Tijekom rada pumpe pri protocima manjima od preporučenih, može doći do pojačanog trošenja brtvi i ležajeva, kao i samoga vratila. Pumpe čije je kućište izvedeno s dvije spirale koriste se u slučajevima kada poprečno opterećenje postaje značajno pri smanjenim protocima (uronjene pumpe tereta).

Dinamičke pumpe Presjek spiralnog kućišta centrifugalne pumpe

Dinamičke pumpe Spiralno kućište vodne turbine

Dinamičke pumpe ► Cilindrična kućišta imaju statorske lopatice koje okružuju periferiju rotora pumpe i pretvaraju kinetičku energiju tekućine u potencijalnu energiju. ► Cilindrična kućišta izrađuju se kao jednodijelna i višedijelna kućišta. Jednodijelna kućišta podrazumijevaju konstrukcije kod kojih se kućište i izlazna prirubnica izrađuju iz jednog ljevanog ili obrađenog dijela. Višedijelna kućišta su konstruirana iz više dijelova koji su međusobno povezani u cjelinu. ° Ulazna i izlazna prirubnica ► Ulazna i izlazna prirubnica su dijelovi kućišta pumpe. Najčešće se susreću sljedeće izvedbe ulaznih i izlaznih pirubnica: Jednodijelno kućište • Čeoni ulaz / gornji izlaz – ulazna prirubnica je smještena čeono, na kraju vratila pumpe, dok je izlazna prirubnica smještena na gornjoj strani kućišta pumpe. Ove pumpe uvijek imaju vratilo uzvedeno s prepustom i imaju nisku NPSHr vrijednost jer fluid dotječe direktno u središte rotora pumpe. • Gornji ulaz / gornji izlaz – obje prirubnice su smještene s gornje strane kućišta, okomito na vratilo pumpe. Ove pumpe mogu imati vratilo izvedeno s prepustom ili s rotorom između dva ležaja. • Bočni ulaz / bočni izlaz - obje prirubnice su smještene bočno na kućištu pumpe, okomito na os vratila pumpe.

Dinamičke pumpe Čeoni ulaz / gornji izlaz Gornji ulaz / gornji izlaz Izvedbe ulaznih i izlaznih prirubnica pumpe

Dinamičke pumpe Pomični dijelovi ° Rotor ► Rotor je osnovni rotirajući dio koji tekućini daje centrifugalno ubrzanje. Rotori se često dijele na više različitih načina: ► Podjela prema smjeru strujanja tekućine kroz rotor u odnosu prema osi rotacije: § Radijalno strujanje - s = 0, 2 1, 2 , mali protok , visoki napor h § Dijagonalno strujanje - s = 1, 0 3, 0 § Aksijalno strujanje - s = 2, 0 10 , veliki protok , niski napor h ► Specifična kružna brzina s s-1 - predstavlja omjer kapaciteta i napora pumpe pri zadanoj kružnoj brzini ► gdje je: n [1/s] - brzina vrtnje rotora [m 3/s] - volumni protok H [m] - visina dobave (visina stupca tekućine)

Dinamičke pumpe Protok Radijalno strujanje Dijagonalno strujanje Protok Vrste rotora prema smjeru strujanja tekućine kroz rotor u odnosu prema osi rotacije Aksijalno strujanje

Dinamičke pumpe Radijalna pumpa Aksijalna pumpa

Dinamičke pumpe Francis turbina (dijagonalno strujanje) Pelton turbina (radijalno strujanje)

Dinamičke pumpe Kaplan turbina (aksijalno strujanje)

Dinamičke pumpe Četverostupanjska pumpa - turbina za reverzibilnu hidroelektranu

Dinamičke pumpe Turbina - radijalno strujanje

Dinamičke pumpe ► Podjela prema načinu ulaza tekućine u rotor: § Jednoulazni rotor (tekućina ulazi na jednoj strani) § Dvoulazni rotor (tekućina ulazi simetrično u rotor) ► Kod pumpi velikih protoka, rotori se često izvode tako da omogućuju ulaz tekućine u rotor s jedne i druge strane (dvoulazni rotor). Na taj se način postiže paralelni spoj rotora, čime se povećava protok i istovremeno se uravnotežuje aksijalna sila. Jednoulazni i dvoulazni rotor

Dinamičke pumpe ► Podjela prema konstrukciji rotora: § Zatvoreni rotor (bočne stijenke rotora zatvaraju prostor oko krila rotora) § Otvoreni rotor (stijenka je samo s jedne strane) § Polu-otvoreni rotor Zatvoreni rotor i otvoreni rotor

Dinamičke pumpe Zatvoreni rotor i otvoreni rotor

Dinamičke pumpe Zatvoreni rotori Otvoreni rotori

Dinamičke pumpe ► Zatvoreni rotori zahtijevaju ugradnju distantnih prstenova koji predstavljaju dodatni problem tijekom eksploatacije i za održavanje. ► Otvoreni i poluotvoreni rotori se teže začepljuju, ali zahtijevaju ručno podešavanje položaja u odnosu na spiralno kućište da bi se postigao dobar rad pumpe i spriječila pojava recirkulacije unutar kućišta pumpe. ► Poluotvoreni rotori su idealni za tekućine u kojima krutih čestica, ali mogu imati i do 50% niži stupanj djelovanja od konvencionalne konstrukcije rotora. ► Broj rotora određuje broj stupnjeva pumpe. Jednostupanjska pumpa ima samo jedan rotor i najbolje je koristiti ju za rad pri nižim radnim tlakovima. Dvostupanjska pumpa ima dva rotora u seriji i koristi se za srednje visoke radne tlakove. Višestupanjska pumpa ima tri ili više rotora u seriji te se koristi za visoke radne tlakove. ► Napor pumpe koji se postiže u jednom stupnju pumpe može iznositi od 2 m do 400 m visine vodenog stupca, što odgovara tlaku od 0, 2 do 40 bar.

Dinamičke pumpe Dvostupanjska centrifugalna pumpa

Dinamičke pumpe Dvostupanjska centrifugalna pumpa

Dinamičke pumpe Dvostupanjska centrifugalna pumpa

Dinamičke pumpe Peterostupanjska centrifugalna pumpa

Dinamičke pumpe Rotori višestupanjske centrifugalne pumpe

Dinamičke pumpe Četverostupanjska centrifugalna pumpa

Dinamičke pumpe Četverostupanjska centrifugalna pumpa

Dinamičke pumpe

Dinamičke pumpe Temeljne jednadžbe za opis rada turbo strojeva ► Jednadžba kontinuiteta (jednadžba očuvanja mase) ► Jednadžba očuvanja energije ► Trokuti brzina ► Eulerova jednadžba

Dinamičke pumpe Jednadžba kontinuiteta (jednadžba očuvanja mase) ► Volumni protok fluida koji protječe kroz poprečni presjek površine A brzinom v može se izračunati pomoću jednostavnog izraza: ► Maseni se protok može izračunati iz volumnog protoka i poznate gustoće fluida : ► Pretpostavimo da fluid protječe kroz cijev koja na ulazu ima presjek 1, a na izlazu presjek 2. Ako fluid ne curi iz cijevi niti dotječe drugi fluid u cijev, količina fluida koja je prošla kroz presjek 1, proći će i kroz presjek 2. U tom slučaju, može se pisati: ► Ako se fluid može smatrati nekompresibilnim, njegova se gustoća ne mijenja, a protok pritom ostaje konstantan te se gornja jednadžba reducira na:

Dinamičke pumpe Jednadžba očuvanja energije L - rad izmijenjen s rotorom 1 - ulaz 2 - izlaz Q - toplina izmijenjena kroz stijenke ► Kod pumpi se izmjena topline preko stijenki može zanemariti, a budući da vrijedi zakon o očuvanju mase, gornji se izraz može pisati:

Dinamičke pumpe Trokuti brzina

Dinamičke pumpe

Dinamičke pumpe Trokuti brzina na ulaznom i izlaznom dijelu lopatice rotora pumpe

Dinamičke pumpe Eulerova jednadžba ► Jednadžba očuvanja količine gibanja : ► Jednadžba očuvanja količine gibanja za kružno gibanje : ► Snaga rotacijskog stroja može se pisati:

Dinamičke pumpe ► Specifični rad po jedinici mase jest: - za pumpe - za turbine ► Maksimalni specifični rad po jedinici mase će se postići uz minimalne ulazne gubitke u rotor (c 1 t = 0): - za pumpe - za turbine ► Specifični rad po jedinici težine jest: - za pumpe - za turbine

Dinamičke pumpe ► Iz trokuta brzina (na slici desno) slijedi: , te uvrštenjem u jednadžbu za specifični rad, dobiva se: ► Primjenom kosinusovog poučka (slika desno, slijedi: , a supstitucijom se dobiva sljedeći izraz:

Dinamičke pumpe ► Sredivanjem prethodnih izraza dobivaju se Eulerove jednadžbe: - za pumpe - za turbine

Dinamičke pumpe Primjer 1. ► Pumpa rotira brzinom od 50 o/s (300 o/min). Voda dolazi na rotor na udaljenosti r 1 = 0, 3 m od osi rotacije s tangencijalnom komponentom rezultantne brzine c 1 t=0, 5 m/s, a odlazi s rotora na udaljenosti r 2 = 0, 5 m s tangencijalnom komponentom rezultantne brzine c 2 t = 16 m/s. Protok vode kroz pumpu iznosi 35 litara u sekundi. Potrebno je odrediti sprecifični rad koji rotor predaje vodi, te moment i snagu potrebne za pogon pumpe. Specifični rad pumpe Obodne brzine rotora

Dinamičke pumpe Snaga potrebna za pogon pumpe Moment potreban za pogon pumpe ili

Dinamičke pumpe Primjer 2. ► Za centrifugalnu pumpu za vodu zadani su sljedeći podaci: §r 1 = 100 mm §r 2 = 180 mm § 1 = 30 § 2 = 20 §n = 24 o/s (1440 o/min) §b 1 = b 2 = 0, 044 m ► Potrebno je odrediti: a) protok vode koji ostvaruje pumpa, uz pretpostavku da se rezultirajuća brzina c 1 poklapa sa smjerom komponente c 1 r ; b) specifični rad wi ; c) napor pumpe hi. a)

Dinamičke pumpe b) Specifični rad wi Budući da je c 1 = c 1 r, odnosno da je c 1 t = 0, slijedi: c) Napor pumpe hi