Fluïdomechanica 2 - Pompen & Pompinstallaties - Inleiding PDF

Fluïdomechanica 2 §3 Pompen & Pompinstallaties: Inleiding 1 Inhoud Pompen & Pompinstallaties: Inleiding Pompen 1. Doel 2. Soorten 3. Algemene installatie Druk 4. Zuigzijde 5. Perszijde 6. Opvoerdruk 7. Meten 8. Rendeme...

Fluïdomechanica 2 §3 Pompen & Pompinstallaties: Inleiding 1 Inhoud Pompen & Pompinstallaties: Inleiding Pompen 1. Doel 2. Soorten 3. Algemene installatie Druk 4. Zuigzijde 5. Perszijde 6. Opvoerdruk 7. Meten 8. Rendement & Vermogen 9. Zelfaanzuigend 10. Pompinstallatie: Ontwerpen 2 1 Pompen: Doel Pompen: Doel Doel = Vloeistof verplaatsen Vloeistof Water Olie … Verplaatsen Horizontaal Verticaal 3 2 Pompen: Soorten Pompen: Soorten Centrifugaalpompen en zijkanaalpompen (bijlage 1) Frans: Pompes centrifuges et pompe à canal latéral Engels: Centrifugal pumpas and side channel pumps Duits: Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpe Verdringerpompen (= Volumetrische pompen) Axiale Verdringerpompen (bijlage 2) Frans: Pompes volumétriques alternatives Engels: Reciprocating pumps Duits: Oszillierenden Verdrängerpumpen Roterende Verdringerpompen (bijlage 3) Frans: Pompes volumétriques rotatives Engels:Positive-rotary pumps Duits: Rotierenden Verdrängerpumpen Andere pompen (bijlage 4) 4 2 Pompen: Soorten – Schroef van Archimedes Schroef van Archimedes: 300 voor Chr. Schroef van Archimedes: Hedendaags 5 3 Pompen: Algemene Installatie Pompen: Algemene Installatie Installatie bestaat uit drie delen p PR Zuigzijde (Z) (toevoer) Zuigreservoir 𝐴𝑏𝑠 Open: 𝑝𝑍𝑅 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 H P,GE vP 𝐴𝑏𝑠 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 Gesloten: 𝑝𝑍𝑅 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 − 𝑝𝑍𝑅 H GE Zuigleiding Vacuümmeter POMP Manometer Pomp: Voegt mechanische energie toe vZ H Z,GE Perszijde (P) (afvoer) p ZR Persleiding Persreservoir 𝐴𝑏𝑠 Open: 𝑝𝑃𝑅 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 𝐴𝑏𝑠 𝑂𝑣𝑒𝑟 Gesloten: 𝑝𝑃𝑅 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 + 𝑝𝑃𝑅 6 4 Zuigzijde: Zuighoogte – Theoretisch Zuighoogte – Theoretisch Wat? De hoogte de vloeistof kan opgezogen worden door de uitwendige druk in de pomp te verlagen Hoeveel? 𝐻𝑍 Stel p PR Snelheid nul: 𝑣𝑍 = 0 (dus geen leidingverliezen) Uitwendige druk 𝐴𝑏𝑠 - Zuigreservoir: 𝑝𝑍𝑅 H P,GE - Ingang pomp: 𝑝𝑖 vP Hoofdwet van de hydrostatica H GE Vacuümmeter Manometer 𝐴𝑏𝑠 Druk op de zuigspiegel:𝑝𝐴 = 𝑝𝑍𝑅 POMP Druk in de zuigleiding: 𝑝𝐵 = 𝑝𝑖 + 𝜌𝑔𝐻𝑍 vZ H Z,GE 𝐴𝑏𝑠 𝑝𝑍𝑅 −𝑝𝑖 𝑝𝑖 Dus: 𝑝𝐴 = 𝑝𝐵 ⇔ 𝐻𝑍 = = 𝐻𝑍,𝑚𝑎𝑥 − p ZR 𝜌𝑔 𝜌𝑔 𝐴𝑏𝑠 𝐻𝑍 maximaal indien 𝑝𝑖 = 0: 𝐻𝑍,𝑚𝑎𝑥 = 𝑝𝑍𝑅 𝑝𝐵 (op dezelfde hoogte dan 𝑝𝐴 ) 𝜌𝑔 𝑝𝐴 7 4 Zuigzijde: Zuighoogte – Praktisch (1) Zuighoogte – Praktisch Verzadigde Dampspanning: 𝒑𝑫 Geen cavitatie: 𝑝𝑖 ≥ 𝑝𝑉 ≥ 𝑝𝐷 ≥ 0 𝑝𝐷 : Verzadigde dampspanning 𝑝 > 𝑝𝐷 : vloeistof 𝑝 < 𝑝𝐷 : gas 𝑝𝑉 : Veiligheidsdruk Drukverlies 𝜌𝑣𝑧2 Snelheid: 𝑝𝑑,𝑍 = 2 Zuigerpompen: 𝑣𝑍 wordt nul Waaierpompen: 𝑣𝑍 ≈ 𝐶 𝑡𝑒 𝐿𝑖 𝜌𝑣𝑍2 𝜌𝑣𝑍2 Leidingweerstand: 𝑝𝑊,𝑍𝐿 = σ𝑖 𝜆𝑖 + σ𝑖 𝜁𝑖 𝐷𝑖 2 2 Verandering van snelheid 8 4 Zuigzijde: Zuighoogte – Praktisch (2) Zuighoogte – Praktisch Wat? De hoogte de vloeistof kan opgezogen worden door de uitwendige druk in de pomp te verlagen Hoeveel? 𝐻𝑍,𝐺𝐸 Wet van Bernouilli p PR Leidingweerstand: 𝑝𝑊,𝑍𝐿 2 2 𝜌𝑣𝐴 𝜌𝑣𝐵 Wet: 𝑝𝐴 + + 𝜌𝑔ℎ𝐴 = 𝑝𝐵 + + 𝜌𝑔ℎ𝐵 + 𝑝𝑊,𝑍𝐿 H P,GE vP 2 2 𝐴𝑏𝑠 Dan: 𝑝𝑖 = 𝑝𝑍𝑅 − 𝜌𝑔𝐻𝑍,𝐺𝐸 + 𝑝𝑑,𝑍 + 𝑝𝑊,𝑍𝐿 H GE Vacuümmeter Manometer Geen cavitatie: 𝑝𝑖 ≥ 𝑝𝑉 ≥ 𝑝𝐷 ≥ 0 POMP 𝐴𝑏𝑠 vZ Dus: 𝑝𝑍𝑅 − 𝜌𝑔𝐻𝑍,𝐺𝐸 + 𝑝𝑑,𝑍 + 𝑝𝑊,𝑍𝐿 ≥ 𝑝𝑉 H Z,GE 𝐵 (ingang pomp) 𝐴𝑏𝑠 p ZR 𝑝𝑍𝑅 − 𝑝𝑑,𝑍 +𝑝𝑊,𝑍𝐿 +𝑝𝑉 Dan: 𝐻𝑍,𝐺𝐸 ≤ 𝜌𝑔 𝐴𝑏𝑠 Opmerking: 𝑝𝑍𝑅 is hier een absolute druk (zuigspiegel) 𝐴 9 4 Zuigzijde: Zuigdruk Zuigzijde: Drukken Geodetische Zuigdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk te overwinnen Hoeveel? 𝑝𝑍,𝐺𝐸 = 𝜌𝑔𝐻𝑍,𝐺𝐸 Statische Zuigdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk én de onderdruk te overwinnen 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 Hoeveel? 𝑝𝑍,𝑆𝑡𝑎𝑡 = 𝑝𝑍,𝐺𝐸 + 𝑝𝑍𝑅 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 𝐴𝑏𝑠 Opmerking: 𝑝𝑍𝑅 is hier een onderdruk, 𝑝𝑍𝑅 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 − 𝑝𝑍𝑅 Manometrische Zuigdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk, de onderdruk én de leidingverliezen te overwinnen Hoeveel? 𝑝𝑍,𝑀𝑎𝑛 = 𝑝𝑍,𝑆𝑡𝑎𝑡 + 𝑝𝑊,𝑍𝐿 + 𝑝𝑑,𝑍 ′ Opmerking: 𝑝𝑑,𝑍 wordt vaak als een verlies beschouwd (𝑝𝑊,𝑍𝐿 = 𝑝𝑊,𝑍𝐿 + 𝑝𝑑,𝑍 ) en niet apart vermeld Oefn. 6 10 5 Perszijde: Persdruk – Theoretisch Persdruk – Theoretisch Wat? De hydrostatische druk die nodig is om de vloeistof van de pomp naar het persreservoir te verplaatsen Hoeveel? 𝑝𝑢 Stel p PR Snelheid nul: 𝑣𝑃 = 0 (dus geen leidingverliezen) Uitwendige druk H P,GE 𝐴𝑏𝑠 vP - Persreservoir: 𝑝𝑃𝑅 H GE - Uitgang pomp: 𝑝𝑢 Vacuümmeter Manometer POMP Hoofdwet van de hydrostatica vZ 𝐴𝑏𝑠 𝑝𝐴 = 𝑝𝑢 = 𝑝𝑃𝑅 + 𝜌𝑔𝐻𝑃,𝐺𝐸 H Z,GE 𝐴 (net voor p ZR uitgang pomp) 11 5 Perszijde: Persdruk – Praktisch (1) Persdruk – Praktisch Drukverlies 2 𝜌𝑣𝑃 Snelheid: 𝑝𝑑,𝑃 = 2 2 2 𝐿𝑖 𝜌𝑣𝑃 𝜌𝑣𝑃 Leidingweerstand: 𝑝𝑊,𝑃𝐿 = σ𝑖 𝜆𝑖 + σ𝑖 𝜁𝑖 𝐷𝑖 2 2 Verandering van snelheid 12 5 Perszijde: Persdruk – Praktisch (2) Persdruk – Praktisch Wat? De hydrostatische druk die nodig is om de vloeistof van de pomp naar het persreservoir te verplaatsen Hoeveel? 𝑝𝑢 p PR Wet van Bernouilli (ingang persreservoir) 𝐵 𝑥 2 2 𝜌𝑣𝐴 𝜌𝑣𝐵 Wet: 𝑝𝐴 + + 𝜌𝑔ℎ𝐴 = 𝑝𝐵 + + 𝜌𝑔ℎ𝐵 + 𝑝𝑊,𝑃𝐿 2 2 H P,GE vP 𝐻𝑃,𝐺𝐸 − 𝑥 H GE 2 2 𝐴𝑏𝑠 𝜌𝑣𝑃 𝜌𝑣𝐴 Dan: 𝑝𝑢 = 𝜌𝑔𝐻𝑃,𝐺𝐸 + 𝑝𝑃𝑅 + − + 𝑝𝑊,𝑃𝐿 Vacuümmeter Manometer 2 2 POMP - Zuigerpomp: 𝑣𝐴 = 0 vZ H Z,GE 𝐴 (net voor - Waaierpomp: 𝑣𝐴 ≈ 𝑣𝑍 p ZR uitgang pomp) 13 5 Perszijde: Persdruk Perszijde: Drukken Geodetische Persdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk te overwinnen Hoeveel? 𝑝𝑃,𝐺𝐸 = 𝜌𝑔𝐻𝑃,𝐺𝐸 Statische Persdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk én de overdruk te overwinnen 𝑂𝑣𝑒𝑟 Hoeveel? 𝑝𝑃,𝑆𝑡𝑎𝑡 = 𝑝𝑃,𝐺𝐸 + 𝑝𝑃𝑅 𝑂𝑣𝑒𝑟 𝑂𝑣𝑒𝑟 𝐴𝑏𝑠 Opmerking: 𝑝𝑃𝑅 is hier een overdruk, 𝑝𝑃𝑅 = 𝑝𝑃𝑅 − 𝑝𝑎𝑡𝑚 Manometrische Persdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk, de overdruk én de leidingverliezen te overwinnen Hoeveel? 𝑝𝑃,𝑀𝑎𝑛 = 𝑝𝑃,𝑆𝑡𝑎𝑡 + 𝑝𝑊,𝑃𝐿 + 𝑝𝑑,𝑃 ′ Opmerking: 𝑝𝑑,𝑃 wordt vaak als een verlies beschouwd (𝑝𝑊,𝑃𝐿 = 𝑝𝑊,𝑃𝐿 + 𝑝𝑑,𝑃 ) en niet apart vermeld 14 6 Zuigzijde + Perszijde: Opvoerdruk Zuigzijde + Perszijde: Opvoerdruk Geodetische Opvoerdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de (totale) gravitatiedruk te overwinnen Hoeveel? 𝑝𝐺𝐸 = 𝑝𝑍,𝐺𝐸 + 𝑝𝑃,𝐺𝐸 = 𝜌𝑔 𝐻𝑍,𝐺𝐸 + 𝐻𝑃,𝐺𝐸 = 𝜌𝑔𝐻𝐺𝐸 Statische Opvoerdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk én de overdruk te overwinnen 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑂𝑣𝑒𝑟 Hoeveel? 𝑝𝑆𝑡𝑎𝑡 = 𝑝𝑍,𝑆𝑡𝑎𝑡 + 𝑝𝑃,𝑆𝑡𝑎𝑡 = 𝑝𝐺𝐸 + 𝑝𝑍𝑅 + 𝑝𝑃𝑅 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑂𝑣𝑒𝑟 𝐴𝑏𝑠 𝐴𝑏𝑠 𝐴𝑏𝑠 𝐴𝑏𝑠 Opmerking: 𝑝𝑍𝑅 + 𝑝𝑃𝑅 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 − 𝑝𝑍𝑅 + 𝑝𝑃𝑅 − 𝑝𝑎𝑡𝑚 = 𝑝𝑃𝑅 − 𝑝𝑍𝑅 Manometrische Opvoerdruk Wat? Vereiste hydrostatische druk om de gravitatiedruk, de overdruk én de leidingverliezen te overwinnen 2 𝜌𝑣𝑃 𝜌𝑣𝑍2 Hoeveel? 𝑝𝑀𝑎𝑛 = 𝑝𝑍,𝑀𝑎𝑛 + 𝑝𝑃,𝑀𝑎𝑛 = 𝑝𝑆𝑡𝑎𝑡 + 𝑝𝑊,𝑍𝐿 + 𝑝𝑊,𝑃𝐿 + − 2 2 15 7 Manometrische Opvoerdruk Meten Manometrische Opvoerdruk Meten pA TM pA B S =0 Meting D RU K OND ERD RUK OV ERD RUK 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 Intree: 𝑝𝐼𝑁 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 − 𝑝𝑍,𝐺𝐸 + 𝑝𝑍𝑅 + 𝑝𝑊,𝑍𝐿 T o ta le d ruk (s ta t+. dyn.) b iju ittree 𝑂𝑣𝑒𝑟 Uittree: 𝑝𝑈𝐼𝑇 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 + 𝑝𝑃,𝐺𝐸 + 𝑝𝑃𝑅 + 𝑝𝑊,𝑃𝐿 − 𝜌𝑔𝑦 S ta tische d ruk b iju ittree 2 −𝑣 2 𝜌 𝑣𝑢 K A V ITA T IEG REN S Dus: 𝑝𝑀𝑎𝑛 = 𝑝𝑈𝑖𝑡 − 𝑝𝐼𝑁 + 𝜌𝑔𝑦 + 𝑖 LU CH TL ED G 2 A anw ijz ing v acuümm e te r A anw ijz ingm anom e ter in tree u ittree I E Over pD p∆𝑝 pW Z, L p ZROnder p ZG, E p PG, E p PR pW P, L V𝑉 p d Z, L p d P, 𝑝 p 𝑈𝐼𝑇 S ta t.d ruk pG E u b ij ni tree v𝑣u𝑢 = 𝑣𝑃 vu p STA T 𝑣𝑖 = 𝑣vi𝑍 𝑝𝐼𝑁 pi y T o t.d ruk (s ta t+. dyn.) b ij ni tree pM AN pW P, Z, pW P, P, p TH Oefn. 7 16 8 Pomp: Rendement & Vermogen (1) Totaal Rendement Vermogen: Geleverd 𝑃𝑁𝑢𝑡𝑡𝑖𝑔 Verlies: Druk 𝜂 𝑇𝑂𝑇 = = 𝜂𝐻𝑌𝐷𝑅,𝐿 ∙ 𝜂𝐻𝑌𝐷𝑅,𝑃 ∙ 𝜂𝑀𝐸𝐶𝐻 ∙ 𝜂𝑉𝑂𝐿 𝑃𝐺𝑒𝑙𝑒𝑣𝑒𝑟𝑑 Leiding Vermogen: Nuttig Pomp 𝑂𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑂𝑣𝑒𝑟 Druk: 𝑝𝑆𝑡𝑎𝑡 = 𝑝𝐺𝐸 + 𝑝𝑍𝑅 + 𝑝𝑃𝑅 Verlies: Debiet Effectief (volume)debiet: 𝑞𝑉,𝐸𝑓𝑓 Verlies: Mechanische Wrijving Vermogen: 𝑃𝑁𝑢𝑡𝑡𝑖𝑔 = 𝑝𝑆𝑡𝑎𝑡 ∙ 𝑞𝑉,𝐸𝑓𝑓 Aandrijfmotor Pomp 17 8 Pomp: Rendement & Vermogen (2) Verlies: Druk Verlies: Debiet in Pomp Leidingen Debietverlies: ∆𝑞 2 𝜌𝑣𝑃 Drukverlies: 𝑝𝑊,𝐿 = 𝑝𝑊,𝑍𝐿 + 𝑝𝑊,𝑃𝐿 + Lekken (kleppen, afdichtingen) 2 Manometrische opvoerdruk: 𝑝𝑀𝑎𝑛 = 𝑝𝑆𝑡𝑎𝑡 + 𝑝𝑊,𝐿 Lucht in de vloeistof Rendement: 𝜂𝐻𝑌𝐷𝑅,𝐿 = 𝑝𝑆𝑡𝑎𝑡 Theoretisch (volume)debiet: 𝑞𝑉,𝑇𝐻 = 𝑞𝑉,𝐸𝑓𝑓 + ∆𝑞 𝑝𝑀𝑎𝑛 𝑞𝑉,𝐸𝑓𝑓 Pomp Rendement: 𝜂𝑉𝑂𝐿 = 𝑞𝑉,𝑇𝐻 Drukverlies in de pomp: 𝑝𝑊,𝑃 = 𝑝𝑊,𝑃,𝑍 + 𝑝𝑊,𝑃,𝑃 Verlies: Mechanische Wrijving Theoretische opvoerdruk: 𝑝𝑇𝐻 = 𝑝𝑀𝑎𝑛 + 𝑝𝑊,𝑃 Aandrijfmotor: Niet in rekening brengen 𝑝𝑀𝑎𝑛 Pomp Rendement: 𝜂𝐻𝑌𝐷𝑅,𝑃 = 𝑝𝑇𝐻 Wrijving in de aandrijving in de pomp: 𝑃𝑊,𝑃 Vermogen: 𝑃𝑇𝐻 = 𝑝𝑇𝐻 ∙ 𝑞𝑉,𝑇𝐻 Geleverd vermogen pomp: 𝑃𝐸𝑓𝑓 = 𝑃𝑇𝐻 + 𝑃𝑊,𝑃 Opmerking: 𝑃𝑇𝐻 is het vermogen geleverd aan 𝑃𝑇𝐻 de vloeistof Rendement: 𝜂𝑀𝐸𝐶𝐻 = 𝑃𝐸𝑓𝑓 18 9 Zelfaanzuigend Pomp: Zelfaanzuigend Pomp: Niet zelfaanzuigend Pomp: Kan wel lucht uit de zuigleiding Pomp: Kan geen lucht uit de zuigleiding afvoeren afvoeren Pomp starten: Zuigleiding moet niet met Pomp starten: Zuigleiding moet wel met vloeistof gevuld zijn vloeistof gevuld zijn Zuigleiding: Terugslagklep voorzien 19 10 Pompinstallatie: Ontwerpen Pompinstallatie: Ontwerpen Pompinstallatie: Ontwerpen Gegevens Ontwerp Vloeistof: temperatuur, giftigheid, … Pomp Statische opvoerdruk Type Rendement Leidingen: traject Positie Benodigd debiet Leidingen + Appendages Richtlijnen: Stromingssnelheden water Diameter Zuigleiding: 0,5 – 3 m/s - Stromingsregime (laminair/turbulent) Persleiding: 0,8 – 4 m/s - Installatiekosten / Energiekosten Materiaal 20