HYDRAULIK Rörströmning IV

Transkript

1 HYDRAULIK Rörströmning IV Rolf Larsson, Tekn Vattenresurslära För VVR145, 15 april, 2016

2 NASA/ Astronaut Photography of Earth - Quick View 24 mar VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 2

3 Innehåll 1. Pumptyper 2. Beräkningar för rörsystem med pump 3. Exempel på rörsystem med pump 4. Exempel VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 3

4 1. Pumptyper centrifugalpumpar Vanlig pumptyp: Enkel konstruktion Hög verkningsgrad VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 4

5 Pumptyper axialflödespumpar VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 5

6 Roterande rörelse hos impeller / propeller Trycket ökar över pumpen (p out p in ) / ρ g = H p = pumphöjd (pump head) Specifik energiförbrukning (specific energy consumption) : E p = (ρ g Q H p ) / (3600 Q η) (kwh/m 3 ) η = verkningsgrad (effekt ut/ effekt in) VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 6

7 VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 7 Pump <-> omvänd ventil

8 En pump karakteriseras av sin pumpkurva Pumpkurvan är unik för varje pump Pumpkurvan fås från tillverkare Pumpkurvan visar att pumpen levererar tryckökning och/eller flödesökning VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 8

9 2. Beräkningar för rörsystem med pump Vatten pumpas från reservoir A till reservoir B Vad blir flödet (Q) om rörkarakteristika (L, D, k s ) är kända, liksom lyfthöjd (Δz) och pumpkurva? VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 9

10 Pumpen måste göra två saker: 1. Leverera energi motsvarande lyfthöjden (= skillnad i geometrisk höjd) Δz 2. Leverera energi motsvarande energiförluster mellan A och B Totalt erforderlig energi (H sys )kan beräknas mha energiekvationen: z A + H sys = z B + h L eller H sys = Δz + h L där h L = totala energiförluster från A till B VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 10

11 Eftersom energiförlusterna beror på hastigheten (flödet) så kommer erforderligt energitillskott från pumpen att bero på flödet i systemet. Detta kan beräknas och visas i en systemkurva H syst = H syst (Q) En pump är bunden av sin pumpkurva. När en viss pump introduceras i det givna systemet kommer driftpunkten att ges av skärningen mellan de två kurvorna VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 11

12 Parallella pumpar Pumpar som opererar parallellt med varandra kan betraktas som en enda (fiktiv) pump - genom att pumpkurvorna adderas horisontellt - dvs två identiska pumpar som opererar parallellt ger samma lyfthöjd men dubbelt så stort flöde som en pump VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 12

13 Seriella pumpar Pumpar som opererar i serie, kan betraktas som en enda (fiktiv) pump - genom att pumpkurvorna adderas vertikalt - dvs två identiska pumpar som opererar i serie ger samma flöde men dubbelt så stor lyfthöjs som en pump VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 13

14 3. Exempel på rörsystem med pumpar 1) Två parallella pumpar VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 14

15 2) Sjöförlagt värmepumpsystem VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 15

16 3) Ökning av naturligt flöde VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 16

17 4) System med ventil VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 17

18 5) System med varierande geometrisk lyfthöjd Z 1 Z 2 VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 18

19 6) System med varvtalsreglerade pumpar VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 19

20 5. Exempel VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 20

21 J28: Water is pumped between two reservoirs with the same water surface elevation z o. Total pipe length is L = 2500 m, diameter D = 0.1 m and equivalent sand roughness k = m. The pump characteristics is given by the figure. What is the maximum permissible distance x from the upstream reservoir to the suction side of the pump, if the pressure must not be less than atmospheric? ( The local losses may be neglected. The temperature is 20 C.) VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 21

22 J27 : Water is to be pumped by two centrifugal pumps through a pipeline connecting two reservoirs. The pumps can be operated in parallel or one at a time. The pipeline is 2000 m long, diameter 250 mm and equivalent sand roughness is 0.2 mm. The static lift is 25.0 m. Calculate the specific energy consumption (kwh/m 3 ) both for single pump operation and when both pumps operate. Pumpkurvan ges av: Discharge Q (m 3 /s) Head (m) Total efficiency (%) VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 22

23 J30: Water (20 C) is pumped between two reservoirs through two identical, parallel pipes each with a diameter of 0.2 m, length 1000 m, and equivalent sand roughness of m. a) What flow is expected through the pump? b) How much energy (kwh) is needed to pump 1 m 3 of water? The efficiency of the pump η = 0.75 VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 23

24 TACK FÖR IDAG! VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 24

25 J28 VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 25

26 J27 VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 26

27 J30 VVR015 Hydraulik/ Rörströmning IV 15 apr 2016 / 27