Microsoft Word - Cap11

Transcriere

1 11. Experimente de hidrodinamică în timp real pe o staţiune în circuit închis Fig11.1b. Realizarea fizică a staţiunii multifuncţionale Staţiunea de încercare Staţiunea de încercare, prezentată schematic în figura 8.5 şi reluată în figura 11.1a, este realizată fizic ca în figura 11.1b. Staţiunea are ca părţi constructive principale următoarele subansamble: 1. Rezervor tampon de aspiraţie, cu o capacitate de 00 l; acesta conţine o rezervă de lichid de lucru şi asigură condiţii propice de aspiraţie la pompă;. Tronson de aspiraţie, cu diametru nominal interior Dn 65, pe care se află vana sferică V şi priza de presiune p1; tronsonul de aspiraţie face legătura dintre rezervorul tampon şi pompă, având vana V1 cu rol principal de izolare a pompei de circuit, când este cazul; priza de presiune p1 de formă inelară, asemenea cu toate celelalte prize, ca în figura 11., este dotată cu 4 orificii aşezate la 90, cele orizontale fiind destinate preluării semnalului de presiune, iar cele verticale pentru aerisire, respectiv purjarea eventualelor impurităţi; priza de presiune p1 se află aşezată la 650 mm (10 diametre) de intrarea în pompă. Fig.11.. Priza inelară de presiune Fig Staţiune multifucnţională în circuit închis [1b], [10b] a reprezentare schematică;

2 3. Pompa centrifugă multietajată, GRUNGFOS, cu flanşele de intrare şi ieşire coaxiale, tip CRNE 3-4, (fig.11.3), construită din oţel inoxidabil, permite varierea discretă a turaţiei de funcţionare, de la un variator de frecvenţă ce alimentează motorul, în 0 de trepte echidistante, cuprinse în domeniul rot/min. mărimea de ieşire fiind sub formă de impulsuri, detectabile cu orice tip de frecvenţmetru la o rată de 11,36 imp/l. Fig.11.3.Reprezentarea schematică a pompei CRNE Carcasă superioară; - Flanşa se racordare a motorului; 3 - Carcasa cuplajului; 4 Arborele; 5 - Rotorul unui etaj; 6 - Camera statorică; 7 - Carcasă exterioară; 8-Tiranţi; 9 - Carcasă inferioară cu flanşele de aspiraţie şi refulare coaxiale; 10 - Inel de etanşare; 11 - Lagăr intermediar; 1 - Lagăr inferior; 13 - Etanşarea arborelui. Sistemul automat electronic menţine turaţia constantă indiferent de sarcina pompei. Treptele de turaţie în rotaţii pe minut sunt date în tabelul de mai jos: Treapta de 0 I II III IV V VI VII VIII IX X turaţie Turaţia Treapta de XI XII XIII XIV XV XVI XVII XVIII XIX XX turaţie Turaţia Diagrama de funcţionare a pompei la turaţie variabilă este dată în figura Tronson de refulare Dn 65 - Dn 50, asigură refularea apei din pompă la diametrul de ieşire al pompei şi face trecerea printr-un confuzor la deschiderea Dn50, a tronsonului următor; pe acest tronson se află prizele de presiune p şi p 3 ; priza p este aşezată la 650 mm (10 diametre) de la secţiunea de ieşire din pompă; distanţa dintre prizele de presiune p şi p 3 este de 1300 mm, ceea ce permite determinarea unei căderi de presiune echivalente cu suma căderilor de presiune pe tronsoanele p 1 pompă şi pompă p. 5. Tronson debitmetric, Dn 50, care are inclusă vana V 3, cu rol de izolare a pompei, dacă este cazul, un cot şi debitmetrul cu rotor tangenţial DN 50; traductorul de debit este cu efect Hall, inclus în corpul debitmetrului, Fig Diagrama de funcţionare a pompei GRUNDFOS CRNE Tronson pentru determinarea pierderilor hidraulice locale în cot, are ca reper principal un cot Dn 50, la 90 0, de secţiune circulară; căderea de presiune pe acest cot se determină între prizele p 5 şi p 6, aflate la câte 500 mm de intrarea, respectiv ieşirea din cot; Eliminarea influenţei pierderilor liniare pe aceste tronsoane de conductă adiacente se face determinând pierderile hidraulice pe un tronson de conductă dreaptă echivalent şi scăzându-le apoi din pierderile determinate pe ansamblul cot-conducte drepte. Acest tronson de conductă Dn 50 echivalent se află pe porţiunea de conductă dreaptă, cuprinsă între prizele de presiune p 4 şi p 5.

3 7. Tronson pentru determinarea pierderilor hidraulice longitudinale, compus dintr-o conductă dreaptă Dn5, a cărei lungime între prizele p 7 şi p 8 este de 4m. Vana V 1 aflată aval de această conductă este de tip plan şi poate fi folosită la reglarea debitului în instalaţie. 8. Tronson de aerisire, dotat cu un dom, conducte şi robinete de aerisire R a şi R am ; prin robinetul R a se evacuează aerul strâns în partea superioară a domului, iar R am serveşte la evacuarea aerului din partea superioară a rezervorului tampon Sistemul de achiziţie şi prelucrarea a datelor Schema generală sistemului de achiziţie şi prlucrare a datelor experimentale este redată în figura Notaţiile p i sunt în corespondenţă cu schema staţiunii din figura Senzorul S 4 traductor de presiune diferenţial, 0, +00 PSID (0, N/m ); -Senzorul S 5 traductor de presiune diferenţial, 0, +5 PSID (0, N/m ); -Senzorul S 6 traductor de presiune diferenţial, 0, 10" WCD (0, 50 mm H O); -Senzorul S 7 traductor de debit DN50, 0,5, 0 l/s cu rotor tangenţial şi cu.semnal în frecvenţă. Traductoarele sunt alimentate de surse de tensiune continuă stabilizată 3-30 V cu reglare continuă la o rezoluţie de 0,01V. Multiplexorul cu 64 de intrări preia semnalele de la traductoare, le modulează şi le transmite pe magistrala de date către placa de achiziţie. Dotarea cu multiplexor a deschis claea automatizării întregului laborator prin introducerea semnalelor de la senzorii celorlalte staţiuni. Placa de achiziţie, cu 16 intrări, preia conform softului mărimile necesare aplicaţiilor în funcţiune. Atât placa cât şi multiplexorul sunt dotate cu softuri proprii care se instalează pe un server dedicat, acesta efectuând partea de colectare şi prelucarea a datelor experimentale, conform aplicaţiilor soft LabVIEW. Partea de soft este structurată ca în figura Fig Reprezentarea schematică a sistemului de achiziţie şi prelucrare a datelor pentru staţiunea multifuncţională Senzorii utilizaţi sunt descrişi în cele ce urmează. Astfel: -Senzorul S 1 traductor de presiune diferenţial, - 15, +15 PSID ( , N/m ); -Senzorul S traductor de presiune relativă, 0, +50 PSID (0, N/m ); -Senzorul S 3 traductor de presiune diferenţial, 0, 10" WCD (0, 50 mm H O); Fig Reprezentarea schematică a structurii softului folosit

4 Programul de bază conţine subrutine specializate ale programului LabVIEW care citesc datele transmise de traductoarele S 1 S 7. Datele citite de aceste traductoare sunt afişate în fereastra principală prin intermediul indicatoarelor digitale notate Senzor1 Senzor 6. Asupra acestor date are loc o operaţie de mediere efectută cu ajutorul subrutinei Mean.vi. Rezultatul medierii este afişat de indicatoarele digitale notate M1 M6. Cu aceste medii ale valorilor citite se lucrează în continuare pentru calcularea mărimilor specifice fiecărui program în parte. Debitul se determină printr-o măsurare de frecvenţă prin intermediul unui traductor specializat. Valoarea frecvenţei este afişată în ferestra principală cu ajutorul indicatorului digital notat Frecvenţă. De asemenea aceste valori ale frecvenţei se mediază cu ajutorul subrutinelor Mean.vi sau RMS.vi funcţie de fiecare aplicaţie, valoarea astfel rezultată fiind afişată de indicatorul digital Mf. Programul de calcul cuprinde operaţiile ce au loc pentru determinare mărimilor specifice fiecărui aplicaţii. Rezultatele acestor calcule sunt afişate de asemenea cu ajutorul indicatorilor digitali din fereastra principală. Programul de afişare a datelor preia datele calculate prin intermediul programului de calcul şi le asociază ca şi coordonate carteziene unui punct ce va fi poziţionat pe un grafic. Toate aeceste operaţii le realizează subrutina XY Chart Buffer.vi. Programul de transmitere a datelor spre celelalte calculatoare din reţea conţine subrutine ce permit scrierea datelor la o adresă indicată în secţiunile Target şi Target. De la această adresă datele vor fi preluate de restul calculatoarelor din reţea. Programul de scriere a datelor într-un fişier este alcătuit din subprograme ce permit deschiderea unui fişier cu un nume prestabilit lucru realizat de subprogramul Open/Create/Replace File.vi, scrierea datelor în acest fişier prin intermediul subprogramului Write File + (string).vi şi închiderea fişierului cu ajutorul subprogramului Close File +.vi La conductele sub presiune pierderile hidraulice sunt date de căderea de presiune p pe tronsonul considerat: p h p (11.) Ţinând cont de ecuaţia de continuitate, rezultă din: 5 p d Q 8 Pentru numărul Re se utilizează relaţia: coeficientul pierderilor distribuite l (11.3) 4Q Re (11.4) d Coeficientul de pierdere hidraulică longitudinală depinde în general de natura regimului de mişcare din conductă, caracterizat prin numărul Reynolds şi rugozitatea relativă a suprafeţei interioare peretelui conductei, λ=f(re,k/d). Pentru tonsonul de conductă supus încercării starea suprafeţei interioare a peretelui conductei (rugozitatea ei) este cunoscută, rămânând ca acest coeficient să fie exprimat numai ca funcţie de numărul Reynolds. Programul calculează valoarea coeficientului λ pe baza determinării diferenţei de presiune între două prize aflate la capetele unei conducte cu lungimea de 4,5 m şi un diametru de 5 mm cu ajutorul unui traductor diferenţial nr., precum şi pe baza determinării debitului cu ajutorul traductorului specializat Experimente de hidrodinamică Determinarea coeficientului de pierderi λ Consideraţii generale Pierderile hidraulice longitudinale se exprimă cu relaţia binecunoscută: h l V p d (11.1) g Programul aplicaţiei În cadrul aplicaţiei se lucrează cu datele furnizate de senzorul diferenţial nr.. Pe baza ecuaţiei curbei de etalonare se converteşte semnalul electric în unităţi de presiune. Pentru calcularea numărului Reynolds se folosesc datele furnizate de traductorul specializat pentru determinarea debitului, cunoscând contanta senzorului de 11,36 imp/litru. După ce mărimile λ şi Re sunt calculate pentru un regim de curgere, ele vor constitui coordonatele unui punct ce va fi amplasat pe un grafic. Valorile coeficientului de pierderi λ şi ale numărului Reynolds vor fi scrise în fişierul lam.dat şi vor putea fi vizualizate şi de către celelalte calculatoare din reţea cu ajutorul unor subprograme specifice LabVIEW.

5 Metodica încercării 1. Pregătirea staţiunii a) Umplerea cu apă, de la reţeaua laboratorului, prin intermediul vanei de fund b) Deschiderea completă a vanelor V 1 şi V 3 c) Conectarea la energie electrică d) Aerisire, prin deschiderea vanei de la recipientul superior de aerisire e) Pornire-oprire pompă şi reaerisire f) Pornirea staţiunii: pornire pompă de la cheia panoului electric g) Alimentarea traductoarelor h) Pornirea aplicaţiei LabVIEW: pornire server de reţea, lansarea programului, lansarea aplicaţiei slambda.vi. Efectuarea încercărilor a) Fixarea vanei V într-o poziţie de funcţionare b) Stabilirea a 0 de regimuri de funcţionare prin variaţia în sens crescător a.turaţiei pompei c) Stabilizarea regimului de funcţionare al staţiunii pentru fiecare turaţie (cca 30 sec.) 3. Prelucrarea datelor experimentale: a) Programul LabVIEW achiziţionează şi prlucrează datele experimentale în timp real, oferind dependenţa λ=f(re) pe graficul de pe panoul principal b) Scrierea datelor citite şi calculate cu ajutorul programului LabVIEW într-un fişier pentru prelucrarea ulterioară (off line) c) Vizualizarea experimentului şi pe celelalte calculatoare din reţea, d) Prelucrarea datelor din fişier cu ajutorul unui program specializat în prelucrarea datelor ( EXCEL sau Table Curve 3D), în urma căreia rezultă diagrama din figura 11.7 Din diagrama λ=f(re), prezentată în figura 11.7, rezultă următoarele observaţii: A. Domeniul de variaţie al coeficientului λ este practic cuprins între λ = 0,01 şi.λ=0,08, pentru Re = B. stabilizare a valorilor λ se constată pentru numere Re >75 000, ceea ce arată domeniul unei curgeri complet dezvoltate. lambda Re Fig Dependenţa λ=f(re) [7b] Determinarea coeficientului de pierderi locale ζ Consideraţii generale Rezistenţele hidraulice locale reprezintă disipaţiile concentrate de energie provocate de modificări bruşte ale structurii câmpului de viteze. Ele sunt materializate prin schimbări de direcţie (coturi), schimbări de secţiune (reducţii, destinderi bruşte, confuzoare, difuzoare), ramificaţii (teuri), şi organe de închidere (ventile, vane, robinete cu cep). Cantitativ pentru evaluarea disipaţiilor în rezistenţele locale se utilizează relaţia lui Weissbach: v h p (11.5) unde: h p g pl 4 Q şi v g d (11.6a,b) şi coeficientul pierderilor locale va fi dat de relaţia: 4 p l d (11.7) Q 8

6 Coeficientul de pierdere al rezistenţei locale ζ depinde de forma geometrică a rezistenţei locale şi de natura regimului de mişcare caracterizat prin numărul Reynolds (Re). Pentru rezistenţa hidraulică locală ce se încearcă (un cot de 90 ) geometria este bine precizată, ζ rămânând funcţie numai de numărul Reynolds. Numărul Reynolds are următoarea expresie binecunoscută: 4 Q d Re (11.8) Aplicaţia informatică determină valoarea coeficientului ζ pe baza determinării diferenţei de presiune între două prize aflate la capetele unui cot de 90 cu un diametru de. 50 mm cuajutorul traductoruui diferenţial nr.5, montat între prizele de presiune 5 şi 6 precum şi pe baza determinării debitului cu ajutorul traductorului specializat. Metodica încercării 1. Pregătirea staţiunii a) Umplerea cu apă, de la reţeaua laboratorului b) Deschiderea completă a vanelor V 1 şi V c) Conectarea la energie electrică d) Aerisire, prin deschiderea vanei de la recipientul superior de aerisire e) Pornire-oprire pompă şi reaerisire f) Pornirea staţiunii: pornire pompă de la cheia panoului electric g) Alimentarea traductoarelor h) Pornirea aplicaţiei LabVIEW: pornire server de reţea, lansarea programului, lansarea aplicaţiei szita.vi. Efectuarea încercărilor a) Fixarea vanei V 3 într-o poziţie de funcţionare b) Stabilirea a 0 de regimuri de funcţionare prin variaţia turaţiei pompei în sens crescător c) Stabilizarea regimului de funcţionare al staţiunii pentru fiecare turaţie (cca 30 sec.) 3. Prelucrarea datelor experimentale: a) Programul LabVIEW achiziţionează şi prlucrează datele experimentale în timp real, oferind dependenţa ζ=f(re) pe graficul de pe panoul principal b) Scrierea datelor citite şi calculate cu ajutorul programului LabVIEW într-un fişier pentru prelucrarea ulterioară (off line) c) Vizualizarea experimentului şi pe celelalte calculatoare din reţea d) Prelucrarea datelor din fişier cu ajutorul unui program specializat în prelucrarea datelor ( EXCEL sau Table Curve 3D), obţinându-se ca rezultat diagrama din figura zita 3,5 1,5 1 0, Re Fig Dependenţa ζ=f(re) pentru cotul de 90 0 [7b] Determinarea caracteristicii interioare a pompei pentru diferite turaţii Consideraţii generale Înălţimea de pompare H este definită ca energia specifică totală transmisă de rotor unităţii de greutate a lichidului vehiculat şi se exprimă prin relaţia: pm pmv v r v a H zr za h p tronson aspiratie h p trons. ref (11.9) g unde: v r =v a =v, deoarece conductele de aspiraţie şi refulare au acelaşi diametru. d = 65 mm z r =z a =z, deoarece conductele de aspiraţie şi refulare sunt orizontale pierderile hidraulice pe traseul aspiraţie refulare sunt date de relaţia:

7 h p trons. asp. ref. l1 l 8Q Q k Q 4 p (11.10) d d g c) Se aleg patru turaţii de funcţionare n= 850, 350, 1850 şi 1350 rot/min d) Stabilizarea regimului de funcţionare al staţiunii pentru fiecare turaţie (cca 30 sec) Înălţimea de pompare fiind: H Programul aplicaţiei pm pmv k p Q (11.10) În cadrul aplicaţiei se lucrează cu datele furnizate de traductorul diferenţial nr.1 şi traductorul diferenţial nr.4. Asupra acestor date se aplică operatorii matematici pentru a se asigura conversia din mărimi electrice în unităţi de măsură specifice mărimii fizice determinate adică presiunea p. Pentru determinarea debitului se folosesc datele furnizate de traductorul specializat, aceste date fiind la rândul lor împărţite cu o constantă pentru a asigura conversia din impulsuri în unităţi de măsură specifice mărimii fizice. După ce mărimile H şi Q sunt calculate ele vor constitui coordonatele unui punct ce va fi amplasat pe un grafic. Valorile H şi Q vor fi scrise în fişierul pompa.dat şi vor putea fi vizualizate şi de către celelalte calculatoare din reţea cu ajutorul unor subprograme specifice LabVIEW. 3. Prelucrarea datelor experimentale: a) Programul LabVIEW achiziţionează şi prlucrează datele experimentale în timp real, oferind dependenţa H=f(Q) pe graficul de pe panoul principal b) Scrierea datelor citite şi calculate cu ajutorul programului LabVIEW.într-un fişier pentru prelucrarea ulterioară (off line) c) Vizualizarea experimentului şi pe celelalte calculatoare din reţea, d) Prelucrarea datelor din fişier cu ajutorul unui program specializat în prelucrarea datelor ( EXCEL sau Table Curve 3D). Rezultatele sunt date în figura Metodica încercării 1. Pregătirea staţiunii a) Umplerea cu apă, de la reţeaua laboratorului, prin intermediul vanei de fund. b) Deschiderea completă a vanelor V 1 şi V c) Conectarea la energie electrică d) Aerisire, prin deschiderea vanei de la recipientul superior de aerisire e) Pornire-oprire pompă şi reaerisire f) Pornirea staţiunii: pornire pompă de la cheia panoului electric g) Alimentarea traductoarelor h) Pornirea aplicaţiei LabVIEW: pornire server de reţea, lansarea programului,.lansarea aplicaţiei spompa.vi. Efectuarea încercărilor a) Stabilirea unei turaţii de funcţionare b) Stabilirea a 6 regimuri de funcţionare prin rotirea vanei V 3 înspre deschis Fig Crarcteristicile interioare ale pompei GRUNDFOS CRNE 3-4 la patru turaţii de funcţionare [11b]

8 Determinarea caracteristicii exterioare a reţelei pentru diferite poziţii ale vanei plane Consideraţii generale În cadrul acestei aplicaţii, caracteristica reţelei de conducte a staţiunii experimentale se determină în mod indirect, folosind aceleaşi traductoare ca la aplicaţia spompa.vi, bazându-se pe faptul că întodeauna punctul de funcţionare al ansamblului pompă reţea se află la intersecţia caracteristicilor pompei cu cea a reţelei. Astfel, caracteristica specifică reţelei de conducte în circuit închis rezultă prin punctele de funcţionare ale ansamblului, unde H popmpă = H reţea obţinute prin varierea unui parametru de funcţionare al pompei, în cazul de faţă, turaţia. Prin reglarea turaţiei pompei se obţin puncte de funcţionare de pe caracteristicile corespunzătoare H(Q) ale pompei, care sunt în acelaşi timp şi puncte de pe caracteristica reţelei pentru o poziţie fixă a organului de reglare al debitului, vana V 3. Programul aplicaţiei În cadrul aplicaţiei se lucrează cu datele furnizate de traductoarele nr.1 şi nr. 4 Aceste date convertite din mărimile electrice proprii senzorilor, în mărimi fizice determinate adică presiun,i în acest caz. Pentru determinarea debitului se folosesc datele furnizate de traductorul specializat, aceste date fiind la rândul lor convertite din impulsuri în unităţi de măsură specifice mărimii fizice. După ce mărimile H şi Q sunt calculate ele vor constitui coordonatele unui punct ce va fi amplasat pe un grafic. Valorile H şi Q vor fi scrise în fişierul retea.dat şi vor putea fi vizualizate şi de către celelalte calculatoare din reţea cu ajutorul unor subprograme specifice LabVIEW. a) Stabilirea unei poziţii a vanei V 3 de reglare a debitului b) Se baleiază domeniul de funcţionare al pompei de la turaţia minimă la cea. maximă cu 0 de valori ale turaţiei c) Stabilizarea regimului de funcţionare al staţiunii pentru fiecare turaţie (cca 30 sec) d) Modificarea poziţiei vanei V 3, de la închis spre deschis, prin rotire cu cca 1,5 ture ale roţii de manevră, repetându-se operaţiile de la punctele a-c, mai sus descris 3. Prelucrarea datelor experimentale: a) a. Programul LabVIEW achiziţionează şi prlucrează datele experimentale în timp real, oferind dependenţa H reţea =f(q) pe graficul de pe panoul principal b) Scrierea datelor citite şi calculate cu ajutorul programului LabVIEW. într-un fişier pentru prelucrarea ulterioară (off line) c) Vizualizarea experimentului şi pe celelalte calculatoare din reţea d) Prelucrarea datelor din fişier cu ajutorul unui program specializat în prelucrarea.. datelor ( EXCEL sau Table Curve 3D). Rezultatele sunt date în figura Metodica încercării 1. Pregătirea staţiunii a) Umplerea cu apă, de la reţeaua laboratorului, prin intermediul vanei de fund b) Deschiderea completă a vanelor V 1 şi V c) Conectarea la energie electrică d) Aerisire, prin deschiderea vanei de la recipientul superior de aerisire e) Pornire-oprire pompă şi reaerisire f) Pornirea staţiunii: pornire pompă de la cheia panoului electric g) Alimentarea traductoarelor h) Pornirea aplicaţiei LabVIEW: pornire server de reţea, lansarea programului, lansarea aplicaţiei sretea.vi.efectuarea încercărilor Fig Caracteristica circuitului hidraulic pentru diverse poziţii (rotaţii ale roţii de manevră)ale vanei V 3 [11b]

9 Determinarea punctelor de funcţionare pentru ansamblul pompă reţea Această aplicaţie constă în vizualizarea suprapunerii dependenţelor H pompă (Q) şi H reţea (Q), la intersecţia lor, rezultând punctele de funcţionare ale ansamblului pentru diferite situaţii caracterizate de doi parametri: turaţia pompei şi poziţia vanei V 3. Exprimarea grafică este redată în figura Fig Funcţionarea pompei în reţea la diferite turaţii şi poziţii ale vanei V 3 [11b]