Układy pompowe


autor: Marek Skowroński
Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
rok wydania: 2009
liczba stron: 482 + CD
oprawa: miękka
format: B5
ISBN: 978[zasłonięte][zasłonięte]49348


Książka jest przeznaczona dla projektantów i użytkowników układów pompowych oraz studentów szkół wyższych o specjalnościach: maszyny przepływowe, energetyka, inżynieria środowiska, sanitarna i wodna. Zawiera ona podstawową wiedzę o pompach i układach pompowych, niezbędną do rozwiązywania problemów związanych z ich eksploatacją.

W publikacji opisano właściwości hydrauliczne elementów przepływowych oraz zasady łączenia ich w układy, a także metody zapisu struktury złożonych układów pompowych i metody ich obliczania. Algorytmy obliczeniowe przedstawiono w prosty sposób, na bazie przejrzystych przykładów liczbowych. Omówiono metody doboru pomp do układów i sposoby oceny ich pracy. Podano zasady opisu właściwości dynamicznych elementów układów oraz zamieszczono analizy typowych zjawisk dynamicznych występujących w układach pompowych. Dokonano przeglądu typowych układów pompowych występujących w gospodarce
i omówiono ich specyfikę.

Do książki dołączono płytę CD z programami i rozwiązaniami przykładów obliczeniowych.


SPIS TREŚCI:

Wielkości podstawowe i ważniejsze oznaczenia 9

1. Wstęp 13
1.1. Wprowadzenie 13
1.2. Określenia podstawowe 13
1.3. Transport rurowy 15
1.4. Rola układów pompowych w procesach technologicznych 16

2. Elementy układów pompowych 17
2.1. Wiadomości podstawowe 17
2.2. Ciecze 20
2.2.1. Ciśnienie 20
2.2.2. Gęstość (masa właściwa) 21
2.2.3. Objętość właściwa 22
2.2.4. Ciężar właściwy (wielkość spoza układu SI) 22
2.2.5. Lepkość 22
2.2.6. Lepkość kinematyczna 23
2.2.7. Parowanie cieczy 24
2.2.8. Ściśliwość cieczy 25
2.2.9. Rozszerzalność objętościowa cieczy 25
2.2.10. Ciepło, energia wewnętrzna, ciepło właściwe 25
2.2.11. Związek między pracą właściwą Y a wysokością ciśnienia H 26
2.2.12. Równanie Bernoulliego 28
2.2.13. Klasyfikacja cieczy 29
2.3. Rurociągi 31
2.3.1. Straty przepływu 31
2.3.2. Straty liniowe wg Darcy'ego-Weisbacha 32
2.3.3. Straty liniowe wg Wiliamsa-Hazena 35
2.3.4. Straty miejscowe 36
2.4. Armatura 37
2.4.1. Rola armatury w układzie 37
2.4.2. Charakterystyki i współczynniki przepływu zaworów 39
2.4.3. Współczynnik przepływu zaworu kv 40
2.4.4. Kawitacja w zaworach 42
2.4.5. Zawory odcinające 42
2.4.6. Zawory zwrotne 43
2.4.7. Zawory regulacyjne 43
2.4.8. Zawory upustowe 43
2.5. Pompy 44
2.5.1. Klasyfikacja pomp 44
2.5.2. Własności pomp i agregatów pompowych 46
2.5.3. Pompy wyporowe 49
2.5.4. Pompy wirowe 60

3. Podstawowe wiadomości o układach pompowych 81
3.1. Podział układów pompowych 81
3.2. Bilans energetyczny układu pompowego 83
3.2.1. Podstawowe parametry układu pompowego 83
3.2.2. Definicje ciśnień 85
3.2.3. Wysokości geometryczne i wysokość podnoszenia 86

4. Napęd pompy 91
4.1. Klasyfikacja napędów 91
4.2. Podstawy napędów elektrycznych 93
4.3. Rodzaje silników elektrycznych 103
4.3.1. Silniki indukcyjne klatkowe 103
4.3.2. Silniki indukcyjne pierścieniowe 104
4.3.3. Dobór mocy silnika napędowego 105
4.4. Współpraca pompy wirowej z napędem elektrycznym 107
4.4.1. Wpływ wydajności pompy wirowej na charakterystykę obciążenia silnika 107
4.4.2. Charakterystyki „naturalne" 110
4.4.3. Charakterystyki dla stałej prędkości obrotowej 110
4.4.4. Obliczanie charakterystyki zestawu pompowego 111
4.5. Układy rozruchowe 115
4.5.1. Rozruch silnika elektrycznego 115
4.5.2. Układ rozruchowy gwiazda - trójkąt 117
4.5.3. Układ z transformatorem rozruchowym 118
4.5.4. Softstarty 119
4.5.5. Rozruch silników pierścieniowych 121
4.6. Regulacja prędkości obrotowej 121
4.6.1. Przemienniki częstotliwości 121
4.6.2. Układy kaskadowe 126
4.6.3. Napędy ze sprzęgłem hydrokinetycznym 128
4.6.4. Napęd turbinowy 136
4.6.5. Napęd spalinowy 137
4.6.6. Inne napędy pomp 138

5. Metody doboru pomp i obliczania układów pompowych 139
5.1. Pojęcia podstawowe 139
5.2. Połączenia pomp i rurociągów 144
5.2.1. Rurociągi połączone szeregowo 144
5.2.2. Rurociągi połączone równolegle 147
5.2.3. Rurociągi połączone szeregowo-równolegle 153
5.2.4. Pompy połączone szeregowo 153
5.2.5. Pompy połączone równolegle 155
5.2.6. Pompy połączone szeregowo-równolegle 157
5.3. Podstawowe układy pompowe 157
5.3.1. Prosty układ pompowy 157
5.3.2. Obiegowy układ pompowy 159
5.4. Układy drzewiaste (dendryty) 160
5.4.1. Zasady rozwiązywania układów pompowych (drzewiastych) 160
5.4.2. Sieć zbiorcza 161
5.4.3. Sieć rozdzielcza 163
5.4.4 Algorytm obliczania dendrytów 164
5.5. Układy pierścieniowe (sieci) 172
5.5.1. Elementy sieci (pojęcia podstawowe) 172
5.5.2. Metoda Crossa 176
5.5.3. Metoda Newtona 181
5.5.4. Metoda gradientowa 187
5.5.5. Metody określania parametrów pompy 195
5.6. Symulacja i wizualizacja pracy układu 199
5.7. Dobór pompy 200
5.7.1. Sformułowanie zadania doboru pompy 200
5.7.2. Metody doboru pompy 201
5.7.3. Ograniczenia 202
5.7.4. Kryteria dobroci dopasowania pompy do układów 203
5.7.5. Poprawność dobom pompy do układu 204
5.8. Kryteria doboru pompy i oceny pracy układu 205
5.8.1. Definicja kryteriów 205
5.8.2. Zużycie jednostkowe energii 205
5.8.3. Sprawność pracy pompy w układzie 206
5.8.4. Wskaźnik dopasowania pompy do układu 207
5.8.5. Średnia sprawność pracy grupy pomp w układzie 207
5.8.6. Sprawność pompowni (instalacji pompowej) 208
5.8.7. Wskaźnik zużycia jednostkowego energii w układzie 208
5.8.8. Wskaźnik struktury układu 209
5.8.9. Wskaźnik doskonałości układu 210
5.8.10. Dopasowanie punktu pracy 210
5.8.11. Globalny koszt życia pompy - LCC 210
5.8.12. Klucz zastosowań pompy 210
5.8.13. Klucz konstrukcji pomp 213
5.9. Wybrane procedury doboru pompy 214
5.9.1. Dobór pompy „na punkt" pracy przy pompowaniu wody 214
5.9.2. Dobór pompy „na pole pracy" 216
5.10. Metody obiektowe w projektowaniu układów 217
5.10.1. Wprowadzenie 217
5.10.2. Programowanie obiektowe 217
5.10.3. Relacyjne bazy danych 220
5.10.4. Obiektowo-relacyjne bazy danych 220
5.10.5. Obiektowe bazy danych 221
5.10.6. Układ pompowy w ujęciu obiektowym 222
5.10.7. Zastosowanie metod obiektowych do obliczania złożonych układów pompowych 222
5.10.8. Obliczania układów pompowych z wykorzystaniem metod obiektowych 223

6. Sterowanie i regulacja pomp i układów pompowych 227
6.1. Zasady sterowania i regulacji parametrów pracy układu pompowego 227
6.2. Regulacja układu 229
6.2.1. Metody regulacji układów 229
6.2.2. Regulacja dławieniowa układu z pompą wirową 234
6.2.3. Regulacja upustowa układu z pompą wirową 237
6.2.4. Porównanie strat regulacji dławieniowej i upustowej 239
6.2.5. Regulacja upustowa układu z pompą wyporową 242
6.3. Regulacja pomp 245
6.3.1. Charakterystyki regulacyjne pomp wirowych 245
6.3.2. Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej 247
6.3.3. Regulacja i dopasowanie przez zmianę kąta ustawienia łopatek 251
6.3.4. Dopasowanie pomp do układów przez obtaczanie średnicy zewnętrznej wirnika 253
6.3.5. Automatyczna regulacja prędkości obrotowej pompy. Pompy inteligentne z wewnętrznym modułem sterowania 260
6.4. Wpływ zmian parametrów cieczy 265
6.4.1. Wpływ parametrów cieczy na pracę układu 265
6.4.2. Wpływ gęstości cieczy na pracę układu 265
6.4.3. Wpływ lepkości cieczy na pracę układu 267

7. Dynamika układów pompowych 277
7.1. Podstawowe zasady dynamiki 277
7.2. Równania ruchu 277
7.3. Równania sił i ciśnień 278
7.3.1. Siła tarcia cieczy w rurociągu 278
7.3.2. Siła tarcia lepkiego 279
7.3.3. Siła tarcia suchego 280
7.3.4. Sprężyny 280
7.3.5. Ściśliwość cieczy 281
7.3.6. Akumulatory gazowe 281
7.3.7. Akumulatory wieżowe 283
7.3.8. Sprężystość rurociągu 284
7.4. Równania ciągłości 285
7.5. Elementy układów 286
7.5.1. Pompa wirowa 286
7.5.2. Silnik elektryczny 289
7.5.3. Obliczanie momentu bezwładności zespołu wirującego 290
7.6. Metody obliczeń symulacyjnych 291
7.7. Przykłady 291
7.7.1. Przepływ między zbiornikami o różnych poziomach cieczy 291
7.7.2. Rozruch pompy wirowej przy zamkniętej zasuwie 294
7.7.3. Rozruch układu tłoczącego z pompą wirową. 299
7.7.4. Rozruch klasycznego układu z pompą wirowa. 304
7.7.5. Model działania pompy inercyjnej (inercyjnego podnośnika cieczy) 310
7.8. Uderzenie hydrauliczne 325
7.8.1. Mechanizm uderzenia hydraulicznego 325
7.8.2. Równanie ruchu cieczy 327
7.8.3. Uderzenie hydrauliczne w przewodzie poziomym 330
7.8.4. Uderzenie hydrauliczne w przewodzie poziomym
podczas stopniowego zamykania zasuwy 334
7.8.5. Uderzenie hydrauliczne w przewodzie pionowym podczas stopniowego zamykania zasuwy 338
7.8.6. Bezpośrednie uruchamianie układu pompowego i nagły zanik napięcia zasilania 341

8. Kawitacja 345
8.1. Istota i mechanizm po wstawania kawitacji 345
8.2. Nadwyżka antykawitacyjna 347
8.3. Krytyczna nadwyżka antykawitacyjna. Fazy rozwoju kawitacji 349
8.4. Wymagana nadwyżka antykawitacyjna 351
8.5. Wpływ parametrów pracy pompy na nadwyżkę antykawitacyjna 352
8.6. Rozporządzalna nadwyżka antykawitacyjna układu 354
8.7. Dopuszczalna geometryczna wysokość ssania 358
8.8. Metody zapobiegania kawitacji 358

9. Badania pomp i układów 361
9.1. Badania układu 361
9.2. Badania energetyczne pomp 365
9.3. Badania energetyczne pomp metodą termodynamiczną 367
9.4. Badania kawitacyjne pomp 371

10. Eksploatacja pomp i układów 377
10.1. Prognozowanie kosztów eksploatacji pompy 377
10.1.1. Klasyfikacja kosztów eksploatacji pompy 377
10.1.2. Analiza kosztów eksploatacji pompy 378
10.1.3. Przetłoczona ilość cieczy 379
10.1.4. Uśrednione jednostkowe straty energii 380
10.1.5. Jednostkowe koszty remontu pompy 380
10.1.6. Minimalny koszt eksploatacji pompy 381
10.1.7. Prognoza kosztów eksploatacji pompy 382
10.2. Optymalizacja średnicy rurociągu w układzie pompowym 382
10.3. Koszty zdyskontowane 385

11. Typowe układy pompowe 387
11.1. Układy głównego odwadniania kopalni głębinowych 387
11.1.1. Kryteria projektowania układów głównego odwadniania 387
11.1.2. Zasady projektowania układów głównego odwadniania,
wynikające z kryterium pewności ruchowej 387
11.1.3. Topologia układów głównego odwadniania 391
11.1.4. Układ rozruchowy układu głównego odwadniania 397
11.1.5. Ocena energetyczna pracy układu 399
11.1.6. Zarastanie rurociągów głównego odwadniania 400
11.2. Studnie 403
11.3. Przepompownie zbiornikowe 411
11.3.1. Podstawowe informacje o pompowniach zbiornikowych 411
11.3.2. Przepompownia jednopompowa 415
11.3.3. Przepompownie dwupompowe 418
11.4. Zestawy wielopompowe do podwyższania ciśnienia 427
11.4.1. Topologia zestawów 427
11.4.2. Pole pracy zestawu 429
11.4.3. Pole wysokości ssania zestawu 434
11.4.4. Statystyka parametrów pracy 435
11.4.5. Dobór zestawów pompowych 437
11.4.6. Zestawy szeregowe 440
11.4.7. Zestawy równoległe 442
11.4.8. Zestawy szeregowo-równoległe 446
11.4.9. Zestawy dwusekcyjne 447
11.4.10. Układy regulacji prędkości obrotowej w zestawach pompowych 448
11.5. Układ centralnego ogrzewania 449
11.5.1. Zasada działania układu centralnego ogrzewania 449
11.5.2. Wpływ regulacji odbiorników na charakterystykę układu centralnego ogrzewania 451
11.5.3. Uproszczona metoda obliczania układu centralnego ogrzewania 456
11.6. Układy pompowe w .elektrowni cieplnej 459
11.6.1. Ogólna charakterystyka układów pompowych elektrowni 459
11.6.2. Układy pomp zasilających 463
11.6.3. Układy obiegów wodnych kotłów 466
11.6.4. Układy pompowe skroplin 467
11.6.5. Układy pomp wody chłodzącej 468

12. Wzory i tabele 473

Spis programów na płycie CD 478
Literatura 479