Proiectarea şi construcţia unei pompe hidraulice Ram Shuaibu Ndache MAHOMED

Departamentul de Inginerie Mecanica, Universitatea Federal de Tehnologie, Minna, Nigeria shuaibu_mohammed@yahoo.com

Abstract Proiectarea şi fabricarea unui Ram pompe hidraulice (Hydram) este efectuată. Acesta este menit pentru a ridica apa de la o adâncime de 2m sub suprafaţa cu nici o sursă externă de energie, altele necesare. Bazat pe design-debitul de volum în ţeava de derivate a fost 4.5238 × 10 -5 m 3 / s (2.7 l / min), Puterea a fost 1.273 kW ceea ce duce la o eficienţă de 57,3%. Costul total de fabricare a acestui hydram arată că pompa este relativ ieftină decât pompele existente.

Cuvinte cheie Hydram, pompe, debitul de volum; Power; eficienţei; Valve Impulse, Valve de livrare.

Introducere Pompa hidraulica Ram sau hydram este un dispozitiv complet automat care utilizează energie în

apă curgătoare, cum ar fi de primăvară, flux sau râu pentru a pompa o parte din apa la o înălţime de mai sus că a sursei. Cu un flux continuu de apa pe hydram funcţionează continuu cu nici o sursă de energie externă.

Un hydram este o simplă unitate structural format din două părţi în mişcare. Acestea sunt supapa de impuls (sau din deşeuri supapă) şi livrare (verificare) supapă. Unitatea de asemenea, constă dintr-o camera de aer şi o supapă de aer. Funcţionarea unui hydram se datorează intermitent la deschiderea ciclic şi clonarea de livrare şi valorile de deşeuri. Închiderea vanei deşeurilor creează o creştere de înaltă presiune în conducta de unitate. O camera de aer este necesar pentru a transforma intermitente pompat fluxurile de înaltă într-un flux continuu de flux. Supapele de aer permit aerului în hydram pentru a înlocui aerul absorbit de apă din cauza de înaltă presiune şi de amestec în camera de aer.

Pompe sunt printre cele mai vechi de maşini. Acestea au fost utilizate in Egiptul antic, China, India, Grecia şi Roma. Astăzi, pompe sunt utilizate cel mai frecvent al doilea tip de echipament industrial, după motoare electrice (de lucru, 1996).

Pompele au fost prima pompe vigoare şi este interesant faptul că cele mai vechi cunoscut exemplu, o pompă de folosit de greci în 300 î.Hr. încorporat un vas de aer. Utilizarea acestui dispozitiv a fost suspendat în mijlocul-vârstele şi a reînviat în secolul 16 când o traducere germană a lucrării greceşti care descriu pompa a fost publicat. Cele mai vechi pompa care urmează să fie folosit a fost pompa de mana. avansat mai multe pompe au fost, totuşi, cunoscut pentru romani, după cum arată forţa cilindru dublu pompa acum conservate la British Museum, dar utilizarea lor a fost aparent pierdut în acest secol, la sfârşitul Imperiului Roman.

În epoca romană, pompa cu piston apărut pentru prima dată (250-0 BC), şi acest tip de pompa a rămas în principal utilizarea de mai multe secole, operate de mână, animale, apă sau energie eoliană, de calificare mecanice dezvoltat, şi metale venit mai mult în folosinţă, dar factor limitator cu toate aceste pompe în vârstă a fost relativ redus puterea de ieşire, care este livrat de ei. Cea mai mare puterea dezvoltată de mile vânt sau roată de apă au fost de ordinul a 10 cai putere (CP). Pompe cu piston, care sa bazat pe aspiraţie, ar putea ridica doar apă cu puţin peste 10 de metri.

Performanţa de cunoscute tipuri de pompe a continuat să fie îmbunătăţită, iar gama lor de aplicaţii extinse. Una dintre aceste este pompa peristaltica care a fost dezvoltat într-o pompă pentru manipularea namoluri de greutate specifică mare pe o bază de cost eficient. În mod similar, pompa şurubul lui Arhimede a fost dezvoltat în dimensiuni gigant pentru ridicare de apa la inaltimile mari.

Este raportat că pompa hidraulica berbec a fost construit de Whitehurst (1775), care au operat manual prin deschiderea şi închiderea robinetului. Acest hydram a fost capabil să ridice apa la o inaltime de 4.9m. Automată hydram a fost inventat de Montgolfier în 1796 pentru creşterea apă în fabrica de hârtie său. Munca sa a fost îmbunătăţit de către Pierce (1816), care a proiectat de aer sau supapă sniffer pentru a introduce aer în camera de aer şi acest hydram, care este de 300 mm în diametru este raportat că au pompat 1700l/min la o înălţime de 48m. Easton şi James (1820) au fost primii care să producă hydrams în scară largă în scop comercial. berbeci lor au fost folosite pentru alimentarea cu apă la case de ţară mare, ferme şi comunităţilor săteşti.

Calvert (1957) a evaluat caracteristicile de performanţă de berbec hidraulic. Variabile independente posibile de instalaţii hidraulice berbec au fost luate în considerare şi cu anumite ipoteze numărul acestora sa redus cu ajutorul parametrilor adimensional cum ar fi numărul Reynolds, numărul Froude, numărul Mach, raportul de cap şi coeficientul de frecare fluid. Numerele Reynolds a fost cunoscută a fi eficientă în în maşinile de dimensiuni practice şi că există o gamă în care numărul Mach are

o influenţă redusă. Numărul Froude sa dovedit a fi criteriile pentru definirea posibilitatea de funcţionare a berbec şi de ieşire berbec şi eficienţa sunt dependente de raportul de cap.

În 1951, Krol [1], a stabilit că era posibil să se prognoza comportamentul orice berbec hidraulic automat, cu condiţia ca următoarele proprietăţi de la o anumită instalaţie au fost determinate separat.

Pierderea de cap din cauza supapă impuls supapă coeficient aerodinamic de impuls Pierderea de cap în conducta de Capului pierdut în timpul perioadei de întârziere.

Potrivit Calvert (1960) dimensiunea conductei unitatea are o valoare limita. Acest lucru, el a stabilit prin aplicarea tehnicii analizei dimensionale. Parametrii relevanţi au fost raportului cap, coeficientul de frecare şi numerele de dimensiune corespunzătoare celor din Froude, Mach şi Reynolds. Hidraulice Ram pentru utilizare sat a fost dezvoltat de VITA în Statele Unite ale Americii [2] . Ram a fost folosit doar pentru alimentarea cu apă mici, cu valva de impuls fiind create pentru a acţiona pe un mecanism de primăvară, în timp ce supapa de livrare este o supapă trosni simplu. O descriere generală a berbecului hidraulic care a rezolvat cele mai multe probleme de proiectare a fost realizată de către Molyneux [3] .

Analize de proiectare Factorii de proiectare Pompa de berbec constă în principal din două părţi în mişcare, şi de livrare supape impuls.

Construcţie, în principal format din ţevi, din proiectate dimensiuni adecvate. Principalii parametri care urmează să fie luate în considerare în proiectarea unui berbec hidraulic

includ: Diferenta de inaltime dintre sursa de apa si pompa de site-ul (numit toamna vertical). Diferenţa de înălţime dintre site-ul pompă şi vopsea de depozitare sau de utilizare (de viaţă). Cantitatea (Q) din debitul disponibil de la sursa. Lungimea conductei de la sursa pentru a pompa site-ul (numit drenuri ţeavă). Cantitatea de apă necesară. Lungimea conductei de la situl de stocare (denumit conducta de livrare)

Determinarea de parametrii de proiectare pentru Hydram Din moment ce un hydram face uz de oprire bruscă a fluxului într-o conductă pentru a crea un val

de înaltă presiune, descărcarea de gestiune volumetrice din ţeava de drive-ul este dat de:

(1) în cazul în care, Q = debitul volumetric prin conducta, r = raza ţevii, L = lungimea ţevii şi n = viteza de rotaţie.

De asemenea, viteza de curgere a fluidului în conducta de condus este dat de

(2)

în cazul în care, V d = viteza de curgere fluid şi o d = suprafaţa de conducte. În scopul de a stabili natura debitului (adică dacă laminar sau turbulent), a fost necesar să se

determine numărul Reynolds dat de

(3) în cazul în care, V = viteza debitului de fluide, d = diametrul ţevii şi = Vâscozitatea cinematică.

Factorul de frecare f poate fi derivat matematic pentru flux laminar, dar nu matematice legătură simplă pentru variaţia de f cu numărul Reynolds este disponibil de curgere turbulenta. În plus, Nikuradse et al. a constatat că rugozitatea relativă a conductei (raportul dintre dimensiunea imperfecţiuni de suprafaţă cu diametrul interior al conductei) afectează valoarea f prea.

Pentru ţevi netede Blasius a sugerat că pentru curgere turbulenta

(4) în cazul în care, f = factorul de frecare a conductei şi Re este numărul Reynolds.

-Wersbach Formula Darcy este baza de evaluare a pierderilor în cap pentru fluxul de lichid în conducte şi conducte şi este dat de

(5)

în cazul în care, g = acceleraţia gravitaţională, L = lungimea ţevii, viteza V = fluid şi d = diametrul ţevii. Viteza de curgere a fluidului în T-joncţiunea este dat de

(6)

unde Q = este fluid de descărcare de gestiune volumetric şi A T = ţeavă x-arie a secţiunii de la T-intersecţie.

Pierdere ca urmare a extinderii bruscă la T-joncţiunea este exprimat în

(7)

Alte pierderi de cap, la fel ca în fitinguri sunt în general exprimate ca

(8)

Deoarece capul (H) a contribuit la accelerarea apă în ţeava de condus, această accelerare este dată de

(9)

Valoarea K şi f poate fi găsită de la manuale de referinţă standard / manuale. În cele din urmă acest flux va accelereaza suficient pentru a începe să închidă supapa de deşeuri de acest lucru se produce atunci când trageţi şi presiunea în apă egal cu ponderea valorii deşeurilor. Forţa drag dată de ecuaţia

(10)

Forta care accelereaza lichidul este dat de

(11)

Presiunea la punct se obţine prin împarte forţa F în ecuaţia (11) prin zona A.

(12)

Puterea necesară se poate k calculate utilizând această expresie (13)

Eficienţa hydram este dat de

(14)

Rezultate Parametrii de proiectare calculate pentru pompa hidraulică la sol sunt efectuate pe baza

următoarele specificaţii de livrare şi capete de aprovizionare dintr-un manual publicat pe hidraulic pentru pomparea apei prin WATT [4] . Tabelul 1 prezintă valorile parametrilor calculate.

Design Specificatii: Aprovizionare Şeful = 1,5 m Cap de livrare = 2.87m

Tabelul 1. Rezultatele parametrilor calculate Parametrii Valori

Drive diametrul conductei Drive Lungimea ţevii Viteza de diafragmă debit în unitatea de ţeavă cap pierderilor totale în sistemul de Vigoare privind deşeurile supapă Presiune la supapa de deşeuri

25 mm 90 mm 96 batai / min 2,3 l / min 11.71 × 10 -4 m 7.2 N 3668 kN / m 2 1.273 kW 57,3%

Puterea dezvoltată de hydram Pompa hidraulica eficienţă

Modul de operare şi Evaluarea performantelor Principiul funcţionării Energia necesară pentru a face un lift de apă Ram la o altitudine mai mare vine de la apa care se

încadrează în jos din cauza gravitaţiei. Ca şi în toate celelalte dispozitive alimentate cu apă, dar spre deosebire de o roată de apă sau turbinei, berbec foloseşte inerţia de mişcare parte, mai degrabă decât presiunea apei şi operează într-un ciclu bazat pe următoarele secvenţe.

Secvenţă I De apă din fluxul sursa prin ţeava de antrenare (A), în corpul pompei berbec, umple-l şi începe să

ieşi prin deşeuri sau "impuls" valva (B). Supapă de reţinere (C) rămâne în poziţiile sale normale de închis atât de ataşat de primăvară şi presiunea apei în rezervor (D) şi conducta de livrare (E) (fără apă în rezervor înainte de a porni). La acest punct de plecare nu există nici o presiune în rezervor (D) şi nu apa este livrată prin intermediul unei conducte de ieşire (E) la destinaţie rezervor. A se vedea Figura 1.

Figura 1. Hidraulic de ordine Ram I Secventa a II-

De apă care intră în pompa prin conducta de antrenare (A) are viteza si presiunea fiind regizat din robinet deşeuri (B), după cum este ilustrat în figura 2.

Figura 2. Hidraulic de ordine Ram II Secvenţă III Apă a oprit curge prin conducta de antrenare (A) ca o "undă de şoc", creat de "lovitura de berbec"

călătoreşte înapoi până conducta conduce la rezervorul de decantare. Supapa de deşeuri (B) este închis. volumului de aer din rezervorul sub presiune (D) continuă expansiune a egaliza presiunea, împingând o cantitate mică de apă de la conducta de livrare (E). A se vedea ilustraţia în Figura 3.

Secvenţă IV Unda de şoc atinge rezervor cauzând o "suflare" pentru apă în conducta de antrenare (A). Supapa

de deşeuri (B) se deschide şi apa din conducta de antrenare (A) se varsă în pompă şi din supapa de deşeuri (B). Supapă de reţinere (C) rămâne închisă până când volumul de aer din rezervorul sub presiune (D), sa stabilizat şi apă a oprit curge din teava de livrare (E). La această secvenţă punctul 1 începe peste tot din nou.

Figura 3. Hidraulic de ordine Ram III

Figura 4. Hidraulic Ram Secvenţă IV Instalare Instalarea unei pompe hydram (a se vedea figura 5) este de aşa natură că ciclul de funcţionare

depinde de lungimea conductei unitate. Se recomandă ca pompa ar trebui să finalizeze un ciclu la fiecare 1.5-2 secunde. Dacă un ciclu este fie prea rapid sau prea lent de performanţă de ieşire va avea de suferit.

Prea rapidă a unui ciclu este un simptom al unei conducte de unitate fiind prea scurt sau supapa de deşeuri care au nevoie de mai multă greutate. Prea mult timp a unui ciclu este cauzată de o unitate de ţeavă lungă excesiv sau atât de mult greutatea de pe supapa de deşeurile care coloana de apa are un timp mai lung pentru a depăşi, facandu-l pentru a închide brusc. Acest lucru creează o mare presiune de moment "ciocan de apă", care, la rândul vigoare supapa de reţinere (C) pentru a deschide permit o mare presiune "puls" de apă pentru a intra în rezervor de presiune (D). Volumul de aer din rezervorul sub presiune este comprimat provoacă apa începe să curgă curge din teava de livrare (E) şi în acelaşi timp, să se închidă robinetul verificare (C), astfel încât să prevină fluxul invers. Ca volumul de aer în rezervorul sub presiune (D) continuă să se extindă, apa este fortat sa iasa din conducta de livrare (E) la rezervor.

Figura 5. Un hidraulice Ram tipice de instalare Construirea de Hydram În proiectarea unui pompa hidraulica berbec eficiente, de bază decizia cea mai implică alegerea

materialelor. Pe lângă disponibilitatea şi costul lor, care sunt întotdeauna un motiv de primă, materiale sunt, de asemenea, alese pe baza proprietăţilor lor. Materiale care prelungesc durata de viaţă a pompelor sunt în mare măsură adecvate. plăci de metal galvanizat şi ţevi au fost folosite pentru construirea. Figura 6 indică fabricate sistem de pompe de hydram discutate în studiu.

Figura 6. Fabricate Hydram sistem de pompe Concluzie Studiul de faţă este centrat în vederea dezvoltării unei pompe hidraulice berbec, care ar atenua

convenabil problema de alimentarea cu apă a populaţiei în masă. În mod ideal, combinaţii diferite de livrare şi capete de aprovizionare şi a fluxurilor, lungimea cursei şi greutatea a supapei de impuls, raportul lungime / diametrul ţevii de unitate, volumul camerei de aer şi dimensiunea vanei snifter, etc s-au încercat să vină cu o dimensiune optimă a unui hydram pompei prezentate în acest studiu.

Referinte

[1] . Krol J., automate hidraulice de pompare, PROC.I. MECH.E 1951, 164, p.103. [2] . Calvert NG, Ram hidraulice, ENGINEER, 1967. [3] . Molyneux F., de ridicare hidraulice pentru alimentarea cu apa rival, manipularea fluidelor, 1960, p. 274. [4] . Watt SB, Manual pe hidraulice pentru pomparea apei, intermediar publicare tehnologie, Londra, 1975.