Search

U ovom diplomskom radu obrađena je problematika eksperimentalnog ispitivanja centrifugalnih pumpi, s ciljem utvrđivanja njihovih radnih značajki i eventualnih preporuka za njihovo poboljšanje. Prilagodba karakteristike pumpe je vrlo česta u praksi zbog različitih zahtjeva naručitelja i pokrivanja većih područja različitih protoka i visina dobave. Nadalje, u radu je dan pregled različitih primjena i tipova pumpi koje se susreću u strojarstvu, s naglaskom na brodostrojarsku praksu, kao i prikaz osnovnih matematičkih modela teorije sličnosti, na temelju kojih su predložene modifikacije značajki analizirane pumpe prema broju okretaja i promjeru rotora. Uz detaljan opis mjernog lanca, dan je prikaz izmjerenih radnih značajki centrifugalne pumpe za različite brojeve okretaja pogonskog elektromotora. Eksperimentalni dio diplomskog rada proveden je na ispitnoj opremi tvrtke Croatia Pumpe Nova d.o.o. u Karlovcu. This diploma thesis deals with the experimental testing of centrifugal pumps, with the aim to determine their working performance and to draw possible recommendations for their improvement. Adjustment of pump characteristics is very common in engineering practice due to different customer requirements and covering larger areas of different flow rates and delivery heights. Furthermore, the paper provides an overview of different applications and types of pumps used in mechanical engineering practice, with emphasis on marine applications, as well as basic mathematical models of similarity theory. Based on the presented mathematical model, modifications of the analyzed pump characteristics via speed and rotor diameter are proposed. In addition to the detailed description of the measuring chain, the measured operating characteristics of the centrifugal pump for different speeds of the drive electric motor are presented. The experimental part of the thesis was conducted on the test equipment of Croatia Pumpe Nova d.o.o. in Karlovac, Croatia.

Centrifugalne pumpe su najzastupljenije pumpe u svim industrijskim postrojenjima, uključujući prehrambenu industriju. Procjenjuje se da je gotovo 90 % svih pumpi koje se danas koriste u industrijskim pogonima upravo centrifugalne pumpe. Osnovna uloga centrifugalnih pumpi je dovođenje energije potrebne za transport kapljevina. Centrifugalne pumpe sastavljene su od rotora pričvršćenog na vratilo i kućišta (statora). Sve veći razvoj prehrambene industrije u novije vrijeme, zahtjeva centrifugalne pumpe specijalne izvedbe koje obavljaju zadatke za koje standardne centrifugalne pumpe nisu prikladne. Za svaku pumpu u industrijskom postrojenju, neophodno je odrediti uvjete pod kojima će pumpa raditi. Pravilnim projektiranjem, rukovanjem i održavanjem centrifugalne pumpe, kao i pripadajućih cjevovoda, armatura i fitinga, osigurava se njen optimalan rad te se izbjegavaju štetne pojave poput nastajanja kavitacije i kavitacijske erozije. Centrifugal pumps are the most prevalent pumps in all industries, including the food industry. It is estimated that almost 90% of all pumps used today in the industry are centrifugal pumps. The primary role of centrifugal pumps is to supply the energy needed to transport the liquid. Centrifugal pumps are comprised of a rotor fixed to the shaft and housing. The recent increasing development of the food industry requires special-purpose centrifugal pumps that perform tasks for which conventional centrifugal pumps are not appropriate. It is necessary to determine the conditions under which each pump will operate in the industrial plant. Proper design, operation and maintenance of the centrifugal pump, as well as the associated piping, armatures and fittings, ensure its optimal functioning and avoid harmful phenomena such as cavitation and cavitation erosion.

U ovom radu obradit će se problem optimiranja elektromotorne pumpe rashladnog medija kao djela brodskog energetskog sustava, s ciljem postizanja najboljih radnih uvjeta odnosno postizanja što većeg stupnja iskoristivosti elektromotorne pumpe. U prvom djelu rada će se obraditi uvod u rashladni sustav brodskih motora u kojem će biti opisana generalna uloga rashladnog sustava te: raspored, dijelovi sustava i njihova uloga. Sukladno tome bit će razmotrene i toplinske prilike unutar rashladnog sustava brodskih motora kao dijela energetskog sustava. U drugom djelu rada će se prezentirati teoretska znanja s više znanstvenih područja kao što su: mehanika fluida, termodinamika i elektrotehnika. Teoretska znanja bit će potkrijepljena formulama te empirijski dobivenim tablicama i dijagramima. Pri daljnjoj obradi razmotrit će se ilustracijski primjer sustava elektromotornih pumpi u svrhu objedinjavanja prethodno nabrojanih aspekata s ciljem da se dobije uvid u pojedini parametar u radu i njegov utjecaj na ostatak sustava. Ilustracijski primjer će biti potkrijepljen dobivenim dijagramima za svaki dio sustava. This thesis deals with a problem of coolant electric motor pump optimization as a part of ships energetic system, with the aim of achieving the best working conditions and maximum electric motor pump efficiency. In the first part, an introduction to the ship's engine cooling system will be described, describing the general role of the cooling system, layout, system parts and their role. Accordingly, the thermal conditions within the cooling system of the marine engines will be analyzed as part of the energetic system. In the second part, the theoretical knowledge from a few scientific fields such as fluid mechanics, thermodynamics and electrical engineering will be presented. Theoretical knowledge will be corroborated by formulas and empirically generated tables and diagrams. In further analysis, an illustrative example of an electromotor pump system will be considered for the purpose of combining the above-mentioned aspects with the aim of gaining insight into certain parameters during operation and its impact on the rest of the system. The illustrative example will be corroborated by the diagrams obtained for each part of the system.

Zadatak ovog rada je bio upoznavanje s centrifugalnom pumpom. Centrifugalna pumpa je uređaj kojemu je svrha pomicanje tekućine željenom brzinom od jedne do druge točke sustava. Princip rada centrifugalne pumpe se bazira na Bernoullijevoj jednadžbi za protok tekućina. Q-H karakteristika je najvažnija karakteristika pumpe, a prikazuje ovisnost visine dobave H o protoku tekućine Q. Visina dobave se umjesto tlaka koristi iz razloga što se tlak mijenja s promjenom gustoće tekućine, dok visina dobave ostaje ista. Karakteristika sustava se računa na sličan način kao i karakteristika pumpe uz dodatak gubitaka zbog trenja pri protjecanju tekućine u elementima sustava. Četiri načina upravljanja pumpom su objašnjena u ovom radu: start-stop upravljanje, bypass upravljanje, upravljanje prigušnim ventilom te upravljanje promjenom brzine vrtnje. Laboratorijski model pogona se sastoji od asinkronog motora, sinkronog motora s permanentnim magnetima, frekvencijskih pretvarača te PLC-a. Model pumpe je odabran na temelju asinkronog motora, dok sinkroni motor s permanentnim magnetima predstavlja pumpu. Pomoću laboratorijskog modela pogona je isprogramiran rad pumpe u sustavu te je proučavan rad pumpe uz upravljanje promjenom brzine vrtnje. The task of this labor was to get to know with centrifugal pump. Centrifugal pump is a device which purpose is to move the fluid at desired speed from one point of system to another. The principle of centrifugal pump operation is based on Bernoulli's liquid flow equation. The Q-H characteristic is the most important characteristic of the pump and it shows how pump head H depends on the fluid flow Q. The head is used instead of the pressure because the pressure changes with the change of the liquid density, while head remains the same. The system characteristic is calculated in a similar way as the pump characteristic with added friction losses during fluid flow in elements of the system. There are four modes of pump control that are explained in this labour: start-stop control, bypass control, throttle control and variable speed control. A laboratory model of the drive consists of an asynchronous motor, synchronous motor with permanent magnets, frequency inverters and PLC. The pump model is selected based on an asynchronous motor while the synchronous motor with permanent magnets represents the pump. Using laboratory model od the drive, pump operation in the system is programmed and it is researched with variable speed control.

Prikazano je dimenzioniranje i 3D oblikovanje spiralnog kućišta, rotora i stražnje montažne prirubnice centrifugalne pumpe na temelju 2D radioničke dokumentacije u lijevanoj izvedbi. U programskom alatu Solid Works izrađeni su 3D modeli dijelova, sklop centrifugalne pumpe i prikaz sklopa u rastavljenom stanju. Proveden je proračun osnovnih veličina rotora promjera ΦD2 250 mm i spiralnog kućišta pri n1 = 1450 min-1 i n2 = 2900 min-1 za protoke V1 = 80 m3/h i V2 = 160 m3/h prema odgovarajućem standardu (Britisch Standard BS EN 733). Pomoću prilagođenog softverskog modula Flow Simulation provedena je simulacija strujanja fluida kroz 3D model centrifugalne pumpe za protoke V1 = 80 m3/h i V2 = 160 m3/h. Istaknut je konstrukcijski doprinos i praktična primjenjivost u modificiranju i razvoju centrifugalnih pumpi za različita područja primjene.

Centrifugalne ili radijalne pumpe su podskupina dinamičkih turbopumpi. Služe za podizanje energetske razine fluida u cilju postizanja određenog protoka ili visine dobave. Visina dobave pumpe troši se na savladavanje geodetske visine između razina u spremnicima i visine gubitaka u cjevovodima. Radna točka pumpe je ravnotežno stanje energije koju pumpa predaje radnom fluidu i energije koju troši sustav na savladavanje geodetske visine i hidrodinamičkih otpora. Praktično, radna točka nalazi se u sjecištu karakteristike sustava (cjevovoda) na kojeg je pumpa priključena i karakteristike pumpe prikazanima u dijagramu visina dobave- protok (Q-H dijagramu). U ovome radu prikazana je simulacija strujanja fluida u dvije različite konstrukcije centrifugalnih pumpi. Za simulacije su korišteni spregnuti i odvojeni rješavač za nestlačiva strujanja iz paketa otvorenog koda OpenFOAM. Uspoređena je konvergencija rješavača za polja brzine i tlaka te za visinu dobave pumpe. Radne točke dobivene simulacijom prikazane su u Q-H dijagramu te je konstruirana radna karakteristika pumpe.

U ovom radu proveden je hidraulički proračun važnijih dijelova pumpe namijenjene za dobavu vode u vodovodnom sustavu. Ukratko su prezentirana osnovna teorijska i eksperimentalna znanja iz područja turbopumpi. Postupak hidrauličkog proračuna detaljno je objašnjen riječima, formulama i dijagramima toka u drugom poglavlju ovog rada. Zbog iterativne prirode proračuna za njegovu provedbu koristio se programski jezik "Python". Jedan dio koda proračuna, prikazan je u prilogu ovog rada. Dimenzije dobivene hidrauličkim proračunom iskorištene su za izradu tehničkih crteža samih dijelova te su isti priloženi u radu. Hidrauličke karakteristike radnog kola i difuzora pumpe provjerene su numeričkom simulacijom u programskom paketu "Fluent". Za simulaciju radnog kola i difuzora korištena je metoda diskretizacije drugog reda točnosti. Kako bi simulacija bila čim vjernija stvarnosti korištena je pomična mreža u predjelu radnog kola (takozvana "sliding mesh" mreža). Rezultati numeričke simulacije prikazani su te analizirani u posljednjem poglavlju diplomskog rada. Rezultati numeričke simulacije pokazuju da dijelovi pumpe dobiveni provedenim hidrauličkim proračunom zadovoljavaju tražene parametre. This thesis deals with hydraulic calculation of important parts of the water supply pumps. In the first part basic theoretical and experimental knowledge in the field of turbopumps is presented. The hydraulic calculation procedure is explained in detail in the second chapter. The "Python" programming language was used for the calculation due to calculation's iterative nature. One part of the calculating code is presented in the appendix of this thesis. Dimensions obtained by hydraulic calculation were used in engineering (technical) drawings of the parts which are included in the thesis. Hydraulic characteristics of pump impeller and diffuser were investigated by using numerical simulation software "Fluent". Second order accurate discretization method was used for simulation of pump impeller and diffuser. In order to get a more realistic simulation the "sliding mesh" technique has been applied. Results of numerical simulation are presented and analysed in the last chapter. Results of the numerical simulation show that parts of the pump obtained by hydraulic calculation satisfy all required parameters.

Prikazana je izrada 3D modela sklopa rotora centrifugalne pumpe zavarene izvedbe u programskom alatu SolidWorks na temelju postojeće 2D radioničke dokumentacije i reverzibilnog inženjeringa. Provedene su analize zakrivljenosti površina 3D modela i zakrivljenosti "Zebra Uzorkom". U programskom modulu SolidWorks PhotoView 360 kreirana je fotorealistička vizualizacija 3D modela rotora. Izrađena je potpuno nova 2D radionička dokumentacija za izradu svih potrebnih dijelova zavarenog sklopa rotora. Na niskobudžetnom 3D pisaču MakerBot Replicator 2X, primjenom FDM tehnologije taložnog očvršćivanja materijala, izrađen je umanjeni 3D model sklopa rotora centrifugalne pumpe.

Prikazana je izrada 3D modela kućišta centrifugalne pumpe na temelju postojećeg 2D nacrta gotovog proizvoda primjenom sinkrone tehnologije 3D modeliranja, i reverzibilnog inženjeringa. Na temelju kreiranog 3D modela, predložene su moguće modifikacije postojeće izvedbe proizvoda. Provedene su analize zakrivljenosti površina, Bézierove krivulje modela i 3D geometrije. Prikazana je i mogućnost vizualizacije gotovog 3D modela na Web stranicama u cilju prezentiranja proizvoda budućim kupcima primjenom Web3D tehnologije.

Prikazana je izrada 3D modela kućišta centrifugalne pumpe na temelju postojećeg 2D nacrta gotovog proizvoda primjenom sinkrone tehnologije 3D modeliranja, i reverzibilnog inženjeringa. Na temelju kreiranog 3D modela, predložene su moguće modifikacije postojeće izvedbe proizvoda. Provedene su analize zakrivljenosti površina, Bézierove krivulje modela i 3D geometrije. Prikazana je i mogućnost vizualizacije gotovog 3D modela na Web stranicama u cilju prezentiranja proizvoda budućim kupcima primjenom Web3D tehnologije.

Prikazana je izrada 3D modela kućišta centrifugalne pumpe na temelju postojećeg 2D nacrta gotovog proizvoda primjenom sinkrone tehnologije 3D modeliranja, i reverzibilnog inženjeringa. Na temelju kreiranog 3D modela, predložene su moguće modifikacije postojeće izvedbe proizvoda. Provedene su analize zakrivljenosti površina, Bézierove krivulje modela i 3D geometrije. Prikazana je i mogućnost vizualizacije gotovog 3D modela na Web stranicama u cilju prezentiranja proizvoda budućim kupcima primjenom Web3D tehnologije., The paper presents the creation of a 3D model of the pump housing on the basis of an existing 2D drafting of the final product using synchronous technology, 3D modeling, and reverse engineering. Based on the created 3D model, possible modifications to the existing product design have been proposed. The analyses of the surface curvature, Bézier curves of the model, and 3D geometry were performed. The possibility of visualization of the finished 3D model on a web site is shown so as to present the product to prospective customers by using Web3D technology.

Prikazana je izrada 3D modela kućišta centrifugalne pumpe na temelju postojećeg 2D nacrta gotovog proizvoda primjenom sinkrone tehnologije 3D modeliranja, i reverzibilnog inženjeringa. Na temelju kreiranog 3D modela, predložene su moguće modifikacije postojeće izvedbe proizvoda. Provedene su analize zakrivljenosti površina, Bézierove krivulje modela i 3D geometrije. Prikazana je i mogućnost vizualizacije gotovog 3D modela na Web stranicama u cilju prezentiranja proizvoda budućim kupcima primjenom Web3D tehnologije., The paper presents the creation of a 3D model of the pump housing on the basis of an existing 2D drafting of the final product using synchronous technology, 3D modeling, and reverse engineering. Based on the created 3D model, possible modifications to the existing product design have been proposed. The analyses of the surface curvature, Bézier curves of the model, and 3D geometry were performed. The possibility of visualization of the finished 3D model on a web site is shown so as to present the product to prospective customers by using Web3D technology.

U ovom radu osmišljena je mjerna linija za laboratorijsku vježbu Centrifugalna pumpa. Mjerna linija je namijenjena za mjerenje protoka u cjevovodu, tlakova na ulazu i izlazu iz svake pumpe i jakosti struje elektromotora koji pokreću pumpe, kako bi iz tih mjernih podataka studenti mogli računati i crtati tražene karakteristike centrifugalnih pumpi u pojedinačnom, serijskom i paralelnom radu. Također je opisan i postupak mjerenja tijekom laboratorijskih vježbi u okviru kolegija Mehanika fluida. Uz opis pojedinih komponenata mjerne linije, dana su i obrazloženja za njihov odabir. Centrifugalne pumpe, kao temelj ovog rada, detaljno su opisane i izvršen je proračun pumpi pri različitim načinima spajanja u programu PipeLine 1.0. Opisane su dvije najčešće metode mjerenja volumenskog protoka u cjevovodima, te je za ovu vježbu odabrano mjerenje protoka rotametrom kao prikladnije. Izvršen je detaljan proračun cjelokupne mjerne linije u sve četiri konfiguracije u programu PipeLine 1.0. rezultati proračuna pokazuju pomjeranje radne točke na karakteristici pumpe prema manjim protocima i većim visinama dobave kad se pumpa nalazi u cjevovodnom sustavu mjerne linije. Kako bi se lakše predočio izgled i rad mjerne linije, napravljeni su 3D model, shematski prikazi različitih načina spajanja pumpi i sklopni crtež.

U ovom diplomskom radu napravljena je numerička simulacija turbulentnog strujavanja kroz centrifugalnu pumpu s različitim protocima pri istoj brzini okretaja, sve to kako bi se dobila h-Q karakteristika pumpe. Geometrija centrifuralne pumpe (rotor i stator) je prema zadanom tehničkom crtežu napravljena u programskom paketu SolidWorks, s time da treba napomenuti da to nije klasična materijalna geometrija pumpe, već volumen koji ta pumpa svojim stijenkama zatvara. Zato jer je zadatak rada vezan za karakteristiku pumpe, a ne na njen materijalni dio, tj. potrebno je razmatrati što se to događa sa fluidom, u ovom slučaju vodom, koja struji kroz tu pumpu. Nakon što je model napravljen, on je kao .step file eksportiran i sačuvan. Potom je kao takav učitan u predprocesor Gambit gdje je napravljena mreža konačnih volumena koja će se koristiti za numeričku simulaciju. Kao numerički rješavač strujanja korišten je Fluent, kojim smo za različite protoke pri istoj brzina okretaja dobili različite visine dobave pumpe i na taj način tablicu rezultata, koja prikazana kao dijagram prikazuje h-Q karakteristiku pumpe. U uvodnom dijelu ovog diplomskog rada su dani osnovni zakoni dinamike fluida. U radu je također kratko opisana metoda konačnih volumena, SIMPLE algoritam te turbulentno strujanje i model turbulencije zbog njihovog korištenja u samoj numeričkoj simulaciji. Nadalje dan je pregled rada u vidu opisa izrade mreže konačnih volumena te zadavanja parametara numeričke simulacije. U samoj numeričkoj simulaciji mjerena je visina dobave pumpe pri zadanim parametrima. Napravljene su 22 numeričke simulacije za svaki pojedini model strujanja, a korišteni modeli strujanja su Standard turbulentni model i Realizable turbulentni model u Fluentu, čiji su rezultati na kraju dijagramski uspoređeni s eksperimentalnim rezultatima.

U radu je prikazan način osiguravanja kvalitete kola rotora u jednoj tvornici pumpi. Osiguravanje kvalitete kola rotora postiže se pomoću jasno projektirane tehnologije izrade i kontrole svake operacioje u tehnološkom postupku.

Sustavno dinamičko simulacijsko modeliranje jedan je od najprimjerenijih i najdjelotvornijih znanstvenih načina modeliranja dinamike složenih, nelinearnih, prirodnih, tehničkih i organizacijskih sustava. Ta se metodologija u dosadašnjoj praksi pokazala valjanom pri rješavanju problematike upravljanja, osjetljivosti i fleksibilnosti dinamike ponašanja sustava koji imaju visoki stupanj složenosti, i to kompjutorskim simuliranjem, to jest “laboratorijski”, što znači bez opasnosti za promatrane realitete. Ovaj rad opisuje istraživanje dinamičkog procesa turbine koju pokreću plinovi i radne jedinice pumpe te je simulirana transformacija energije plinova u hidrauličnu energiju. Također se istražuje i matematički model sustava (turbine pokretane plinovima – centrifugalne pumpe – sustava tlaka u cjevovodu – spremišnog tanka)., Systematic dynamic simulation modelling is one of the most adequate and the most successful scientific method for modelling dynamics of complex, non-linear, natural, technical and organizational systems. In former practice methodology of its work appeared to be an efficient means for solving problems regarding operation, behaviour, sensibility, flexibility of dynamics of system behaviour, having a high level of complexity, namely by a computer simulation, i.e. “in laboratory”, what actually means without endangering observed objects. This article deals with research of dynamic process in turbine, drivenby gases and in operating mechanical units of hydraulic pump and thus the transformation of gas energy into hydraulic energy, has been simulated. In this work, mathematical model of the system (turbine driven by gases – centrifugal pump – piping pressure system – holding tank), has been explored.