Rendementsmetingen voor zuigerpompen

(1)

Rendementsmetingen voor zuigerpompen

Citation for published version (APA):

Rooy, de, W. (1987). Rendementsmetingen voor zuigerpompen. (TU Eindhoven. Vakgr. Transportfysica : rapport; Vol. R-842-S). Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1987

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

(2)

Rendementsmetingen voor zuigerpompen

Wim de ROOY

Februari 1987 R 842 S

Stageverslag H.T.S. natuurkunde

Begeleiders: Ir. J.W. Cleijnet Ir. P.T. Smulders

WINDENERGIE GROEP

Technische Universiteit Eindhoven Faculteit der Technische Natuurkunde Vakgroep Transportfysica

Postbus 513 5600 MB Eindhoven

CONSULTANCY SERVICES P.O. BOX 85

WIND ENERGY 3800 AB AMERSFOORT

(3)

VOORWOORD

Gedurende de eerste stage peri ode , van 18 augustus tot 1 december 1986 , ben ik werkzaam geweest bij de Technische Universiteit Eindhoven (T.U.E.).

De T.U.E. be staat uit 8 fakulteiten , welke z~Jn

onderverdeeld in vakgroepen , die op hun beurt weer zijn onderverdeeld in onderzoekgroepen.

Ik ben werkzaam geweest op de fakulteit Technische Natuurkunde bij de vakgroep transport-fysica ; onder-zoekgroep windenergie.

Deze onderzoekgroep is een van de deelnemers in C.W.D. ,

Consultancy services Windenergy Developing countries.

De C.W.D. stelt zich ten doel om de belangstelling voor

windenergie in de derde wereld te bevorderen en om regeringen , instellingen en partikulieren in

ontwikkelingslanden te ondersteunen bij hun inspanning om windenergie nuttig te gebruiken.

(4)

INDEX Voorwoord Samenvatting Symbolenlijst

o

Inleiding 1 Theorie 1.1 Werking zuigerpomp 1.2 Rendementsdefinitie

1.3 Het gebruiken van de definitie

1.4 Verliezen binnen de pomp

2 Pomp- en iikopstelling 2.1 De pompopstelling 2.2 De ijkopstelling 2.3 De opnemers 3 Data-acquisitie en -verwerking 3.1 Inleiding

3.2 De opzet van het totale computerprogramma 3.3 Korte beschrijving van EFFICIEN

Conclusie

o

1 3 6 8 13 16 17 20 21 22 27

(5)

Appendices

2A Het programmeren van de f~owmeter 28

3A Nog aan te passen in computerprogramma 31

3B Het opstarten en gebruiken van het

computer-programma 32

3C Het ijken van de flowmeter met behulp van de

computer 34

3D Nadere beschrijving van EFFICIEN 35

3E De listings van de computerprogramma's 37

(6)

SAMENVATTING

~VOL

-In deze stage is een testprocedure voor het meten van rendementen aan zuigerpompen opgesteld. Om het rendement een-een-duidig op te geven wordt gebruik gemaakt van het volumetrisch en mechanisch rendement.

t,t-TiT

JCj

.dJ:

t.

:=

~

+

'i.A~·9:8:

~ME'H

}~f~T

..J-

F·v

d.t

?1T 1a

Met behulp van deze rendementsdefinitie kunnen de

theoretisch , of praktisch , bepaalde verliestermen binnen een zuigerpomp worden gekontroleerd door de wet van

Bernoulli te gebruiken.

Voor het meten van de volumetrische en mechanische

rendementen zijn in de pomp-test-opstelling van de vakgroep

windenergie drukopnemers geplaatst. Tevens is het bestaande

computer-meet programma aangepast zodat hiermee rendementen

gemeten kunnen worden. Bij de rendementsmetingen wordt

gebruik gemaakt van een magneto-induktieve-flowmeter. Voor

het ijken van deze flowmeter is een ijkopstelling gebouwd. De fundamentele fouten in deze flowmeter , die hem bijzonder onnauwkeurig maakten , zijn geelimineerd.

(7)

SYMBOLENLIJST [Joule/(kg/m3 )] [Joule/sek] [-] [mS_Isek] [m3 _/sek] EPa of Bar] CPa of Bar] [Joule/sek] [Volt] [Coulomb] [Weber/m2.]

em]

[-J [-J [sek] [sek] [sek] [ms/sek] [mS ] EPa of Bar] [Newton] [m/sek] [rad/sek] [kg/mS ] [m/sek2 ] Em] [Joule] [Joule] [m/sek] [m/sek] CPa of Bar] [Joule] Em] [kg/m7 ] [Joule/(kg/mS )] volumetrisch rendement mechanisch rendement tijdstip tl tijd tijdsduur 1 periode flow stroke-volume druk kracht snelheid hoeksnelheid massadichtheid valversnelling opvoerhoogte

arbeid van water bij uitstroom--opening aan perszijde van pomp arbeid van water bij instroom--opening aan zuigzijde van pomp gemiddelde snelheid van het water biJ de instroomopening van de pomp gemiddelde snelheid van het water bij de uitstroomopening van de pomp flow bij instroomopening van de pomp flow bij uitstroomopening van de pomp druk bij instroomopening van de pomp druk bij uitstroomopening van de pomp het benodigde mechanische vermogen om de pomp aan te drijven.

de toename van de potentiele energie van het water per tijdseenheid

drukverschil over de pomp arbeid

weg

weerstandcoefficient energieverliezen per massadichtheid

toegevoerde arbeid per massaeenheid

een maat voor het energieverlies van het betreffende onderdeel

uitgangsspanning

lading van een elektron magnetische inductie lengte

hoogteverschil tussen in- en uitlaat van de pomp P A s R ~v Vz Phydr

"

Was ev qz qP pz pp Pmech U e B 1 ~h vp

1l

vol

?z

me ch tl t T q Us P F V W

~

H Ap

(8)

INLEIDING

Water is een eerste levensbehoefte.Water voor de landbouw , en drinkwater voor de mens en/of het vee.Twee miljard mensen in de wereld hebben echter een gebrek aan water ,

voornamelijk in de ontwikkelingsianden. De C.W.D. probeert

hier met waterpompende windmolens iets aan te doen. Als pomp

wordt dan meestal een zuigerpomp gebruikt. Voor de C.W.D is

het belangrijk dat de zuigerpompen , in willekeurige

situatie's , kunnen worden vergeleken. Hiervoor is een goede

, een-een-duidige , definitie van rendement nodig. De tot nog toe gebruikte definitie voldoet niet , omdat het gemeten

rendement afhankelijk is van de gebruikte opstelling. In

hoofdstuk 1.2 wordt beschreven hoe weI tot een bruikbare definitie is te komen.

De bestaande pomp-meet-opstelling van de T.U.E. moest voor rendementsmetingen volgens deze bruikbare definitie

veranderd worden. Dit wordt besproken in hoofdstuk 2 •

" Beschrijving opstelling " • en in hoofdstuk 3 ,

" Data-verwerking ". In paragraaf 1.4 wordt gekeken hoe de verliezen binnen de pomp berekend kunnen worden.

Aan het einde van dit verslag bevinden zich nog enkele aanbevelingen voor de voortzetting van het rendements- en

(9)

1.THEORIE

1.1

WERKING ZUIGERPOMP

De pomp die het meeste gebruikt wordt bij de C.W.O. is de

zogenaamde enkeiwerkende zuigerpomp. In fig. 1.1 wordt de

doorsnede van zo'n zuigerpomp gegeven en wordt

in het kort de werking uitgeiegd. Met enkeiwerkend wordt bedoeld dat alleen tijdens de opgaande slag water geleverd wordt.

EllP__

ODE

Enkelwerkerde Zuigerpamp

)

~:r---1 f---...1!1J

ODP

Fig

1.1 BOP

=

Bovenste Dade Punt

OOP

=

Onderste Docie Pu nt

wt

In het vervolg van deze paragraaf wordt uitgegaan van een ideaie zuigerpomp.

Wanneer de zuiger omhoog beweegt ( fig. 1.1.a ) zal de

zuigerklep gesloten zijn en de voetklep open. Het water

boven de zuiger zal worden opgetild. Het water onder de

zuiger 'voigt' de zuiger. Tijdens deze opgaande slag zal op

de zuiger het gewicht van het bovenliggende water rusten. Het water onder de zuiger zorgt voor een onderdruk doordat

het aan de zuiger trekt. Door de onderdruk onder. en de

(10)

Gedurende de neergaande slag ( fig. l.l.b ) is de zuigerklep

open en de voetklep gesloten. De zuiger beweegt zich nu door

het stilstaande water.

Tijdens de neergaande slag wordt er geen water geleverd. De

krachten in de pompstang zijn nu ongeveer nul.

Het verloop van de flow is aangegeven in fig. l.l.c. Hierin

is te zien dat deze flow sterk fluktueert , waardoor grote

krachten in de pompstang kunnen optreden. Het pulseren van de flow is tegen te gaan door gebruik te maken van

windketels. Windketels zijn luchtkamers die in de leiding

gebouwd kunnen worden. Na een ideale windketel krijgen we

een konstante flow zoals aangegeven in fig. 1.2.

fig

1.

2 w~rk

i

ng

Wlndkefel

q

r

o

..

2w wt - .

Bij een perswindketel (aan de leveringszijde van de pomp) zal tijdens de opgaande slag een gedeelte van het water direkt de leiding in stromen en een ander gedeelte gaat de

windketel in. Tijdens de neergaande slag verlaat het water.

de windketel weer en stroomt de leiding in. Voor de zuigwindketel geldt een soortgelijk verhaal .

(11)

1.2 RENDEMENTSDEFINITIE

Wanneer we het hebben over vloeistofpompen wordt er in de

Iiteratuur voornamelijk gesproken over 2 soorten rendement.

NameIijk volumetrisch rendement • lvol en mechanisch

rendement •

't

me ch .

Het mechanisch rendement is ais voIgt gedefinieerd:

- - - = - - - - -

Phydr baten

"7.

mech

=

Pmech kosten

( 1 )

Waarin: Phydr= de toename van de potentiele energie

van het water per tijdseenheid • oftewel q*(>*g*H

Pmech= het benodigde mechanische vermogen om de

pomp aan te drijven.

Bovenstaande definitie voidoet voor ens niet omdat deze niet alleen afhankelijk is van de pomp . maar ook nog van de

opstelling ( Ieidingenstelsel ) waarin de pomp zich bevindt.

H=1Om

fLg~

:2

YER5(HiLLENDE

Ji---=-...

'?OM'P°rSiELlit.J(jE~

H=1Om

Pomp

Ops1elling

A

Opstelling B

De pompen in fig. 1.3 zijn identiek • zij bevinden zich

echter in verschillende opstellingen. Volgens voorgaande definitie leveren beide pompen hetzelfde vermogen. Namelijk

Phydr ( bij een bepaald toerental ) . De weerstand in het

leidingenstelsel van opstelling B is veel groter dan in

opstelling A. Hierdoor zal het benodigde toegevoerde

vermogen • Pmech • in opstelling B groter zijn en de pomp

(12)

Omdat we het rendement van alleen de pomp willen bepalen zullen we de systeemgrens van pomp+leidingenstelsel terug

moeten brengen naar een systeem met alleen de pomp. Een

moeilijkheid hierbij is wat we als pomp moeten beschouwen. Windketels hebben door hun weerstand een negatieve invloed

op het rendement. Behoren ze wel of niet tot de pomp? Bij

de tanzania-pomp ( zie fig. 1.5 ) zijn de windketels geheel

gefntegreerd in de pomp en daarom is besloten om ze binnen

het gekozen systeem te laten vallen. De keuze van het

systeem is door iedereen die rendementen gaat berekenen zelf

te maken. Het is dan wel belangrijk om duidelijk te

vermelden waar deze systeemgrenzen liggen.

Zowel het toegevoerde als het geleverde vermogen van de pomp zijn periodieke signalen met periode T ( 1 stijgende en 1

dalende slag van de zuiger ). Daarom worden gemiddelde

vermogens over een of meerdere periode's genomen.

Het geleverde vermogen van een pomp

Als nuttig geleverde arbeid van de pomp beschouwen we nu die arbeid die nodig is om het water het systeem in en uit te

persen. Uitgaande van een turbulente stroming , met een

homogene druk- en sneIheids-verdeIing aan in- en uit-laat van de pomp , kunnen we zo voor deze arbeid in een

tijdsinterval dt schrijven :

Zuigzijde

( 2 )

Perszijde

N.B. pz is negatief ( relatieve druk )

Omdat de in- en uit-stroomopeningen van de pomp even groot zijn en er zich geen water in de pomp ophoopt kunnen we voor de totaal geleverde arbeid van de pomp gedurende n

omwentelingen schrijven :

i

i'onf

i,tl'\T

t1t"r

jP'

q, dtfp qp dtfpqdt

(31

t,

i,

t,

Ook moeten we bij het nuttig geleverde vermogen nog de

overwonnen hoogte in de pomp zelf optellen. (q*9*g*Ah)

Deze term is bij grote opvoerhoogte te verwaarlozen maar zal bij kleinere opvoerhoogte meegenomen moeten worden.

(13)

Voor het totaal geleverde vermogen van de pomp komen we zo tot :

Waarin

Pmech= ~p*q+~h*f*g*q (4)

AP*q = het gemiddelde produkt van flow en drukverschiJ over de pomp in n periode's.

Het drukverschil over de pomp is zowel het

gevolg van de opvoerhoogte als van het drukverlies door weerstand in de leidingen.

Ah*J*g*q = toename van de potentiele energie per sekonde als gevolg van de hoogtewinst van het water binnen de pomp.

Bet toegevoerde vermogen aan de pomp Arbeid is kracht maal weg oftewel:

A=F*s ( 5 )

Wanneer de kracht niet konstant is geldt voor de arbeid:

A=;rF*dS

=~F*Vdt

(6)

waarin F= de kracht in de pompstang

v= de snelheid van de pompstang Voor het gemiddelde vermogen in n periode's geldt

'*,"'1'

Pmech =

~

=1;: !F*Vdt

YI.,fN+

(7)

1'\.T

",.

~,

We kunnen nu de volgende , nuttige , definitie voor mechanisch rendement opschrijven :

Af.

q,

+

At ...

£.

~.~

1

HEC.U

=

I

ft.~"f

IL. (8)

;=;:

F•

V-eu.

"-.

Door de nieuwe definitie van rendement wordt dus niet aIleen het overwinnen van hoogte , maar ook het overwinnen van van weerstand , ais een positieve bijdrage aan het rendement van de pomp gezien.

Bet volumetrisch rendement is geen echt rendement in de zin van

baten

(14)

( 9 ) Bet is wei een zinvoiie definitie die de verhouding aangeeft tussen het geieverde debiet gedurende n omwenteiingen en het

siagvoiume van de zuiger maai n. Oftewel :

f,+)tT

/1'

JI;

11 I, lVOl

-')t.V:

5

(15)

1.3. HET GEBRUlKEN VAN DE DEFINITIE

Het rendement van een pomp wordt goed opgegeven indien dat gebeurt in de vorm van onderstaande karakteristieken

fig.

1.4 POMPKARAKTERJSTIEKEN

Deze grafieken zijn geschetst en berusten niet op

metingen !

Het volumetrisch rendement is vrijwel alleen afhankelijk van het toerental.

Voor de C.W.D. is het vooral van belang dat zij het

rendement van een pomp in een bepaalde specifieke situatie ( met een windmolen ) kunnen berekenen en kunnen vergelijken

met andere pompen in dezelfde situatie's. Om globaal een

idee te geven hoe de bovenstaande karakteristieken van de

pomp te gebruiken wordt nu een voorbeeld geschetst. Hierbij

wel opmerkend dat het geen reeel voorbeeld is. Dit zou veel te ingewikkeld worden omdat er normaal gesproken veel meer invloeden zijn die de keuze van het totale windmolen-pomp-leidingstelsel bepalen.

-Bereken de weerstandscoefficient , R , van het gebruikte

leidingenstelsel. In de meeste situatie's is dit vrij

eenvoudig op te zoeken , omdat er zich relatief weinig

bochten en veel lange rechte stukken in het leidingenstelsel bevinden.

-In het betreffende gebied is een q nodig. Dit wordt

bijvoorbeeld bepaald door het aantal hectare grand en/of het aantal mensen en/of vee. Er geldt:

q=

'l.vol

W'V

_s

(10)

Door iteratie is nu in de ~vol -toerental karakteristiek een

combinatie van~vol en toerental te vinden waarbij

bovenstaande formule opgaat. Hierbij uitgaande van een

(16)

-Zowel de druk aan zuig- en perszijde van de pomp is nu te berekenen. Hierbij rekeninghoudend met zowel de statische

druk ten gevolge van de opvoerhoogte ( ~*g*H ) als met de

druk ten gevolge van de weerstand in de persen zuig-leiding . R*q2.

-Nu we het gemiddelde drukverschil over de pomp ,

1ij) ,

weten

en het gemiddelde toerental kunnen we het rendement opzoeken in de

~ech- p karakteristiek. We weten nu het rendement van de

pomp in die situatie en kunnen hem vergelijken met een andere pomp in dezelfde situatie.

(17)

1.4 VERLIEZEN BINNEN DE POMP.

Een ideale pomp, zoals beschreven in paragraaf 1.1 ,

bestaat natuurlijk niet.ln een pomp zullen altijd verliezen

optreden. Wanneer we het rendement van een zuigerpomp meten

kunnen we direkt de verliezen in een pomp berekenen via de

wet van Bernoulli. In figuur 1.5 zien we de schematische

weergave van de Tanzania-pomp die zich in de pompopstelling bevindt.

fia·1.5

de

Ta nzania- pomp

[paj Instroomopening pijil Zuigerklep Voetklep I I I I

~steemgrens

I

•

t I

_v-

',:.al-.-tr;,-;- bQ!hi. L - - - - H 1[m) boe ht2

Per spex pij p

v,

-Uitstroomopenin~r. Zuiqwindketel H2(mJ -&.--- - - ' '1 [pal

De wet van Bernoulli hier op toegepast geeft

Po PI... "

yV1 2 -iV2 2+g(Hl -H2 )+ ..! - - -Ev+Was =0

7·

r

( I

I)

Hierin nemen we voor aIle waarden de gemiddelden in een of

meerdere periode's. Aangezien de oppervlakken van de in- en

uitlaat van de pomp, in het geval van de tanzania-pomp,

gelijk zijn en er zich geen water ophoopt ( gedurende een of

meerdere periode's ) in de pomp, zal gelden :

(18)

F.v.ma

(Bij ongelijke in- en uitlaat moet deze term vanzelfsprekend weI worden meegenomen)

verder geldt :

g=9.81 m/s

HI - H2

= -

1 . 65 m

J>

=1000 kg/m3

pI en p2 worden gemeten tijdens een rendementsmeting.

~as , de toegevoerde arbeid is te bepalen uit de

rendementsmeting door Pmech ( scalar 'input' in het

computerprogramma ) te vermenigvuldigen met de tijd waarover

gemeten is en te delen door'p . Was is namelijk de arbeid

per massa-eenheid. In het computerprogramma komt dit overeen

met:

..

Wa s

=---1000

'"

De onbekende term die overblijft namelijk Ev is dus via

rendementsberekeningen te achterhalen. Deze term is het

gevolg van wrijvingsverliezen in de pomp. Interessant is het

nu om te kijken wat de bijdrage~is van de verschillende

onderdelen in de pomp aan deze Ev .

of "-Ev= X. Ev,kleppen+Ev,bochten+ ..

etc=~ev,k*

v

2

.t.

I

,..

Ev= Rv, k 1 e p pen*~p

9

+ Rv, bochten*CX2

f

+ . . . . etc

(13)

Waarin eV,k een maat is voor het energieverlies van het betreffende onderdeel . Deze faktor wordt steeds betrokken op de hoogste snelheid in dat onderdeel. Verder gaan we er vanuit dat de flow volledig turbulent is en dat de

coefficient, eV,k , onafhankelijk is van het reynoldsgetal.

Om een schatting te maken van de arbeid die verioren gaat ten gevolge van de cupwrijving moeten we de zuiger zeer

langzaam laten bewegen. Dit om versneIIingskrachten tot een

minimum te beperken. We kunnen de meting verrichten in een

lege pomp , zonder water , waarbij de cup dan weI nat

gehouden dient te worden om de wrijving aan de cilinderwand gelijk te houden aan de reeele situatie. De meting kan

echter ook in een gevulde pomp (met water ) gebeuren. Bet verschil tussen de kracht die w~ aflez~.!1_}:>.iL~_~~_lstaandeen bewegende zuiger is een schatting voor de kracht die nodig

(19)

Veer d~ weerstand wordt dan de volgende benadering toegepast:

fig.

1.7 benaderi ng perswi ndketel

wiHPI<UE.J.S ~~HEf.L. CE.VUL.O "'l.~ wA"E~

-

.

'.,

I I I I

Zie voor de weerstands-waarde tabel 1.

Bet ' uitschak~len ' van de zuig-windketel is een beduidend

lastiger probleem ( gaatje boren en leegzuigen ? ). Het is

dan ook nog de vraag of een goede benadering kan worden gevonden.

De weerstands-waarde van de voet- en zuigerklep kunnen

gelijk worden verondersteld. Wanneer we er vanuitgaan dat

altijd maar een klep ( de voet-of de zuiger-klep ) geopend

is , dan hoeft aIleen de bijdrage aan het verlies van een

klep te worden meegerekend . Uitgaande van het diktaat van

Vosters < 3 > , is de weerstandswaarde van de klep berekend

door een gelijkvormige klep met een andere diameter (lOOmm) om te rekenen naar de gewenste diameter ( 140 rom).

Waarschijnlijk kunnen de verliezen ten gevolge van de rechte

stukjes pijp tussen de pomp en de drukopnemers I en de

rechte stukjes pijp binnen de pomp worden verwaarloosd. ( Hierbij ook afgaande op een rapport van R. Schermerhorn

(20)

Enige benaderde verliestermen staan in tabel 1. Tabel 1 onderdeel ev F< [ kg/m7 _] voet- of zuiger-klep perswindketel bocht (900)

aan in- en uit-gang pomp

0.5 <4>

0.4 <5>

8.22*106 _<3>

De verwachting is dat ongeveer 2/3 van de wrlJVlng

veroorzaakt wordt door de kleppen < 2 ) en dat een groot deel van de resterende wrijving veroorzaakt wordt door de

cup. In fig. 1.8 is een voorbeeld geschetst van wat een

zinvol plaatje zou kunnen zijn wanneer de verliezen binnen de pomp gemeten worden.

fig.

_1.~

verliezen in

_pomp~

~"'"

_t

_~

----:-~:-100

i•

.

: .... ;

..

" ..

:

..

-~.

...

_.

.

..

u"c.L.vSI'~f AU£.

(21)

2. LJE f'OMF'- EN IJKOPSTELj"IN<i

In het W&b-gebouw van de T.U.E. bevindt zich een opstelling

waarmee pompen onderzocht kunnen worden. De beschrijving van

deze opstelling bevindt zich in paragraaf 2.1. In de

pompopstelling wordt gebruik gemaakt van een

programmeerbare, magneto-induktieve, flowmeter. Hiervoor is

een ijkopstelling gebouwd welke beschreven wordt in

paragraaf 2.2. De opnemers in de de pompopstelling worden

beschreven in paragraaf 2.3.

2.1. DE POMPOPSTELLING

De aandrijving van de pomp

De windmolen die in een normale situatie de pomp zal

aandrijven ) wordt gesimuleerd met behulp van een 380 V

AC-motor. De konstante hoeksnelheid hiervan is instelbaar

van 0 tot 15 rad/sek. De belasting op de motor varieeert

sterk gedurende 1 omwenteling. Om toch een konstante

hoeksnelheid te behouden is een vliegwiel gemonteerd op de

motor-as welke de traagheid van een windrotor simuleert. Een

transmissie , instelbaar van 1:1 tot 9:1 . maakt het

mogelijk om een konstante hoeksnelheid bij lage toerentallen

te houden. De motor-as is gekoppeld aan de drijfstang via

een wormkast. Een krukstang zet de beweging van de

drijfstang om in een reciproke beweging van de pompstang

(22)

fig. 2.1. Schematische tekening van de pomp-test-opstelling met de Tanzania-pomp: f • ~ , q min. VoL. max.Vol... _ a=~.c.-motor b=transmissie c=vliegwiel d=wormkast e=drijfstang f=tuimelaar g=pompstang

h=pomp met windketels

i=pers-leidingstelsel j=ontluchtingsklep k=drukvat l=toevoertank m=krachtopnemer n,p=drukopnemers o=flowmeter q=snelheidsopnemer r=lucht-afvoer

(23)

De leidingen, het drukvat. de marges van de opstelling

Het bestaande leidingenstelsel is aan de persen zuig-zijde

van de pomp met respektievelijk ongeveer 1.5 en u.5 meter

verlengd ( zie voor een exactere beschrijving < 1 > ). Deze

verlengingen zijn het gevolg van rechte stukjes leiding aan

in- en uit-laat van de pomp. Deze rechte stukjes leiding

zijn hier geplaatst om een wervelvrije stroming te krijgen zodat de zich hier bevindende drukopnemers de juiste waarden aangeven.

In de bestaande opstelling kan met behulp van een drukvat een statische opvoerhoogte van maximaal 100 meter worden

gesimuleerd. De opvoerhoogte wordt echter gelimiteerd door

de pompstang en de perspex cilinderwand van de pomp. De

maximale belasting op de pompstang is 8 kN . De perspex

cilinderwand is bestand tegen 2.5 bar overdruk. Voornamelijk

door dit laatste dient de opvoerhoogte beperkt te worden tot

zo'n 20 meter, waarbij het toerental dan nog laag moet

worden gehouden. Behalve een statische druk hebben we immers

ook nog te maken met druk als gevolg van wrijving in de leidingen en versnellingen van het water.

Het volume van de windketels is instelbaar van 0 tot

(24)

2.2. DE IJKOPSTELLING VOOR DE FLOWMETER.

Omdat de flowmeter altijd een onbetrouwbare faktor in

metingen aan de pompopstelling is geweest

<

1 > , is er een

flowmeter-ijkopstelling gebouwd.

fig

2.2 jjkoRs

tell

ing_

VIllrraadvat lopGll<geboUIoIWiS)

11\ op~lagyat I kelder W&S ) ..

"

_weegsrhaa: t;====:=~I..-~/_snelsluHer rogeIkraan 2 kogelilrailn 1

Bovenstaande tekening zal grotendeels voor zichzelf spreken. Kogelkraan 2 is altijd gesloten wanneer men aan het ijken is. Met behulp van de "draai-kraan" kan het verlangde debiet.

worden verkregen. Kogelkraan 1 wordt dan gebruikt voor het

starten en stoppen van de flow. De 's-bocht' na de

draaikraan zorgt ervoor dat er geen lucht in het water kan komen en dat er altijd water in de flowmeter blijft staan. De perspex buis zorgt ervoor dat het water netjes in het vat

stroomt , zonder te morsen. De diameter van de perspex buis

is 'te groot' en sluit daardoor niet percies over de

s-bocht. Hierdoor wordt voorkomen dat het water uit de buis

wordt getrokken.

De flows met deze opstelling kunnen varieeren van 0 tot

ongeveer 3 liter/sekonde. Het maximale weegvermogen van de

weegschaal is 60 kilo. Met het gewicht van ons meetvat

rekeninghoudend kan zo maximaal 45 liter water worden

gewogen. Het meetvat kan men weer leeg laten stromen met

behulp van kogelkraan 3. De slang van het meetvat tot het

grote opslagvat in de kelder is ontkoppelbaar door een

snel-koppeling. ( 1.5 inch) Wanneer we tijdens het aflezen

van de begin- en eindwaarde op de weegschaal de slang

(25)

2.3. DE OPNEMERq

De pomp-test-opstelling is uitgerust met de volgende opnemers

- Een krachtopnemer om de pompstangkrachten te meten.

- Een snelheidsopnemer die de snelheid van de pompstang meet

- Een flowmeter om de flow aan de perszijde te meten.

- Drie drukopnemers , waarvan 2 relatieve

drukopnemers bij in- en uitlaat van de pomp en 1 absolute drukopnemer die de druk in het drukvat aangeeft ( opvoerhoogte ).

De krachtopnemer.

De pompstangkracht wordt gemeten met een E. Brosa Messgerate

krachtopnemer ( , rekstrookjes in brug van wheatstone

,-principe ). Het maximale meetbereik is 10 kN. Door een

Peekel transducerlstrainindicator CA 300 wordt het signaal

van de opnemer omgezet en versterkt. De maximale

uitgangsspanning is 1.0 Volt. Voor deze krachtopnemer plus

transducerlstrainindicator geldt :

F= 2.60 (±O.026J*Range(kNJ*U

WAARIN F=kracht op krachtopnemer (in N)

U=uitgangsspanning van de versterker

~ in mV )

De snelheidsopnemer.

De snelheid van de pompstang wordt gemeten met een Schaevitz 7L10VT-Z lineaire snelheidsopnemer (moving-magnet-principe). Voor de overdrachtsfunktie geldt:

v= O.125(±O.0013)*U±O.0013

Waarin v=snelheid van de pompstang (in m/s)

U=uitgangsspanning van de snelheids-opnemer.

(26)

De flowmeter.

De flow in de persleiding wordt gemeten met behulp van een Endres&Hauser Speedmag meeteenheid. Deze meeteenheid be staat

uit een flowmeter met een versterker luI 6~1) en een

programrneerbare microprocessor (ZL 6520).

De speedmag is een magneto-induktieve flowmeter die de flow tot 250 maal per sekonde kan meten. Met behulp van deze meter is het dus mogelijk het verloop van de flow gedurende

1 omwenteling te verkrijgen.

fig.

2.3 werking

f

iowmeter

Abb. 2

Het meetprincipe is gebaseerd op de wet van Faraday (zie

fig. 2.3). Wanneer een geleider ( in dit geval een

geleidende vloeistof ) met een lengte 1 ( diameter van de flowmeter ) zich beweegt met een transversale snelheid v door een magnetisch veld (met intensiteit B) , dan zal er een kracht werken op de geladen deeltjes in de geleider. De positieve ladingen zullen zich naar het ene uiteinde van de geleider bewegen en de negatieve naar de andere kant. Op deze Manier wordt een potentiaalverschil opgebouwd tussen de beide uiteinde van de geleider. Tussen deze variabelen

bestaat de volgende beroemde kwantitatieve relatie:

Waarin e= potentiaalverschil tussen de twee

geleiders (V)

B= magnetische inductie (Wb/m2)

1= lengte van de geleider. (m)

v= snelheid van de vloeistof (=geleider) (m/s)

(27)

Het geinduceerde potentiaalverschil wordt gemeten met 2

geisoleerde elektroden. De lengte 1 is constant lin ons

geval bO mm ). De geinduceerde spanning is evenredig met de

magnetische inductie B en de snelheid van de vloeistof . v.

De magnetische inductie is bekend en daarom kan met het potentiaalverschil de gemiddelde snelheid berekend worden. Wanneer de snelheid bekend is kan eenvoudig de flow berekend worden . (V*OPPbuis=q)

Voordat de flowmeter geijkt kon worden moesten eerst wat

gebreken worden opgelost. Zo bleek het voedingsgedeelte op

het ingangs-cicuit te stralen. Hierdoor werd op het normale

signaal een 2 Hz stoorsignaal gesuperponeerd met een

amplitude van ±O.l liter/sekonde. In eerste instantie is dit

opgelost door de flowmeter 'open te klappen' waardoor het

ingangs-ciruit naast .i.p.v. tegenover . het

voedingsgedeelte kwam te liggen. Waarschijnlijk zal later

een isolerend plaatje tussen spanningsgedeelte en ingangs-cicuit dit euvel verhelpen.

Om de geleidbaarheid van de vloeistof te verbeteren en daarmee de nauwkeurigheid , is aan het water van de pompopstelling citroenzuur toegevoegd.

In de appendix wordt beschreven hoe de flowmeter met behulp van de computer te ijken is en hoe de flowmeter

geprogrammeerd kan worden.

De drukopemers.

In de pompopstelling bevinden zich 3 drukopnemers (zie fig.

2.1 l. De drukken aan zuig- en pers-zijde van de pomp worden

gemeten met een Kulite 750-100-sg relatieve drukopnemer

l range 7 bar ). De druk in het drukvat wordt gemeten met

een absolute drukopnemer . type 750-50-A. Deze drukopnemer

moet nog goed worden aangesloten. AIle drukopnemers zijn

aangesloten op een versterker ( intern gemaakt ). De

absolute drukopnemer is aIleen afleesbaar op de versterker

( stand 3 ) en wordt niet door de computer gelezen tijdens

een meting. De zero-offset van de versterker voor de

drukopnemers moet tijdens metingen minimaal twee maal per

dag worden bijgesteld. Voor de drukopnemers geldt:

p= 1.OO(±O.Ol)*U±O.005

Waarin p= absolute druk op absolute

drukopnemer of relatieve druk op relatieve drukopnemer

(28)

3 DATA-ACQ~lSITIE EN -VERWERKING

3.1. INLEIDING

In dit hoofdstuk wordt besproken hoe de benodigde data wordt

'binnengehaald' in de computer ( acquisitie ) en hoe deze

wordt verwerkt. Het bestaande meetprogramma van de

pompopstelling is aangepast zodat er ook volumetrische- en mechanische rendementen mee gemeten en opgeslagen kunnen worden.

Het meten met dit computerprogramma werd vaak bemoeilijkt door het optreden van stoorpieken tussen de normale data. Deze stoorpieken zijn zeer hoog , steil en waarschijnlijk 1

sample-tijd breed. Tijdens het schrijven van dit hoofdstuk

is bekend geworden dat dit probleem te ondervangen is door gebruik te maken van Direct Memory Access, D.M.A . . Hierbij wordt voor het lezen van de data niet meer gebruik gemaakt van de centrale microprocessor . maar wordt deze data direct

in een D.M.A.-array gelezen. Met behulp van Asyst, een

uitgebreid wetenschappelijk software-pakket. wordt het

eenvoudig om het bestaande programma geschikt te maken voor

D.M.A .. De stoorpieken treden niet altijd op maar zijn wei

zeer hinderlijk. Het is daarom verstandig om het programma

eerst geschikt te maken voor v.M.A. alvorens te gaan meten.

3.1 DATA-ACQUISITIE

Sinds ruim een jaar maakt een I.B.M. X.T. Personal Computer

deel uit van de pomp-test-opstelling. Deze computer is

uitgerust met een Metrabyte Dash-16 data-acquisitiekaart , een Intel 8087 Math Co-processor en een Hercules Graphics

kaart. Tevens is op deze computer een Epson FX-I05 printer

aangesloten voor het printen van teksten en grafieken. De

Metrabyte kaart biedt vele mogelijkheden ( zie < 1

> )

waarvan de volgende gebruikt worden:

- 5 kanalen voor input

- +/- 10 V bipolair inputbereik

- software-matig te beinvloeden

(29)

Het inputbereik van +/- 10 V is verdeeld over 12 bit

( 4096 stapjes ). Voor het aantal bits en de

ingangs-spanning U [ V ] geldt het volgende verband:

- aantal bits= 2045.78 + 204.75*U

f

AID.

ZERO

Omdat we software-matig de data-acquisitie kunnen

beinvloeden is de sample-frequentie gelimiteerd tot 400 Hz.

3.2. DE OPZET VAN HET TOTALE COMPUTERPROGRAMMA.

Het totale computerprogramma waarmee de data ingelezen , verwerkt en opgeslagen kan worden bestaat uit 4

'sub-programma's' . Alvorens over te gaan tot het bespreken van de 4 subprogramma's is het belangrijk om te weten dat programmeren in Asyst gebeurt door het definieeren van

procedures. Zo'n procedure is een woord dat een

programmaatje vertegenwoordigt waarin bewerkingen en/of

andere procedures staan. In de appendix staat een volledige

listing van de 4 programma's waarin te zien is dat een procedure gedefinieerd wordt door een dubbele punt met

daarachter de naam van de procedure. Het einde van de

procedure wordt aangegeven met een punt komma. De vier sub-programma's:

- PUMP. TXT : In dit programma wordt de tekst gegeven die behoord bij gegevens van pomp en opstelling. - PUMP.DAT : Hierin worden de gegevens van pomp en opstelling opgeslagen en tevens enkele simpele berekeningen uitgevoerd ( zoals bijvoorbeeld het

uitrekenen van het stroke-volume ). Al deze gegevens

plus alle gemeten waarden worden automatisch gesaved met behulp van de procedure WRITE. DATA.

-INSTALL.DMO : In dit programma wordt de grootte van de

array's waarin de gemeten waarden komen te staan

aangepast aan het aantal gekozen samples. Tevens wordt

ide Metrabyte kaart in een bepaalde configuratie

geplaatsd. Dit programma wordt gebruikt in CHANGE

OPTIONS.

-EFFICIEN.3 : Dit is het belangrijkste en

omvangrijkste programma. Het wordt globaal beschreven

in hoofdstuk 3.3 . Tevens bevindt zich in de appendix wat begeleidende tekst bij de listing.

De listing van de vier programma's bevindt zich in de appendix.

(30)

3.3 KuRTE BESCHRIJVING VAN EFFICIEN.

De volgende eisen zijn aan het programma gesteld:

1· Om het volumetrisch en mechanisch rendement te

kunnen meten , zoals besproken in hoofdstuk 1.2

, moeten b signalen tegelijk worden gemeten.

2* Om de rendementen zinvol te kunnen meten moeten uit de signalen 1 of meerdere periode's te vissen zijn.

3 Het aantal samples moet zo te kiezen zijn dat op zijn minst 1 periode lang gerneten wordt.

4 De samplefrequentie

»

ornwentelingssnelheid , om

genoeg inforrnatie over de signalen te krijgen.

b De mogelijkheid om de metingen inclusief andere

benodigde pornpdata op te slaan.

6 Nette presentatie van de data t grafieken ).

7 Programma moet ook zonder kennis van Asyst te bedienen zijn ( het programma is daarom .. menu-dri yen " ).

Het programma efficien is onderverdeeld in het ' Main

Program' en het 'Plot

&

Print program'. In het ' Main

Program ' kunnen signalen worden gemeten . gelezen en

opgeslagen in files. In het ' Plot

&

Print program l kunnen

signalen verkregen en bewerkt worden. Het flow-diagram van

het gehele efficien programma is gegeven in fig. 3.1 . AIle

blokken in deze figuur zullen worden besproken. Waarbij de

blokken die nieuw zijn of waarin grote veranderingen zijn aangebracht , wat uitgebreider worden besproken in de

appendix. Tevens wordt de belangrijkste procedure

, Axis-scale ' in de appendix besproken.

*

Dit ZlJn de nieuwe eisen waardoor het programma moest

worden aangepast ( deze eisen werken ook door op de andere eisen ).

(31)

f

;g.

31 flaY/schema

eff icien

_RUN

,

MAIN PROGRAM

1

,1 J, J, J, J, J,

_J.

_1.

1 l

DIR WRITE READ CHANCE PLOT PRINT SMOOTH LEAVE LEAVE

MEASURE _DATA _DATA _OPTIONS

PROCJWol ASYST

J, J,

_J.

J,

_J

1 I

1

PLOT & PRINT PROGRAM

1

J.

1

1 l

l

T

1

take

f-3 -- vol.

~

PRINT

PLOT 4 _tine HAIN PRINT LEAVE

PLOT I _plot _~

efficif'nc DATA ON DATA ON U:Avt:

SICMAL SICMALS _p~,iod _print HENIJ

SCREF:N PRINTER PROCJWol ASYST

r

1

I [

_...

_I

"

J

J.

1

1 '

- 4 - - -..- - - '~---

_J.

(32)

-RUN

MAIN

f-'f<()GRAM

Door dit w00rd in te typen wordt het programma opgestart. Op het beE:ldscherm

verschijnt het ' Main-menu ' , waarin

staat welke funktie-toets wat doet. Hierin wordt de computer verteld wat de

funktie-toetsen ( Fl • F2 • etc. ) moeten

doen ( namE:lijk Measure , Dir , etc J

PLOT

& PRINT PROGRAM

Analoog met Main Program.Nu krijgen de funktie-toetsen echter andere taken.

De funktie-toetsen (Main-program)

Measure (Fl)

Dir (F2)

Write file (F3)

Read file (F4)

Meet de 5 signalen ( kracht in pomp-stang , snelheid in zuiger , flow , druk boven en onder de pomp ) die verbonden zijn mE:t de eerste 5 kanalen van de Metrabyte

kaart. Dit gebeurt met de • in

'change-options' , gekozen sample-tijd en aantal

samples.

Laat de files zien die gesaved zijn op de floppy-disk in drive B.

Schrijft de gemeten data samen met andere belangrijke informatie in een file en

saved deze file op de disk in drive B. Leest een file van de disk in drivE: B zodat eerder gemeten data weer te lezen en te bewerken is.

Change options (F5)

Hiermee kunnen de volgende optie's verandert worden

-de sample-tijd -het aantal samples

-het meetbereik van de Transducer/strain-indicator

-het meetbereik van de flowmeter -de stroke-lengte (em)

-hoogte van de windketel bij atmosferische druk

-de opvoerhoogte

-weI of geen lucht-toevoer

Wanneer men voor het eerst na het opstarten van het programma wil gaan meten , moet eerst change options door-lopen worden!

(33)

PLOT

PRINT. DATA SMOOTH

LEAVE PROGRAM

LEAVE ASYST

Hiermee beland je in het Plot

&

Print

program. zie PLOT.

Onderdrukking van de ruis in de gemeten signalen.

Hiermee is het programma te verlaten. Er

is dan nog weI gebruik te maken van Asyst.

Ook asyst wordt nu verlaten. Er wordt nu teruggekeerd naar DOS en eventueel kan nu een ander software-pakket worden geladen.

De funktie-toetsen ( Plot

&

Print program )

PLOT 1 SIGNAL (Fl) Beeldt de grafiek af van 1 gekozen signaal. Bedenk : kanaal

o

1 2 3 signaal force velocity flow pressure

PLOT 4 SIGNALS (F2) Beeldt 4 kleine grafieken af. De eerste

3 grafieken zijn direkt afkomstig van de

gemeten signalen ( force , velocity en

flow). De vierde grafiek is verkregen

door de druk aan boven- en onder-zijde van de pomp van elkaar af te trekken en het gemiddelde te transleren naar de

tijd-as .

TAKE ONE PERIOD (F3) Hiermee kan uit de gemeten signalen een

willekeurig tijdsinterval worden genomen. Omdat dit programma voornamelijk bedoeld

is voor het berekenen van rendementen I

zal dit tijdsinterval meestal een of

meerdere periode's beslaan. In de

appendix wordt deze funktie-toets ( en

(34)

F3->PLOT&PhlNT lF4l Wanneer deze toets wordt ingedrukt , keer je terug vanuit TAKE.uNE.PEhlOv. naar het PLOT&PRINT MENU.

VOL. EFFICIENCY PRINT DATA ON SCREEN (F6) PRINT DATA CJN PRINTER (F7) LEAVE ASYST en LEAVE PROGRAM

l~'5) Hiermee kan het volumetrisch rendement

van de meting worden opgevraagd. Om geen onzinnige waarde op het beeldscherm te krijgen wordt eerst gevraagd of a1 een periode uit het signaa1 is genomen en of de flow a1 op het beeldscherm is geplot.

Geeft de belangrijke informatie over de pomp en de data (in bits) op het beeldscherm.

Zie PRINT DATA ON SCREEN maar nu 'ON

PRINTER l

Behouden in het PLOT&PRINT gedeelte

deze1fde funktie als in het MAIN PROGRAM.

(35)

CONCLUSIE

In deze stage is naar een methode gezocht om rendementen

van zuigerpompen te meten en op te geven. De bestaande

pomp-test-opstelling is voor deze methode aangepast. De

gebruikte flowmeter is gerepareerd door Henk Oldenkamp ( medewerker van de C.W.D ) en dient alleen nog te worden geijkt in de daarvoor gebouwde opstelling. Ook het bestaande

computer-meetprogramma is aangepast. Wanneer dit programma

geschikt wordt gemaakt voor D.H.A. ( geen stoorpieken meer

en de kleine aanpassing zoals beschreven in Appendix 3A is

voltooid • is dit programma klaar voor gebruik. De

rendementen kunnen dan volgens de juiste methode gemeten .

overzichtelijk gepresenteerd en opgeslagen worden. De

rendementsmetingen kunnen gebruikt worden om de praktisch of theoretisch bepaalde verliestermen binnen de pomp te

kontroleren. In hoofdstuk 1.4 wordt besproken hoe dit kan

gebeuren en worden enkele theoretisch bepaalde verliestermen genoemd.

(36)

APPENDIX 2A HET PIi:OGRAMMEREN VAN DE FLOWMETER

De programmering van de flowmeter gebeurt met behulp van 2 toetsen die zich op de microprocessor eenheid bevinden. Voordat we kunnen gaan programmeren dienen we eerst de code 3256 in te voeren. Met de E-toets is de inhoud van een

register zichtbaar te maken. Tevens kunnen we met deze toets

door een register lopeno Wanneer we dit doen zijn de

verschillende elementen in dat register te veranderen met

behulp van de

n

-toets. Met de t~-toets kunnen we ook van

register tot register springen. Wanneer we de registerinhoud

willen 'saven' (dat wilt zeggen dat de inhoud van het

register behouden blijft ook wanneer de stekker er wordt uitgetrokken) dan moeten we na het veranderen van van de

inhoud de E-toets ongeveer 5 sekonden ingedrukt houden. Net

zolang totdat "saving-input" op het beeldscherm verschijnt.

Register Flow-rate

Totalizer

Coder????)

korte beschrijving

de flow in % van de max. flow

pulsenteller , elke puIs

staat Vaal' een bepaalde

volume-eenheid

in te voeren wanneer de inhoud van registers veranderd moet worden

~3256)

aanbeveling

funktioneert aIleen bij een flow> 0 !!

nominal diameter measuring range pulse value pulse width 50mm hoeft niet veranderd te worden

meetbereik nauwkeurigste bij

2 dm3 _/s

(ook bi.j lagere waarden neemt nauw-keurigheid af)

pulswaarde in liter/puIs pulsbreedte , instelbaar van 0.001 tot 9.999 sek time constant tijdkonstante

integratie van meetwaarden van 0.01 tot 99.99 sek. aIleen instelbaar bij sampling rate van 104 l/s

zorg dat de

tijdkonstante min. 2 maal zo groot is sample-frequentie.

(37)

Register creep-suppression hysteresis CrSU interference bl. korte beschrijving hiermee is een z.g. venster in te stellen. Alle signalen beneden een bepaald percentage

(instelbaar van 0.1 tot 100%) worden onderdrukt. Onderdrukking van het hysterese-effekt wat

optreedt bij lage flow. DC ruisonderdrukking

(voor metingen bij media met DC stoorsignalen)

instelbaar van 0.1 tot 100%

aanbeveling meestal 0%

aIle gegevens komen dan door 0% 100% personal key display queue

door gebruiker te kiezen geen

bedrijfs-codenummer ter beveiliging situatie dus niet nodig

4 , in ons geval niet instelbare , parameters current output auto-gain-check flow direction stroomuitgang (0-20 of 0-40 rnA) automatische versterker-aanpassing

keuze van gewenste flow-richting (pos of neg). als flow tegengesteld is aan pijl geeft de opnemer een positief signaal

0-20 rnA

enabled

neem flowdirection pos als flow

tegengesteld is aan pijl

units system metrische of amerikaanse

eenheden sample rate test system pipe zero relative pipe-O calibration sample frequentie i . t . t . wat in de folder vermeld wordt niet met

code 3256 toegankelijk midden pijp in fabriek afgeregeld op 104 0.000 00.00% niet veranderen

(38)

register korte beschrijving aanbeveling

relative tol. 000. OO~"

serial No. serienummer 33b2E>

(39)

APPENDIX 3A NOG AAN TE PASSEN IN KOMPUTERPROGRAMMA

Doordat in het programmagedeelte , waarin het mechanisch

rendement wordt berekend . niet Ap*q maar

AP*q

wordt

berekend zal een fout worden gemaakt. Bij goed werkende

windketels is deze fout waarschijnlijk te verwaarlozen. De

fout is zeer eenvoudig op de volgende wijze te elimineren. Trek de arrays met daarin de drukwaarden boven en onder de

pomp van elkaar af. Vermenigvuldig het array dat dan

ontstaat met het array waarin zich de flow-meetwaarden

bevinden en bereken van dit array het gemiddelde ( dit gaat in ASYST gemakkelijk door gebruik te maken van het woord

'MEAN' ). Ter verduidelijking:

,

_'P'U!I

_"P

_7vic,

_t.f

~

In'~

(n

=cn

'"

UJ

_UJ

-

[I

J

-n'~J

6£Rflc.fw M.8.v ,.,£,AN

De wijzigingen moe ten worden aangebracht in de procedure

(40)

APPENDIX 3B HET OPSTARTEN EN GEBRUIKEN VAN HE1 KOMPUTERPROGRAMMA

Zet de komputer aan en stop de DOS 2.1 disk in drive A.

Eerst wordt de tijd en de datum gegeven. Wocht totdat 2 A>

tekens gegeven worden.

Vervang de DOS 2.1 disk door de Efficien disk en plaats in

drive B de Asyst Master diskette. Typ nu Efficien.

De komputer laad Asyst MSG samen met Efficien.3 . Op het

beeldscherm verschijnt · Type any key to continue ' . Na

hier gehoor aan gegeven te hebben zal OK op het beeldscherm verschijnen.

Vervang de masterdisk in drive B voor een datadisk. Typ nu

Run in. Het is mogelijk dat de funktietoetsen nog leeg zijn.

Typ dan control-break en nogmaals run in. Je bent nu klaar

om met het programma te werken.

Voordat je kunt gaan meten moet eerst · Change Options '

worden doorlopen. Na 'Measure' in werking te hebben gesteld

zal het Main Menu verdwijnen . Wanneer de komputer klaar is met meten zal het Main Menu weer verschijnen.

Voordat deze gemeten data kan worden opgeslagen op schijf zullen in ieder geval 1 maal de 4 signalen op het

beeldscherm moeten worden geplot.

Ook kunnen meteen na het opstarten van het programma eerder

gemaakte metingen worden gelezen van schijf. Met 'Dir' kan

dan eventueel eerst worden gekeken welke files zich op die

schijf bevinden. Daarna kan de betreffende file gelezen

worden met 'Read Data'. Deze metingen zijn nu te lezen of te

bewerken.

In flow-schema :

DATA

(41)

Het programma Efficien.3 is gesaved op de gelijknamige disk.

Een copy hiervan is gesaved op Efficien.3 backup. De

gecompileerde versie van Efficien.3 (welke normaal gesprok8D gebruikt wordt) namelijk Efficien bevindt zich op de disk

Efficien. Wanneer het programma moet worden veranderd (zie

appendix 3A) dient dit altijd te gebeuren op de niet

gecompileerde versie. Eventueel kan deze vernieuwde versie dan weer gecompileerd worden (wanneer de verbetering

(42)

APPENDIX 3C HET IJKEN VAN DE FLOWMETER MET BEHULf' VAN DE COMPUTER

Stel allereerst de flowmeter in zoals gewenst en aanbevolen

in appendix 2A. Bedenk nu dat maximaal zo'n 50 liter water

gewogen kan worden. Bij een bepaalde flow levert dit dus een

tijd op waarna de kraan weer gesloten dient te worden

(anders stroomt het meetvat over). Maak daarom een schatting

van de ingestelde flow voor de meting. De computer moet

beginnen met samples nemen voordat de kraan wordt geopend en

stoppen nadat de kraan weer wordt gesloten. Houd er dus

rekening mee dat de computermeettijd (= aantal samples

*

de

tijd van 1 sample) groter is dan de tijd waarin de flow door

de meter loopt. Het ijken is het gemakkelijkste met 2

personen. Nadat de computer gereed is gemaakt voor de meting

(change options) drukt persoon A op de measure-knop. Persoon

B opent dan kogelkraan 1 (zie fig. 2.2.) en sluit hem weer

wanneer de uitslag van de weegschaal zijn maximum nadert. Wanneer de computer nu klaar is met meten moet eerst de flow

geplot worden (dit gaat het snelst met plot.one.signal). Door nu control-break in te typen wordt het programma

verlaten. Type nu 'Q.INTEGRATE.MA.' en het totale debiet

verschijnt op het beeldscherm. Vergelijk dit met het

toegemomen gewicht op de weegschaal.

De flowmeter is zo voor verschillende flow's met

verschillende samplefrequentie's en aantallen samples te ijken.

(43)

APPENDIX 3D NADERE BESCHRIJVING VAN EFFICIEN

In de nu volgende appendix 3D worden twee nieuwe

funktietoetsen besproken , namelijk Take.one.period en

F3->Plot&Print. Tevens wordt de procedure Axis-scale wat

nader toegelicbt.

Het verdient de aanbeveling om tijdens bet lezen van deze appendix de listing van bet programma erbij te bouden.

(appendix 3E)

Take.one.period

Hiermee kan uit het gemeten signaal een willekeurig tijdsinterval worden genomen.

Wanneer de F3-toets Take. one. period wordt ingedrukt zal de

gelijknamige procedure starten. In bet begin van deze

procedure krijgen de scalairen X.HI en X.MA respektievelijk

de waarden I en samples-I. Globaal geldt dat de X.HIe sample

de eerste sample is van het tijdsinterval dat we willen

nemen . De X.MAe sample is de laatste sample van dat

tijdsinterval. Als we X.HI I maken en X.MA samples-I dan

betekent dit dat we {zo goed als) bet gehele gemeten signaal bekijken.

Na de boven genoemde waarde-toekenning aan X.MI en X.MA wordt het snelheidssignaal op het beeldscherm geplot met begeleidende tekst en twee vertikale strepen door de grafiek.

We belanden nu in de procedure Period waarin gebruik is

gemaakt van standaard Asyst procedures. (zie deel I hoofdstuk 6 van de Asyst manual) De twee vertikale strepen (left en right marker lines) kunnen binnen de grafiek verplaatst

worden. Hoe dit dient te gebeuren wordt in de begeleidende

tekst uitgelegd.

Als een markerline op de juiste plaats is gezet kan met de 'bome'-toets de positie van die markerline worden opgeslagen in een 1 dimensionaal array met 4 elementen. Met de positie van een markerline wordt zowel de horizontale positie , ten

opzichte van de t-as , als de vertikale positie , daar waar

de markerline de grafiek snijdt , bedoeld. Deze positie's worden na het indrukken van de 'bome'-toets boven in bet

beelscberm zicbtbaar. Na bet plaatsen en opslaan van de

markerline-positie's moet (zoals vermeld in de begeleidende

tekst) de F4 toets , F3->Plot&Print , worden ingedrukt.

F3->Plot&Print

Allereerst worden de borizontale positie's van de markerlines in sekonden omgerekend naar horizontale positie's in samples. Hieruit voIgt dan een X.MI en een

X.MA. De vertikale positie's van de markerlines worden niet

gebruikt. Vervolgens keren we terug naar bet Plot&Print

(44)

Axis-scale

In deze procedure worden de van de opnemers afkomstige data

lin bits) . omgerekend naar fysische grootheden. OoK worden

nog enkele bewerkingen uitgevoerd met deze data en wordt de outlay van de grafieken verzorgd.

Aan het begin van deze procedure wordt berekend hoeveel bits

overeenkomen met de fysische waarde U. Deze hoeveelheid bits

wordt toegekend aan de scalar

AID.

ZERO.

AID.

ZERO wordt

berekend door voor 0 het gemiddelde snelheidssignaal te nemen.

Welk gedeelte van de procedure nu verder wordt doorlopen is

afhankelijk van het signaal (=MEAS.SIGN) dat berekend moet

worden. De procedure kan dan ook opgesplitst worden in:

een FORCE-gedeelte een PRESSURE-gedeelte een VELOCITY-gedeelte een FLOW-gedeelte

AIleen het PRESSURE- en FLOW-gedeelte zal nu worden

besproken omdat hier de voornaamste veranderingen in zijn aangebracht.

FRESSURE

Allereerst wordt de druk die gemeten is boven de pomp

ingelezen en omgerekend naar bar's. Het gemiddelde van dat

deel van het druksignaal dat met Take.one.period is uitgekozen wordt uitgerekend en toegekend aan de scalar

MID.l .Dit gemiddelde wordt van het gehele signaal

afgetrokken

*.

Vervolgens wordt het druksignaal onder de

pomp op dezelfde manier ingelezen en omgerekend. De

gemiddelde druk boven en onder de pomp worden nu van elkaar

afgetrokken. Dit levert de scalar P.MEAN . 4p in de

rendementsdefinitie {zie hoofdstuk 1.2). Ook het volledige druksignaal boven en onder de pomp worden van elkaar

afgetrokken. Van dit signaal wordt nu alles voor de X.MIe en

na de X.MAe sample nul gemaakt. We hebben nu het

uiteindelijke signaal dat in de pressure-grafiek komt te

staan. Ook wordt nog het maximaal mogelijke drukverschil

over de pomp (=P.MEAN.MAX) berekend door. van de maximale druk aan de bovenkant van de pomp de minimale druk aan de

onderkant af te trekken. Bij nader inzien is deze waarde

niet zo zinvol omdat beide drukken natuurlijk niet

gelijktijdig optreden. Het zou beter zijn om direkt het

maximum verschil te berekenen tussen de beide druksignalen. In de rest van het pressure-gedeelte wordt de schaal van de y-assen bepaald.

*

Het valt te betwijfelen of dit weI verstandig is. Het

signaal wordt mooi naar de horizontale as getransporteerd en de asindeling wordt hierdoor simpel. Maar

dit betekent weI dat er absoluut gezien niet veel op de grafiek valt af te lezen.

(45)

FLOW

Ook hier wordt de data in bits weer omgerekend naar de

fysische eenheid , in dit geval dm3 _js. _{Het gemiddelde wordt}

genomen en het gedeelte buiten de gekozen periode wordt weer , net als in het pressure-gedeelte , 0 gemaakt.

Van dit flowsignaal wordt nu via de 1/3 Simpsonregel de

lopende integraal berekend. (zie deel 2 hoofdstuk 1 Asyst

manuel) De X.MAe sample van deze lopende integraal zal het

totale debiet in die gekozen periode aangeven

t.

.e.

t~Signaal

flow -)

Ii

d.x. '::.

[fLx.)l~

=

F[e.)-F(tl>,.)

Ol.

Voor F(a) kan de eerste sample van de lopende integraal

worden genomen. Deze zal 0 zijn indien een periode uit het

signaal is genomen. Het signaal buiten de gekozen periode

wordt immers 0 gemaakt. AIleen wanneer de gekozen periode

begint bij de eerste sample zal F(a) over het algemeen niet

o

zijn. (zeer onwaarschijlijk) Wanneer we het volumetrisch

rendement willen meten moeten we daarom eerst

Take.one.period doorlopen. Behalve wanneer we de flowmeter

ijken omdat dan automatisch het gedeelte buiten de meting 0

is. De kraan is dan namelijk nog gesloten en er is geen

flow.

De scalar Q.INTEGRATE.MA krijgt de waarde van het volledige

debiet (=F(b») in het gekozen tijdsinterval. Door dit debiet

te delen door 1000 krijgen we het debiet in m3_/s. _Het

volurnetrisch rendement , VOL.EFF . • wordt dan bepaald door

het debiet te delen door het slagvolume.

In de rest van de procedure wordt de schaal voor de flowgrafiek bepaald.

APPENDIX 3E De listings van de komputerprogramma's

Op de nu volgende pagina's bevindt zich de volledige listing van de computerprogramma's.

(46)

I N,;'I'ALL UN!':.~AMPLE IN FHEQ

INSTALL NUMBER. SAMPLES IN SAMPLES INTEGEH DIM[ SAMPLES 1 AHRAY FREQS DIM[ SAMPLES. 5 ) ARRAY ALL.SIGNAL~

HEAl, DIM[ SAMPLES] ARRAY SIGNAL DIM[ SAMPLES 1 ARRAY TIME

DIM[ SAMPLES ] ARRAY S-ONE DIM[ SAMPLES 1 ARRAY S-TWO DIM[ SAMPLES) ARRAY FOR.VELO. TIME [JRAMP

TIME 1000 I FREQ

*

TIME ;~

INSTALL ALL. SIGNALS IN ALL.S INSTALL SIGNAL IN S

INSTALL TIME IN T INSTALL FREQS IN F INSTALL S-ONE IN 51

INSTALL S-TWO IN S2

INSTALL FOR. VELD. IN FV

o 4 AID. TEMPLATE ALL.CHANNELS

ALL. SIGNALS TEMPLATE. BUFFER A/D.INIT

INSTALL ALL. CHANNELS IN CHNL:3

ASYST Version 1.51

(47)

\ Place a banner in the top line of the screen TOP.LINE

[TOPLINE} SCREEN.CLEAR

16 SPACES Pump Data Measuring &Plotting Program

\ Thl:, program is designed LO collect dalo uf t,·itnsduc.:t·" '·'-'III ...'l ....1 tt' a (JlW'I'

\ ill the !-,ump Lest ri g.

\ rb.· fr",quency to sample t.he signals ,-,t' Lilt: t.ri"1n~ducers ,-'/H. lie d.ouo;en ju;;t. "

\ the number of samples.

\ The measured signals can be presented in numbers and/ur ill fJ.""l-'hics un yo,ur \ 5<':1'",en and/or on a IJril.t.er. The prut!ram t!ive:s Lhe pU5c;iliil,Ly LO write the \ data to a floppy disc and La read stored data from it.

\

\ The IOrogr,tm is menu driven and so can be used without. knowing anything about \ Asyst. 1 0 14 U 24 0 o 0 ~4 '/9 ~~:1 '/9 L4 79 2::J 17

WINDOW {TOT TOP)

W[NDOW {M}<~NLJ) WINDOW {BOTLINE) WINDOW (COMM)

\ Whole screen except top line \ Middle window for menu's \ Bottom line for messages \ Left window for comments

\ Layout of the windows

o 0 0 '/9 WINDOW {TOPLINE} \ Top banner line across screeu

\ Experimen~ number

\ Number of ~he signal on ~he dHta-acqulsltion card \ Introduce arrays

REAL DIM[ 4 1 ARRAY PERla

SMOOTH" CR CR CR

DIR" READ FILE" CR CR

\ Show the function of each function key in the Main Program MAIN. MENU

GRAPHICS. DISPLAY TOP. LINE

{TOT-TOP} SCREEN. CLEAR {MENU} SCREEN. CLEAR

30 SPACES" Main Menu

7 SPACES .. F'l '" 14 SPACES .. F'2" 14 SPACES .. F3" 14 SPACES .. F4" 14 SPACES .. F5" CR 4 SPACES .. MEASURE 9 SPACES .. WRITE FILE 5 SPACES .. CHANGE OPTIONS" 7 SPACES .. F6"

14 SPACES .. Ii'7 '" 14 SPACES '" 1<'8" 14 SPACES '" FS'" 14 SPACES .. FlO" CR

6 SPACES .. PLOT PRINT DATA

7 SPACES .. LEAVE PROGRAM LEAVE ASYST'" BOTTOM. LINE. CHOICE

\ Place a message in the bottom line of the screen BOTTOM. LINE. CHOICE

{BOTLINE} SCREEN.CLEAR Your choice ? ..

\ Measure t.he signals on the channels 0 to 4 GET. SIGNALS

SYNC. PERIOD

CHNLS A/D. IN IT \ Initiate data-acquisition interface card

BEGIN

BOTTOM.LINE.MAIN

{BOTLINE} SCREEN. CLEAR

." Press any key to go back to the MAIN MENU." PCKEY ?DROP DROP

MAIN.MENU for the template

for the procedure MAIN. PROGRAM variable for time needed for one sample

for the number of samples for the array ALL. SIGNALS

SlGNAL TIME

\ String for the experiment number

\ Name of the measured signal (force etc.) \ Dimension of the measured signal

\ Label for extra information \ Name of file to write or to read \ First sample of one IJeriod \ Last sample of one period \ Time of one period

\ Power input pump \ Power output pump

\ Force end velocity integra~ed

\ Minimum pressure at suction-side pump

\ Maximum delivery ..

\ The value of the bit. which stands for zero Volt. \ The maximum value of the y-axis

\ The minimum

\ The mean value of a signal variables \ Execution \ \ \ \ \ \ \ Introduce strings 3 STRING 5TH.EXP" 15 STRING MEAS.SlC.;N

9 STRING DIM. LABEL 6 STRING EXTRA. INFO 14 STRING FILENAME \ Introduce scalars INTEGER SCALAR EXP" SCALAR SIaN. NUMB REAL SCALAR A/D. ZERO SCALAR Y.MAX SCALAR Y.MIN SCALAR MID.l SCALAR MID.2 SCALAR X.MI SCALAR X.MA SCALAR HUL SCALAR INPUT SCALAR OUTPUT SCALAR F.V.MA SCALAR PRESS.MIN SCALAR PRESS. MAX \ fnLruullce execution XI:!:Q l<'kE~ XEQ :iAMPLES XEQ ALL.~) XEIoI ~:; XEQ T XEQ F XEQ CHNLS XEQ GOElACK.MAlN XEQ 51 XEQ S2 XEQ I!'V

(48)

SYNCHR0N1ZE: A/D.IN>ARRAY ?BUFFER.FULL UNTIL ?SYNC.LATE IF

\ Take ft sample each given samplE' time

\ Store the signals into the buffer arra.y \ until it i5 full

PCKEY ?DROP DROP ?1<'1 LE. OPEN IF

FILE. CLOSE THEN

\ exists with the same namE

.. Time for one sample is too small!!" BELL BELL

\ Give a list of the files on your disc in drive b.

·

2 ] . -!

·

3 ] !

·

4 ] ! , 5 ] " CR CR CR

PRINT DATA PRINT DATA" LEAVE ASYST" CR ON PRINTER" ?FILE.OPF:N n' FILE. CLOSE THEN INPUT.DATA.FlLE

{TOT-TOP} SCREEN. CLEAR CR CR ." Input ,.

GET.FILENAME READ. DATA. FILE 1 X.MI :=

SAMPLES 1 - X.MA MAIN. MENU

CHANG\L.OPTIONS

{TOT-TOP} SCREEN. CLEAR CR CR

.. Time needed for one sample (in ms. ): .. II INPUT ONE. SAMPLE . - Cf<

" Number of samples: " IIINPUT NUMBER.SAMPLES := CR

" Range of Transducer IStrainindicator: .. II INPUT F. RANGE :::: CR " Measuring range of flowmeter (dm~3/s) : " IIINPUT Q.RANGE := CR " Delivery head (m) : " lIINPUT D.HEAD : = CR

.. Stroke (cm):" IIINPUT STROKE:= CR

" Height airchamber at atmospheric pressure: " IIINPUT D.AIRGH.H " Air supply (O:::without . l=with): " IIINPUT AIR.SUPPLY := CR

PUMPDATA. IN

LOAD A:INSTALL.DMO MAIN. MENU

\ Show the function of each function key in the Plot & Print Program PLOT&PRINT.MENU

GRAPHICS. DISPLAY TOP. LINE

{TOT-TOP} SCREEN. CLEAR {MENU} SCREEN. CLEAR

26 SPACES" Plot & Print Menu 7 SPACES "Fl"

14 SPACES "F2" 14 SPACES "F3"

14 SPACES "F4"

14 SPACES "F5" CR

1 SPACES "PLOT 1 SIGNAL PLOT 4 SIGNALS TAKE 1 PERIOD" F3->PLOT&PRINT VOL.EFFICIENCY"CR CR 7 SPACES "F6" 14 SPACES "F7' 14 SPACES "F8" 14 SPACES "F9" 14 SPACES .. FlO" CR

3 SPACES "MAIN MENU 4 SPACES "LEAVE PROGRAM 19 SPACES "ON SCREEN BOTTOM. LINE. CHOICE

CR

BOTTOM.LINE.PLOT&PRINT {BOTLINE} SCREEN. CLEAR

." Press RETURN to go back to the PLOT&PRINT MENU." PCKEY ?DROP DROP

PLOT&PRINT.MENU

\ Smooth the signals to reduce the noise SMOOTH. SIGNALS

{MENU} SCREEN.CLEAR .25 SET.CUTOFF.FREQ

ALL.S XSECTf! 1] SMOOTH ALL.S XSECT[

ALL.S XSECT[ 2 ) SMOOTH ALL.S XSECT[

ALL.S XSECT[ 3 ] SMOOTH ALL.S XSECT[

MAIN.MENU

\ Leave this program but remain in Asyst LEAVE. PROGRAM

{TOT-TOP} SCREEN. CLEAR CR CR

." Type <ctrl-Break> to go back to ASYST. " CR ." Any other key brings you back to the Main Menu. " PCKEY ?DROP DROP

MAIN. MENU LEAVE. ASYST

{TOT-TOP} SCREEN.CLEAR CR CR

." Type Y if you want to leave ASYST. " CR

." Any other key brings you back to the Main Menu. " PCKEY ?DROP 89 = IF BYE THEN MAIN. MENU NEWTON S 1000 / SI .-EFFICIENCY.1 S1 S

*

FV := FV INTEGRATE. DATA FV := FV [ X.MA ) F.V.MA :=

Rendementsmetingen voor zuigerpompen