лаб.работа. Лабораторная работа 1 Снятие
 Скачать 3.07 Mb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1Снятие напорной характеристики пожарного центробежного насосаОбщие теоретические сведения Насос — согласно ГОСТ 17398–72 «Насосы. Термины и опре- деления» — это машина для создания потока жидкой среды. Центробежный насос — лопастной насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии. Пожарный центробежный насос — это насосный агрегат, со- стоящий из собственно насоса, напорного коллектора, запорно- регулирующей арматуры, вакуумной системы заполнения, систе- мы подачи и дозирования пенообразователя. По НПБ-176–98 «Техника пожарная. Насосы центробежные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний» центробежные пожарные насосы имеют одиннадцать основных параметров и размеров: подачу, напор, геометрическую высоту всасывания, мощность, коэффициент полезного действия, часто- ту вращения, допустимый кавитационный запас, массу и др. Для центробежного пожарного насоса предельно допустимая температура воды или водных растворов составляет 303 К. Подача насоса Q, м 3/с, — отношение объема подаваемой жид- кой среды ко времени. Напор насоса Н, м, — это разность удельной механической энергии жидкости на выходе и входе в рабочее колесо, определя- емая по зависимости v2 - v2  2g H= Hм ± Hв + 21 + (Z2 -Z1 ), (1.1) где Нм — показания манометра, м вод. ст.; Нв —показания мано- вакуумметра, м вод. ст.; v2 и v1 — скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с; g— ускорение свободного падения, м/с 2; (Z2 – Z1) — высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м. Геометрическая высота всасывания hг — расстояние между осью вращения рабочего колеса первой ступени насоса и уровнем воды со стороны линии всасывания. КПД насоса — это отношение эффективной мощности насоса к потребляемой (полной)  h = NэффNп . (1.2) Эффективная мощность насоса Nэфф, кВт, — механическая мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде, опре- деляемая по зависимости  1000 Nэфф = rgQH, (1.3) где r — плотность жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного па- дения, м/с 2; Q — подача, м 3/с; Н — напор, м вод. ст. Потребляемая (полная) мощность насоса NП, кВт, — мощность, передаваемая насосу от его привода, определяется по формуле NП =Мw, (1.4) где М— крутящий момент на валу насоса, Н·м; w — угловая часто- та вращения, рад/с (с–1). Напорная характеристика представляет собой зависимость полного напора от его подачи, приведенных к номинальной ча- стоте вращения насоса, т. е. Н = f (Q)при n = const. Энергетическая характеристика представляет собой зави- симость потребляемой мощности насоса и его КПД от подачи, приведенных к номинальной частоте вращения, т. е. N=f(Q) и η = f (Q)при n = const. Манометрическое давление — избыток давления в данной точ- ке жидкости над атмосферным. Если известны напор, подача, мощность насоса при опреде- ленной частоте вращения рабочего колеса, то можно пересчитать эти параметры для другой частоты вращения рабочего колеса. Для этого используются следующие формулы подобия (если же насос работает на режиме развившейся кавитации, то данные зависимо- сти не действуют!): QnHж nц2 N ж nц3 1 = 1 ; 1 = з 1 ч ; 1 = з 1 ч , (1.5) Q2 n2 H2 и n2 ш N2 и n2 ш где n1 — частота вращения вала насоса при испытании; n2 — частота вращения вала насоса, на которую должен производиться перерасчет. Характеристику H–Qнасоса при номинальной частоте вращения вала можно аппроксимировать квадратичным уравнением типа у= ах2+bх+с. Как следует из рис. 1.1, для насоса марки ПН-40УВ коэффициенты составляют: а= –1,148; b= 8,851; с= = 82,33. Поэтому получим Н= — 1,148Q2 + 8,851Q+ 82,33, (1.6) где Н— напор насоса, м; Q— подача, м 3/с. Для насоса марки НЦПН-40/100 коэффициенты составляют: а= — 1,315; b= +10,16; с= 88,69. Знание формы кривой характеристики пожарного центробеж- ного насоса и методики проведения параметрических испытаний насосных установок пожарных автомобилей важно на практике: для принятия тактически правильных решений при туше- нии пожаров водой или пеной, прежде всего, в высотных зданиях и сооружениях; организации правильной эксплуатации насосных уста- новок пожарных автомобилей (проведения диагностирования и ТО-2); готовности выпускников института к эффективному уча- стию в организации и проведении сертификационных и иных ис- пытаний насосных установок и к обработке полученных результа- тов.  Рис. 1.1. Характеристики пожарных насосов НЦПН-40/100 и ПН-40УВ (по данным «УСПТК-Пожгидравлика») Цель работыЛабораторная работа проводится для закрепления теоретиче- ских знаний обучаемых по теме «Пожарные насосы и мотопомпы» и практического освоения методики параметрических испытаний насосных установок пожарной техники согласно требованиям действующих нормативных документов, а также приобретения навыков построения напорной характеристики центробежного пожарного насоса по экспериментальным данным. Задачи лабораторной работыЗадачи работы следующие: изучить основные положения и расчетные зависимости; экспериментально определить по опытным данным фор- му кривых гидравлических характеристик пожарного центробеж- ного насоса; подготовить отчет о работе и ответы на контрольные во- просы. Методика выполнения лабораторной работы Описание лабораторной установки Установка для проведения опытов (рис. 1.2) состоит из по- жарного автомобиля, оборудованного насосом центробежным пожарным типоразмера ПН-40, оснащенным штатными мано- метром, мановакуумметром (оба класса точности 1,5) и тахо- метром. Пожарный автомобиль установлен на открытом водоисточни- ке в лаборатории пожарной техники с подключением следующего пожарного гидравлического оборудования: всасывающей рукавной линии, состоящей из одного вса- сывающего рукава и сетки всасывающей СВ-125; двух трехходовых разветвлений РТ-80 с мерными шайбами (отверстия мерных шайб диаметром 22 и 19 мм на цент- ральных выходных и 13 мм на боковых штуцерах); шести пожарных рукавов для слива диаметром 77 или 66 мм.  Рис. 1.2. Схема подключения гидравлического оборудования лабораторной установки для проведения параметрических испытаний насосных установок пожарных автомобилей Кроме того, частота вращения вала рабочего колеса насоса- измеряется штатным тахометром. Для определения величины крутящего момента на валу рабочего колеса спецагрегата исполь- зуется силоизмерительная система УСТП с тензорезисторным датчиком ДСТ-0,1 К. Для этой же цели может быть применен датчик крутящего момента цифрового типа М40 класса точности 0,2 с блоком индикации Т-40 или Т-41 производства ООО «Тил- ком» (Беларусь). Порядок проведения лабораторной работы Лабораторная работа выполняется в следующем порядке. Расставить участников испытания для измерения параме- тров. Запустить двигатель и забрать насосом воду из открытого водоисточника. Включить сцепление. Снять характеристику насоса (не менее 7 точек) путем постепенного увеличения расходов воды, поочередно полно- стью открывая вентили напорных патрубков разветвлений РТ, при номинальной частоте вращения вала рабочего колеса, для чего: закрыть напорные задвижки правого и левого борта и за- фиксировать в протоколе величины напора по манометру на на- порном коллекторе и разряжения по мановакуумметру на вса- сывающем патрубке, создаваемые насосом при номинальной частоте вращения вала рабочего колеса. Кроме того, в протокол также занести величину крутящего момента на валу рабочего колеса насоса; рычагом газа убавить частоту вращения вала рабочего ко- леса насоса и при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по мано- метру плавно полностью открыть правую и левую напорные за- движки на коллекторе насоса; убавить частоту вращения вала рабочего колеса насоса и при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по манометру плав- но открыть вентиль центрального напорного патрубка развет- вления РТ, присоединенного к правой напорной задвижке на- соса, и довести частоту вращения вала рабочего колеса насоса до номинальной. Результаты измерений напора по манометру и разряжения по мановакуумметру, а также величину крутящего момента на валу рабочего колеса занести в протокол; вновь убавить частоту вращения вала рабочего колеса насоса и при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по маноме- тру плавно открыть вентиль центрального напорного патрубка разветвления РТ, присоединенного к левой напорной задвижке насоса. Затем довести частоту вращения вала рабочего колеса насоса до номинальной. Результаты измерений напора по ма- нометру и разряжения по мановакуумметру, крутящего момента на валу запротоколировать; при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по манометру плавно полностью открыть вентиль крайнего напорного па- трубка разветвления РТ, присоединенного к правой напорной задвижке насоса. Затем довести частоту вращения вала рабочего колеса насоса до номинальной. Результаты измерений напора по манометру на коллекторе насоса и разряжения по манова- куумметру, создаваемые насосом при номинальной частоте вращения вала рабочего колеса, а также величину крутящего момента на валу рабочего колеса зафиксировать в протоколе опыта; рычагом газа убавить частоту вращения вала рабочего ко- леса насоса и при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по мано- метру плавно полностью открыть вентиль другого крайнего на- порного патрубка разветвления РТ, присоединенного к правой напорной задвижке насоса, и увеличить частоту вращения вала рабочего колеса насоса до номинальной. Результаты измерений напора по манометру на коллекторе насоса, разряжения по ма- новакуумметру и величину крутящего момента на валу занести в протокол; вновь убавить частоту вращения вала рабочего колеса на- соса и при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по манометру плавно открыть вентиль крайнего напорного патрубка развет- вления РТ, присоединенного к левой напорной задвижке на- соса, и довести частоту вращения вала рабочего колеса насоса до номинальной. Результаты измерений величин напора по ма- нометру и разряжения по мановакуумметру, крутящего момента занести в протокол; снова убавить частоту вращения вала рабочего колеса на- соса и при давлении 1,5–2 атм (0,15–0,2 МПа) по манометру плавно открыть вентиль другого крайнего напорного патрубка разветвления РТ, присоединенного к левой напорной задвиж- ке насоса, (таким образом будут открыты все вентили на обоих разветвлениях РТ) и увеличить частоту вращения вала рабочего колеса насоса до номинальной. Результаты измерений напора по манометру и разряжения по мановакуумметру, крутящего момента также запротоколировать. Затем следует повторить подобные опыты, но уже при постепенном уменьшении расходов воды посредством поочеред- ного прикрытия вентилей напорных патрубков разветвлений РТ при номинальной частоте вращения вала рабочего колеса насоса. Результаты замеров зафиксировать в протоколе. Зарегистрированные величины напоров (равно как и раз- ряжений), создаваемых насосом при различных расходах, а также крутящих моментов будут, таким образом, определяться как сред- нее арифметическое результатов соответствующих замеров. Для достоверности результатов подобные опыты при но- минальной частоте вращения вала рабочего колеса насоса следует повторить трижды. Затем опыты по п. 4–6 следует произвести при частоте, от- личной от номинальной частоты вращения вала рабочего колеса пожарного насоса, например при n= 80 % nномин. Их результаты будут необходимы для определения эмпирических коэффициен- тов a, b и с аппроксимирующей функции (1.6). 3. Обработка экспериментальных данных Измеренные и рассчитанные величины занести в прото- кол (с. 19). Подача насоса определяется по известным диаметрам отвер- стий мерных шайб после разветвлений РТ, давлению на выходе из насоса (по манометру) и справочным данным НПБ 163–97 «Пожарная техника. Основные пожарные автомобили. Общие технические требования. Методы испытания», выписка из кото- рых приведена в табл. П. 2.1. Скорость воды на выходе и на входе в насос v2 и v1 определяется с учетом площадей соответствующих сечений исходя из уравне- ния неразрывности потока Q= vS. Вопросыдляподготовкикзащитеработы  Напор насоса определяется по формуле (1.1). Полезную мощность насоса, потребляемую мощность насоса, КПД насоса вычисляют соответственно по зависимостям (1.3), (1.4), (1.2). Затем следует построить характеристики на графике и пере- считать их для частот вращения n= 80 % nномин и n= 60 % nномин. При перерасчете и построении характеристик следует использо- вать формулы подобия (1.5). Нанести на график полученные расчетом кривые напор- ной и энергетической характеристик насоса Н=f(Q), N=f(Q) и η = f (Q). Данные протокола экспериментов (с. 19) будут необходимы для определения аппроксимирующей функции в виде квадратич- ного уравнения (1.6). Вопросы для подготовки к защите работы Насосы и их классификация. Каково принципиальное устройство объемных насо- сов: поршневых, шестеренных, шиберных — и их применение в устройствах пожарной техники? Каково принципиальное устройство динамических насо- сов: центробежных, струйных — и их применение в устройствах пожарной техники? Каковы гидравлические характеристики центробежных насосов? Какова высота всасывания насосов и каковы факторы, влияющие на ее величину? Практическая сущность уравнения Л. Эйлера. Каковы номинальные режимы насосов ПН-40УВ и НЦПН-40/100? Объясните, почему именно эти параметры яв- ляются номинальными. Тепловые эффекты при эксплуатации центробежных на- сосов. Как изменяются параметры насоса при открывании (за- крывании) задвижек на насосе и изменении положения рычага «газ»? Основные конструктивные элементы центробежных по- жарных насосов. Какими конструктивными решениями достигается уплот- нение вала рабочего колеса центробежного насоса? Конструкции напорных задвижек насосов: достоинства и недостатки. Какие силы действуют на рабочее колесо центробежного насоса при работе? Объясните причины возникновения этих сил. Назовите мероприятия, направленные на ослабление осе- вых сил, действующих на рабочее колесо центробежного насоса при работе. Какова методика проверки технического состояния насоса? Какова методика проверки пожарных насосов на герме- тичность? Цель и порядок опрессовки пожарного центробежного насоса. Цель обкатки, порядок и режимы обкатки пожарных на- сосов перед постановкой в расчет. Перечислите работы по техническому обслуживанию на- сосов пожарных автомобилей на пожаре. Перечислите работы по ТО-1 для насосов пожарных авто- мобилей. Перечислите возможные отказы насосов пожарных авто- мобилей.    Вопросыдляподготовкикзащитеработы 19 Протокол экспериментов по снятию характеристики пожарного центробежного насоса марки
 Лабораторная работа № 1. Снятие напорной характеристики пожарного центробежного насоса 20
 Подпись студента Группа №_ Подпись преподавателяДата | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||