МУ_ЛПЗ_ПиА. Методические указания по выполнению лабораторных работСоставитель А. В. Гербсоммер Омск бпоу 0 0 опэк 2018. с. 85
 Скачать 1.4 Mb.
|
|
2.Практическая часть Задание: Определить значение гидравлического сопротивления на 1,2,3 скоростях движения жидкости на участках трубопровода- диафрагма- поворот на 45 градусов, двойной поворот на 90 градусов- внезапное расширение и сужение трубопровода- короткий патрубок постоянного сечения. Порядок выполнения работы. Перед запуском лабораторного стенда нужно проверить наличие в емкости (поз рисунок 1.1) жидкости и при необходимости долить воды через штуцер (поз рисунок 1.1) так, чтобы уровень жидкости в ней был больше половины. Подсоединить установку к электросети, включить автоматический выключатель (поз рисунок 1.1), а датчики давления и расхода через USB - выход аналогового - цифрового преобразователя (черный шнур в задней части установки) к компьютеру. Включить на компьютере программу измерений «Гидросопротивления». 4. На центробежном насосе (установить по заданию) регулируем уровень нагнетания жидкости насосом, путем постановки регулятора на 1, 2 или 3 ступень. От этого зависит значения давлений в установке и расход жидкости 5. При полностью открытых вентилях (поз рисунок 1.1) подать воду, включив установку нажатием кнопки ВК1 (поз рисунок 1.1), и задействовать программу измерений нажав в ней кнопку Пуск (поз рисунок 1.2). 6. Проверить работу счетчика-расходомера (поз рисунок 1.2) и датчиков давления (поз, 5, 8, 15, 17 19 рисунок 1.2). В работе нужно будет измерять и записывать показания датчиков давления и счетчика - расходомера. Из этих данных и проводят расчет. Проведение испытания 1.Замер данных состоит из 4 этапов 19 18 17 16 2 \i. мм.ш.11шж.н|||дл1:У. 15 14 Лабораторная работа Г идрдвлическиесопротивления" 12 Сот порт $ШШ э подключена Группа Пут’л к файлу б Р З , к Па ПУМР 4 , к Па Р 5 , к Па Р 6 , к Па ПГМ ПГГЯ p i J T \ | P 2 j 7 \ | i ’3 j T \ | P 4 J 7 \ р j 7 \ Р б ^ 7 \ О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2 0 22 24 26 28 3 0 3 2 3 4 3 6 38 40 4 2 4 4 4 6 4 8 50 Впр.мя. с Рисунок 1.2 - Интерфейс программы измерений «Гидросопротивления» 1- Номер порта в компьютере. 2- Клавиша выключения измерений 3.- Клавиша включения измерений. 4- Давление в коротком патрубке короткого сечения. 5- Давление в участке внезапного расширения. 6.- Шкала давления. 7- Шкала времени. 8- Давление в участке диафрагмы. 9- Время. 10- Расход (л/ч). 11- Клавиша экстренного закрытия программы. 12- Клавиша сворачивания программы. 13- Клавиша выхода. 14.- Путь к файлу замера. 15- Давление в участке с поворотом 45 градусов. 16.- Наименование группы, проводящая работу. 17- Давление в участке с двойным поворотом на 90 градусов со встроенным счетчиком- Индикатор включения установки. 19- Давление в участке сужения трубопровода) Все вентили открыты Полностью открывают вентили на всех трубопроводах поз 3 и записывают значения давления (те. показания датчиков поз, 5, 8, 15, 17 19 рисунок 1.2) и среднее значение расхода Q (переводят из л/мин в л/с, поз. 10 рисунок 1.2). 14 2) Определение давления в верхнем трубопроводе диаметром 5 мм с диафрагмой поз 5: открывают вентиль на верхнем трубопроводе и закрывают вентили на среднем и нижнем трубопроводе. Записывают значения давления по показаниям датчиков (Р1,Р6) давления и среднее значение расхода Q. 3) Определение давления в трубопроводе диаметром трубы 13 мм с двойным поворотом 90 градусов со встроенным счетчиком поз 4: закрывают вентили на верхнем трубопроводе и нижним, а вентиль средней магистрали полностью открыт. Записывают значения давления в каждом рассматриваемом месте трубопровода (те. показания датчиков давления Р1,Р4,Р5) и среднее значение расхода Q. 4) Определение давления в трубопроводе с участком расширения и сужения, диаметр участка расширения 26 мм и сужения 13 мм поз 10: закрывают вентили на верхнем трубопроводе и среднем, а вентиль нижней магистрали полностью открыт. Записывают значения давления в каждом рассматриваемом месте трубопровода (те. показания датчиков давления Р1,Р2,Р3) и среднее значение расхода Все найденные значения нужно занести в следующую таблицу Таблица 1.1 - Результаты замера данных № Давление, мм.вод.ст. Q л/с P1 P2 P3 P4 P5 P6 1 2 Обработка результатов эксперимента) Короткий патрубок постоянного сечения. Теоретический коэффициент местного гидравлического сопротивления &Р = Робщ- Р в прямой трубе ^к.побычно не указывается. Но значение этого коэффициента все же есть и равно В этом случае больше будет выражен коэффициент сопротивления трения f Tp. Этот коэффициент используют при подсчете общего гидравлического сопротивления, а также в трубах с выраженной шероховатостью стенок и значительных длин трубопроводов. Чтобы получить теоретическое значение нужно воспользоваться формулой нахождения коэффициента трения Л. Но для того, чтобы выбрать правильную формулу, нужно определить режим течения жидкости, путем нахождения критерия Рейнольдса по формуле 1.8. Скорость нужно взять меньшую из тех которые нашли. Исходя из того, какой режим течения жидкости будет, выбираете формулу, по которой высчитывают коэффициент трения Л для ламинарного режима - формула 1.6 , а для турбулентного - формула 1.7. После этого определяете коэффициент сопротивления трения f Tp по формуле т р = Л — (1.П) где L - длина патрубка постоянного сечениям- диаметр патрубка = 0,013 м. Нужно отметить, что этот коэффициент сопротивления трения в коротком патрубке постоянного сечения можно отнести ко всему трубопроводу в целом, т.к. на лабораторной установке длина труб, кроме короткого патрубка постоянного сечения, мала, а трубы гладкие и поэтому трение, как таковое в них не наблюдается. Также этот теоретический коэффициент сопротивления трения подходит для короткого патрубка всех этапов, независимо от их скорости и числа Рейнольдса. 2) Внезапное расширение трубопровода: Свн.р / D\ 2 ( d ) - где D - диаметр большей трубы, м d - диаметр меньше трубы, м) Внезапное сужение трубопровода: Скорости потока можно взять из любого этапа, т.к. значение отношения скоростей — в них одинаковы. ?вн.с = 0 , 5 - ( 1 - — ) ( где ^ 2 - скорость потока в участке расширениям с - скорость потока в участке сужениям с) Двойной поворот на 90 градусов со встроенным счетчиком : Т.к. в двойном повороте трубы присутствует счетчик, то его значение коэффициента сопротивления также берем в расчета равен он (2 • (4 sm 2 • у ) ) где sin - тригонометрическая функция а 0 - угол поворота трубы, измеряется в градусах) Поворот 45 градусов: Для этого нужно воспользоваться специальной формулой, предложенной И.Е. Идельчиком и таблицей к ней 4 5 = А - где А - значения в зависимости от угла поворота трубы, находится по специальной таблице - радиус равен половине диаметра трубы 13 мм, d = 0013 = 0,0065 м 16 Таблица 1.2 - Значения А в зависимости от угла поворота трубы. а0 А 0 0 20 0,31 30 0,45 45 0,60 60 0,78 75 0,90 90 1,00 110 1,13 130 1,20 150 1,28 180 1,40 6) Диафрагма: Теоретический коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется по приведённой ниже формуле. Так как отношения скоростей ы во всех этапах расчета равны, можно взять скорости w2 - скорость потока после диафрагмы (те. скорость в трубы диаметром 13 мм) и ^ - скорость потока в диафрагме (или скорость в трубе 5 мм, из любого этапа. Значение f д при этом будет для всех этапов расчета одинаковым Результаты эксперимента и расчета внести таблицу Таблица 1.3 - Результаты эксперимента и расчета № Потери давления, мм.вод.ст Q л/с м/с Местные гидравлические сопротивления Ск.п Свн.р Свн.с ^180 ^45 д P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 Э Т Э Т Э Т Э Т Э Т Э Т 1 2 3 Критерии оценки Оценка отлично выставляется, если- лабораторная работа выполнена с соблюдением правил техники безопасности- отчет оформлен вовремя занятия и содержит подробное описание всех этапов лабораторной работы - произведены замеры изменения давления при минимальном и максимальном расходе жидкости на лабораторном стенде в соответствии с методическими указаниями- рассчитано гидравлическое сопротивление без ошибок- по итогам расчета составлен вывод- ответы на контрольные вопросы демонстрируют понимание сущности вопроса, знание представленной темы и умение аргументировано отвечать. Оценка хорошо если- лабораторная работа выполнена с соблюдением правил техники безопасности- отчет оформлен вовремя занятия и содержит подробное описание всех этапов лабораторной работы- произведены замеры изменения давления при минимальном и максимальном расходе жидкости на лабораторном стенде в соответствии с методическими указаниями- рассчитано гидравлическое сопротивление, но имеются единичные ошибки в расчетах- по итогам расчета составлен вывод- ответы на контрольные вопросы демонстрируют понимание сущности вопроса, знание представленной темы и умение отвечать. При неправильном ответе студент сам исправляет свои ошибки. Оценка удовлетворительно выставляется, если- лабораторная работа выполнена с небольшими нарушениями правил техники безопасности- отчет оформлен вовремя занятия, нов нем отсутствует описание некоторых этапов лабораторной работы- произведены замеры изменения давления при минимальном и максимальном расходе жидкости на лабораторном стенде в соответствии с методическими указаниями- рассчитано гидравлическое сопротивление, но имеются грубые ошибки в расчетах. По итогам расчета составлен вывод с недочетами- ответы на контрольные вопросы неполные и требуют уточнения. Оценка неудовлетворительно выставляется, если- лабораторная работа выполнена с серьезными нарушениями техники безопасности- отчет не оформлен вовремя занятия или содержит грубые ошибки в оформлении и выводе- произведены замеры изменения давления на лабораторном стенде не в соответствии с методическими указаниями- не рассчитано гидравлическое сопротивление- ответы на контрольные вопросы нечеткие, неправильные. Контрольные вопросы 1. На преодоление каких потерь затрачивается энергия при движении жидкостей по трубопроводам. По каким причинам возникают гидравлические сопротивления. Для чего проводят расчет трубопровода (трубопроводных систем. Что такое местные сопротивления. Какие факторы способствуют появлению потерь напора. Почему задвижка, кран и вентиль оказывают различные сопротивлению потока. Какие факторы влияют на величину значения коэффициента местного гидравлического сопротивления. Как шероховатость стенки трубы влияет на потери энергии потока. Что такое средняя скорость потока Лабораторная работа Тема Испытание центробежных насосов Цель лабораторной работы практическое ознакомление с насосной установкой, определение по экспериментальным данным зависимостей характеристик насоса при последовательном и параллельном движении жидкости Оборудование, приборы и материалы. Лабораторный стенд ЛСИЦН-4. Инструкция по выполнению лабораторной работы. Ознакомиться с целью работы. Повторить ранее изученный теоретический материал. Ознакомится с заданием и изучить принцип работы лабораторной установки. Ответить на контрольные вопросы (устно) и получить допуск к работе у преподавателя. Произвести замеры на лабораторном стенде в соответствии с методическими указаниями (Снять показания расхода жидкости и возникающего давления при последовательном и параллельном соединении. Определить подачу, напор, мощность насосов при последовательном и параллельном движении жидкости. По полученным результатам построить график зависимости. Оформить отчет. Защитить лабораторную работу. 1.Теоретическая часть Насос - это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. Центробежный насос состоит из рабочего колеса 1, снабженного лопастями и установленного навалу в спиральном корпусе. Жидкость в рабочее колесо поступает в осевом направлении. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, жидкость прижимается к стенке корпуса 2 и выталкивается в нагнетательное отверстие по касательной к рабочему колесу. При этом на входе в насос давление падает, ив рабочее колесо устремляется жидкость, находящаяся под более высоким давлением, например под атмосферным давлением при выкачивании жидкости из открытого резервуара Рисунок 2.1 - Устройство центробежного насоса — рабочее колесо 2 — корпус, 3 — всасывающий трубопровод 4 — обратный клапан, 5 — подводящий канал (входная часть корпуса от приемного патрубка насоса до рабочего колеса 6, 7 — напорный патрубок, 8 — воронка, 9 — отводящий канал (часть корпуса, по которому жидкость, выброшенная из рабочего колеса, отводится к напорному патрубку Корпус насоса предназначен для подвода жидкости к рабочему колесу и отвода ее в напорный трубопровод. На корпусе монтируются подшипники, сальники и другие детали насоса. Корпус насоса может быть с торцевым или осевым разъемом. Конструктивно насосы изготавливают с осевым, боковыми двухсторонним входом. Корпус насоса имеет расширяющийся канал для отвода жидкости от рабочего колеса. В этом канале осуществляется преобразование кинетической энергии в потенциальную. В зависимости от конфигурации каналы бывают спиральные, полуспиральные, двухзавитковые и кольцевые. Рабочее колесо служит для передачи жидкости энергии отвращающегося вала насоса. Рабочие колеса бывают с односторонними двухсторонним входом жидкости, открытые и закрытые. Материал рабочего колеса зависит от коррозионных свойств перекачиваемой жидкости. Количество лопастей обычно от шести до восьми, но для насосов, предназначенных для перекачки загрязненных жидкостей, число их уменьшают до двух или четырех. Этим увеличивают сечение каналов для прохода взвешенных частиц. Вал насоса служит для передачи вращения от двигателя к рабочему колесу. Колеса закрепляют навалу при помощи шпонок и установочных гаек. Вал обычно изготавливается из стали Подшипники служат опорами для вала. Применяются шариковые подшипники и подшипники скольжения. По расположению подшипниковых опор различают насосы с выносными и внутренними опорами. Сальники служат для уплотнения отверстий в корпусе насоса, через которые проходит вал. Сальник, расположенный со стороны напорного патрубка, предотвращает утечку воды из насоса, а сальник со стороны всасывающего патрубка - попадание воздуха в насос. Сальники изготавливаются из мягкого волокнистого материала (хлопок, пенька, асбест, пропитанного специальной гидрофобной смазкой. Основными характеристиками насоса являются подача, напор, КПД, потребляемая мощность. Подача или производительность - это количество жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой Q и измеряется в м3/час (кубических метрах в час) или л/сек, (литрах в секунду). Напор - это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой Ни измеряется в метрах водного столба (м). Рабочая характеристика - это кривая выражающая зависимость между расходом и напором насосав пределах которой рекомендуется его эксплуатировать. КПД любого механизма представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой мощности и обозначается это отношение буквой П. Для центробежного насоса общий КПД определяется значением КПД двигателя (электрического или механического) и КПД насоса. Произведение этих двух значений представляет собой общий КПД п. КПД насосов различного назначения может колебать в очень широких пределах. Так для насосов с мокрым ротором КПД изменяется от 5% до 54%, а для высокоэффективных насосов с сухим ротором он изменяется в пределах от 30% до Для увеличения подачи применяют параллельную совместную работу двух или более насосов на один водовод. Для определения производительности параллельно работающих на один водовод насосов строится их совместная Q-H характеристика. Ее построение можно осуществить графоаналитическим методом, путем суммирования подач насосов при одинаковом давлении. Совместная подача нескольких параллельно работающих насосов меньше их суммарной подачи при отдельной работе, что объясняется увеличением сопротивления водовода при параллельной работе насосов. Для увеличения напора применяют последовательную работу двух или трех одинаковых насосов на один водовод. Для построения графоаналитическим методом Q-H характеристики последовательно работающих насосов суммируется напор при одинаковых подачах. Рабочими характеристиками центробежного насоса называется графическая зависимость напора, мощности и коэффициента полезного действия (КПД) этого насоса от его подачи при постоянной частоте вращения Для получения рабочих характеристик изменяют при постоянной частоте вращения рабочего колеса напор, подачу и потребляемую мощность. Изменение режима работы насоса производится путем дросселирования изменения степени открытия задвижки на напорном трубопроводе. При этом охватывается полное значение подачи от нуля (задвижка закрыта) до максимального значения (задвижка полностью открыта). Основные технические данные стенда ЛСИЦН-4 - габаритные размеры (ДхШхВ), мм- масса, кг. 20 - напряжение питания, В/Гц.................................220/50 Технические данные насосов UPC 25-60: - максимальное давление в системе 10 бар- допустимая температура рабочей жидкости С- допустимая температура окружающей среды С- напряжение питания -В Гц- класс электробезопасности IP 44, класс изоляции F. - ручная ступенчатая регулировка мощности. Модель Максимальн ый напор, м Максимальная подача, л/ч Резьбовое соединение Характеристи ки ой ступени Вт/мин-1 Характерист ики ой ступени Вт/мин-1 Характерист ики ой ступени Вт/мин-1 UPC 25-60 6 3500 R1 1/2 46/1080 68/1396 Устройство и принцип работы лабораторного стенда ЛСИЦН-4 Включение стенда осуществляется кнопкой с фиксацией Сеть. При этом зажигается подсветка кнопки и включается блок питания =24 В, который подает напряжение на аналоговые датчики три датчика давления (p1, р, р) и расходомер (р, на дисплеях которых появятся текущие значения давления (бар) и расхода (л/мин). Все датчики, помимо цифровой индикации текущих значений измеряемых величин, имеют стандартизованные выходные сигналы 1 -5 В, которые могут фиксироваться платой сбора данных USB 6008. Включение насосов Ни Н осуществляется соответственно кнопками Пуск. Потребляемая насосом Н мощность и текущая температура воды регистрируется платой сбора данных. Измеритель мощности имеет дисплей с цифровой индикацией Рисунок 2.2 - Принципиальная схема стенда ЛСИЦН-4 Конструктивно стенд ЛСИЦН-4 представляет собой настольную пространственную рамную конструкцию 3, на которой смонтированы блок управления 1, бак для воды 2, монтажная панель 4 закрепленными за ней насосами, системой трубопровод запорной арматурой, датчиками давления и расходомером. В качестве опции имеется цифровой термометр Рисунок 2.3 - Органы управления электрического управления Органы управления стендом подразделяются на две группы органы электрического (рис. 2.3) и гидравлического управления (рис. К органам электрического управления относятся включатель Сеть 1 и две пусковые кнопки Насос 1» 4 и Насос 2» 5 для включения насосов. Выключателем Сеть 1 осуществляется общее подключение стенда к однофазной сети. Пусковые кнопки Насос 1» и Насос 2» предназначены для включения соответствующих насосов. К органам гидравлического управления относятся мембранные краны 7 и 10, предназначенные для снятия характеристик насоса На также шаровые краны 2 и 5, переключением которых осуществляется последовательная или параллельная работа двух насосов Ни Н (рис. 2.4). 24 Рисунок 2.5 - Органы управления гидравлического управления Каждый из насосов Ни Н имеет три ступени мощности, выбор между которыми осуществляется поворотом рукоятки 1, расположенной на электрической коробке насоса (рис. 2.6). 25 Рисунок 2.6 - Электрическая коробка насоса Выбранная ступень соответствует римской цифре (I, II, III) 2, на которую указывает рукоятка Для измерения напора и подачи насосов в систему трубопроводов стенда встроены цифровые датчики давления 3, 6, 8 и расходомер Цифровые датчики давления (рис. 2.7) имеют встроенный дисплей, на котором отображается текущее значение измеряемого давления в кПа. Диапазон измерения датчиков от -100 кПа до 100 кПа. 1 2 / 3 Рис. Рисунок 2.7 - Цифровой датчик давления Для обнуления показаний датчиков давления необходимо одновременно нажать на кнопки 2 и 3 и удерживать их в таком состоянии не менее 5 сек. Показания расходомера в цифровом виде отображаются на выносном дисплее 2 с размерностью л/мин (рис. 2.8). Диапазон фиксируемых расходов 10-100 л/мин. Потребляемая насосом 1 мощность контролируется цифровым ваттметром 1, а температура воды — встроенным в бак датчиком температуры (не показан. Все приборы имеют стандартизованный потенциальный выход 1 -5 В, что позволяет записывать их показания через плату сбора данных на персональный компьютер. Связь стенда с ПК осуществляется через USB разъем 3 (рис. 2.8). 26 Рисунок 2.8 - Выносной дисплей Ваттметр и датчик температуры работают только в случае подключения стенда к персональному компьютеру через USB разъем. Для измерения температуры воды в баке может быть использован (как опция) цифровой термометр 4, включение/выключение которого осуществляется нажатием кнопки 5. 2. Практическая часть Задание Определить общие напорные характеристики двух параллельно и последовательно работающих насосов по результатам отдельных и совместных испытаний. Выявить связь между этими характеристиками. Испытания центробежных насосов для получения их напорных характеристик при параллельной и последовательной работе проводится при значениях подачи (1,2,3 скорости. Снятие характеристик начинается с нулевой подачи (задвижка закрыта). При проведении испытаний изменяют и записывают подачу, давление на входе, давление на выходе. При параллельной работе насосов для определения давления на входе можно использовать вакуумметр (мановакуумметр), установленный или на всасывающей линии первого насоса, или на всасывающей линии второго насоса. При последовательной работе насосов используются показания прибора, установленного на всасывающей линии первого насоса. Для определения давления на выходе при параллельной и последовательной работе используется манометр, установленный на общем напорном трубопроводе. |