Калинина В.С., Наумченко И.С.,Смирных А.А. Лабораторный практикум по гидравлике и гидравлическим машинам

Подождите немного. Документ загружается.

Объемную подачу и напор замеряют с помощью

скоростной пневмометрической трубк Пито-Прандтля

(рис.2.11), мощность – электросчетчиком (см. раздел 1,

измерение скорости в потоках).

Методика проведения работы

Рис.2.10. Схема опытной установки: 1 – центробежный

вентилятор; 2 – электродвигатель; 3 – нагнетательный

трубопровод; 4 – трубка полного напора в нагнетательном

трубопроводе; 5 – диафрагма; 6 – щит управления; 7 – пусковая

кнопка; 8 – дифманометр полного напора; 9 – счетчик

электроэнергии; 10 – дифманометр скоростного напора; 11 –

всасывающий трубопровод; 12 – решетка, спрямляющая поток

воздуха; 13 – трубка статического напора во всасывающем

трубопроводе; 14 – трубка полного напора во всасывающем

трубопроводе

6 8 9

1 0

1 3

1 2

1 1

1 4

Рис.2.11. Схема скоростной (пневмометрической) трубки

A - A

( 1 0

1 2 ) d

0 . 3 d

3 d

Включить вентилятор, нажав пусковую кнопку 7. На

выходе из нагнетательного трубопровода или на входе во

всасывающий трубопровод установить последовательно

диафрагмы (рис.2.10), которые, дросселируя поток

воздуха, изменяют режим работы установки. Можно

дросселировать вход.

Для каждого режима работы установки необходимо

записать показания U-образных дифманометров,

фиксирующих полный Н и скоростной h напоры

вентилятора.

С помощью секундомера определить частоту

вращения диска электросчетчика , с

-1

Все измерения надо выполнять «на ходу», не

выключая вентилятор при замене диафрагм. Все замеры

необходимо провести не менее чем для семи режимов

работы вентилятора (шесть диафрагм и без диафрагмы).

Результаты измерений занести в табл.2.10.

Таблица 2.10

Номер

диафрагмы

(опыта)

Н, м h, м

n, оборотов

диска эл.

счетчика



, с

ν 

, с

-1

Обработка результатов эксперимента

1. Объемную подачу вентилятора Q, м

/с,

рассчитывают по формуле

SQ 



, (2.42)

где



- средняя скорость движения воздуха в

трубопроводе,@м/с,

2g0,9





. (2.43)

Здесь



= 1000 кг/м

– плотность воды, заполняющей

дифманометры;



= 1,29 кг/м

– плотность воздуха при

нормальных условиях; h – скоростной напор, м; g –

ускорение свободного падения, м/с

; S – площадь сечения

воздуходува, м

(диаметр воздуходува равен 0,15 м).

2. Мощность, затрачиваемую вентилятором, т.е.

мощность электродвигателя, вычисляют по формуле

450

3600

ηN

элl



, (2.44)

где  - частота вращения диска счетчика, с

-1

;



эл

– КПД

электродвигателя,



эл

= 0,95 (450 – число оборотов

счетчика соответствует 1 кВт



ч).

3. Полезную мощность, т.е. мощность, сообщенную

потоку воздуха, определяют из уравнения

1000

HρgQ





, (2.45)

где Q – объемная подача вентилятора, м

/с; Н – полный

напор,@м;



- плотность воды, кг/м

Необходимо помнить, что

ρgHgHρΔр



4. Коэффициент полезного действия



, %,

вентилятора находят по формуле

100N





. (2.46)

Результаты расчетов заносят в табл.2.11.

Таблица 2.11

Номер

опыта

Н, м N, кВт Q, м



, %

По экспериментальным данным построить

характеристики центробежного вентилятора. По оси

абсцисс откладывают объемную подачу, по оси ординат –

напор, полезную мощность и КПД. Графики строятся на

миллиметровой бумаге с обязательным нанесением

расчетных точек.

Контрольные вопросы

1. Основное уравнение центробежных машин

(уравнение Эйлера).

2. Устройство центробежного вентилятора. Роль

«улитки», конфузора, диффузора.

3. Рабочие характеристики вентиляторов. Рабочая

точка.

4. Мощность двигателя и КПД вентиляторной

установки.

5. Зависимость режима работы вентилятора от числа

оборотов.

С п и с о к о с н о в н ы х и с т о ч н и к о в : [1, с.158-162,

175-194; 3, с.178-185; 4, с.184-194; 5, с.131-

178].

Лабораторная работа № 7

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА НАСОСОВ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ПАРАМЕТРОВ

Ц е л ь р а б о т ы – определение основных параметров

насосов по геометрическим размерам и заданному числу

оборотов рабочего элемента.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь . Насосы делятся на

лопастные (или динамические) и объемные (или

статические). В первых жидкость разгоняется до больших

скоростей, а затем скоростной напор специальными

устройствами переводится в напор давления. В объемных

насосах перемещение жидкости осуществляется

специальными вытеснителями или переносится малыми

объемами в геометрических ячейках. Таким образом,

лопастные насосы перекачивают большое количество

жидкости при небольшом напоре, о объемные – наоборот.

Л о п а с т н ы е н а с о с ы

При движении лопасти в жидкости возникает

подъемная сила, для преодоления которой необходимо

приложить механическую энергию. Основным элементом

лопастного насоса является рабочее колесо с изогнутыми

или радиальными лопастями. Рабочее колесо получает

вращение от электродвигателя, лопасти колеса сообщают

жидкости энергию, заставляя перемещаться ее от центра к

периферии (в центробежном и вихревом насосах) или

вдоль оси вращения ротора (в полуосевом и осевом

насосах). Сходящая с рабочего колеса жидкость попадает в

направляющий аппарат, который в центробежном насосе

представляет собой спиральную плавно расширяющуюся

камеру или неподвижную лопастную систему.

Направляющий аппарат служит для преобразования

скоростного напора в пьезометрический. У осевого насоса

направляющий аппарат – это лопастная система,

устраняющая закрутку потока жидкости, возникающую

при воздействии на него рабочего колеса.

Лопастные насосы делятся на центробежные,

вихревые, полуосевые (диагональные), осевые и

центробежно-вихревые.

Ц е н т р о б е ж н ы е н а с о с ы

Теоретическую подачу центробежного насоса Q

, м

c, определяют по формуле

2r22т

cbπDQ 

;

222r

tgβUc 

,(2.47)

где D

– диаметр рабочего колеса, м; b

– ширина лопасти

на выходе из рабочего колеса, м; с

– радиальная

составляющая абсолютной скорости, м/с;



- угол наклона

лопасти на выходе, град; U

– окружная скорость на входе,

м/с.

Напор центробежного насоса можно вычислить по

приближенной формуле

ψH



, (2.48)

где



- коэффициент напора, равный для одноступенчатого

насоса 0,9  1,1, зависит от рода направляющего

аппарата; U

– окружная скорость на выходе из рабочего

колеса, м/с.

nπD



, (2.49)

где D

– наружный диаметр рабочего колеса, м, n – частота

вращения колеса в минуту.

В и х р е в ы е н а с о с ы

Напор вихревого насоса Н, м, рассчитывают по

формуле

ψH





, (2.50)

где



 - коэффициент напоров закрытого типа, равный 3,5

 4,5; U

– окружная скорость рабочего колеса,

м/с;

nπDU



, (2.51)

где D

– диаметр колеса, м; n – частота вращения его в

секунду.

О б ъ е м н ы е н а с о с ы

В объемных гидравлических машинах передача

механической энергии осуществляется изменением

объемов их рабочих камер.

Вытеснение (нагнетание) жидкости в объемных

насосах происходит в результате уменьшения, а

всасывание – увеличения объема рабочих камер. Напор

насоса не зависит от производительности.

П о р ш н е в ы е н а с о с ы

Теоретическую подачу поршневого насоса Q, м

/с,

простого действия определяют по формуле

nSF





, (2.52)

а насоса двойного действия

 

Sf2FQ



, (2.53)

где

πD



– площадь сечения поршня, м

; D – его

диаметр,@м; S – расстояние между правой и левой

мертвыми точками (ход поршня), м; n – частота вращения

кривошипа в минуту (число двойных ходов); f – площадь

поперечного сечения штока поршня, м

Р о т о р н ы е н а с о с ы

Роторные насосы являются объемными насосами,

действующими по принципу вытеснения, они преобразуют

механическую энергию, подведенную к их приводному

валу, а энергию перемещаемой жидкости при помощи

специальных вытеснителей, совершающих вращательное

движение. Роторные насосы выделяются в специальную

группу, так как в отличие от поршневых, плунжерных,

диафрагмовых и др. не имеют кривошипно-шатунного

механизма. Их главный рабочий орган ротор, в котором

движутся вытеснители, получает вращение от вала

электродвигателя. Они обратимы, т.е. работают и как

насосы и как гидродвигатели.

Ш е с т е р е н н ы е н а с о с ы

Шестеренные машины бывают с двумя или

несколькими роторами, одно- и многоступенчатыми, с

внешним и, реже, внутренним зацеплением.

Теоретическую подачу шестеренного насоса

рассчитывают по формуле

кb

2πQ



или

кbm2ππQ



, (2.54)

где D

– начальный диаметр шестерен, м; z – число зубьев;

b – ширина шестерни, м; n – частота вращения ведущего

вала в минуту, мин

-1

; m – модуль зацепления; к –

коэффициент, учитывающий разницу между объемом

впадин и расчетным кольцевым объемом, принимаем к

равным 1,10.

Начальный диаметр определяют как

среднеарифметическое между диаметром зубьев и впадин.

Для получения малогабаритных насосов необходимо

делать шестерни с большим модулем и малым числом

зубьев, однако при этом увеличивается пульсация подачи.

Р о т о р н о - п л а с т и н ч а т ы е ( ш и б е р н ы е ) н а с о с ы

Эти машины известны под названием «лопастные»,

что не соответствует принципу их действия. Роторно-

пластинчатые машины бывают одно- и многократного

действия, одно- и многоступенчатые, одинарные и

сдвоенные, регулируемые и не регулируемые. Они, как

правило, обратимы.

Теоретическую подачу пластинчатого насоса

простого (однократного действия) определяют по формуле

 

 

δzeDπ2ebQ



, (2.55)

где е – эксцентриситет расстояния между осью ротора и

статора или половина зазора между ними, м; b – ширина

ротора, м; D – диаметр статора, м;



- толщина пластины

шибера, м; z – число пластин; n – частота вращения

ротора, мин

-1

Для насоса двойного действия при расчете его

объемной подачи применяют выражение

 

zδ

cosα

RRπ2bQ

мб

бт































, (2.56)

где b – ширина ротора, м; R

и R

– соответственно

большой и малый радиусы внутренней расточки статора,

м;



- толщина лопасти, м; z – число лопастей, n – частота

вращения ротора,@мин

-1

;



- угол наклона паза к радиусу

ротора, град.

Действительная подача любого насоса меньше

теоретической

т0

QηQ 

, (2.57)

где



– объемный КПД (



= 0,90  0,95).

В о д о к о л ь ц е в ы е н а с о с ы

Центробежные насосы перед пуском заливаются

перекачиваемой жидкостью. Для откачивания воздуха из

системы (насоса и всасывающего трубопровода)

применяются вакуумные насосы с жидкостным кольцом.

Серповидные окна обеспечивают изменение объема

рабочих камер и создание нагнетания. Подобный принцип

действия положен в основу работы роторно-пластинчатых

насосов и компрессоров.

Объемную подачу кольцевого вакуум-насоса типа

КВН определяют по формуле

 

bδalz

πQ 































































, (2.58)

где D

и D

– внешний и внутренний диаметры крыльчатки,

м; а – минимальное погружение лопасти в водяное кольцо,

м; z – число лопастей; l – радиальная длина лопасти, м;





;



– толщина лопасти, м; b – ширина

лопасти, м; n – частота вращения ротора, мин

-1

;



–

объемный КПД насоса (



= 0,96).

Методика проведения работы

Насосы, указанные преподавателем, разбирают и

изучают их конструкцию. Для каждого насоса делают

эскизы не менее чем в трех проекциях. Виды и разрезы

необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы

максимально наглядно показать их конструкцию и