ГІДРАВЛІКА, ГІДРО- ТА ПНЕВМОПРИВОД 7 страница

 

4.3.5 Зміст звіту

Короткі теоретичні відомості. Схема лабораторної установки і її опис. Таблиця вимірів. Таблиця розрахунків. Висновок.

 

4.3.6 Контрольні питання

1. Що називають місцевим опором? Приведіть приклади місцевих опорів.

2. Від яких параметрів залежать втрати напору в місцевих опорах?

3. Як визначити коефіцієнт місцевого опору експериментально?

4. Втрати напору при раптовому розширенні потоку.

5. Як розраховують втрати напору при раптовому звуженні потоку?

6. Втрати напору при повороті потоку.

Таблиця 4.8 - Результати розрахунків

Номер досліду	Вид місцевого опору	Об'ємна витрата води Q, м3/с	Швидкість води в перетині vi, м/с	Швидкісний напір	Втрати напору D hм, м	Значення коефіцієнта місцевого опору z
до опору	після опору	до опору	після опору	експериментальне	розрахункове
	Раптове розширення
Раптове звуження
Вентиль		-			-
Плавний поворот на 900		-
	Раптове розширення
Раптове звуження
Вентиль		-			-
Плавний поворот на 900		-

 

 

4.4 Випробування відцентрових насосів з однаковими характеристиками при паралельній роботі

 

Мета роботи: Побудувати дослідним шляхом сумарну характеристику двох паралельно працюючих насосів на загальний водовід, визначити режимну крапку і її параметри.

 

4.4.1 Загальні теоретичні відомості

Для забезпечення оперативного керування подачею води в мережу в водопровідно-каналізаційному господарстві широко застосовується спільна паралельна робота декількох насосів на загальну мережу. Подача й напір насосів у цьому випадку визначаються по сумарній характеристиці Q-Н як параметри точки перетинання цієї характеристики з характеристикою водоводів.

Сумарна характеристика однакових паралельно працюючих насосів будується по відомій характеристиці одного насоса відповідно до викладеної методики або знімається дослідним шляхом.

Для зняття сумарної характеристики дослідним шляхом необхідно ступенями змінювати подачу води й на кожній ступені знімати наступні параметри: подачу води насосами Q_i, напір по манометру М_i і вакуум по вакуумметру B_i

Після проведення дослідів та виконання необхідних розрахунків будується характеристика О- Н спільної роботи насосів.

Для побудови характеристики напірного водовода вимірюють його довжину l, діаметр d і геометричну висоту підйому H_г. Розрахунок втрат напору у водоводі з урахуванням особистостей лабораторної установки необхідно визначати по формулі, м вод.ст.:

 

h= 3+2_i0 l, (4.16)

де i ₀ - питомі втрати напору.

Характеристика трубопроводу наноситься на графік з характеристикою Q-H спільної паралельної роботи насосів. Точка перетинання двох характеристик дає робочу точку, значення ординати якої визначає розвиваючийся напір, а значення абсциси - подавану витрату води (рис.4.4).

Рисунок 4.4 - Характеристики двох відцентрових насосів з однаковими характеристиками при їхній паралельній роботі

 

Сумарна подача насосів, що працюють спільно на загальну мережу, менше, ніж сумарна подача цих же насосів при їхній роздільній роботі. Ступінь зменшення подачі залежить від крутості характеристики Q-H насосів і від крутості характеристики трубопроводу. Коефіцієнт паралельності двох однакових насосів визначається по формулі:

K=2Q₁/Q₁₊₂ (4.17)

де Q₁ - подача одного насоса при роздільній роботі; Q₁₊₂ - подача насосів при спільній роботі.

Для визначення споживаної потужності та ККД кожного насоса в робочій точці при роботі в групі на графік з характеристиками необхідно нанести характеристики Q- H і Q-η. Значення Q_і й η_і в робочій точці визначаються відповідно до викладеної методики.

 

4.4.2 Опис лабораторної установки

Схема лабораторної установки, на якій виконуються необхідні виміри, зображена на рис.4.5. Ця установка складається з: відцентрових насосів 1, включених паралельно на загальний водовід 6 з регулюючою засувкою 5, електродвигунів 2. На кінці напірного водовода 6 є перемикач 7, що дозволяє подавати воду в мірний бак 8 з водомірним склом 9 або безпосередньо в збірний бак 10.

 

Рисунок 4.5 - Схема дослідної установки при паралельній роботі двох насосів на один водовід

Кожний з відцентрових насосів забирає воду зі збірного бака 10 через лійки з прийомними клапанами й сітками 11. Кожний з насосів має свою всмоктувальну лінію 14, з вентилями 13 і напірну лінію 4 з вентилями 3.

Для виміру тиску в напірних трубопроводах від кожного насоса на них установлені манометри М, а на всмоктувальних лініях - вакуумметри В. Заливання насосів здійснюється через патрубок 12.

 

4.4.3 Порядок проведення роботи

Робота повинна виконуватися в такій послідовності:

- усвідомити призначення всіх елементів системи й виконати необхідні перемикання для забезпечення роботи установки за схемою, зображеною на рис.4.5;

- послідовно запустити обидва насосних агрегата;

- дочекатися стабільних показань приладів і при необхідності вентилями 3 вирівняти напори насосів;

- змінюючи за допомогою засувки 5 сумарну подачу насосів за викладеною методикою, зробити виміри, необхідні для заповнення табл. 4.9. Виміряти дані для побудови залежності Q-η і Q-N.

- по закінченні дослідів виміряти довжину l напірного водовода, його діаметр d та геометричну висоту підйому Н_г.

4.4.4 Обробка результатів вимірів

Обробка результатів вимірів для повного заповнення табл. 4.9 і табл. 4.10 виконується за відомою методикою.

За даними заповненої таблиці, на міліметрівці будується графік залежності H=f(Q). Потім необхідно побудувати характеристику водовода. Розрахунок цієї характеристики зручно вести в табличній формі (табл. 4.10).

У графу 1 табл.4.10 записують 5-6 значень витрат, якими задаються в області зміни подачі насосної установки (від мінімальної до максимальної). У графі 2-й 3 записують обмірювані значення діаметра водовода і його довжини. Виходячи з витрати й діаметра визначають питомі втрати напору й записують у графу 4. Втрати напору розраховують по формулі (4.16) і записують у графу 5. Після цього характеристику водовода наносять на графік Н=f(Q) і визначають параметри робочої точки. Коефіцієнт паралельності насосів розраховують по формулі (4.17). Значення потужності N_i на валу насоса та ККД η_i одного насоса при роботі в групі визначають відповідно до наведених вказівок.

 

Таблиця 4.9 - Визначення напору й подачі насоса при випробуванні

 

 

 

 

 

Номер досліду	Подача	Напір
Об'єм води в мірному баці, Wi,л	Час наповнення бака ti,c	Витрата Qi л/с	Показання манометра	Показання вакуумметра	Швидкісний напір	Поправка на розташування приладів Z, м	Н, м
M, кгс/см2	M, м вод. ст.
В, кгс/см2	В, м вод. ст.	(VH2- VB2) \2g, м\с

 

Таблиця 4.10 - Розрахунок характеристики водовода

 

Витрата Q, л/с	Діаметр водовода, d,мм	Довжина водовода l, м	Питомі втрати напору i0	Втрати напору у водоводі h, м

4.4.5 Зміст звіту

У звіт про роботу повинні входити: схема установки; розрахункові формули, використані при обробці дослідів; заповнені табл.4.9 і 4.10; рисунок з нанесеними необхідними характеристиками; висновок, що містить параметри робочої точки при роботі насосів на загальний водовід і основні показники одного насоса.

4.4.6 Контрольні питання

1. В яких випадках використовують паралельну роботу насосів?

2. Як визначаються втрати напору?

3. Що таке коефіцієнт паралельності?

4. Особливості роботи насосів при паралельній роботі.

5. Як визначити споживану потужність та ККД насосу?

6. З чого складається лабораторна установка?

 

 

4.5 Випробування відцентрових насосів з однаковими характеристиками при послідовній роботі

 

Мета роботи: побудувати характеристику Q-Н двох однакових насосів, що працюють послідовно, і визначити параметри їх робочої точки.

 

4.5.1 Загальні теоретичні відомості

Послідовною називається робота насосів, при якій один насос (перша ступінь) подає перекачувану рідину у всмоктуючий патрубок (інколи у всмоктуючий трубопровід) іншого насоса (друга ступінь), а останній подає її в напірний водовід.

Послідовну роботу насосів застосовують в тих випадках, коли рідина подається на дуже великі відстані або на велику висоту. Її також застосовують тоді, коли необхідно при постійній (чи майже постійній) витраті збільшити напір, який не може бути створений одним насосом.

Два послідовно сполучених насоса приводять в дію таким чином. При закритих засувках 1 і 2 (рис.4.6) включають насос 1. Після того, як насос І розвине напір, рівний напорові при закритій засувці, відкривають засувку 1 і запускають насос II. Коли насос II розвине напір, рівний напорові 2Н₀, відкривають засувку 2.

 

 

Рисунок 4.6 - Схема послідовного з'єднання насосів

 

 

На рис.4.7 показані характеристики двох однакових відцентрових насосів Q-Н_1,2, характеристика трубопроводу Q-Н_тр з геометричною висотою підйому Н_г, втрати напору h_тр в трубопроводі при подачі витрати Q, напір Н₀, що створюється одним насосом при закритій засувці.

При послідовній роботі слід звертати особливу увагу на вибір насосів, оскільки не всі вони можуть бути використані для послідовної роботи за умовами міцності корпусу.

Для побудови сумарної характеристики Q-Н₍₁₊₂₎ послідовної роботи двох однотипних насосів необхідно скласти ординати характеристики Q-Н_1,2 при однакових подачах.

Режим роботи одного насоса визначається точкою А. Подача насоса рівна Q₁, напір H₁, споживана при цьому потужність N₁. Режим послідовної роботи двох насосів визначається точкою А, яка є перетинанням сумарної характеристики насосов і характеристики водоводов Q-h_тp.

 

 

 

Рисунок 4.7 - Сумарна характеристика двох послідовно працюючих відцентрових насосів

 

Для побудови характеристики Q-Н_тр користуються методикою, описаною в попередній роботі.

Подача насосів, що працюють послідовно, рівна Q₁₊₂. Вона дещо більше, ніж Q_1. Напір, що розвивається, рівний H₂, споживаної при цьому потужності N_{2(1+2) .}

При збереженні тієї ж подачі Q₁, яку забезпечує один насос, що працює на водовод, напір двох послідовно працюючих насосів зростає до величини H₍₁₊₂₎.

4.5.2 Опис лабораторної установки

Схема лабораторної установки показана на рис.4.8. Ця установка відрізняється від установки, показаної на рис.4.5 тим, що напірний трубопровід насоса 1 приєднується до всмоктуючого патрубка насоса 2.

 

Рисунок 4.8 - Схема установки при послідовній роботі двох насосів

 

Насос 2 працює послідовно з насосом 1 та подає воду в трубопровід 4 з регулюючою засувкою 3. На кінці напірного трубопроводу 4 є перемикач, що дозволяє подавати воду в мірний бак 5 з водомірним склом 6 або безпосередньо в збірний бак 7.

Насос 1 забирає воду із збірного бака 7 через воронку з приймальним клапаном і сіткою 8. Насос 1 має всмоктуючий трубопровід 9 з вентилем 10 і напірну лінію з вентилем 11, яка є одночасно всмоктуючою для насоса 2. Вентиль 12 при послідовній роботі насосів закритий.

Для виміру тиску на напірних трубопроводах встановлені манометри М, а на всмоктуючих лініях - вакуумметри. Насоси заливаються через патрубок 13 з водопровідної мережі лабораторії.

 

4.5.3 Порядок проведення роботи

Робота повинна виконуватися в такій послідовності:

- з'ясувати призначення всіх елементів системи;

- закрити засувку 12 на всмоктуючому трубопроводі насоса 2;

- запустити насос 1, відкрити вентиль 11;

- пустити насос 2 при закритому вентилі 3. Дочекатися стабільних свідчень приладів;

- виміряти подачу і напір при послідовній роботі двох насосів;

- перший вимір робиться при повністю закритому вентилі 3;

- змінюючи вентилем 3 подачу насосів, зробити виміри, необхідні для заповнення табл.4.11.

4.5.4 Обробка результатів виміру

Обробку результатів виміру для повного заповнення таблиці виконують по відомій методиці.

Робочий напір насосів визначають по формулах:

для насоса 1 (при закритому вентилі 12)

H₁=M₁+B+Z_B+Z_M; (4.18)

для насосів 1 і 2 при послідовній їх роботі

H₁₊₂=M₂+B+Z_B+ Z₀+ Z_M2, (4.19)

де M₁, M₂, B - свідчення манометрів і вакуумметра; Z_B, Z_M1, Z_M2 - поправки на положення відповідно вакуумметра V, манометрів M₁ и M₂; Z₀ - відстань між осями насосів 1 і 2, м.

За даними таблиці на міліметрівці будують графік залежності Н=f(Q) для одного і двох послідовно працюючих насосів.

Після цього необхідно побудувати характеристику водовода. Дані для побудови беруться з табл.4.9. Потім визначають параметри робочої точки.

 

 

Таблиця 4.11 - Визначення напору і подачі насоса при випробуванні

 

Но­мер досліду	Подача	Напір
Об’єм води в мірному баці Wi, л	час наповне­ння баку ti с	Витрата Qi, л/c	Показання манометра	Показання вакуумметра	Швидкісний напір (vH2- vB2)/2g, м/с	Поправка на розташування приладів Z, м	H, м
М2, кгс/см2	М2, м вод.ст.	В1, кгс/см2	В1, м вод.ст.
I

 

 

4.5.5 Зміст звіту

У звіт про роботу повинні входити: схема установки, розрахункові формули, використані при розрахунках; заповнена табл.4.11 для двох послідовно працюючих насосів; рисунок з нанесеними необхідними характеристиками, висновки.

 

4.5.6 Контрольні питання

1. Що таке послідовна робота насосів?

2. В яких випадках використовують послідовну роботу насосів?

3. Особливості роботи насосів при послідовній роботі.

4. Як визначається робочий напір насосів?

5. З чого складається лабораторна установка?

 

4.6 Випробування кавітацій лопатевого насосу

Мета роботи: вивчити динаміку зміни навігаційного запасу при зміні подачі насосного агрегату.

4.6.1 Загальні теоретичні відомості

Явище кавітації в текучій рідині виникає в тих випадках, коли статичний тиск в якій-небудь області потоку падає нижче тиску насиченої пари рідини. Реальна рідина не може сприймати розтягуючих зусиль, які виникають при падінні в ній тиску, нижче тиску насиченої пари. Тому у вказаних областях відбувається її скипання і порушується сплошність потоку з утворенням чисельних парових бульбашок і стійких каверн, що примикають до стінок (caverna (лат.) — порожнина; звідси відбувається і назва " кавітація ").

Як тільки парові бульбашки, рухомі разом з потоком рідини, потрапляють в область, де статичний тиск вище пружності насиченої пари, пара конденсується і бульбашки зникають. У районі зникнення бульбашок відбувається сильний гідравлічний удар, в результаті якого миттєвий місцевий тиск може досягати декількох десятків МПа. Наявність чисельних гідравлічних ударів приводить до періодичного коливання розмірів знов виникаючих бульбашок при їх руху в потоці рідини. Весь процес кавітації зазвичай супроводжується шумом і вібраціями.

Якщо зникнення бульбашок відбувається поблизу стінки, то через деякий час починає руйнуватися поверхня стінки, де відбуваються як хімічні, так і теплові і електричні процеси, що посилюють руйнівну дію кавітації. Механічний процес руйнування матеріалу називається ерозією. Хімічне руйнування металу в зоні кавітації киснем повітря носить назву корозії.

Виникнення кавітації відбувається поетапно. Первинна кавітація у вигляді локальних вогнищ не міняє загальної структури потоку і не порушує нормальної роботи насоса. Вона зазвичай виявляється або візуально (при прозорих стінках насоса), або акустичним способом, інколи по незначній зміні амплітудно-частотних характеристик насоса.

Наступний етап розвинутої кавітації в насосі при зниженні Р_в виникнення першого критичного режиму, при якому починають змінюватися зовні характеристики насоса: знижуються його напір і потужність. Проте насос здатний ще подавати рідину споживачеві, хоча швидкість навігаційної ерозії в насосі може значно зрости.

При подальшому пониженні P_в зростають розміри навігаційних зон, міняється їх вигляд, а при деякому значенні P_в виникає так званий другий критичний режим, що характеризується початком різкого падіння напору, потужності і ККД насосу.

Перевищення повного напору рідини у вхідному патрубку насоса Р_в /ρg +U_в²/2g над пружністю її насиченої пари Р_н.п. /ρg називається запасом кавітації Δh та обчислюється за формулою:

Δh = Р_в /ρg +U_в²/2g - Р_н.п. /ρg, (4.20)

де Р_в і U_в - тиск та швидкість на вході в робоче колесо.

Оскільки абсолютний тиск у вхідному патрубку насоса дорівнює

Р_в /ρg= (Р_а - Р_вак) /ρg (4.21)

Тоді рівняння (4.20), набирає вигляду

Δh = (Р_а - Р_вак) /ρg + U_в²/2g - Р_н.п. /ρg (4.22)

де Р_а - атмосферний тиск; P_вак - вакуумметрична висота всмоктування.

Щоб виключити роботу насоса в режимі кавітації, допустимий кавітаційний запас Δh_доп має бути не менше величини, визначуваної по формулі:

Δh_доп =(1,1…1,3) Δh_кр (4.23)

Критичний кавітаційний запас визначається при найбільшій висоті вакуумметра для даного насоса.

Для встановлених насосних агрегатів дотримується рівняння

Н _вс = Р_а /ρg – (h_вс+ h_t+ Δh_ф) (4.24)

де H _вс - геометрична висота всмоктування, м; h_вс - втрати натиску у всмоктуючій лінії, м вод.ст.; h_t - пружність насиченої пари рідини при температурі t, м вод.ст.

h_t= Р_н.п. /ρg, (4.25)

Δh_ф - фактичний запас напору.

З вираження (4.24) фактичний запас натиску у всмоктуючому патрубку насоса

Δh_ф= Р_а /ρg – Н_вс - h_вс - h_t. (4.26)

Оскільки під час випробувань із зміною витрати, що подається, змінюється лише h_вс, то Δh_ф = f (Q).

Щоб при всіх змінах витрат на наставало явище кавітації, необхідне дотримання умови

Δh_ф≥ Δh_доп. (4.27)

Таким чином, запас напору у всмоктуючому трубопроводі є величиною змінною. Динаміку зміни цього запасу можна оцінити по формулі (4.20), вимірюючи вакуумметром тиск на вході в насос при зміні витрати води, що подається ним, або по формулі (4.26).

 

4.6.2 Порядок виконання роботи

Схема лабораторної установки наведена на рис. 4.9.

Лабораторна робота виконується в наступній послідовності:

- підготувати установку до запуску;

- залити насос з водопроводу;

- запустити насосний агрегат і після набору двигуном повного числа зворотів відкрити повністю вентиль 4 на напірному трубопроводі;

- виміряти об'ємним методом витрату води, що подається насосом. Необхідні дані і свідчення вакуумметра В записати в табл.4.12;

- виконати ступінчасте зменшення подачі до повного припинення подачі, вимірюючи на кожному рівні витрату води Q і свідчення вакуумметра В. Результат вимірів занести в табл.4.12;

- виміряти діаметр вхідного патрубка насоса;

- виміряти атмосферний тиск;

- виміряти температуру води;

- зробити необхідні розрахунки і заповнити табл.4.12;

- побудувати графік залежності Δh_ф = f (Q).

Рисунок 4.9 – Схема лабораторної установки

 

 

Таблиця 4.12 – Визначення запасу кавітації у всмоктуючому патрубку насоса

№ досліду

Подача

Показання вакуумметра

Діаметр вхідного патрубка, DB, м

Швидкість у всмоктуючому патрубку насоса,Ui,м\с

Тиск насиченої пари ht, м вод.ст

Атмосферний тиск Pa, м вод.ст.

Температура води, t, оC

Кавітаційний запас

Об’єм води у мірному баці, Wi,л

Час наповнення бака tі, с

Витрата,Qi,,л/c

В, кгс/см2

Pв, м вод.ст.

Δh, м.вод.ст.

Δhф, м вод.ст.

 

4.6.3 Обробка результатів вимірів

Результати вимірів слід занести в графи 1-3, 5, 8, 9 таблиці 4.12. Останні графи заповнюють в такій послідовності.

Графа 4: визначається подача насоса в і-м досліді, л/с:

Q_i=w_i\t_i

Графа 6: свідчення вакуумметра (графа 5) переводять в метри водяного стовпа по формулі:

Р_в=10В

Графа 8: визначають швидкість руху води у вхідному патрубку насоса, м/с:

U_i=4Q_i\πD_в

Дані для заповнення графи 9 визначають по табл.4.13 залежно від температури води.

 

 

Таблиця 4.13 - Залежність пружності насиченої пари і густини

ваги води від температури

t, оC	Рн.п./ρg, м.вод.ст.	ρg, кг/м3	t, оC	Рн.п./ρg, м.вод.ст.	ρg, кг/м3
	0,0889			0,5733	993,9
	0,1251	999,6		0,7520	992,2
	0,1738	998,9		0,9771	990,1
	0,2383	998,2		1,2578	988,0
	0,3229	996,9		1,6051	985,6
	0,4325	995,6		2,0320	983,2

 

 

Графа 12: визначають кавітаційний запас Δh по формулі (4.20).

Графа 13: визначають навігаційний запас Δh_ф по формулі (4.26).

При розрахунках по формулі (4.26) використовують дані попередніх лабораторних робіт. Порівнюють по рядках значення кавітаційних запасів Δh і Δh_ф. За відсутності помилок у вимірах і обчисленнях відхилення не повинне перевищувати 5... 10%.

На підставі даних графи 12 на міліметрівці побудувати графік залежності Δh_ф = f (Q).

 

4.6.4 Зміст звіту

В звіт про роботу повинні входити: короткий опис суті роботи; схема установки; розрахункові формули, використані при обробці результатів дослідів; заповнена табл.4.12; графік залежності Δh_ф = f (Q); висновок про умову безкавітаційної роботи насоса.

 

4.6.5 Контрольні питання

1. Що таке кавітація?

2. В яких випадках виникає явище кавітації?

3. Що таке кавітаційний запас?

4. Яка умова повинна виконуватись для запобігання явища кавітації?

5. З чого складається лабораторна установка?

5 ПИТАННЯ ДО ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ

 

1. Що таке гідравліка?

2. Поняття питомої ваги рідини.

3. Як пов’язана густина з об’ємом?

4. Що таке в’язкість рідини?

5. Як вимірюється кінематична в’язкість?

6. Чим відрізняється динамічна в’язкість від кінематичної?

7. Дайте співвідношення між різними одиницями в’язкості.

8. Модуль пружності для різних рідин.

9. Як впливає повітря в рідині на її стисливість?

10. Що таке температурне розширення рідин?

11. Як змінюється густина повітря з підвищенням температури?

12. Що таке гідростатика?

13. Основне рівняння гідростатики.

14. Що виражає епюра гідростатичного тиску?

15. На якому законі оснований принцип дії гідродомкрата?

16. Чому пропорційне співвідношення сил в домкратах?

17. Що вивчає гідродинаміка?

18. Що таке умова безперервності потоку?

19. Що враховує питома енергія рідини?