Лабораторная работа № 20. Испытание насосной установки г48-22н

Цель и задачи работы – ознакомиться с процессом настройки гидростанции на заданное давление подачи; овладеть практическими навыками работы с измерительными приборами и методикой измерений; снять рабочие характеристики насосной установки, ознакомится со способами обработки опытных данных; построить графические зависимости P_H=f(Q); N_H=f(Q); η_H=f(Q).

Общие сведения

Испытания объемных гидромашин по цели проведения подразделяются на две категории:

1. получение характеристик, используемых при эксплуатации гидромашин в системах;

2. определение баланса энергии и потерь в гидромашинах для оценки степени совершенства конструкции.

Испытания по типу 1 представляют собой обыкновенные серийные испытания, которые проводятся на специализированных стендах в соответствии с технологией проведения испытаний, на предприятиях, выпускающих или использующих изделия (так называемый «входной кон­троль»).

Испытание по типу 2 проводится в процессе доводки и исследо­вания новой гидромашины, при внесении в конструкцию машины качес­твенных изменений, при конструктивном анализе нескольких машин одного назначения, изготовленных различными организациями. Эти испытания, особенно связанные с разделением и анализом потерь, представляют весьма сложную и трудоемкую задачу системы измерения и прибора.

Как бы тщательно не выполнялись измерения, их результаты всегда отличаются от действительных значений измеряемых величин, т.е. содержат погрешности.

Величины погрешностей характеризуются абсолютной погрешностью : разностью между истинным и измеренным А значениями измеряемой величины, , и относительной погрешностью

или .

По своим свойствам погрешности можно разделить на два типа – систематические и случайные. Систематическими называют погрешности, вызванные причинами, действующими одинаково и закономерно при измерении одной и той же величины в одних и тех же условиях. К систематическим относятся обычно инструментальные погрешности (износ элементов прибора в процесса эксплуатации и т.д.).

Влияние систематических погрешностей на результаты измерений в большинстве случаев может быть исключено или, по крайней мере, значительно уменьшено.

Случайными называют погрешности, появляющиеся в ходе эксперимента незакономерно, так что причины и величину этих погрешностей заранее предвидеть невозможно.

Наиболее достоверным значением измеряемой величины А является среднее арифметическое из результатов измерений ,

, (14.8)

где – число измерений.

Для оценки точности измерений возможно применение различных критериев. Наиболее распространенным является средняя квадратичная погрешность.

Средняя квадратичная погрешность определяется из выражения

, (14.9)

где – случайная абсолютная погрешность измеряемой величины.

Если прямое измерение некоторой величины затруднено, прибегают к косвенному измерению ряда независимых переменных величин , связанных с данной величиной функциональной зависимостью .

Если известна точность измерения величин , то абсолютная средняя квадратичная погрешность определения величины будет равна

, (14.10)

где – абсолютные средние квадратичные погрешности измерений величины . Если например, функцию можно представить в виде суммы , то средняя квадратичная погрешность определяется из выражения

. (14.11)

Погрешность результата косвенных измерений оценивают относительной средней квадратичной погрешностью .

Основными параметрами насосной установки являются давление жидкости на выходе из насоса Р_Н и количество жидкости, нагнетаемой насосом в единицу времени Q_H (подача). В зависимости от подачи и напора, создаваемых объемным насосом, определяется мод­ность насоса N_H=P_HQ_H .

Формула справедлива при подстановке давления в Паскалях и подачи в метрах кубических в секунду.

Преобразование механической энергии, подводимой к валу насо­са в энергию давления жидкости неизбежно сопровождается потерями, которые учитывает суммарный КПД насоса

. (14.12)

Потери в гидромашинах принято подразделять на механические, объемные и гидравлические. В роторных насосах, к которым относят­ся пластинчатые насосы, основное значение имеют объемные потери и потери, обусловленные механическим трением. Потери энергии, обус­ловленные трением жидкости, весьма незначительны и практически ра­вны нулю. Следовательно, η_r=1,0. Поэтому

Механические потери, оцениваемые η_мех, зависят, главным образом, от сил трения между движущимися поверхностями деталей насоса. В пластинчатых насосах это механическое трение пластин о профилиро­ванную поверхность статорного кольца, торцевые диски и в пазах ро­тора. Основной фактор, влияющий на механический КПД – это дав­ление Р_Н. При повышении Р_Н до некоторого значения η_мех увели­чивается. Это объясняется тем, что силы трения возрастают медлен­нее, чем увеличивается полезная мощность насоса. При дальнейшем повышении давления Р_Н сверх некоторого предельного значения, величина η_мех начинает падать из-за значительного увеличения сил трения вследствие. Выдавливания жидкости с трущихся поверхнос­тей. Такие режимы работы нежелательны ввиду значительного износа деталей из-за сухого трения.

На механический КПД влияют вязкость, а, следовательно, и температура жидкости. Чем выше вязкость, тем интенсивнее трение в тонком слое жидкости, разделяющем движущиеся поверхности, и меньше η_мех При высокой температуре жидкости вязкость её значи­тельно меньше, следовательно, η_мех – выше. Но при этом возникает опасность выдавливания жидкости из зазоров между движущимися пов­ерхностями и появления сухого или полусухого трения, вызывающего интенсивный износ. Поэтому для роторных насосов различных типов указывается максимальная температура перекачиваемой жидкости, пре­вышение которой в эксплуатации недопустимо. Для нормальных, условий работы роторных насосов η_мех= 0,85–0,98, а для пластинчатых насосов η_мех=0,9.

Объемные потери гидромашин обусловлены утечками жидкости из зоны высокого давления в зону всасывания через уплотнения и рабочие зазоры и зависят от типа и конструкции насоса, ширины зазоров, вязкости жидкости и давления, которое создает насос.

Утечки жидкости можно подразделить на внутренние, приводящие к возникновению циркуляции некоторого объема жидкости внутри насо­са, и внешние, приводящие не только к потерям энергии, но и к без­возвратной потере жидкости, например, через уплотнения вала насоса.

Потери энергии, связанные с утечками жидкости, оцениваются объемным КПД

. (14.13)

Ширина рабочих зазоров оказывает существенное влияние на объ­ем жидкости, циркулирующей внутри насоса. Поэтому износ элементов насоса, связанный с увеличением зазоров, приводит к возрастанию объемных потерь и ухудшает энергетическую эффективность насоса.

Вязкость жидкости оказывает прямое влияние на гидравлическое сопротивление потоку в зазорах – чем больше вязкость, тем меньше утечки через зазоры и выше .С понижением температуры жидкос­ти, вязкость возрастает и, следовательно, также должен уве­личиваться. Однако вязкость жидкости оказывает влияние на скорость заполнения и опорожнения рабочих камер пластинчатого насоса. Поэтому при большой вязкости и больших оборотах приводного двигателя, рабочие камеры насоса будут работать с недозаполнением, что приведет к резкому уменьшению объемного КПД. Следовательно, зависит от оборотов насоса и температуры рабочей жидкости.

Для пластинчатых насосов при оптимальных оборотах и темпера­туре жидкости =0,94–0,96.

Как уже было указано, роторные насосы имеют некоторое пре­дельное давление подачи Р_max , превышение которого приводит к по­вышенному износу элементов насоса и резкому ухудшению эксплуатационных характеристик. При превышении Р_max наблюдается интенсивное снижение КПД и рост потребной мощности насоса. Поэтому необ­ходимой принадлежностью каждого роторного насоса является предо­хранительный клапан, служащий для ограничения рабочего давления. Клапан устанавливается в напорной магистрали системы или непосредственно за насосом и ограничивает перепад давления в насосе путем пе­репуска части жидкости из напорной магистрали во всасывающую. Пропускная способность клапана (расход) должна быть не менее максимальной производительности (подачи) насоса.