федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнёва» (СибГАУ)

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Рассмотрено на заседании цикловой комиссии ОТД и специальности 21.02.03 «____» ______________2016г

Утверждено председатель ОТД и специальности 21.02.03 _____________(Е.В. Соловьева) «_______» __________ 2016г

Методические указания

для выполнения

практических работ

по МДК.01.01

«Эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ: обслуживание и диагностика»

Специальность: 21.02.03.

Форма обучения: очная

2016г.

Практическая работа № 1

Тема: Основные характеристики насоса.

Цель: Актуализация знаний по основным характеристикам насоса

Общие сведения:

Производительность или подача, Q (от долей до десятков, тыс. м3/ч)-кол-во жидкости, проходящей через насос в единицу времени.

Напор насоса – полное приращение удельной механической энергии создаваемое насосом.

Дж/кг

Напор жидкости – полный запас удельной механической энергии в данной точке.

В гравитационных условиях вблизи поверхности земли.

Напор – давление жидкости, выражаемое высотой столба жидкости.

h_п = H – (p₂-p₁)/(ρ·g) – H_г 

Мо́щность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Частный случай мощности при вращательном движении:

M — момент силы, ω — угловая скорость, — число пи, n — частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин).

Полезная мощность Nп(Вт) - мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкости (Nп = рgQH/1000; практически от 0,1 до неск. МВт).

Мощность на валу N(Вт) - подводимая от двигателя или потребляемая насосом мощность; N = Nп+ΔN, где ΔN-потери мощности на преодоление гидравлич. сопротивлений, внутр. протечки жидкости через зазоры и уплотнения и на трение.

КПД

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»). η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

где А — полезная работа, а Q — затраченная работа.

η -отношение Nп/N (на практике η= 0,6-0,9, но бывает 0,2-0,5 и даже 0,1-0,25).

Кавитационный запас. Допустимый кавитационный запас - это минимальный напор при котором не проявляется явление кавитации и обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей. Напор при котором начинает проявляться кавитация называется критическим кавитационным запасом.

Задание

Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью … кг/м³ из открытой емкости в сосуд под давлением … бара с расходом …м³/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет … метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет … кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Решение:

Параметр	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
ρ	1080	1060	1080	1090	1080	1070	1089	1080	1080	1089	1060	1078	1080	1090	1079
Р	1,6	2	1,8	1,4	1,1	0,8	2	2,2	2,5	1,9	1,4	2,1	1,7	1,5	2,4
Q	2,2	2,6	2,4	1,8	1,7	1,4	2,6	2,8	3,1	2,5	1,9	2,7	2,3	2,1	2,9
Hг	3,2	3,4	4	3	3,1	3,3	3,5	3,6	3,1	3,2	3,2	3,3	3,5	3,4	2,9
NП	4	4	5	5	6	6	3,9	3	5	6	4	4	4,2	4,5	3,9

 

Практическая работа №2 Тема: Кавитация. Борьба с кавитацией.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Убедится на практике в существовании явления кавитации в центробежном насосе и уяснить причины ее возникновения.

2. Освоить методику кавитационных испытаний центробежного насоса.

3. Получить в результате испытаний кавитационную характеристику насоса.

4. Изучить методы борьбы с кавитацией.

Теоретические сведения.

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом. Кавитация возникает, когда абсолютное давление в потоке падает до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом из жидкости интенсивно выделяются пузырьки, заполненные парами жидкости и растворенными в ней газами (жидкость закипает). Обычно выделение газа из жидкости незначительно и не оказывает существенного влияния на технические параметры работы насосов, поэтому кавитацию называют паровой. В дальнейшем под термином кавитация будем подразумевать паровую кавитацию.

Выделяющиеся из жидкости в местах пониженного давления пузырьки, заполненные паром, уносятся потоком и, попадая в область с повышенным давлением, конденсируются. При этом частицы жидкости, окружающие пузырьки пара, с весьма большими скоростями устремляются в пространство, занимаемое ранее паром. Происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим сотен и даже тысяч атмосфер. Если конденсация происходит у стенок каналов насоса, то материал стенок быстро разрушается. Причем в первую очередь разрушаются те места, в которых имеются микроскопические трещины на поверхности стенок.

Рисунок 1. Разрушение рабочих колес вследствие кавитации

Например, из чугуна, прежде всего, выбиваются графитовые включения, а затем жидкость, действуя как клин, еще более интенсивно разрушает материал стенок, образуя на их поверхности значительные раковины.

Кроме того, материал стенок подвергается разрушению от химического воздействия воздуха богатого кислородом, и различных газов, выделяющихся из жидкости. Описанный процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является очень опасным следствием кавитации. Разрушения рабочих колес вследствие кавитации приведены на рисунок 1.

Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом h – превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров

(1)

где р,  – абсолютное давление и скорость на входе в насос; р_нп – давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры. Для воды и бензина р_нп в кПа приведены в табл. 1.

Таблица 1

t, оC	5	10	15	20	30	40	60	80	100
Вода Бензин Б-70	0.32	1.21	1.69	2.34 16.3	4.24	7.37 33.2	20.2 55.8	48.2 103.3	103.3

Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом h_кр – кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2 % на частной кавитационной характе-ристике (Н= f (Н)) или на 1 м при напоре насоса более 50 м.

Величину критического кавитационного запаса h_кр можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике или по формуле С. С. Руднева:

(2)

где n – частота вращения, об/мин; Q – подача насоса, м³ /с; С – кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600–800 – для тихоходных насосов; 800–1000 – для нормальных, насосов; 1000–1200 – для быстроходных насосов.

Работа насоса без изменения основных технических показателей, т. е. без кавитации, определяется допускаемым кавитационным запасом h_доп, вычисляемым по формуле:

(3)

где А – коэффициент кавитационного запаса A = f (h_кр) (А = 1,05–1,3).

Графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач h_доп= f (Q) называется кавитационной характеристикой насоса (см рис 2.9 и 2.12). Её получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.

Частная кавитационная характеристика – это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости, H= f (h) (рис. 2.5)

При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по формуле:

(4)

где p_а, p_в – показания барометра и вакуумметра.

Полученные опытным путем значения h_oп приводятся к номинальной частоте вращения n_н по формуле:

(5)

и строится частная кавитационная характеристика насоса (см. рисунок 3)

Рисунок 2. Кавитационная характеристика насоса	Рисунок 3. Частные кавитационные характеристики насоса.

По каждой частной кавитационной характеристике находим h_кр и Q, а затем h_доп (по формуле 3). По значениям h_доп и Q₁ строим кавитационную характеристику h_доп= f (Q) (см. рисунок 2). Контроль работы насоса при его эксплуатации производится по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос.

Связь кавитационного запаса с вакуумом можно найти из выражения

Подставив в него значение абсолютного давления p из формулы (1).

(6)

По аналогии с (6) можно записать выражения для критического и допускаемого вакуума.

Критический вакуум:

(7)

Допускаемый вакуум

(8)

Употребляется также понятие вакуумметрической высоты всасывания Н_в, которая связана с вакуумом зависимостью:

или (9)

Вакуум на входе в насос зависит от расположения насоса по отношению к свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре геометрической высоты всасывания H_вс, режима работы насосов и других факторов.

Такая зависимость находится с помощью уравнения Бернулли:

(10)

где h_вс – потери насоса во всасывающем трубопроводе.

Максимальная (критическая) высота всасывания, т. е. высота, при которой начинается кавитация, вычисляется по формуле:

или (11)

Допускаемая высота всасывания H_вс, т. е. высота при которой обеспечивается бескавитационная работа насоса, равна:

или (12)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка с замкнутой схемой циркуляции жидкости (рисунок 4) включает в себя: испытуемый центробежный насос 1, бак 3, всасывающий 2 и нагнетательный 6 трубопроводы, задвижку 5, вакуумный насос 4, контрольно-измерительную аппаратуру (манометр 9 и вакууметр 8, диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром 7, ваттметр 10 и тахометр 11).

Рисунок 4. Схема установки для кавитационных испытаний насоса.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТНЫХ КАВИТАЦИОННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Частные кавитационные характеристики H = f (h) следует получить для минимальной, номинальной и максимальной подач насоса.

С этой целью необходимо:

1. Включить насос 1 и обеспечить заданную подачу задвижкой 5.

2. Уменьшать ступенчато давление на входе в насос, включением вакуумного насоса 4, начиная с давления, заведомо исключающего кавитацию, и заканчивая при резком падении напора, обеспечивая при этом Q_i = const и снимая на каждой ступени показания манометра 9, вакуумметра 8, дифманометра 7 и тахометра 11. Результаты измерений записать в табл. 2.3.

3. Вычислить параметры, необходимые для построения частной кавитационной характеристики: напор насоса Н – по формуле

;

где – показания манометра и вакуумметра, расположенных соответственно на напорном и всасывающем патрубках насоса, Па; – превышение оси вращения стрелки манометра над точкой подключения вакуумметра, м; – средние скорости движения жидкости в напорном и всасывающем трубопроводах, м/с.

Подачу насоса Q – по формуле (2.9); кавитационный запас h_оп по формуле (4).

Если в опытах частота вращения n_оп отличается от номинальной n_н более чем на 0,5 %, кавитационный запас h_оп необходимо привести к n_н по формуле (5). Если же n_оп отличается от n_н менее чем на 0,5 %, принять h = h_оп.

4. Результаты вычислений записать в табл. 2 и построить по ним частные кавитациопные характеристики (см. рисунок 3).

Таблица 2

Измеряемые параметры					Рассчитываемые параметры
pa, Па	pм, Па	рв, Па	h, мм. рт. ст	nоп, об/мин		H, м	Q л/с	, м/с	hоп, м	h, м

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Для получения кавитационной характеристики h_доп= f (Q) необходимо:

1. По каждой частной кавитационной характеристике H_i = f (h) определить допускаемый кавитационный запас h_доп= Аh_кр, предварительно определив критический кавитационный запас h_кр по падению напора на 2 % на кривой H_i = f (h) и коэффициент кавитационного запаса A = f (h_кр) из табл. 3.

Таблица 3

hкр, м	0–2.5	3	4	6	7	8	10	12	14
А	1.3	1.25	1.2	1.13	1.1	1.09	1.08	1.07	1.06

2. Результаты расчетов свести в таблицу 4 и построить по данным этой таблицы кавитационную характеристику h_доп= f (Q) (см. рисунок 2).

Таблица 4

Q, л/с	hкр, м	А	hдоп, м
Qmin Qн Qmax	hкр1 hкр2 hкр3	А1 А2 А3	hдоп1 hдоп2 hдоп3

3. Перечислите меры борьбы с кавитацией.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое кавитация, каковы её внешние признаки?

2. Что называется кавитационным запасом h и как его определить при испытаниях?

3. Что называется критическим кавитационным запасом h_кр?

4. Что называется допускаемым кавитационным запасом h_доп?

5. Формула Руднева для определения критического кавитационного запаса?

6. Что такое высота всасывания и как она связана с кавитацией?

7. Что называется кавитационной характеристикой и как она изображается графически?

8. Что называется частной кавитационной характеристикой и как её получить при испытаниях?

9. Порядок работы при снятии частной кавитационной характеристики?

10. Как получают кавитационную характеристику центробежного насоса?