3.Программа работы и её выполнение

1) Собрать лабораторную установку для исследования поворотной заслонки, установив заслонку на трубопровод с помощью хомутов.

2) Включить установку и получить опытные данные для построения расходных характеристик заслонки, меняя угол поворота крыла заслонки и положение полотна шибера (РО 5 на рис. 3), изменяющего сопротивление линии.

Отсчёты показаний приборов следует производить через каждые 15 угла поворота заслонки от закрытого положения до полностью открытого при всех шести положениях полотна шибера.

Результаты наблюдений занести в протокол наблюдений.

3) По формулам (1)…(5) и рис. 4 рассчитать значения Dр_тр, p_л,  _л,  _{РО s},  _{РО макс.}, _s и результаты также занести в протокол наблюдений.

4) По полученным значениям построить семейство кривых относительного расхода  от положения затвора s; параметр семейства  условный коэффициент сопротивления линии  _л.

Поскольку опытные данные имеют неизбежный разброс, при построении зависимостей  = f(s) произвести сглаживание кривых, проведя их плавно и наиболее близко к опытным точкам, ориентируясь на ход аналогичных кривых, приведённых на рис. 2.

5) Продифференцировав зависимости  = f(s), построить семейство зависимостей коэффициента передачи заслонки k = d /ds от положения затвора s k = f(s); параметр семейства – условный коэффициент сопротивления линии _л.

Дифференцирование можно произвести любым способом: аналитическим, в таблице или графическим. Имея зависимости  = f (s) в виде сглаженных графиков, удобно произвести графическое дифференцирование по методике, изложенной в рассмотренном ниже примере (рис. 5).

Пусть кривой 1 задана зависимость  = f(s). Для определения производной k = ^ при некотором значении s достаточно провести касательную к графику в соответствующей точке и измерить её угловой коэффициент.

Разложим ось s на столь малые не обязательно равные элементы, чтобы соответствующие части кривой 1 по возможности мало отличались от прямолинейных отрезков и найдём их средние ординаты. Затем, выбрав на горизонтальной оси полюс Р на расстоянии 0Р от начала, станем проводить через него отрезки PQ, параллельные касательным MN к кривой в конечных точках B упомянутых средних ординат. Наконец, через точки Q проведём прямые, параллельные оси s, до пересечения с соответствующими ординатами в точках B (или с продолжениями ординат). Кривая 2, соединяющая эти точки, и будет искомой.

Ординаты построенной кривой пропорциональны соответствующим значениям производной ^ = f(s) и выражают эти значения, если взять для них на вертикальной оси d/ds масштаб 0P(m₂ / m₁), (т.е. считать, что каждое деление на вертикальной оси d/ds равно такой величине), где m₁ и m₂  масштабы осей s и . В нашем примере m₁ = 0,2/дел., m₂ = 0,2/дел., 0P = 0,4, откуда масштаб оси d / ds равен 0,4/дел. Путём выбора надлежащего полюсного расстояния 0P можно сделать любой удобный масштаб.

6) Оценить изменение коэффициента передачи k заслонки при изменении s и сформулировать условия применимости данной заслонки с  _{РО макс} при различных  _л в АСР, дать рекомендации по выбору допустимого диапазона хода РО от s₁ до s₂. При этом надо учесть, что в АСР по отклонению изменение коэффициента передачи РО в диапазоне его хода в полтора-два раза обычно допустимо, если не выдвинуты более жёсткие требования.

7) Собрать лабораторную установку для исследования шибера, установив его на трубопровод. Повторив пункты 2…6, построить зависимости коэффициента передачи шибера с данным  _{РО макс.} от s при различных  _л, сделать выводы, дать рекомендации по диапазону изменения положения затвора РО.

Выполнение работы:

Протокол наблюдений №1

Таблица №1: Данные полученные при исследовании поворотной заслонки:

Опытные данные						Расчетные данные
S	, град.	pс,(р1 – р3), Па	р1 – р2, Па	Qs, м3/ч	ртр, Па		pл,Па	л	РО s	m s
0	0	1470	0	0	0		1470
	15	1470	0	0	0		1470
	30	1470	0	0	0		1470
	45	1470	0	0	0		1470
	60	1470	0	0	0		1470
	75	1470	0	0	0		1470
	90	1470	0	0	0		1470
0,2	0	1470	1470	4	0,96		0,96	1,34	2052,66	0,15
	15	1470	1176	9	3,85		297,85	82,21	323,52	0,54
	30	1470	784	14	8,35		694,35	79,2	88,47	0,86
	45	1372	588	16	10,26		794,26	69,36	50,45	0,95
	60	1372	392	17	11,44		991,44	76,7	29,44	1,06
	75	1372	490	17	11,44		893,44	69,11	37,02	1,02
	90	1372	490	16	10,26		892,26	77,92	41,9	1
0,4	0	1519	1519	4	0,96		0,96	1,34	2121,12	0,15
	15	1421	1372	10,5	4,97		53,97	10,94	277,21	0,43
	30	1421	1274	17	11,44		158,44	12,26	97,67	0,71
	45	1372	1176	22	18,19		214,19	9,89	53,48	0,9
	60	1372	882	25	21,92		511,92	18,31	30,77	1,1
	75	1372	980	25	21,92		413,92	14,81	34,27	1,07
	90	1372	1078	24	20,92		314,92	12,22	41,03	1
0,6	0	1470	1470	5	1,41		1,41	1,26	1313,3	0,2
	15	1470	1421	12	6,31		55,31	8,59	219,63	0,52
	30	1372	1274	19	13,47		111,47	6,9	78,06	0,81
	45	1372	1274	24	20,92		118,92	4,62	48,64	1
	60	1372	1274	26	22,86		120,86	4	41,38	1,07
	75	1372	1323	28	25,53		74,53	2,13	37	1,13
	90	1372	1372	25	22,54		22,54	0,81	48,27	1
0,8	0	1618	1618	5	1,41		1,41	1,26	1445,65	0,19
	15	1470	1470	11	5,46		5,46	1,01	270,6	0,41
	30	1372	1372	19	13,47		13,47	0,83	84,13	0,71
	45	1372	1274	24	20,92		118,92	4,62	48,64	0,93
	60	1323	1176	28	25,53		172,53	4,92	32,81	1,09
	75	1274	1274	28	25,53		25,53	0,73	35,6	1,04
	90	1372	1274	26	22,15		120,15	3,97	41,4	1
1	0	1470	1470	5	1,41		1,41	1,26	1313,3	0,19
	15	1470	1372	11	5,46		103,46	19,11	252,49	0,49
	30	1470	1323	19	13,47		160,47	9,94	81,1	0,78
	45	1372	1274	24	20,92		118,92	4,62	48,64	0,93
	60	1274	1225	28	25,53		74,53	2,13	34,2	1,05
	75	1274	1225	28	25,53		74,53	2,13	34,2	1,05
	90	1323	1225	26	22,15		120,15	3,97	39,78	1

Выделенная строчка – пример расчета

Протокол наблюдений №2

Таблица №2: Данные полученные при исследовании шибера:

Опытные данные						Расчетные данные
S	S	pс,(р1 – р3), Па	р1 – р2, Па	Qs, м3/ч	ртр, Па		pл,Па	л	РО s	m s
0	0	1470	0	0	0		1470
	0,2	1470	0	0	0		1470
	0,4	1372	0	0	0		1372
	0,6	1372	0	0	0		1372
	0,8	1372	0	0	0		1372
	1	1372	0	0	0		1372
0,2	0	1372	1372	0	0		0			0
	0,2	1470	1274	3	0,6		196,6	488,36	3163,2	0,38
	0,4	1372	1176	8	3,13		199,13	69,56	409,71	0,41
	0,6	1372	784	13	7,62		595,62	78,79	102,7	0,71
	0,8	1372	490	16	10,9		892,9	77,98	41,84	0,87
	1	1372	196	18	12,99		1188,99	82,04	12,63	1
0,4	0	1372	1372	0	0		0			0
	0,2	1372	1372	3,5	0,8		0,8	1,46	2502,47	0,08
	0,4	1372	1274	10	4,76		102,76	22,97	283,76	0,37
	0,6	1372	1176	16	10,9		206,9	18,07	101,75	0,54
	0,8	1274	931	24	20,2		363,2	14,1	35,35	0,76
	1	1176	588	32	32,06		620,06	13,54	12,14	1
0,6	0	1372	1372	0	0		0			0
	0,2	1421	1274	2	0,29		147,29	823,2	7118,94	0,39
	0,4	1372	1323	9	3,85		52,85	14,59	364,09	0,31
	0,6	1372	1274	17	11,44		109,44	8,47	97,67	0,52
	0,8	1225	1176	25	21,92		70,92	2,54	41,28	0,64
	1	980	735	36	40,58		285,58	4,93	11,98	1
0,8	0	1372	1372	0	0		0			0
	0,2	1421	1421	3	0,6		0,6	1,48	3528,35	0,08
	0,4	1372	1323	9,5	4,18		53,18	13,17	326,69	0,33
	0,6	1372	1274	18	12,99		110,99	7,66	87,01	0,55
	0,8	1176	1078	28	25,53		123,53	3,52	30,01	0,76
	1	980	784	36	40,58		236,58	4,08	12,82	1
1	0	1421	1372	0	0		49			0
	0,2	1372	1372	3,5	0,8		0,8	1,46	2502,47	0,09
	0,4	1372	1274	9	3,85		101,85	28,11	350,57	0,39
	0,6	1372	1274	18	12,99		110,99	7,66	87,01	0,54
	0,8	1176	882	24	20,2		314,2	12,2	33,45	0,8
	1	980	784	37	41,15		237,15	3,87	12,13	1

1. Расчеты:

Рассмотрим на примере расчет при использовании в качестве регулирующего органа поворотную заслонку при S = 0,4; α = 30⁰.

1. Из формулы Фанинга графическим путем найдем , гдевнутренний диаметр трубопровода (=3,6 см.);

ρ – плотность воздуха (ρ=1,2 кг/м³)

w – скорость потока воздуха.

, где

В нашем примере

L – длина участка трубопровода

2. Найдем число Рейнольдса:

, где μ – динамическая вязкость воздуха (μ = 0,01)

3. Графически решаем уравнение Фаннинга

4. Найдем потерю напора в линии:

5. Найдем условные коэффициенты сопротивления линии РО ( _л;  _ро)

6. Найдем относительный расход

2. Построим семейство кривых для поворотной заслонки

А)

Б)

В)

Г)

Д)

Рис. 3: Семейство кривых относительного расхода µ от угла поворотной заслонки при различных положениях затвора:

а) S = 0,2; б) S = 0,4; в) S = 0,6; г) S = 0,8; д) S = 1;

Выводы: Провели опыт и произвели расчеты, построили расходные характеристики для поворотной заслонки. Относительный расход при положениях заслонки 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1 вопреки теоретическим сведениям получился немного больше. Это связано с тем, что в опытных данных при открытии поворотной заслонки на 60º и 75º расход воздуха немного уменьшился, а в положении (поворотной заслонки) 90º, µ_s = 1.

По кривым зависимости относительного расхода от положения поворотной заслонки определили зависимость коэффициента передачи заслонки от угла поворота.

Выяснили по семейству кривых (Рис: 3,г), что max диапазон положения заслонки от 0º до 25º, при ξ_л = 3,97 коэффициент передачи К уменьшается незначительно, что позволяет использовать эту заслонку в объектах, требующих постоянство коэффициента Р.О.

3. Построим семейство кривых относительного расхода от положения затвора S для шибера

µ = f (S).

А)

Б)

В)

Г)

Д)

Рис. 4: Семейство кривых относительного расхода µ от положения затвора S при различных положениях заслонки шибера:

а) S = 0,2; б) S = 0,4; в) S = 0,6; г) S = 0,8; д) S = 1;

Выводы: Провели опыт и произвели расчеты, построили расходные характеристики для шибера, нашли коэффициенты передачи для Р.О. от его положения.

Коэффициент передачи почти постоянен практически на всем диапазоне положений шибера при положении заслонки шибера S = 0,8.

Расходные характеристики отличаются от теоретических, так как было произведено грубое сглаживание и вычисления приблизительны, потому, что нельзя с высокой точностью графически определить потери напора на трения в трубопроводе.

По (рис. 4) видно, что наибольший диапазон измерения достигается при положении заслонки шибера S = 0,8 и ξ = 4,08 (рис. 4,г), равный S = 0 до S = 0,8. В этом диапазоне коэффициент передачи К изменяется незначительно, т. е. не более чем в 1,5 раза, что позволяет использовать этот шибер в объемах требующих постоянство коэффициента Р.О.