Основные аппараты химических производств. Лабораторный практикум

Рассчитать значения по формуле (2.6) и по формуле (2.7). Данные занести в табл. 2.2.

Произвести оценку относительной погрешности расчетных и экспериментальных данных по формулам (принимать экспериментальные значения за действительные):

;

;

.

Полученные данные занести в табл. 2.2.

Содержание отчета

В отчете должны быть представлены следующие данные: схема экспериментальной установки и ее описание. Таблицы измеренных и расчетных величин с необходимыми формулами. Графики зависимостей , . Выводы.

Контрольные вопросы

1.Преимущества и недостатки аппаратов АВР по сравнению с известными контактными устройствами, применяемыми в нефтепереработке и нефтехимии.

2.Особенности монтажа контактных элементов аппаратов АВР в корпус колонны.

3.Способы крепления блоков АВР в колонне.

4.Режимы работы аппаратов АВР и область их существования.

5.Формы поверхности контакта фаз в АВР.

6.Назначение контактной решетки, влияние доли ее свободного сечения на гидродинамические и массообменные характеристики АВР.

7.Методика определения рабочей скорости газа в АВР.

8.Влияние геометрических размеров контактных камер АВР на величину рабочей скорости газа.

9.Механизм «захлебывания» АВР.

10.Особенность работы аппарата в режиме «гидравлического клапана».

11.Время пребывания и задержка жидкости в АВР.

31

Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО

НАСОСА ПРИ ПОСТОЯННОМ ЧИСЛЕ ОБОРОТОВ

Цель работы – изучение устройства, принципа действия центробежного насоса, экспериментальной установки, назначения и принципа действия применяемых приборов; определение параметров работы насоса при постоянном числе оборотов центробежного колеса и построение рабочей характеристики; проведение кавитационных испытаний на заданном режиме работы насоса и построение его кавитационных характеристик.

Конструкция центробежного насоса

Центробежный насос (рис. 3.1) состоит из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса 2, которое представляет собой ограниченную двумя поверхностями вращения камеру с системой лопастей. При вращении колеса лопасти приводят протекающий поток во вращательное движение, увеличивая этим его механическую энергию. Корпус 1 служит для конструктивного объединения всех элементов в насосе, для подвода жидкости к лопастному колесу, отвода потока от него и для преобразования скоростной энергии потока, выходящего из колеса, в давление. Уплотнение 3 служит для предупреждения обратного возврата жидкости из области нагнетания в область всасывания через пространство между колесом и корпусом. Зазор в уплотнении делается возможно малым, вследствие чего утечки жидкости сводятся к минимуму. Рабочее колесо 2 закреплено на валу 5, который одновременно служит проводником механической энергии от двигателя. В месте прохода вала через отверстие в стенке корпуса расположено сальниковое уплотнение 4, предупреждающее вытекание жидкости из корпуса. Вал опирается на подшипники 6, которые воспринимают как радиальную, так и осевую нагрузку, возникающие под действием гидравлических сил и веса.

32

Рис. 3.1. Центробежный насос

Описание установки

На рис. 3.2 представлена схема экспериментальной установки, основной частью которой является центробежный насос 1 марки 2К- 6, соединенный всасывающим трубопроводом 2 (dв = 50 мм) и нагнетательным трубопроводом 3 (dн = 50 мм) с баком 18. Вал насоса соединен при помощи муфты непосредственно с двигателем постоянного тока 5. Число оборотов двигателя может изменяться при помощи трансформатора 10.

На всасывающем трубопроводе установлен термометр 19 для замера температуры воды, мановакууметр 2 для определения давления всасывания Рв пробковый кран 16, служащий для отсоединения всасывающей линии от бака в момент заполнения ее и насоса водой (вода для заполнения всасывающей трубы подается из водопровода). На нагнетательной линии установлены образцовый манометр 4 для определения давления нагнетания Рн, диафрагма 9, соединенная с ртутным дифференциальным манометром 8, для определения расхода воды Q и вентиль 7 для регулирования подачи насоса.

33

Рис. 3.2. Схема экспериментальной установки

Для определения эффективной мощности насоса Nэфф используют амперметр 12 и вольтметр 11 постоянного тока. На баке 18 смонтирован указатель уровня 15, вентиль 21 для регулирования величины вакуума, контроль которого осуществляется с помощью образцового вакуумметра 6.

Для создания разрежения при кавитационных испытаниях насоса служит вакуум-насос 14, соединенный с баком 18 вакуумной линией 13. Число оборотов двигателя определяют тахогенератором.

34

Методика проведения испытаний и обработка опытных данных

Испытания центробежного насоса проводят в два этапа. Первый этап испытаний. Здесь определяются параметры насоса

– Q, H, Nэфф и η с целью построения рабочей характеристики. Для этого перед пуском насоса необходимо убедиться в наличии воды в баке 18 по указанию уровня 15. Далее следует залить всасывающую трубу и насос водой, для чего закрыть пробковый кран 16 и открыть вентиль подачи воды 17, при этом вентиль 7 должен быть частично открыт. После заполнения всасывающей линии водой закрыть вентили 17 и 7, пустить насос и открыть кран 16.

Пуск насоса осуществляется следующим образом. Включается пускатель и вращением ручки регулировочного трансформатора 10 число оборотов вала доводится до заданного. В этом положении снять показания всех приборов: манометра 4, мановакуумметра 2, разность уровней hв дифманометре 8, амперметра 12 и вольтметра 11. При таком режиме производительность насоса должна быть равна нулю. После этого следует плавно открыть вентиль 7, установить минимальный расход воды по дифференциальному манометру 8 и произвести отсчет показаний приборов. Затем вентилем 7 установить следующий режим работы насоса. При этом число оборотов несколько изменится и его необходимо скорректировать с помощью трансформатора 10. Измерения производить до полного открытия вентиля 7.

Результаты измерений занести в табл. 3.1.

По окончании работы нужно закрыть вентиль 7, отключить насос и закрыть кран 16.

По результатам измерений определить:

1)производительность насос Q по графику (рис. 3.3);

2)напор насоса по уравнению, в котором для данной установки

Z = 0,23 м;

3)эффективную мощность Nэфф = UIηд;

4)КПД по уравнению с использованием уравнения.

35

Таблица 3.1

Результаты испытаний

Рис. 3.3. Тарировочная кривая диафрагмы

36

Рис. 3.4. Зависимость КПД электродвигателя от тока

Значения ηдв приведены на рис. 3.4.

По полученным значениям параметров насоса построить его рабочую характеристику.

При составлении отчета обязательно привести пример расчета одной строчки табл. 3.1.

Второй этап испытаний проводится с целью построения кавитационных характеристик насоса при постоянном значении числа оборотов и рабочего колеса, а также для определения ∆hдоп и [H]вак, значения которых наносятся на рабочую характеристику насоса

Перед проведением испытаний следует измерить температуру воды и атмосферное давление Ратм.

Для снятия кавитационной характеристики необходимо:

1) пустить насос (пуск производится в том же порядке, как и при снятии рабочей характеристики); с помощью вентиля 7 установить значение производительности Q = 0,2·Qmax и записать показания всех

37

приборов 19, 2, 4, 8, 12, и 11 в табл. 3.2. Затем включить вакуум-насос 14 и с помощью вентиля 21 установить в баке 18 вакуум 0,02 МПа по вакуумметру 6. Записать новые показания приборов. Испытания продолжают, получая последовательно по вакуумметру 6 следующие по-

казания: 0,03; 0,04; 0,05; 0,065; 0,07 МПа.

Таблица 3.2

Результаты испытаний

При подходе к кавитационному режиму и при кавитации, которую можно заметить по появлению шума в насосе и резкому падению его производительности, необходимо снять несколько замеров с более малыми интервалами вакуума (через 25 ГПа).

Закончив испытания на данном режиме, следует перейти на новый, и таким образом провести испытания при производительности насоса, равной 20, 40, 60 и 80 % от максимальной.

По полученным результатам испытаний определить ∆h1, ∆hдоп, [H]вак и критерий кавитации:

,

где n − число оборотов рабочего колеса, об/мин; Q – производительность насоса, м3/с.

При этом величина ∆h и [H]вак определяется расчетным путем, а ∆h1 находится из графика (см. рис. 3.3). Зависимость значений Pt от температуры отражена на рис. 3.5.

38

Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

НА ВАЛ ЦЕНТРИФУГИ

Цель работы – экспериментальное определение собственной частоты колебаний ротора сепаратора и сравнение ее с расчетным значением. Определение области устойчивой работы путем экспериментального измерения амплитуды колебаний горловины ротора.

Общие сведения

Рабочее число оборотов роторов центрифуг обычно больше критического числа оборотов. При скоростях, близких к критической, вал работает неустойчиво, начинает колебаться и может потерять прямолинейную форму, при этом резко возрастает нагрузка на вал. В результате ухудшаются условия работы, снижается срок службы вала и самого сепаратора. Поэтому большое значение имеет расчет вала в условиях динамических нагрузок.

Основной задачей расчета является определение критической скорости вала, схема ротора которого представлена на рис. 4.1. При расчете по методу, рекомендуемому В.И. Соколовым [2], учитывается только жесткость упругой горловой опоры

где К – жесткость горловой опоры, , К = 1,9 ;

– жесткость пружины в упругой опоре;

– момент инерции массы барабана относительно оси y, ;

– момент инерции массы барабана относительно оси симметрии, .

40