Основные аппараты химических производств. Лабораторный практикум

Y

Рис. 4.1. Схема ротора центрифуги

При расчете по методу, рекомендуемому З.Б. Канторовичем [1], помимо жесткости пружины учитывается и жесткость вала.

Вал сепаратора рассматривается как балка на двух опорах с консолью на конце и с массой на консоли (рис. 4.2, 4.3).

41

Коэффициенты влияния для этой балки вычисляются по формулам:

=;

= =;

,

где – прогиб сечения под действием единичной силы;

– прогиб сечения под действием единичного момента;

– поворот сечения под действием единичной силы;

– поворот сечения под действием единичного момента; E – модуль продольной упругости;

I – момент инерции сечения вала.

Прогибы и повороты сечения конца консоли, возникающие от действия единичной силы и единичного момента при неупругом перемещении вала, вычисляют по формулам:

42

Прогибы и повороты сечений от совместных упругих и неупругих перемещений:

;

Уравнения для деформации примут следующий вид:

или

Для того чтобы последняя система имела корни, отличные от нуля, должен быть равен нулю определить, составленный из коэффициентов системы

Тогда, пологая что будем иметь

43

Подставляя в это уравнение величины

получим Откуда

(4.2)

Для обеспечения устойчивой работы вала необходимо выполнение условия

где – рабочее число оборотов.

Описание лабораторной установки и методика проведения опытов

Для измерения амплитуды колебаний собрать электрическую цепь, состоящую из металлической пластинки, которую можно перемещать с помощью микрометрического винта, неоновой лампочки сопротивления и заземлённой центрифуги. Собранную цепь подключить к источнику питания (рис. 4.4).

В тот момент, когда барабан не вращается, подвести к нему пластинку, как только пластинка коснется барабана, замкнется электрическая цепь и загорится лампочка. В этот момент записать показания микрометрического винта. Затем отвести пластинку от барабана и включить центрифугу. При заданном числе оборотов барабана вновь подвести пластинку и, как только загорится лампочка, записать показания микрометрического винта.

44

3 4

2

1

6

Рис. 4.4. Схема установки:

1 – ротор центрифуги; 2 – микрометрический винт с пластиной; 3 – преобразователь типа ЧМ; 4 – осцилограф;

5 – строботахометр; 6 – тахометр

По разности показаний микрометрического винта при вращении барабана и до его вращения определить отклонение вала от первоначальной оси и амплитуду колебаний.

Для наблюдения на экран электронного осцилогрофа формы траектории вращения вала и направления процессии применяется схема, состоящая из двух емкостных датчиков, двух частотно-модулируемых преобразователей ЧМ и электронного осцилогрофа.

При вращении барабана он то удаляется, то приближается к пластинам емкостных датчиков. Сигнал от датчиков поступает на пробы ЧМ, которые преобразуют изменение емкости датчиков изменение напряжения или тока, а затем на осцилограф.

45

Порядок выполнения работы

1.Определить расчетным путем критическую скорость вала, применяя уравнения (4.1), (4.2), при заданных преподавателем числах оборотов.

2.По разности показаний микрометрического винта при вращении барабана и до его вращения определить амплитуду колебаний и построить график зависимости амплитуды от числа оборотов.

3.Оценить влияние упругости опоры на амплитуду колебаний.

4.Результаты измерения и расчетов занести в табл. 4.1.

Исходные данные:

100000 кг/м (жесткость пружины в упругой опоре);

= 0,458 ;

= 0,0697 ;

= 0,91 ;

M = 7 кг (масса барабана);

(момент инерции сечения вала);

E = 0, 2 ;

d = 0,023 м (диаметр вала).

Содержание отчета

1.Схема установки.

2.Пример расчета искомых величин.

3.Таблица измеренных и расчетных величин.

4.Графики найденных зависимостей.

5.Выводы.

46

Лабораторная работа № 5 ИСПЫТАНИЕ РЕАКТОРА С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ

УСТРОЙСТВОМ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ, ЗАТРАЧИВАЕМОЙ НА ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Цель работы – экспериментальное определение коэффициентов мощности и анализ режимов перемешивания.

Общие сведения

Мощность, расходуемая на перемешивание, обычно определяется из зависимости

где Eu – критерий Эйлера, ;

Re – критерий Рейнольдса, .

Величина зависти от гидродинамического режима перемешивания (критерия Re), конструкции мешалки, размеров и формы сосуда и определяется экспериментальным путем.

47

Следует отметить, что при условиях

(5.3)

где D – диаметр сосуда;

H – высота жидкости в сосуде;

h – высота расположения мешалки над днищем аппарата. Влияние формы сосуда и его размеров на мощность, потребляе-

мую мешалкой, незначительно, и коэффициент мощности зависит от типа мешалки и Re.

Рассматривая влияние гидродинамического режима на коэффициент мощности, следует выделить два основных режима перемешивания: ламинарный (Re 30) и турбулентный (Re ).

При ламинарном режиме жидкость плавно обтекает кромки лопасти мешалки и вращается вместе с ними. При этом перемешиваются только те слои жидкости, которые непосредственно примыкают к ме-

ски не зависит от Re и расход энергии определяется только инерционными силами. При этом достигается высокое качество перемешивания. Дальнейшее увеличение числа оборотов хотя и приводит к более интенсивному перемешиванию среды, но нецелесообразно, так как возрастание затрат мощности не компенсируется достигаемым эффектом.

Описание лабораторной установки

Экспериментальная установка (рис. 5.1) состоит из реактора 9 с мешалкой 1, привод которой осуществляется двигателем постоянного тока 2. Изменение числа оборотов осуществляется ЛАТРом 7, а фиксируется тахогенератором 3 и миллиамперметром по току и напряжению в обмотке двигателя.

48

mA

2

V

220B

A

Порядок выполнения работы

1.Установить определенный режим перемешивания, плавно поворачивая ручку ЛАТРа.

2.Измерить число оборотов вала по показаниям тахометра.

3.Измерить показания амперметра и вольтметра в цепи двигателя. Измерения производят в 8–10 точках в интервале чисел оборотов

80–350 об/мин. Результаты измерений заносят в табл. 5.1.

49

Таблица 5.1

Экспериментальные и расчетные данные

Обработка результатов эксперимента

Результаты измерений необходимо обработать в виде графической зависимости = f(Re). В каждой точке величина определяется по уравнению

где N = UI – мощность на валу двигателя.

По полученному графику находят значения чисел Re, соответствующие переходу от ламинарного к турбулентному и автомодельному режимам.

Содержание отчета

1.Цель и задачи испытания.

2.Схема установки и ее описание.

3.Протокол испытаний.

4.График зависимости

5.Анализ результатов эксперимента.

50