Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Насосы, вентиляторы и компрессоры в системах ТГВ. Учебно-методическое пособие для студентов направления подготовки 08.03.01«Строительство», профиль «Т.pdf
5 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ,
ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ РАБОТУ ВЕНТИЛЯТОРОВ, НАСОСОВ И
СЕТИ.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
Работа нагнетателей в сети характеризуется следующими основными
параметрами: производительностью (L, м
3
/ч) или подачей (G, т/ч), давлением
(P, Па) или напором (H, метры столба жидкости), частотой вращения (числом
оборотов) рабочего колеса (n, об/мин), мощностью (N, Вт) и коэффициентом
полезного действия (η).
Производительность (характеризует работу вентиляторов) и подача
(характеризует работу насосов) определяют количество жидкости, подаваемой
нагнетателем в сеть за единицу времени. При отсутствии утечек
производительность (подача) нагнетателя равна расходу жидкости в сети. Этот
факт и используется для измерения L (G) нагнетателей при их испытании.
Давление – мера приращения энергии 1 м
3
жидкости, проходящей через
нагнетатель. Различают полное, статическое и динамическое давление машины.
Полное давление (P
), например, вентилятора равно разности полных средних
п
абсолютных давлений в нагнетательном и всасывающем патрубках.
Динамическое давление рассчитывается по средней скорости выхода (w
вых
)
жидкости из нагнетательного патрубка. Которое зависит от плотность
перемещаемой жидкости. Статическое давление (P
) определяется как разность
ст
между полным и динамическим давлением.
Давление, развиваемое нагнетателем, расходуется на преодоление
сопротивления внешней сети (сюда не входят потери внутри нагнетателя).
Сопротивление внешней сети включает: гидравлическое трение в трубопроводах
(Rl) и потери давления в местных сопротивлениях (z), затраты энергии на подъем
жидкости на высоту h (ρgh) и преодоление разности давлений между объемом,
куда нагнетается жидкость, и объемом, откуда она забирается (P
– Pвс).
наг
21
Pп =
∑
H = P/ρg, м.
(5.2)
N = Nп + ΔNвн, Вт.
(5.3)
Nэ = N + ΔNэ, Вт.
(5.4)
Rl + z ) + ρgh + (P
(
наг
- Pвс
), Па.
(5.1)
Формула (5.1) справедлива при равенстве площадей поперечного сечения,
всасывающего и нагнетающего патрубков (F
вс
= F
наг
).
В случае вентиляционной сети, в которую воздух поступает и из которой
выходит при атмосферном давлении, сопротивление всасывающей сети численно
равно абсолютной величине полного давления во всасывающем патрубке;
нагнетающей сети – полному давлению в нагнетающем патрубке.
Таким образом, для измерения давлений, развиваемых нагнетателем,
достаточно знать полное давление во всасывающем и нагнетательном патрубке и
среднюю скорость выхода жидкости из нагнетательного патрубка.
Напор – мера приращения энергии 1 кг жидкости, проходящей через
нагнетатель. Связь с давлением определяется зависимостью
При перемещении насосом, например, воды напор выражается в метрах
водяного столба и количественно определяет высоту, на которую может поднять
воду насос.
Вращение рабочего колеса характеризуется числом оборотов, а также
угловой (ω, рад/с) или линейной скоростью его рабочих органов.
Мощность определяет энергетические показатели нагнетательной
установки. Полезная мощность характеризует затраты энергии на перемещение
жидкости во внешних сетях.
Существуют потери энергии и внутри нагнетателя (ΔN
). Они включают:
вн
внутренние гидравлические потери, механическое трение и утечки жидкости
через неплотности. Мощность, потребляемая нагнетателем, равна:
Учет потерь энергии внутри электропривода и при передаче вращательного
момента к рабочему колесу (ΔN
) позволяет найти полную электрическую
э
энергию, потребляемую установкой
22
Величина Nэ может быть измерена ваттметром или путем регистрации
Ра=Рб+Рм, Па.
(5.5)
(5.6)
величины тока и напряжения, подаваемого в цепь электродвигателя.
Коэффициент полезного действия нагнетателя определяется путем
балансовых испытаний.
5.1 Измерение давлений
При проведении лабораторных работ будут измеряться избыточные
(манометрические) Р
давления, т.е. отсчитываемые от атмосферного давления Рв,
м
поскольку только они и необходимы для характеристики работы насосов и
вентилятором. В других случаях могут использоваться значения абсолютных
давлений Р
, т.е. отсчитываемых от абсолютного вакуума
а
Если абсолютное давление меньше атмосферного Ра<Рв то Рм<0 и его называют разрежением.
В движущемся потоке различают статическое давление Р
параллельные потоку поверхности, динамическое давление Р
- давление на
ст
, которое
д
необходимо для сообщения покоящейся частице жидкости или газа скорости v
=
, Па,
где - плотность среды, кг/м
3
.
Сумма Р
+ Рд= Рп есть полное давление потока.
ст
Для измерения полного давления и его составляющих в лабораторных
работах используются пневмометрические трубки и приборы измерители
давлений.
Для измерения давлений в воздушных потоках в лаборатории используются
дифференциальные жидкостные манометры. Давления свыше 1 кПа измеряются
U-образными манометрами. При этом измеряется разность давлений на концах U-
образной стеклянной трубки:
23
=
(
)
, Па,
(5.7)
P1-Р2=hi, Па,
(5.8)
где h1 – h2- разность уровней жидкости и в коленах трубки, м;
- плотность залитой в трубку жидкости, кг/м
g - ускорение свободного падения, равное 9.81 м/с
2
.
Давления меньше I кПа измеряются при помощи спиртовых наклонных
микроманометров. В них одно из колеи стеклянной трубки заменено бачком и
наклон другого колена измерительной трубки может изменяться в зависимости от
диапазона измеряемых давлений. Избыточное давление (или разность давлений)
где i - коэффициент наклона трубки микроманометра (указан на специальной
шкале микроманометра).
Давление в потоках воды измеряется манометрами механического типа.
Пневмометрическая трубка имеет два раздельных канала. На одном конце
трубки (обычно загнутом под 90°) имеются отверстия, воспринимающие давления
потока.
Один из каналов сообщается с торцевым отверстием, воспринимающим
полное давление, а другой - с боковыми отверстиями, воспринимающими
статическое давление. Измерение давлений производится при помощи
микроманометра, присоединяемого к пневмометрической трубке посредством
резиновых шлангов.
Пневмометрическая трубка устанавливается изогнутым участком навстречу
потоку строго по оси трубопровода. Отклонение её от осевого направления в
пределах 15° не вызывает особых погрешностей измерений.
При измерении давлений в вентиляционных установках необходимо
учитывать следующее:
- динамическое давление всегда имеет положительное значение;
- на всасывающих участках статическое и полное давления имеют
отрицательные значения, причём, но абсолютной величине
24
|
|>|
|
, Па.
(5.9)
- на нагнетательных участках полное давление всегда имеет
положительное значение, а статическое давление может быть положительным при
Р
> Рд и отрицательным при Рп < Рд.
п
1 - всасывающий участок; 2 - нагнетатель; 3 - нагнетательный участок;
4 - пневмометрическая трубка; 5 - микроманометр
Рисунок 5.1 - Принципиальная схема присоединения пневмометрической
трубки к микроманометру при измерении давлений на всасывающем и
нагнетательном участках вентиляционной системы
5.2 Определение местной и средней скоростей потока
Гак как по сечению трубопровода скорости различны, то определение
только местной скорости в сечении (скорость в конкретной точке сечения) не
может характеризовать движение потока. Поэтому, наряду с определением
скоростей в определенных точках сечения, следует определять среднюю скорость
в сечении потока
Для определения скорости в данной точке сечения трубопровода измеряется
динамическое давление. Скорость определяется из следующего выражения
, м/с,
=
где Pд - измеренное динамическое давление, Па;
- плотность воздуха (при данных атмосферных условиях), кг/м
25
(5.10)
3
.
Независимо от распределения местных скоростей по сечению потока,
измерение средней скорости выполняется следующим образом. Сечение
трубопровода разбивается на несколько участков равной площади (рисунок 5.2),
при этом скорость потока в пределах каждого участка можно считать
приблизительно постоянной. В центре каждого участка определяется местная
скорость v
.
i
Рисунок 5.2 - Схема разбивки поперечного сечения трубопровода на
равновеликие участки
Средняя скорость вычисляется по формуле
=
, м/с.
(5.11)
Для определения радиусов средних линий равновеликих колец используется
формула
=
, мм,
где D - диаметр трубопровода, мм;
i - порядковый (от оси трубопровода) номер кольца;
п - общее число колец.
26
(5.12)
5.3 Измерение скорости вращения вала
(5.14)
Скорость вращения вала двигателя (или нагнетателя) является одним из
важнейших параметров. Для измерения скорости вращения применяются
тахометры. Они бывают механические (ручные), электромеханические и
электронные (цифровые). Скорость вращения п обычно измеряется в оборотах в
минуту (об/мин) в отличие от угловой скорости вращения ω (радиан в секунду
рад/с, или 1/с). между собой они связаны следующим выражением
=
, об/мин.
(5.13)
При выполнении измерений механическим или электромеханическим
тахометром вначале устанавливают максимальный скоростной диапазон, а затем
находят нужный интервал работы тахометра. При работе прибор прижимают к
валу, который должен иметь центровое отверстие для надежного контакта с наконечником тахометра. Выполняя эту операцию, необходимо соблюдать следующие основные требования: при соприкосновении контактных приспособлений тахометра с валом, их оси должны строго совпадать; включение тахометра
должно быть по возможности кратковременным (3…5 с), усилие - умеренным,
плавным.
5.4 Определение расхода
В лабораторных работах может применяться один из следующих методов
определения расхода:
а) путём измерения динамических давлений в исследуемом сечении и
определения средней скорости у
. Тогда расход Q, м3/с, находится по формуле:
ф
=
, м
3
/с,
где F — площадь сечения трубопровода, в котором произведён замер, м2.
б) с помощью сужающих устройств, когда измеряется разность давлений в
двух различных сечениях потока ΔP
(сопла Вентури, измерительные диафрагмы).
c
Разновидностью сужающих устройств является коллектор ЦАГИ. в этом
27
случае измеряется разность давлений в коллекторе и в атмосфере, т.е. разрежение
Р
. Тогда расход Q, м3/с, находится по формуле:
с
=
, м3/с,
(5.15)
где коэффициент расхода коллектора ЦАГИ, равный 0,985;
F
- площадь сечения коллектора в мест е расположения измерительных
c
патрубков, м;
- плотность воздуха в потоке, кг/м
3
.
Для определения расхода воды объёмным или весовым методом,
предусматривают наличие мерных сосудов или весов. С их помощью находят
суммарное количество воды, вытекшей та определенный период времени. При
этом можно поступить по-разному: взвесить жидкость, вытекшую за
фиксированное время в произвольную ёмкость, либо измерить время и
использовать мерный сосуд.
5.5 Измерение мощности, потребляемой электродвигателем
Измерение мощности, потребляемой электродвигателями нагнетателей, в
лаборатории производится при помощи измерительною комплекта К-50 (или К-
505). Измерительный комплект фиксирует значения напряжения. силы тока и
потребляемой мощности на любой из трёх фаз (A, В или С).
Перед выполнением испытаний следует при помощи специальных
переключателей установить оптимальные диапазоны измерений по силе тока и
напряжению и выписать соответствующие им коэффициенты пересчёта из
таблицы, приложенной к измерительному комплекту.
28
5.6 Выполнение работы
Способ
расхода
Коллектор
ЦАГИ
Сопло
Вентури
Пневмометрическая
трубка
Используя лабораторную установку, показанную на рисунке 2.1, выполнить
измерение расхода воздуха в системе, используя для этого коллектор ЦАГИ.
расходомер (сопло Вентури) и пневмометрическую трубку; мощность,
потребляемую электродвигателем; частоту вращения вала вентилятора.
Результаты измерений и расчётов сводят в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 – Результаты измерений
измерения
2
F
с,
м
Рс, Па Q, м3/с
n,
об/мин
N
эт,
Вт
29
6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Вентиляторы разделяют на вентиляторы низкого, среднего и высокого
давления в зависимости от величины полного давления, создаваемого на
номинальном режиме.
Вентиляторы низкого давления должны создавать полное давление до
1000 Па,
Вентиляторы среднего давления - свыше 1000 до 3000 Па.
Вентиляторы высокого давления - свыше 3000 до 12000 Па.
Вентиляторы разделяются на классы, в зависимости от величины окружной
скорости колеса u:
к первому классу относятся вентиляторы с загнутыми вперед лопатками при
u < 30 м/с и вентиляторы с загнутыми назад лопатками при u < 50 м/с,
ко второму классу относятся вентиляторы с загнутыми вперед лопатками
при u > 30 м/с и вентиляторы с загнутыми назад лопатками при u > 50 м/с.
Номер вентилятора — это значение, соответствующее номинальному
диаметру рабочего колеса D
выраженному в дециметрах. Например, вентилятор с D
№ 2,5; D
= 630мм - № 6,3.
к
измеренному по внешним кромкам лопаток и
к
= 250 мм обозначается
к
Вентиляторы изготавливаются как правого, так и левого вращения. Правого
вращения - с колесом, вращающимся по часовой стрелке, левого вращения - с
колесом, вращающимся против часовой стрелке, если смотреть со стороны
всасывающего отверстия вентилятора. Вентиляторы от № 2,5 до № 12,5
включительно, изготавливаются с поворотными корпусами, допускающими их
установку в любое из положений (рисунок 2.1), а номера выше 12,5
изготавливаются с поворотными корпусами по заказу потребителей. Положение
спирального корпуса вентилятора определяют углом поворота относительно
исходного нулевого положения. Углы поворота корпуса отсчитываются по
направлению вращения рабочего колеса в соответствии с чертежом.
30