Методичка по гидравлике
.pdfМощность на валу насоса Ν (потребляемая мощность) больше полезной на величину потерь в насосе. Величина потери мощности оценивается полным к.п.д. η насоса.
Последний равен:
η = |
ΝΠ |
(53) |
|
Ν |
|||
|
|
Тогда мощность на валу насоса может быть определена по следующей формуле:
Ν = |
γ QH |
(54) |
|
η |
|
8.2 Описание экспериментальной установки
Опыты проводят на установке, схема которой приведена на рисунке 17. Установка состоит из двух центробежных насосов 6 и 15, бака 1, задвижек 3,7,8,12,13,17, вентиля 10, системы трубопроводов, на которых
установлены манометры 4 и 11, вакуумметры 2 и 16 и счетчик 9. Возле щитка управления электродвигателями размещен ваттметр.
8.3 Задачи работы
8.3.1 Изучение устройства и принципа действия центробежного насоса. 8.3.2 Проведение нескольких опытов на одном из насосов для снятия экспериментальных данных.
8.3.3 Построение рабочих характеристик насоса. 8.3.4 Установление оптимальной зоны работы насоса.
8.4 Порядок проведения опытов
Перед началом опытов записывают исходные данные в раздел 1 отчета. В ходе опытов заполняют таблицу 14 отчета.
Проверяют состояние всей установки.
Первый опыт проводят следующим образом (предположим, что опыты проводятся на насосе 15)
1.Заполняют водой бак 1 через трубу с вентилем 18.
2.Открывают полностью задвижки 17,12 и вентиль 10. Задвижки 3,18,7 и 8 должны быть полностью закрыты.
3.Пускают электродвигатель 14 и снимают показания вакуумметра 16, манометра 11, счетчика 9 и ваттметра.
4.Одновременно по секундомеру замеряют время опыта.
5.Постепенным открытием напорной задвижки 8 устанавливают новый режим работы насоса. По окончании опытов выключают
электродвигатель и закрывают задвижки и вентиль 10. Всего проводят 6-7 опытов.
Рисунок 17
8.5 Обработка экспериментальных данных
При обработке данных, записанных в таблицу 14 отчета, заполняют таблицу 15 этого отчета, для чего определяют следующие величины:
а) подачу насоса по формуле
Q = |
∆V |
, |
(55) |
|
Т |
||||
|
|
|
где ∆V – объем воды, перемещаемой насосом, замеренный по прибору 9 (рисунок 17);
б) площади живых сечений ωв и ωн; в) средние скорости во всасывающей и напорной ветвях (υв и υн) по формуле (13);
г) разность скоростных напоров по выражению
υН 2 −υВ2
2q
д) напор по формуле (51); е) мощность на валу насоса по формуле
Ν= ηдв.Nо,
где ηдв – к.п.д. приводного электродвигателя;
Nо – мощность по ваттметру (потребляемая из сети)(кВт);
ж) полезную мощность по формуле (52).
Причем, чтобы получить мощность в кВт, величины, формулу (52), должны иметь следующие единицы измерения:
γ - Н/м3 (γВ = 9810 н/м3), H - м. вод.ст;
Q - м3/с.
(56)
(57)
входящие в
Кроме того, правую часть выражения надо поделить на 1000. Полный к.п.д. насоса определяется по формуле (53).
По опытным данным строят рабочие характеристики.
8.6 Форма отчета
Исходные данные:
При проведении опытов в качестве жидкости используем воду. Диаметр всасывающей трубы (сечение 1-1) dВ = 0,05 м Диаметр напорной трубы (сечение 2-2) dм = 0,04 м
К.п.д. электродвигателя ηдв = 0,65 Тип насоса – 2К-6
Таблица 14 - Величины, измеренные при проведении опытов
№ |
Показани |
Показани |
Отметка, |
Мощност |
Объем |
Врем |
|
опыта |
е |
е |
∆Ζ |
ь |
по |
воды за |
я |
|
мановаку |
манометр |
|
ваттметру |
время |
опыт |
|
|
умметра, |
а, |
|
, |
|
опыта |
а, |
|
НВ |
НН |
|
Nо |
|
∆V |
Т |
|
м вод.ст. |
м.вод.ст. |
м |
кВт |
|
м3 |
с |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 15 - Величины, вычисленные на основании опытных данных
№ |
Пода |
Пло |
Пло |
Сред |
Сред |
|
VН 2 |
−VВ2 |
|
Пол |
Мо |
Поле |
Полн |
|
|
2q |
|||||||||||
опы |
ча |
щад |
щад |
няя |
няя |
|
|
|
|
ный |
щно |
зная |
ый |
та |
|
ь |
ь |
скор |
скро |
|
|
|
|
напо |
сть |
мощн |
к.п.д |
|
|
жив |
жив |
ость, |
сть, |
|
|
|
|
р, |
на |
ость, |
, |
|
Q |
ого |
ого |
υВ |
υН |
|
|
|
|
|
валу |
|
η |
|
|
сече |
сече |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
ния, |
ния , |
|
|
|
|
|
|
Н |
N |
NП |
|
|
|
ωВ |
ωН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
м3/с |
м2 |
м2 |
м/с |
м/с |
м |
|
|
м |
кВт |
кВт |
- |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
7 |
|
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н,м |
|
|
η |
|
|
|
|
||||||
|
|
кВт |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q, м3 / с
Рисунок 18 - Рабочие характеристики насоса
8.7Контрольные вопросы
1.Цель работы.
2.Устройство и принцип действия центробежного насоса.
3.Что такое рабочие характеристики насоса и их название?
4.Порядок проведения работы.
5.Как определяется в общем случае величина напора Н?
6.Что такое отметка ∆Z?
7.Приведите пример самой короткой формулы для определения напора Н. Поясните, для какого частного случая она годна.
8.Как определить оптимальную зону работы насоса?
8.8Литература, рекомендуемая для выполнения работы
1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравличе ские приводы. – М.: Машиностроение, 1982, С. 177, 189-194, 212-213.
2.Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины.: – Харьков: Изд.
ХГУ, 1970, С. 234-239, 245-248.
9 Лабораторная работа №8
Снятие кавитационных характеристик центробежного насоса
9.1 Основные положения и расчетные зависимости
Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, которое обусловлено появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром или газом. Кавитация возникает при понижении давления, в потоке жидкости. Такое понижение давления возникает обычно в зоне повышенных скоростей.
При проектировании насосной установки скорости движения жидкости и давления в ее всасывающей линии должны обеспечивать наиболее экономичную и стабильную работу насоса.
На входе в насос при его работе, как правило, создается пониженное давление. Когда же давление падает ниже давления паров жидкости при данной температуре, появляются «пустоты», заполненные паром и выделившимися газами. Если такое пониженное давление будет поддерживаться достаточно долго, то «пустоты» будут распространяться на весь объем жидкости в полости рабочего колеса насоса, что приведет к разрыву сплошности потока.
Для бескавитационной работы центробежных насосов скорости во всасывающей линии должны обычно находиться в пределах 0,75-2,00 м/с, а давление 98,2 103÷19,6 103Па в зависимости от конструкции и назначения насоса (атмосферное давление равно 98,1 103Па).
В центробежных насосах кавитация начинается на лопатках рабочего колеса вблизи их входных кромок и у стенок. Здесь, из-за гидравлических потерь на входе в насос и вследствие местного возрастания скорости жидкости при входе на лопатку, давление значительно ниже давления во всасывающем патрубке.
Кавитацию сопровождают следующие основные явления:
-конденсация пузырьков пара, которые увлекаются потоком в область повышенного давления;
-эрозия материала стенок насоса, которая вызывается мгновенным
местным повышением давления в местах конденсации пара. Повышение давления достигает значения 107Па и выше;
-звуковые явления (шум, треск, удары) и вибрация установки;
-падения напора, подачи, мощности и коэффициента полезного действия. Для бескавитационной работы насоса на его входе должно быть
обеспечено некоторое избыточное давление над давлением парообразования. Это давление, выраженное в метрах столба жидкости, называется кавитационным запасом и определяется
|
Ρ |
υ |
2 |
|
|
р |
П |
, |
(58) |
∆h = |
Β + |
|
B |
|
− |
|
|||
|
|
|
|
||||||
|
γ |
2q |
|
|
γ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
где Рв– абсолютное давление на входе в насос, Н/м2; υв - средняя скорость движения жидкости на входе, м/с; рп – давление парообразования Н/м2.
Кавитационный запас, при котором происходит кавитация, называется
критическим |
∆h кр. Различают первый и второй критические кавитационные |
|
запасы (∆h Iкр |
и |
∆h IIкр), которые соответствуют первому и второму |
критическим режимам.
Первый критический режим характеризуется небольшой кавитацией и постепенным падением напора, мощности на валу и к.п.д. Режим, при котором произойдет резкое уменьшение напора, мощности и к.п.д. (срыв работы насоса), называется вторым критическим кавитационным режимом.
Для определения критических кавитационных запасов строят кавитационные характеристики, представляющие собой зависимости напора, мощности на валу и к.п.д. от кавитационного запаса при постоянном числе оборотов рабочего колеса и постоянной подаче (рисунок 19).
Кавитационные характеристики получают опытным путем при кавитационных испытаниях насоса.
η |
N, |
|
Н |
|
Н, м |
|
|||
Q, м3 / с |
кВт |
N |
||
|
||||
|
|
|
Q |
|
|
|
|
η |
∆h,м
Рисунок 19
9.2 Описание экспериментальной установки
Кавитационные испытания насоса проводят на опытной установке, описание которой дано в работе №7. Схема установки приведена на рисунке
14.
9.3 Задачи работы
9.3.1 Проведение ряда опытов на одном из насосов для снятия экспериментальных данных.
9.3.2 Построение кавитационных характеристик центробежного насоса. 9.3.3 Установление зоны работы насоса, гарантирующей отсутствие кавитации.
9.4 Порядок проведения опытов
Перед началом опытов записывают исходные данные в раздел 1 отчета. В ходе опытов заполняют таблицу 16 того же отчета.
Первый опыт проводят следующим образом. Используется тот же насос, который испытывали в работе №7:
-открывают полностью задвижку 17 и 12 и закрывают задвижку 8 на напорном трубопроводе. Открывают вентиль 10. Задвижки 3,13 и 7 должны быть все время закрыты;
-запускают приводной электродвигатель 14 и открывают полностью задвижку 8;
-снимают показания вакуумметра16, манометра 11, расходомера 9 и ваттметра;
-одновременно по секундомеру замеряют время опыта;
-прикрывают задвижку 17 на всасывающем трубопроводе и повторяют опыт. Закончив опыты, выключают двигатель 14, закрывают все задвижки и
вентиль 10.
Всего проводят 6-7 опытов.
9.5 Обработка экспериментальных данных
При обработке данных, записанных в таблицу 16 отчета, заполняют таблицу 17 этого отчета. В процессе обработки определяют следующие величины:
-подачу насоса по формуле (55);
-средние скорости (υв и υн) во всасывающем и напорном трубопроводах (величины площадей живого сечения необходимо взять из таблицы 15 отчета работы №7);
-разность скоростных напоров по выражению (56);
-полный напор по формуле (51);
-мощность на валу насоса по формуле (57);
-полезную мощность по формуле (52);
-полный к.п.д. насоса по формуле (53);
-кавитационный запас по следующей формуле, которая получена путем преобразования выражения (58):
∆h = |
ра |
− H В + |
υB |
2 |
− |
рп |
, |
(59) |
γ |
2q |
|
||||||
|
|
|
γ |
|
||||
где ра– атмосферное давление.
По опытным данным строят кавитационные характеристики насоса.
9.6 Форма отчета
|
Исходные данные: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
При проведении опытов в качестве жидкости используем воду. |
|
|
|||||||||||||||||
|
Диаметр всасывающей трубы (сечение 1-1) dВ = 0,05 м |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Диаметр напорной трубы (сечение 2-2) |
dН = 0,04 м |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
К.п.д. электродвигателя ηов = 0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Давление парообразования Рп/γ = 0,21 м. вод.ст. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Тип насоса -2К-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Таблица 16Величины, измеренные при проведении опытов |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
Показан |
|
Показан |
|
Отметка, |
Мощнос |
Объем |
|
Время |
|||||||||
опыта |
|
ие |
|
ие |
|
|
|
|
|
|
|
ть |
по |
воды за |
|
опыта, |
||||
|
|
|
мановак |
|
маномет |
|
|
|
|
ваттметр |
время |
|
|
|
||||||
|
|
|
уумметр |
|
ра, |
|
|
|
|
|
|
|
у, |
|
опыта |
|
|
|
||
|
|
|
а, |
|
Нн |
|
|
|
|
∆Ζ |
Nо |
|
∆V |
|
|
Т |
||||
|
|
|
Нв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
м.вод.ст. |
м.вод.ст. |
м |
кВт |
|
м3 |
|
|
с |
|||||||||
|
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
4 |
5 |
|
|
6 |
|
7 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 17-Величины, вычисленные на основании опытных данных |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
№ |
Пода |
|
Средн |
|
Средн |
|
|
VН 2 −VВ |
2 |
|
Полн |
Мощ |
Полез |
Полн |
|
Кавит |
||||
|
|
2q |
|
|||||||||||||||||
оп |
ча |
|
яя |
|
яя |
|
|
|
|
ый |
но |
ная |
ый |
|
ацион |
|||||
ыт |
|
|
скоро |
|
скрос |
|
|
|
|
|
|
напор |
сть на |
мощн |
к.п.д |
|
ный |
|||
а |
|
|
сть, |
|
ть, |
|
|
|
|
|
|
|
валу, |
ость, |
η |
|
запас |
|||
|
Q |
|
υВ |
|
υН |
|
|
|
|
|
|
Н |
N |
NП |
|
|
|
∆h |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
м3/с |
|
м/с |
|
м/с |
|
м |
|
|
м |
кВт |
кВт |
- |
|
|
м |
||||
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
|
6 |
7 |
|
8 |
9 |
|
|
10 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кавитационные характеристики насоса (см. рисунок 19)
9.7Контрольные вопросы
1.Цель работы.
2.Порядок проведения работы.
3.Что такое кавитация?
4.В каких местах обычно возникает кавитация?
5.Что такое кавитационный запас и как он определяется?
6.Что такое кавитационные характеристики насоса?
7.Какие явления сопровождают кавитацию?
8.Как влияет температура жидкости, перекачиваемой насосом, на вероятность возникновения кавитации?
9.8Литература, рекомендуемая для выполнения работы
1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравличе ские приводы. – М.: Машиностроение, 1982 С. 227-236.
2.Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины.: – Харьков: Изд.
ХГУ, 1970, С. 260-263.