Лабораторная работа № 5 Изучение этапов проектирования и экспериментальное исследование ос­новных параметров бытовых пылесосов.

Цель работы: изучить этапы проектирования (составление ТЗ, ТП и т.д.) бытового пылесоса по заданию, сопоставить параметры реального пылесоса (скорость всасывания, разрежение, потребляемая мощность) с рассчитанными в процессе проектирования.

Оснащение рабочего места: Бытовой пылесос, стенд для измерения электрических параметров К505, термоанемометр, стенд для измерения параметров бытовых пылесосов.

Программа работы: составить краткое ТЗ на проектирование пылесоса по указанным преподавателем параметрам. Рассчитать параметры и построить аэродинамическую характеристику пылесоса, определить мощность электродвигателя. Сравнить полученные результаты с измеренными на реальном пылесосе.

Теоретические основы

ТЗ на проектирование пылесоса составить по примерной предлагаемой схеме.

1. Наименование и область применения.

…….

2. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на выполнение лабораторной работы.

3.Цель и назначение разработки.

Проектирование пылесоса ведется с целью улучшения его функциональных показателей.

4. Источники разработки.

Разработка ведётся на основе изучения об­разцов, выпускаемых за рубежом.

5.Технические требования.

5.1.Состав продукции.

Таблица 1.

Наименование	Количество
Пылесос бытовой	1
Рукав	1
Насадка-….	1
Насадка-…	1
Насадка-…	1
Насадка-…	1
Штанга	2
Пакет	1
Руководство по эксплуатации	1
Упаковка	1

5.2. Требования к конструктивному устрой­ству.

3. Показатели назначения.

5.3.1. Пылесос должен соответствовать требованиям ГОСТ 8051-83 «Пылесосы бытовые», ГОСТ 275704-87 «Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов», ТУ 120 120850-89, ТУ 37-461-038-03, ТУ 23.578 9514.1.53-92 и другим нормативным документам.

5.3.2. Бытовой пылесос должен изготавливаться для работы от сети переменного однофазного тока с напряжением 220 В  10, частотой 50  1 Гц.

5.3.4. Номинальная мощность двигателя, Вт ...

5.3.5. Частоты вращения электродвигателя… об/мин.

5.3.6. КПД двигателя – …%.

5.3.7. Средний уровень звука, дБ*А, …

5.3.8. Емкость мешка для пыли, л, …

5.3.9. Максимальное разрежение, кПа …

6. 5.4.Требования к надёжности.

5.4.1.Установленная безотказная наработка, не менее, - … часов.

5.4.2.Средняя наработка на отказ, не менее, - … часов.

5.4.3. Установленный срок службы, не менее … лет.

5.4.5. Гарантийный срок службы – 24 мес.

5.5.Требования безопасности.

5.5.1.Конструкция пылесоса должна обеспечивать соответствие ГОСТ 27570.7, ГОСТ 275704-87, ГОСТ 9043 и другим нормативным документам, устанавливающим требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителя.

5.5.2.Конструкция пылесоса должна обеспечивать II класс защиты от поражения электрическим то­ком.

5.5.3. Конструкция пылесоса машины должна обеспечивать брызгозащищенную степень защиты от влаги.

5.5.4. Конструкция пылесоса машины должна предусматривать наличие гибкого шнура питания с оболочкой из поливинилхлорида (обозначение СЕЕ) по ГОСТ 7399-80, с присоединительными размерами по ГОСТ 7396-76. Способ крепления шнура питания – Х по ГОСТ 14087-80.

5.5.5. Класс нагревостойкости изоляции обмоток электродвигателя не ниже класса F, ГОСТ 8865.

5.5.6. Уровень радиопомех, создаваемый элек­тродвигателем не должен превышать норм, уста­навливаемых ГОСТ 23511, ГОСТ Р 50033.

5.5.7. Корректированный уровень звуковой мощ­ности пылесоса, дБ(А), не более 75.

5.5.8. Среднее квадратичное значение виброскорости – не более 15 мм/с.

5.5.9. Размеры, цветовое решение, способ и место нанесения символов органов управления должно соответствовать конструкторской документации.

5.6. Условия эксплуатации – климатическое ис­полнение УХЛ по ГОСТ 15150, группа условий экс­плуатации М23 по ГОСТ 17516.

5.7. Требования к маркировке и упаковке.

5.7.1. Маркировка стиральной машины должна быть выполнена в соответствии с ГОСТ 14087, ГОСТ 19423 и конструкторской документацией завода из­готовителя.

5.7.2. Упаковка.

Требования к потребительской и транспортной таре (тип ящиков, марка картона и т.п.) в соответствии с конструкторской документацией завода-изготовителя.

5.8.Транспортирование и хранение.

5.8.1.Пылесосы могут транспортироваться всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах, в температурных условиях от –40С до +40С.

5.8.2.Хранение пылесосов допускается только в отапливаемых и вентилируемых хранилищах при температуре от +5С до +40С.

6.Экономические показатели.

6.1.Лимитная цена изделия, руб. – ….

6.2.Предполагаемая годовая потребность в продукции, тыс. шт. – ….

6.3. Срок окупаемости затрат, лет – ….

Определение основных функциональных параметров воздуховсасывающего агрегата пылесоса

Основными параметрами воздуховсасывающего агрегата являются значения расхода воздуха и статического давления при максимальном коэффициенте полезного действия агрегата. Для определения указанных параметров необходимо знать расход воздуха пылесоса в начале процесса уборки (начальный воздушный поток) и в конце уборки (конечный воздушный поток), а также потери давления в пылесосном тракте при указанных расходах.

Допустимыми значениями потерь давления при начальном воздушном потоке и мощностью пылесоса N задаемся согласно ГОСТ 10280-75. Величину начального расхода воздуха пылесоса определяем из допустимых потерь давления в пылесосном тракте . Экспериментальным путем установлено, что фактические потери давления в пылесосном тракте меньше допустимых потерь, что учитывается коэффициентом . Таким образом, ; .

Потери давления в шланге пылесоса составляют n-ую долю потерь давления во всем тракте. Установлено, что nнаходится в пределах . Принимаем . Тогда

.

Потери давления в шланге определяются как сумма потерь в двух его наконечниках и рукаве. На основании экспериментальных исследований установлено, что потери давления в рукаве шланга , где . Таким образом,

.

Потери давления в рукаве шланга определяются по формуле потерь давление в гладких трубах:

,

где - коэффициент линейного сопротивления; l - длина рукава шланга; d- диаметр рукава шланга; - скорость воздушного потока в шланге; - плотность воздуха.

Тогда

.

Из этой формулы получаем начальную скорость воздушного потока в шланге

.

Задаемся диаметром рукава шланга, его коэффициентом линейного сопротивления и определяем начальный расход воздуха пылесоса:

.

Под конечным расходом воздуха пылесоса понимается такой расход, при котором обеспечивается минимально качественная уборка пылесоса очищаемой поверхности (например, ковра) и транспортирования пылевоздушной смеси по тракту.

По данным зарубежной литературы установлено, что для транспортирования пылевоздушной смеси по гибкому гофрированному трубопроводу должна быть обеспечена скорость движения потока , а для качественной уборки скорость отсоса пыли с ковра должна составлять . Задаемся конечной скоростью потока воздуха в шланге и ранее установленным диаметром шланга. Тогда конечный расход воздуха пылесоса

.

Потери давления при этом расходе рассчитываются как сумма потерь давления в каждом элементе пылесосного тракта, состоящего из насадки, шланга и пылесоса.

При поступлении воздушного потока из шланга в корпус пылесоса происходит расширение потока. Потери давления в этом случае определяются по общей формуле потерь давления

,

где  = (F_к/F_ш – 1)² – коэффициент местного сопротивления;

F_к – площадь поперечного сечения корпуса пылесоса;

F_ш – площадь поперечного сечения прямого наконечника шланга пылесоса;

v – cредняя скорость воздушного потока внутри корпуса пылесоса.

Воздушный поток, засасываемый воздуховсасывающим агрегатом, предварительно фильтруется через тканевый или бумажный фильтр, при этом потери давления рассчитываются по формуле:

,

где  - коэффициент, определяющий объем волокон в единице объема фильтра;

 - динамическая вязкость газообразной среды;

 - линейная скорость фильтрации;

h – толщина фильтра;

 - радиус волокна;

 - = 0,5…0,75 – постоянная величина.

Для применяемых в отечественном производстве фильтровальных материалов потери давления P_Ф при скорости фильтрации ₁ = 0,2 м/с составляют: для молескина – 833 Па; вельветона – 686 Па; сукна фильтровального – 441 Па; полотна палаточного – 2450 Па.

Потери давления при прохождении воздушного потока через запыленный фильтр определяются из условия, что плотность структуры ткани запыленного фильтра становится аналогичной плотности палаточного полотна. Обозначив скорость фильтрации ₂, а толщину запыленного фильтра h2, определим потери давления

Потери давления в пылесосном тракте при конечном расходе воздуха Q2 равны сумме потерь давления в каждом его элементе

,

где P_i – потери в i-том элементе тракта; n – количество элементов пылесосного тракта.

Зная значения Q₁ и P₁, Q₂ и P₂ определяем основные параметры воздуховсасывающего агрегата графическим путем. По оси абсцисс откладываем значения расхода воздуха, по оси ординат – потери давления (разрежение). Точка А₁, абсцисса которой Q₁ (начальный расход воздуха) и ордината P₁ = P_доп/k (допустимые потери давления в пылесосном тракте с учетом статистики эксперимента) и точка В, абсцисса которой Q₂ (конечный расход воздуха пылесоса) и ордината P₂ (потери давления при этом расходе), должны находиться на линии, определяющей аэродинамическую характеристику воздуховсасывающего агрегата. Экспериментально установлено, что упрощенная аэродинамическая характеристика пылесоса представляет собой прямую линию. Следовательно через точки А и В может проходить только одна прямая, которая является аэродинамической характеристикой воздуховсасывающего агрегата, необходимого для комплектации данного пылесоса.

Максимальный КПД агрегата достигается при расходе воздуха Q₀, равном 0,6 максимального расхода агрегата Q_max. При этом Q₁ равен 0,7 максимального расхода агрегата. Таким образом,

.

На графике находим и графическим путем определяем статическое давление в агрегате при расходе . Так устанавливают необходимое для выбора или расчета воздуховсасывающего агрегата значения расхода воздуха и статического давления.

Р, Па

Р₂ В

Р

Р_доп/k А

0

Q₂ Q₀ Q₁ Q, м/с

Предельный расход воздуха в отечественных пылесосах равен 1…1,2 м³/мин, при полностью собранном пылесосном тракте (глушитель, чистые фильтры, гибкий шланг, щетка) и открытом всасывающем отверстии. Максимальный расход воздуха 2 м³/мин.

Скорость воздуха в насадках не менее 20…22 м/с.

Полезная мощность вентилятора:

(кВт),

Q_в – производительность вентилятора.

Мощность, потребляемая вентилятором с учетом всех потерь:

, ( )

После проведения необходимых расчетов при проектировании пылесоса необходимо измерить аналогичные размеры и параметры у реального пылесоса и заполнить таблицу 2.

Таблица 2.

Параметр пылесоса	Рассчитанный	Измеренный
Разрежение, Па
Мощность электродвигателя, Вт
Расход воздуха в начале работы, м3/мин
Расход воздуха в конце работы, м3/мин
Скорость воздуха в насадке, м/с

После заполнения таблицы сделать выводы о возможных причинах расхождений рассчитанных и измеренных параметров.

Указания по оформлению отчета

Отчет должен содержать:

16. Название работы, цель работы, программу работы;

17. ТЗ на проектирование машины;

18. Расчеты основных функциональных параметров пылесоса;

19. График аэродинамической характеристики;

20. Таблицу сопоставимых параметров.

21. Выводы по работе

Контрольные вопросы

14. Основные разделы ТЗ на проектирование пылесоса?

15. Что называется аэродинамической характеристикой пылесоса?

16. От чего зависит начальная скорость воздушного потока в шланге пылесоса?

17. Где и по каким причинам происходят потери давления в пылесосном тракте?

Лабораторную работу составил доц. В.А. Титов