Гидравлика, пневмо - и гидропривод (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ

ИМ. М. ТУГАН – БАРАНОВСКОГО

Я

Донецк 2003г

УДК

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика, пневмо - и гидропривод» для студентов специальности 7.090221 дневной и заочной форм обучения. Автор – – Донецк. ДонГУЭТ, 2003–60с.

В указаниях приведена методика выполнения 14 лабораторных работ по основным разделам курса «Гидравлика, пневмо - и гидропривод». В каждой работе приводятся необходимые теоретические сведения, дается описание опытной установки, указывается порядок выполнения работы и обработки полученных экспериментальных данных.

Пособие предназначено для студентов механической специальности дневной и заочной форм обучения.

Рецензенты: , канд. техн. наук, доцент кафедры оборудования пищевых и перерабатывающих производств

, канд. техн. наук, доцент кафедры холодильной и торговой техники.

Ó Донецкий государственный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского, 2003г.

СОДЕРЖАНИЕ

Положения к выполнению лабораторных работ. 4

Работа № 1. Определение плотности и объемного веса жид 4
кости.

Работа № 2. Измерение давления. 7
Работа № 3. Тарировка микроманометра. 10

Работа № 4. Тарирование расходомера (нормальной

диафрагмы) 12

Работа № 5. Определение силы давления жидкости на

плоскую стенку 16

Работа № 6. Графическая иллюстрация уравнения

Д. Бернулли 19

Работа № 7. Изучение режима движения жидкости 21

Работа № 8. Определение коэффициента гидравлического

трения 23

Работа № 9. Определение коэффициентов местных
сопротивлений 25

Работа № 10. Экспериментальное определение скоростей и
расхода жидкости в круглой трубе 27

Работа №11. Изучение конструктивного устройства

некоторых типов насосов 30

Работа № 12. Испытание центробежного насоса 35

Работа № 13. Исследование работы насосов, включенных
параллельно на общий трубопровод 39
Работа № 14. Испытание объемного насоса 40
Приложения 42

1. ПОЛОЖЕНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.

1.1. Основным назначением практикума является экспериментальное изу­чение и проверка различных гидравлических явлений, ознакомление студентов с методикой экспериментальных исследований, изучение конструкции некоторых типов насосов и гидроприводов и методов их испытания, что в целом дает возможность закрепить теоретический материал по важнейшим разделам и вопросам курса "Гидравлика и гидропривод".

1.2. Выполнению лабораторной работы должно предшествовать изучение теории вопроса и ее содержания. Студенты должны ознакомиться с методикой проведения эксперимента, приборами для замеров, обору­дованием, относящимся к данной работе, схемой установки. Для облегчения подготовки и выполнения лабораторных работ в кон­це методических указаний приведены контрольные вопросы, предва­рительная проработка которых является обязательной.

1.3. Для допуска к очередной лабораторной работе необходимо:

- представить оформленные результаты предыдущей работы;

- вычертить схему экспериментальной установки текущей работы;

- внести в протокол основные соотношения, необходимые для выполнения работы;

- дать письменные ответы на все контрольные вопросы, помещенные в конце работы.

1.4. Перед началом работы преподаватель выясняет степень подготовлен­ности студентов к выполнению данной работы, уточняет конструктив­ную особенность установки, особенность постановки эксперимента и обработки полученных данных, после чего дает разрешение на выпол­нение необходимых замеров.

Без разрешения преподавателя студентам категорически запрещается пускать установки и включать приборы.

О всех замеченных неполадках и неисправностях студенты обязаны немедленно сообщать преподавателю или лаборанту. Замеры студенты вносят в таблицы для записи измеренных и вычисленных величин, приведенные в протоколе работы. Результаты заме­ров предъявляют для проверки преподавателю и, если они признаны неудовлетворительными, опыт повторяют. Данные наблюдений каж­дый студент обрабатывает самостоятельно.

1.5. Отчет о работе студент должен составлять аккуратно, чернилами и по возможности закончить в лаборатории.

РАБОТА 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И ОБЪЕМНОГО ВЕСА ЖИДКОСТИ.

Цель работы: определение плотности и объемного веса жидкости с помо­щью

пикнометра и сообщающихся сосудов и сопоставление результатов измерений со справочными данными и измере­ниями по ареометру.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Ареометр представляет собой стеклянную фигурную запаянную колбу, из которой выкачан воздух. В нижней утолщенной части колбы помещен специально подобранный по весу груз из свинцовых дробин, залитый сургу­чом во избежании поломки прибора. В верхней узкой части колбы - шкала с делениями.

Пикнометр - это мерная колба с делениями объема на ней. Сила тяже­сти пустого пикнометра обычно записана прямо на колбе.

Определение объемного веса жидкости способом сообщающихся сосу­дов основано на том, что высоты жидких столбов в сообщающихся сосудах обратно пропорциональны удельным весам взятых жидкостей.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1 . В пикнометр залить исследуемую жидкость и замерить ее объем V.

2. Взвесить пикнометр с жидкостью. Измерения повторяют 4-5 раз.

3. Определить объемный вес жидкости по выражению

;

где G - вес пикнометра с жидкостью;

G0 - вес пустого пикнометра.

4. В одно из колен прибора, представленного на рис. 1, наливают

Рис.1   h2   h1

исследуемую жидкость, а в дру­гое - жидкость с известным объ­емным весом в таких количест­вах, чтобы уровни в средних ко­ленах находились в одной горизонтальной плоскости на нуле­вом делении шкалы прибора.

5. Измеряет высоты столбов жидкости h1 и h2 и результаты заносят в про­токол работы. Измерения повторяют не менее 4-5 раз.

6. Из уравнения равновесия, записанного для поверхности равного давле­ния, проходящей через мениски жидкости в двух соседних трубках, опреде­лить объемный вес

;

7. Измеряют температуру исследуемой и эталонной жидкости. Производят пересчет объемного веса на температуру 20°C по выражению

где βt - коэффициент температурного расширения исследуемой жидкости.

8. Погрузить ареометр в сосуд с исследуемой жидкостью и отсчитать по верхнему краю мениска жидкости значение объемного веса. Результаты за­писать в протокол (приложение 1).

Обработку данных измерений занести в таблицу.

Исходные данные № Резулкгаы (7~Г,) (Г~Г*)2 Г1 У~Т^ &-?>? опыта замеров я 1	Первая обработка	Вторая обработка
№ Опыта	Результаты замеров γi	()	()2	γi		()2
1	2	3	4	5	6	7

1. За наиболее вероятное значение измеряемой величины следует принять ее среднее арифметическое значение

2. Вычислить наибольшую возможную ошибку Δ отдельных измерений

где i- количество замеров определяемой величины.

Полученное значение наибольшей возможной ошибки Δ необходимо сравнить со значением третьего столбца, и, если какое- либо из значении колонки окажется больше Δ, необходимо его отклонить как недоброкачест­венное. После отклонения недоброкачественных наблюдений в столбцах 5-7 произвести повторение вычисления в той же последовательности, т. е. определить вновь среднее арифметическое

· определить наибольшую возможную ошибку Δ;

· определить среднеквадратичную погрешность одного из i-го измерений

· определить среднеквадратичную погрешность среднеарифметического

значения

Результат записать в протокол работы одним из следующих способов, например:

с точностью 0,6%

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение понятию жидкость.

2. Какими свойствами характеризуется жидкость?

3.Дайте определения понятиям плотности и объемного веса жидкости, приведите их размерность в системе СИ. Какова взаимосвязь между ρ и γ?

4. Что такое относительная плотность жидкости?

5. Что такое сжимаемость жидкости?

6.Какими величинами характеризуется изменение объема жидкости при изменении давления и температуры?

7. Что такое вязкость жидкости и какой величиной она характеризует­ся?

8. Как связаны между собой динамический и кинематический коэффи­циенты вязкости и каковы их размерности в системе СИ?

РАБОТА 2

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: ознакомление с приборами для измерения давлений (пьезометрами, манометрами, вакуумметрами, дифферен­циальными манометрами) и измерение давлений.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Приборы для измерения давления в соответствии с ГОСТ 8.271-77 де­лятся на:

манометры избыточного давления, служащие для измерения разности между абсолютным давлением и давлением окружающей среды (обычно атмосферным);

вакуумметры, предназначенные для измерения разности между давле­нием окружающей среды (обычно атмосферным) и абсолютным давлением;

дифференциальные манометры (дифманометры), служащие для изме­рения разности двух давлений;

манометры абсолютного давления, используемые для измерения давле­ния, отсчитываемого от абсолютного нуля;

барометры, служащие для измерения атмосферного давления.

По принципу действия и типу рабочего органа приборы для измерения давления делятся на жидкостные, деформационные, электрические, тепло­вые и др.

В практике наиболее широкое распространение получили жидкостные и деформационные (пружинные).

К жидкостным манометрам относятся приборы, основанные на гидро­статическом принципе действия, заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидко­сти. Простейшим жидкостным манометром является пьезометр. Избыточное давление по пьезометру определяют по выражению

где ρ - плотность жидкости;

h - показания пьезометра.

Если трубка прибора имеет малый диаметр, в показания вносится по­правка на капиллярность. При употреблении в качестве рабочей жидкости воды последняя вследствие капиллярности поднимается на высоту Δh в мм

для спирта для ртути

Отчеты по пьезометру необходимо делать по нижней поверхности вогнутого мениска или по верхней поверхности выпуклого мениска

При измерении больших давлений применяются пружинные мано­метры, а для измерения весьма малых давлений-микроманометры.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Установка выполнена в виде бачка 1 до некоторого уровня заполненно­го жидкостью. Наблюдение за уровнем жидкости в бачке осуществляется с помощью водомерного стекла 4.

Для заправки бачка жидкостью и освобождения от нее служат патрубки 2 и 5 с кранами. Для отключения приборов и удаления из них воздуха на со­единительных трубках установлены трехходовые краны 3 и 6.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед началом замеров необходимо заполнить бачок водой. Для это­го через кран 5 шлангом соединяют бачок с водопроводом и при закрытых кранах 2, 3 и 6 заполняют бачок водой, контролируя уровень жидкости в нем по водомерному стеклу 4. По мере заполнения бачка водой давление воздуха в нем будет возрастать. Таким образом создаются различные давления в бачке.

2. Закрыв кран 5, удаляют из пьезометра воздух путем его проливки - сообщают место измерения с атмосферой. После проливки измеряют избыточное давление pu в точке установки прибора с помощью пьезо­метра.

3. Открывают кран 3 и измеряют избыточное давление, действующее на свободную поверхность жидкости pм.

4. Открывают кран 2, устанавливают в бачке атмосферное давление. Закрывают кран 2,3,6 и, открывая кран 5, путем слива части жидкости устанав­ливают в бачке вакуумметрическое давление pв.

5. Выполняют замеры, как это изложено в пп.2,3. Результаты замеров записывают в протокол наблюдений (приложение 2).

6. По образцам деформационных манометров ознакомиться с их конструкцией и принципом действия. В отчете представить схему устройства маномет­ра.

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

1. Давление, выраженное высотой столба жидкости, - пьезометрическая

высота

Если трубка прибора имеет малый диаметр, в показания прибора вносят поправку на капиллярность.

2. По показаниям u - образного манометра pм и водомерного стекла оп­ределяют избыточное давление в измеряемой точке

где h- глубина точки под уровнем жидкости.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 .Что называется гидростатическим давлением и каковы его свойства?

2. Запишите основное уравнение гидростатики и объясните величины, входящие в него.

3. Объясните термины: манометрическое давление, абсолютное давле­ние, вакуум.

4. Что называется пьезометрической высотой и пьезометрическим на­пором?

РАБОТА 3

ТАРИРОВКА МИКРОМАНОМЕТРОВ

Цель работы: изучение устройства, правил работы и способов тариров­ки.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Приборы, применяющиеся для измерений малых давлений (p<200 мм в. ст.) называются микроманометрами. В них одно колено для получения более точных отчетов делают наклонным, а другое заменяют достаточно емким резервуаром, изменением уровня в котором можно пренебрегать.

В общем случае давление определяют по формуле

где А - показания жидкостного манометра при измерении;

a0 - показания жидкостного манометра до начала измерения;

α - угол наклона трубки;

γж- объемный вес залитой жидкости;

Кт - коэффициент тарировки шкалы;

Δ= - поправка на атмосферные условия;

γ - объемный вес жидкости при измерении;

γ0 - объемный вес жидкости при нормальных условиях (у воздуха γ0 = 1,2 кг/м3, у воды γ0 = 1000 кг/м3).

Тарировку микроманометров можно осуществить тремя способами: сравнением показаний тарируемого микроманометра и эталонного прибора при параллельном их присоединении к общему источнику разности давле­ний (сравнительный метод);

сравнением показаний тарируемого микроманометра с известным дав­лением, подаваемым на микроманометр (абсолютный метод);

измерение перемещений мениска в трубке при наливании жидкости в бак (способ сообщающихся сосудов).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед началом работы следует проверить герметичность микрома­нометра. Это делают следующим образом: в баке прибора создают повышен­ное давление, которое поднимает уровень спирта в трубке, предварительно приведенной в вертикальное положение.

Закрыв отверстия штуцера трубки, нужно проследить за положением уровня спирта. Аналогичным образом проверяют бачок.

Проверить, нет ли в спирте пузырьков воздуха. Их присутствие легко обнаружить наклонением бачка в строну трубки так, чтобы спирт дошел до по­следнего деления шкалы. Обнаруженные пузырьки можно устранить, переме­щая мениск взад и вперед вдоль по трубке.

2. Собрать схему соединений приборов для тарировки сравнитель­ным методом.

3. Действуя кранами 2 и 4, создать в сосуде 3 общее для обоих прибо­ров разрежение и в нужном положении закрыть кран. Когда уровни жидкости в трубках микроманометра установятся, записывают показания обоих приборов в протокол наблюдений. Произвести замеры в 8-10 точках по шкале прибора

4. Собрать схему соединений приборов для тарировки абсолютным ме­тодом.

Рис.4

Уравновесить на весах 7 вес колокола 5 и его начальную архимедову силу грузом G0.

6. С помощью крана 2 и 4 в трубке микроманометра и под колоколом 5 создается некоторое разряжение, уравновешиваемое на весах 7 грузом G - G0 Разрежение определить по выражению

где Fk – площадь дна колокола (внутренняя)

Произвести 8-10 замеров по шкале приборы

7. Гидростатический метод тарировки микроманометра заключается в следующем. В бачок микроманометра вливают определенное количество жидкости. Объем влитой жидкости V определяется либо точной мензуркой, либо взвешиванием. В последнем случае необходимо определить с доста­точной точностью удельный вес жидкости. Вычисляем изменение уровня жидкости в баке H по сравнению с начальным положением, исходя из вели­чины площади поперечного сечения бака F,