Гидравлика (стр. 11 )

2. Как определяют потери давления в местных сопротивлениях?

3. Как рассчитывают коэффициент местного сопротивления диафрагмы?

4. От каких факторов зависит значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении канала?

5. На какие составляющие раскладывают потери напора при резком сужении канала?

Тема 8. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
НАСОСА

Цель работы: снятие напорной характеристики центробежного насоса при постоянной частоте вращения рабочего колеса. Получение навыков проведения энергетических испытаний гидравлических машин.

Основы теории

Энергетические испытания насосов проводят с целью получения характеристик насоса. Характеристиками насоса называют графическое изображение зависимостей напора H, мощности N и коэффициента полезного действия насоса h от его подачи Q при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса n, вязкости и плотности жидкости на входе в насос.

Подачей насоса называют количество жидкости, подаваемой им в единицу времени, м3/с (обычно используют размерность м3/ч).

Напором называют удельную энергию, приобретённую единицей веса жидкости, прошедшей через насос. Напор насоса затрачивается на подъём жидкости до уровня потребителя, на преодоление разности давлений и кинетических энергий потока между значениями на входе во всасывающий трубопровод и значениями на выходе из напорного трубопровода, а также на преодоление сопротивлений движению жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Напор измеряют высотой столба перекачиваемой жидкости. Величину его определяют по выражению

где − геометрический, пьезометрический и скоростной напоры потока в выходном патрубке насоса (в сечении 2−2, где подключен манометр, рис. 21); − то же во входном патрубке насоса (в сечении 1−1, где подключен вакуумметр).

Правая часть уравнения представляет собой уравнение Бернулли, составленное для сечений 1−1 и 2−2 относительно горизонтальной плоскости сравнения.

Полезная мощность насоса Nп − это мощность, сообщаемая насосом жидкости, проходящей через него, т. е.

Nп = ρgHQ,

где r − плотность жидкости, м3/кг; g − ускорение свободного падения, м/c2; H − напор, м; Q − подача м3/с.

Рис. 21. Схема насосной установки

Мощность, потребляемая насосом, может быть определена как произведение мощности, потребляемой электродвигателем, на коэффициент полезного действия электродвигателя. Мощность электродвигателя определяют с помощью электроизмерительных приборов (для трёхфазного электродвигателя она равна сумме мощностей, потребляемых каждой из обмоток). Более точные методы определения мощности насоса связаны с измерениями крутящего момента и частоты вращения двигателя.

Коэффициент полезного действия насоса h равен отношению полезной мощности насоса Nп к потребляемой насосом мощности N, т. е.

η = Nп / N.

Характеристики насоса, полученные для определённой частоты вращения вала n, могут быть пересчитаны на любую другую частоту вращения n1 по условиям пропорциональности:

; ; .

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка открытого типа (рис. 21) включает следующие основные элементы: расходный бак 1, соединённый всасывающим трубопроводом через регулирующий вентиль 5 с насосом 3. По напорному трубопроводу вода подаётся в мерный бак 2, проходя через регулирующий вентиль 4. Для измерения разряжения во всасывающем патрубке насоса служит вакуумметр 6, а с помощью манометра 7 измеряют избыточное давление в нагнетательном патрубке насоса. Насос подключён к электрической сети через электроизмерительный комплект К-50, в состав которого входит ваттметр, используемый для измерения мощности, потребляемой электродвигателем насоса.

Порядок выполнения работы

1. Проверить положение уровня воды в расходном баке (уровень воды должен быть выше точки входа жидкости во всасывающий трубопровод). Открыть клапаны 4 и 5.

2. Включить выключателем насос. Для прогрева подшипников и удаления воздуха из насоса и трубопроводов дать поработать установке при полностью открытых клапанах 4 и 5 в течение 10 минут.

3. Измерить ваттметром мощность, потребляемую каждой обмоткой электродвигателя и записать в табл. 18 (переключение фаз осуществляют рукояткой, расположенной на приборе К – 50).

4. Записать показания манометра и вакуумметра в табл. 18.

Таблица 18

Результаты измерений и расчётов

№ п/п

NA,

NB,

NC,

N

pи,

pвак,

Q, м3/с

V1,

V2,

H, м

Nп, Вт

h

Вт

Па

м/с

1

…

8

5. Измерить объёмным способом (с помощью мерного бака и секундомера) подачу насоса.

6. Установить путём прикрытия регулирующего вентиля 4 другой режим работы насоса. Повторить измерения согласно пунктам 3−5.

7. Повторить пункт 6 шесть раз.

8. Выключить насос.

Обработка экспериментальных данных

Рассчитать мощность, потребляемую электродвигателем насоса

N = NA + NB + NC,

где NA, NB, NC – мощность, потребляемая обмотками электродвигателя, подключёнными к фазам A, B и C трёхфазной сети.

Вычислить подачу насоса

,

где W − объём мерного бака, м3; t − время его наполнения, с.

Найти значения скоростей потока во входном и выходном патрубках насоса

,

где d1=25 мм, d2=15 мм – диаметры входного и выходного патрубков насоса, соответственно.

Определить по формуле напор насоса

,

где (z1 – z2) = 0,07 м − разность уровней расположения выходного и входного патрубков насоса.

Вычислить полезную мощность насоса

.

Рассчитать кпд насоса

.

Построить по полученным результатам характеристики насоса.

.

Контрольные вопросы

1. Что является целью энергетических испытаний насоса?

2. Что называют характеристикой насоса?

3. Какую величину называют напором насоса? В каких единицах его измеряют?

4. Что называют подачей насоса?

5. Как определить полезную мощность насоса?

6. В чём разница между полезной мощностью и мощностью, потребляемой насосом?

7. Как определить кпд насоса?

8. Как пересчитать характеристики насоса, полученные при данной частоте вращения рабочего колеса на другую частоту вращения?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов / , , и др.; под ред. . – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с.

Остренко, и пневматические системы автотранспортных средств: учеб. пособие для вузов / , . – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2005. – 284 с.

Шейпак, и гидропневмопривод: учеб. пособие для вузов в 2 ч. Ч.1. Основы механики жидкости и газа / .– М.: МГИУ, 2005. – 192 с.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Автомодельное течение – течение жидкости, которое остаётся механически подобным самому себе при изменении одного или нескольких параметров, определяющих это течение.

Вязкость – свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу (скольжению) одного слоя относительно другого.

Геометрическая высота z (геометрический напор) – удельная потенциальная энергия положения частицы жидкости.

Гидравлические машины – машины, которые сообщают протекающей через них жидкости механическую энергию, либо получают от жидкости часть энергии и передают её рабочему органу для полезного использования.

Гидравлические потери в насосе – потери, обусловленные трением и вихреобразованием при течении жидкости в проточной части насоса.

Гидравлический кпд насоса – отношение действительного напора к теоретическому.

Гидравлический радиус – отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру.