Описание установки и контрольно-имерительных приборов.

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

Кафедра теплотехнических

и энергетических систем

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Методические указания по выполнению

лабораторной работы для студентов всех

специальностей, изучающих теплотехнические

дисциплины

Магнитогорск

Составители: Ю. И. Тартаковский

Т.П. Семенова

Измерение расхода жидкости и газа. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей, изучающих теплотехнические дисциплины. Маг­нитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2012. 11 с.

Рецензент

©Ю. И. Тартаковский,

Т.П.Семенова,

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование экспериментальным путем методов измерения полного давления и мощности лабораторного насоса.

.

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Гидравлический стенд №2.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Насосом называют гидравлическую машину, предназначен­ную для подачи жидкости . В насосах механическая энергия двигателя преобразуется в энергию жидкости, В настоящее время насосы применяют во многих отраслях: они являются неотъемлемой частью систем водоснабжения, центрального отопления, вентиляции, и теплофикации

Наибольшее распространение получили лопастные насосы. Лопастными называют насосы, в которых передача энергии от рабочего колеса жидкости осуществляется путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жид­костью. Лопастные насосы в свою очередь делят на две груп­пы: центробежные и осевые. Центробежными называют лопастные насосы с движением жидкости через рабочее колесо от центра к периферии, осевыми — с движением жидкости через рабочее колесо в направлении его оси.

Общий вид и схема центробежного насоса представлена на (рис 1.)

Рис.1. Общий вид (а) и схема (б) центробежного насоса:

1 — всасывающий патрубок; 2 — рабочее колесо; 3 — корпус; 4 — напорный патрубок.

Основными элементами, общими для всех разнообразных конструкций центробежных насосов, являются всасывающий патрубок, рабочее колесо с лопатками, корпус спиральной фор­мы и напорный патрубок. Рабочее колесо насажено на вал и состоит из двух дисков с расположенными между ними изогнутыми лопатками, в количестве от шести до восьми. Рабочее колесо вращается от двигателя. Отверстие в корпусе, через которое проходит вал герметично изолировано, для предотвращения перетекания жидкости внутри корпуса насоса имеются лабиринтные уплотнения. Всасывающий патрубок выполнен в виде конического насадка, а напорный в виде диффузора.

Принцип действия центробежного насоса заключается в сле­дующем. При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся между лопатками, благодаря развиваемой центробежной силе выбрасывается через спиральную камеру в напорный труб провод. Уходящая жидкость освобождает занимаемое ею пространство в каналах на внутренней окружности рабочего коле­са, поэтому у входа в рабочее колесо образуется вакуум, а на периферии — избыточное давление.

Движение жидкости в рабочем колесе является сложным С одной стороны, жидкость перемещается вдоль лопаток рабочего колеса с линейной или относительной скоростью движения (относительно рабочего колеса). С другой стороны, жидкость вместе с лопатками вращается вокруг оси вала насоса с некоторой окружной скоростью. Векторная сумма относительной и окружной скоростей дает абсолютную скорость.

При работе насоса разность давлений в приемном резерву­аре и в корпусе насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости и гидравлические сопро­тивления во всасывающем трубопроводе, поэтому расчет и про­ектирование всасывающей линии представляют собой одну из самых ответственных задач при общем проектировании насос­ной установки.

Центробежный насос может работать только в том случае, когда его внутренняя полость заполнена перекачиваемой жид­костью, поэтому, если уровень жидкости в приемном резервуа­ре находится ниже оси насоса, насосную установку оборудуют устройством для залива насоса.

Схема установки насоса представлена на ( рис. 2). Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре, до центра рабочего колеса насоса называется гео­метрической высотой всасывания . Вертикальное расстояние от центра насоса до уровня жидкости в напорном резервуаре называется геометрической высотой нагнетания

Запишем уравнение Бернулли для сечений 0-0 и 1-1

, Па (1)

где - сумма потерь насоса на всасывающем и нагнетательном трубопроводе.

Рис. 2. Схема установки насоса

Если давление опустится до давления насыщения паров перекачиваемой жидкости при данной температуре, то наступит кавитация. При кавитации жидкость начинает вскипать, происходит разрыв потокаи подача жидкости насосом прекращается. При длительной работе насоса в условиях кавитации разрушается рабочее колесо, поэтому кавитация в насосе недопустима.

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т.е. создают режим, гарантирую­щий от наступления кавитации, для чего необходимо уменьшить потери во всасыва­ющем трубопроводе, скорость на входе в насос и давление на­сыщения паров. В связи с этим, всасывающую линию насоса изготовляют возможно короче, большого диаметра, с минимумом пе­регибов и местных сопротивлений.

Высота всасывания центробеж­ных насосов обычно не превышает 6—7 м. Снизить значение в боль­шинстве случаев невозможно, так как оно определяется только температурой перекачиваемой жидкости. Однако если пред­ставляется такая возможность, то эту температуру необходимо уменьшать.

Если по расчету по­лучается , то насос необходимо ставить ниже уровня жид­кости в приемном резервуаре (затопленный насос).

В каталогах и паспортах насосов приводится допустимая вакуумметрическая высота всасывании или допустимый кавитационный за­пас.

(2)

Полный напор насоса для установки, изображенной на схеме 2 определяется по формуле:

(3)

Скоростными напорами можно пренебречь, а ,

Мощность, подводи­мая к валу насоса, определяется по формуле :

(4)

Где - объемный расход жидкости, ; - коэффициент полезного действия насоса, характеризует совершенство конструкции насоса и степень его изношенности.

Максимальный КПД крупных современных насосов достигает 0,9, а малых насосов составляет 0,6-0,7;

- коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки двигателя

При небольшой мощности насоса от2 до 5 кВт, коэффициент запаса принимается равным 1,5- 1.25.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И КОНТРОЛЬНО-ИМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

На ( рис. 3) дана конструктивная часть гидравлического стенда, вклю­чающего напорное и приемное устройства, измерительные прибо­ры и работай участок.

Рис.3. Рабочая часть гидравлического стенда:

Цен­тробежный насос 2с электродвигателем 1забирает воду из резервуара 5по всасывающему трубопроводу 7 и подает ее по напорной трубе 4 в этот же резервуар. На напорном трубопроводе установлен — манометр. Для определения объемного расхода, предусмотрен мерный бачок и секундомер.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготавливается журнал наблюдений по форме таблицы1

2. Установку заливает водой и пускает насос лаборант или преподаватель.

3. Снимаются показания установленных на напорном участке пьезометров и трубок Пито, измеряющие соответственно пьезометрический и полный напор в двух сечениях.

4. Находят скоростной напор

5. Вычисляют скорости и объемные расход на напорном и всасывающем трубопроводе.

6. Рассчитывается значение полного напора и мощности насоса

7. Сравниваются полученные опытным путем значения полного напора и мощности насоса с заводскими данными

8. Делаются выводы о возможности практического расчета полного напора и мощности насоса.

се приборов (ваттметра, маномет­ра, вакуумметра). Тахометром замеряют частоту вращения вала насоса.

Изменив расход Q, т.е. частично приоткрыв вентиль 5, в сле­дующем опыте снимают при установившемся режиме показа­ния приборов, в том числе и показания дифференциального манометра.

Увеличивая последовательно степень открытия вентиля 5 до полного и снимая показания приборов в каждом опыте, получа­ют ряд опытных точек. Всего проводят не менее четырех — пяти опытов при различных степенях открытия вентиля.

Результаты измерений сводят в таблицу (табл. )

Таблица.

Форма записи результатов измерений в лабора­торной работе

N опыта	Значение показаний пьезометров, трубки Пито	Скоростной напор	Скорость	Объемный расход
напорная линия	Линия всасывания
						,

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. По результатам из­мерений разности уровней показания трубки Пито и пьезометров определяется скоростной напор для двух сечений рабочего участка по формуле:

2. Вычисляют среднюю скорость на напорном трубопроводе по формулам:

,

3. Определяют объемный расход по уравнению сплошности.

₍₅₎

Где - площадь сечения всасывающего и напорного трубопроводов соответ­ственно.

— диаметр всасывающего трубопровода равен 45 мм;

- диаметр напорного трубопровода принять равным 20 мм

Из уравнения (5 ) определить скорость на всасывающем трубопроводе

4. Определяют потери на линии нагнетания и всасывания.

Данные потери складываются из потерь напора на преодоление трения и потерь напора на местные сопротивления.

,

5. Потери по длине с учетом формулы Дарси-Вейсбаха можно выразить формулой:

, м (6 )

где - безразмерный параметр, характеризующий потери на трение по длине и по этой причине в специальной литературе его принято называть коэффициентом гидравлического трения.

Рассчитывают критерий Рейнольдса для всасывающей и напорной линии по формуле

, (7)

где - коэффициент кинематической вязкости и выбирается по приложению 1, коэффициент абсолютной шероховатости принять равным 0, 5 мм.

В зависимости от значения критерия Рейнольдса находят коэффициент гидравлического трения :

если - режим движения ламинарный, то ;

если - режим движения переходный и часть турбулентного режима, то ;

если - режим развитого турбулентного движения, то

6. . Определяют потери на местные сопротивления на линии нагнетания по формуле:

, (8)

Где - коэффициент местного сопротивления. На линии нагнетания имеется участок с внезапным расширением и сужение трубопровода от =10 мм, до = 20 мм.

, принимают по приложению 2.

7. Вычисляется полный напор насоса

;

Из (рис. 3) видно, что ,а = 0,8 м.

8.Вычисляют мощность насоса, кВт

9. Сравнивают значения полного напора по заводским данным с расчетными. Делаются выводы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Зависимость кинематической вязкости воды от температуры

Температура, 0 С	Кинематическая вязкость, м2/с ·106
	1,789
	1,006
	0,659

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Внезапное сужение потока

ЛИТЕРАТУРА

1. Победря Б.Е., Георгиевский Д.В. Основы механики сплошной среды. - М., Физматлит, 2006 г.

2. Механика жидкости и газа под редакцией В.С. Швыдкого -

М., И.К.Ц., Академкника 2003 г

3. В.И. Калицун Основы гидравлики и аэродинамики. Стройиздат, 2001 г.

3. Калицун В.И. Основы гидравлики и аэродинамики – М., Стройиздат, 2001г