Гідравліка. Основні закони і поняття 7 страница

Мета роботи: побудувати характеристику Q-Н двох однакових насосів, що працюють послідовно, і визначити параметри їх робочої точки.

4.5.1 Загальні теоретичні відомості

Послідовною називається робота насосів, при якій один насос (перша ступінь) подає перекачувану рідину у всмоктуючий патрубок (інколи у всмоктуючий трубопровід) іншого насоса (друга ступінь), а останній подає її в напірний водовід.

Послідовну роботу насосів застосовують в тих випадках, коли рідина подається на дуже великі відстані або на велику висоту. Її також застосовують тоді, коли необхідно при постійній (чи майже постійній) витраті збільшити напір, який не може бути створений одним насосом.

Два послідовно сполучених насоса приводять в дію таким чином. При закритих засувках 1 і 2 (рис.4.6) включають насос 1. Після того, як насос І розвине напір, рівний напорові при закритій засувці, відкривають засувку 1 і запускають насос II. Коли насос II розвине напір, рівний напорові 2Н₀, відкривають засувку 2.

Рисунок 4.6 - Схема послідовного з'єднання насосів

На рис.4.7 показані характеристики двох однакових відцентрових насосів Q-Н_1,2 , характеристика трубопроводу Q-Н_тр з геометричною висотою підйому Н_г, втрати напору h_тр в трубопроводі при подачі витрати Q, напір Н₀, що створюється одним насосом при закритій засувці.

При послідовній роботі слід звертати особливу увагу на вибір насосів, оскільки не всі вони можуть бути використані для послідовної роботи за умовами міцності корпусу.

Для побудови сумарної характеристики Q-Н₍₁₊₂₎ послідовної роботи двох однотипних насосів необхідно скласти ординати характеристики Q-Н_1,2 при однакових подачах.

Режим роботи одного насоса визначається точкою А. Подача насоса рівна Q₁ , напір H₁, споживана при цьому потужність N₁. Режим послідовної роботи двох насосів визначається точкою А, яка є перетинанням сумарної характеристики насосов і характеристики водоводов Q-h_тp.

Рисунок 4.7 - Сумарна характеристика двох послідовно працюючих відцентрових насосів

Для побудови характеристики Q-Н_тр користуються методикою, описаною в попередній роботі.

Подача насосів, що працюють послідовно, рівна Q₁₊₂. Вона дещо більше, ніж Q_1. Напір, що розвивається, рівний H₂, споживаної при цьому потужності N_2(1+2).

При збереженні тієї ж подачі Q₁, яку забезпечує один насос, що працює на водовод, напір двох послідовно працюючих насосів зростає до величини H₍₁₊₂₎ .

4.5.2 Опис лабораторної установки

Схема лабораторної установки показана на рис.4.8. Ця установка відрізняється від установки, показаної на рис.4.5 тим, що напірний трубопровід насоса 1 приєднується до всмоктуючого патрубка насоса 2.

Рисунок 4.8 - Схема установки при послідовній роботі двох насосів

Насос 2 працює послідовно з насосом 1 та подає воду в трубопровід 4 з регулюючою засувкою 3. На кінці напірного трубопроводу 4 є перемикач, що дозволяє подавати воду в мірний бак 5 з водомірним склом 6 або безпосередньо в збірний бак 7.

Насос 1 забирає воду із збірного бака 7 через воронку з приймальним клапаном і сіткою 8. Насос 1 має всмоктуючий трубопровід 9 з вентилем 10 і напірну лінію з вентилем 11, яка є одночасно всмоктуючою для насоса 2. Вентиль 12 при послідовній роботі насосів закритий.

Для виміру тиску на напірних трубопроводах встановлені манометри М, а на всмоктуючих лініях - вакуумметри. Насоси заливаються через патрубок 13 з водопровідної мережі лабораторії.

4.5.3 Порядок проведення роботи

Робота повинна виконуватися в такій послідовності:

- з'ясувати призначення всіх елементів системи;

- закрити засувку 12 на всмоктуючому трубопроводі насоса 2;

- запустити насос 1, відкрити вентиль 11;

- пустити насос 2 при закритому вентилі 3. Дочекатися стабільних свідчень приладів;

- виміряти подачу і напір при послідовній роботі двох насосів;

- перший вимір робиться при повністю закритому вентилі 3;

- змінюючи вентилем 3 подачу насосів, зробити виміри, необхідні для заповнення табл.4.11.

4.5.4 Обробка результатів виміру

Обробку результатів виміру для повного заповнення таблиці виконують по відомій методиці.

Робочий напір насосів визначають по формулах:

для насоса 1 (при закритому вентилі 12)

H₁=M₁+B+Z_B+Z_M; (4.18)

для насосів 1 і 2 при послідовній їх роботі

H₁₊₂=M₂+B+Z_B+ Z₀+ Z_M2, (4.19)

де M₁, M₂, B - свідчення манометрів і вакуумметра; Z_B, Z_M1, Z_M2 - поправки на положення відповідно вакуумметра V, манометрів M₁ и M₂; Z₀ - відстань між осями насосів 1 і 2, м.

За даними таблиці на міліметрівці будують графік залежності Н=f(Q) для одного і двох послідовно працюючих насосів.

Після цього необхідно побудувати характеристику водовода. Дані для побудови беруться з табл.4.9. Потім визначають параметри робочої точки.

Таблиця 4.11 - Визначення напору і подачі насоса при випробуванні

4.5.5 Зміст звіту

У звіт про роботу повинні входити: схема установки, розрахункові формули, використані при розрахунках; заповнена табл.4.11 для двох послідовно працюючих насосів; рисунок з нанесеними необхідними характеристиками, висновки.

4.5.6 Контрольні питання

1. Що таке послідовна робота насосів?

2. В яких випадках використовують послідовну роботу насосів?

3. Особливості роботи насосів при послідовній роботі.

4. Як визначається робочий напір насосів?

5. З чого складається лабораторна установка?

4.6 Випробування кавітацій лопатевого насосу

Мета роботи: вивчити динаміку зміни навігаційного запасу при зміні подачі насосного агрегату.

4.6.1 Загальні теоретичні відомості

Явище кавітації в текучій рідині виникає в тих випадках, коли статичний тиск в якій-небудь області потоку падає нижче тиску насиченої пари рідини. Реальна рідина не може сприймати розтягуючих зусиль, які виникають при падінні в ній тиску, нижче тиску насиченої пари. Тому у вказаних областях відбувається її скипання і порушується сплошність потоку з утворенням чисельних парових бульбашок і стійких каверн, що примикають до стінок (caverna (лат.) — порожнина; звідси відбувається і назва "кавітація").

Як тільки парові бульбашки, рухомі разом з потоком рідини, потрапляють в область, де статичний тиск вище пружності насиченої пари, пара конденсується і бульбашки зникають. У районі зникнення бульбашок відбувається сильний гідравлічний удар, в результаті якого миттєвий місцевий тиск може досягати декількох десятків МПа. Наявність чисельних гідравлічних ударів приводить до періодичного коливання розмірів знов виникаючих бульбашок при їх руху в потоці рідини. Весь процес кавітації зазвичай супроводжується шумом і вібраціями.

Якщо зникнення бульбашок відбувається поблизу стінки, то через деякий час починає руйнуватися поверхня стінки, де відбуваються як хімічні, так і теплові і електричні процеси, що посилюють руйнівну дію кавітації. Механічний процес руйнування матеріалу називається ерозією. Хімічне руйнування металу в зоні кавітації киснем повітря носить назву корозії.

Виникнення кавітації відбувається поетапно. Первинна кавітація у вигляді локальних вогнищ не міняє загальної структури потоку і не порушує нормальної роботи насоса. Вона зазвичай виявляється або візуально (при прозорих стінках насоса), або акустичним способом, інколи по незначній зміні амплітудно-частотних характеристик насоса.

Наступний етап розвинутої кавітації в насосі при зниженні Р_в виникнення першого критичного режиму, при якому починають змінюватися зовні характеристики насоса: знижуються його напір і потужність. Проте насос здатний ще подавати рідину споживачеві, хоча швидкість навігаційної ерозії в насосі може значно зрости.

При подальшому пониженні P_в зростають розміри навігаційних зон, міняється їх вигляд, а при деякому значенні P_в виникає так званий другий критичний режим, що характеризується початком різкого падіння напору, потужності і ККД насосу.

Перевищення повного напору рідини у вхідному патрубку насоса Р_в /ρg +U_в²/2g над пружністю її насиченої пари Р_н.п. /ρg називається запасом кавітації Δh та обчислюється за формулою:

Δh = Р_в /ρg +U_в²/2g - Р_н.п. /ρg, (4.20)

де Р_в і U_в - тиск та швидкість на вході в робоче колесо.

Оскільки абсолютний тиск у вхідному патрубку насоса дорівнює

Р_в /ρg= (Р_а - Р_вак) /ρg (4.21)

Тоді рівняння (4.20), набирає вигляду

Δh = (Р_а - Р_вак) /ρg + U_в²/2g - Р_н.п. /ρg (4.22)

де Р_а - атмосферний тиск; P_вак - вакуумметрична висота всмоктування.

Щоб виключити роботу насоса в режимі кавітації, допустимий кавітаційний запас Δh_доп має бути не менше величини, визначуваної по формулі:

Δh_доп =(1,1…1,3) Δh_кр (4.23)

Критичний кавітаційний запас визначається при найбільшій висоті вакуумметра для даного насоса.

Для встановлених насосних агрегатів дотримується рівняння

Н_вс= Р_а /ρg – (h_вс+ h_t+ Δh_ф) (4.24)

де H_вс - геометрична висота всмоктування, м; h_вс - втрати натиску у всмоктуючій лінії, м вод.ст.; h_t - пружність насиченої пари рідини при температурі t, м вод.ст.

h_t= Р_н.п. /ρg, (4.25)

Δh_ф - фактичний запас напору.

З вираження (4.24) фактичний запас натиску у всмоктуючому патрубку насоса

Δh_ф= Р_а /ρg – Н_вс - h_вс - h_t . (4.26)

Оскільки під час випробувань із зміною витрати, що подається, змінюється лише h_вс, то Δh_ф =f (Q).

Щоб при всіх змінах витрат на наставало явище кавітації, необхідне дотримання умови

Δh_ф≥ Δh_доп . (4.27)

Таким чином, запас напору у всмоктуючому трубопроводі є величиною змінною. Динаміку зміни цього запасу можна оцінити по формулі (4.20), вимірюючи вакуумметром тиск на вході в насос при зміні витрати води, що подається ним, або по формулі (4.26).

 

4.6.2 Порядок виконання роботи

Схема лабораторної установки наведена на рис. 4.9.

Лабораторна робота виконується в наступній послідовності:

- підготувати установку до запуску;

- залити насос з водопроводу;

- запустити насосний агрегат і після набору двигуном повного числа зворотів відкрити повністю вентиль 4 на напірному трубопроводі;

- виміряти об'ємним методом витрату води, що подається насосом. Необхідні дані і свідчення вакуумметра В записати в табл.4.12;

- виконати ступінчасте зменшення подачі до повного припинення подачі, вимірюючи на кожному рівні витрату води Q і свідчення вакуумметра В. Результат вимірів занести в табл.4.12;

- виміряти діаметр вхідного патрубка насоса;

- виміряти атмосферний тиск;

- виміряти температуру води;

- зробити необхідні розрахунки і заповнити табл.4.12;

- побудувати графік залежності Δh_ф =f (Q).

Рисунок 4.9 – Схема лабораторної установки

 

 

Таблиця 4.12 – Визначення запасу кавітації у всмоктуючому патрубку насоса

№ досліду

Подача

Показання вакуумметра

Діаметр вхідного патрубка, DB, м

Швидкість у всмоктуючому патрубку насоса,Ui,м\с

Тиск насиченої пари ht, м вод.ст

Атмосферний тиск Pa, м вод.ст.

Температура води, t, оC

Кавітаційний запас

Об’єм води у мірному баці, Wi,л

Час наповнення бака tі , с

Витрата,Qi ,,л/c

В, кгс/см2

Pв, м вод.ст.

Δh, м.вод.ст.

Δhф, м вод.ст.

 

4.6.3 Обробка результатів вимірів

Результати вимірів слід занести в графи 1-3, 5, 8, 9 таблиці 4.12. Останні графи заповнюють в такій послідовності.

Графа 4: визначається подача насоса в і-м досліді, л/с:

Q_i=w_i\t_i

Графа 6: свідчення вакуумметра (графа 5) переводять в метри водяного стовпа по формулі:

Р_в=10В

Графа 8: визначають швидкість руху води у вхідному патрубку насоса, м/с:

U_i=4Q_i\πD_в

Дані для заповнення графи 9 визначають по табл.4.13 залежно від температури води.

 

 

Таблиця 4.13 - Залежність пружності насиченої пари і густини

ваги води від температури

t, оC	Рн.п./ρg, м.вод.ст.	ρg, кг/м3	t, оC	Рн.п./ρg, м.вод.ст.	ρg, кг/м3
	0,0889			0,5733	993,9
	0,1251	999,6		0,7520	992,2
	0,1738	998,9		0,9771	990,1
	0,2383	998,2		1,2578	988,0
	0,3229	996,9		1,6051	985,6
	0,4325	995,6		2,0320	983,2

 

 

Графа 12: визначають кавітаційний запас Δh по формулі (4.20).

Графа 13: визначають навігаційний запас Δh_ф по формулі (4.26).

При розрахунках по формулі (4.26) використовують дані попередніх лабораторних робіт. Порівнюють по рядках значення кавітаційних запасів Δh і Δh_ф. За відсутності помилок у вимірах і обчисленнях відхилення не повинне перевищувати 5... 10%.

На підставі даних графи 12 на міліметрівці побудувати графік залежності Δh_ф =f (Q).

 

4.6.4 Зміст звіту

В звіт про роботу повинні входити: короткий опис суті роботи; схема установки; розрахункові формули, використані при обробці результатів дослідів; заповнена табл.4.12; графік залежності Δh_ф =f (Q); висновок про умову безкавітаційної роботи насоса.

 

4.6.5 Контрольні питання

1. Що таке кавітація?

2. В яких випадках виникає явище кавітації?

3. Що таке кавітаційний запас?

4. Яка умова повинна виконуватись для запобігання явища кавітації?

5. З чого складається лабораторна установка?

5 ПИТАННЯ ДО ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ

 

1. Що таке гідравліка?

2. Поняття питомої ваги рідини.

3. Як пов’язана густина з об’ємом?

4. Що таке в’язкість рідини?

5. Як вимірюється кінематична в’язкість?

6. Чим відрізняється динамічна в’язкість від кінематичної?

7. Дайте співвідношення між різними одиницями в’язкості.

8. Модуль пружності для різних рідин.

9. Як впливає повітря в рідині на її стисливість?

10. Що таке температурне розширення рідин?

11. Як змінюється густина повітря з підвищенням температури?

12. Що таке гідростатика?

13. Основне рівняння гідростатики.

14. Що виражає епюра гідростатичного тиску?

15. На якому законі оснований принцип дії гідродомкрата?

16. Чому пропорційне співвідношення сил в домкратах?

17. Що вивчає гідродинаміка?

18. Що таке умова безперервності потоку?

19. Що враховує питома енергія рідини?

20. Чому дорівнює питома енергія положення?

21. Чому дорівнює питома енергія тиску?

22. Що таке питома кінетична енергія?

23. Що визначає рівняння Бернуллі?

24. Геометричний сенс рівняння Бернуллі?

25. Що може бути причиною гідравлічного удару?

26. Засоби захисту від гідравлічного удару.

27. Що таке гідропривід?

28. Переваги гідроприводу над електромеханічним приводом.

29. Недоліки гідроприводу.

30. Які насоси використовуються в сучасному гідроприводі?

31. Умовні позначення насосів.

32. Особливості устрою шестеренчастих насосів.

33. Особливості устрою пластинчастих насосів.

34. принцип дії радіально-поршневих насосів.

35. Чим відрізняються аксіально-поршневі насоси від радіально-поршневих?

36. Які бувають гідромотори?

37. Уповні позначення гідромоторів.

38. Типи гідроциліндрів.

39. За рахунок чого повертається плунжер у вихідне положення?

40. Що знаходять під час розрахунку гідро циліндрів?

41. Для чого необхідна допоміжна апаратура гідро циліндрів?

42. Типи розподільників.

43. Скільки позицій може бути у розподільників?

44. Способи управління розподільником.

45. Умовні позначення розподільників.

46. Принцип дії зворотного клапана.

47. Чим відрізняється гідрозамок від звичайного клапану?

48. Кількість дій логічного гідро клапану.

49. Призначення редукційного клапану.

50. Що таке запобіжний клапан?

51. Типи запобіжних клапанів.

52. Призначення дроселів.

53. Типи дроселів.

54. Призначення гідробаків.

55. Від чого залежить площа тепловіддачі баку?

56. Коли використовують теплообмінники в баках?

57. Типи фільтрів.

58. Види акумуляторів.

59. Які акумулятори забезпечують постійний тиск в гідросистемі?

60. На що випробовують гідравлічні і газові ємкості?

61. Переваги пневпоприводу.

62. Недоліки пневмоприводу.

63. Скільки рівней тиску використовують в пневмоприводах?

64. Види пневмодвигунів.

65. Що включає структурна схема найбільш поширеного пневмоприводу?

66. Направляюча апаратура пневмоприводу.

67. Що відноситься до регулюючої пневмоапаратури?

68. Призначення обладнання підготовки повітря.

69. Принцип дії глушників пневмоприводів.

70. Яким чином проводиться гальмування пневмоциліндрів?

71. Засоби фіксації пневмоциліндрів в заданому положенні.

72. Що необхідно враховувати при розрахунках пневмоприводу поступальної дії?

73. Що визначається після розрахунку пневмоприводу?

74. Яка енергія використовується в підсилювачах пневмоприводу?

75. Чим відрізняється слідкуючий привод від звичайного?

76. Які загрузки враховують при виборі гідроциліндрів нахилу дугової сталеплавильної печі?

77. Які параметри входять до формули потужності насосу?

78. назвіть трубопроводи, що входять до гідравлічної системи.

79. Дайте визначення нерозривності потоку рідини.

80. Чим відрізняються короткі і довгі трубопроводи?