Гідравлічні та аеродинамічні машини

 

Таблиця 3.1

Журнал роботи №3

№ з/пДані вимірів і результати обчисленьОдиниці вимірівНомери вимірів

123456789101112

А. Дані вимірів

1.Подача насоса, Qл/с00,20,40,50,50,81,51,822,52,83,2

2.Показання манометра 3, М1м2015,5107,520,519181817151411

3.Показання манометра 12, М2м――――20181817,51614,512,510

4.Показання вакуумметра 15, v1м000,30,4000,10,10,20,30,30,4

5.Показання вакуумметра 11, v2м――――000,10,10,20,30,30,4

6.Різниця у висотному положенні приладів, Z1м0,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,5

7.Різниця в висотному положенні приладів, Z2м0,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,5

Б. Результати обчислень

1.Швидкість у напірному патрубку, Vнм/с00,10,20,250,250,410,760,921,021,271,431,65

2.Vн2м2/с200,010,040,06250,06250,16810,57760,84641,04041,61292,04492,7225

3.Швидкість у всмоктувальному патрубку, Vв м/с00,020,040,050,050,080,150,180,20,250,280,32

4.Vв2 м2/с2000,00160,00250,00250,00640,02250,03240,040,06250,07840,1024

5.Різниця швидкісних напорів, (Vн2-Vв2)/2gм00,0010,0020,0030,0030,0080,0280,0410,0510,0790,10,133

6.Напір насоса, Н1м20,51610,8028,403121,00319,50818,62818,64117,75115,87914,912,034

7.Напір насоса, H2м――――20,50318,50818,62818,14116,75115,37913,411,034

Примітка: швидкості в патрубках насосів визначаються при подачі одного насоса, тобто виміряну сумарну подачу слід розділити наполовину.

 

Проводять аналіз одержаних результатів і роблять висновок про відповідність сумарних характеристик.

 

 

Мета роботи - вивчити сумарну напірну характеристику двох однакових відцентрових насосів при їх послідовній роботі і порівняти її з такою ж характеристикою, побудованою розрахунковим шляхом.

 

Послідовним називається таке сполучення насосів, при якому перший насос, який забирає воду з джерела, подає її у всмоктувальну лінію другого насоса, а останній - в напірну лінію.

Послідовне сполучення відцентрових насосів застосовується для забезпечення напору, який не може бути створений одним насосом. При послідовній роботі насосів подачі їх однакові, а напір дорівнює сумі напорів, створюваних кожним з насосів.

 

 

Схема експериментальної установки наведена на рис. 4.1. Досліджується насос КМ-90/35 (Др.к=174 мм; n=2910 об/хв), з діаметрами патрубків: всмоктувального dв=100 мм і напірного dн=80 мм. Робоче колесо насоса встановлено на подовженому валу електродвигуна А2-61-2, ККД якого ηе=0,88. Напір, створюваний насосом, визначається за показанням манометра 4 і вакуумметра 16, установлених відповідно на нагнітальному і всмоктувальному патрубках насоса.

Подачу насоса визначають за показаннями п’єзометра 7, який вимірює напір на прямокутному водозливі 8. Потужність, що споживається електродвигуном, визначають за показаннями ватметра 3.

Порядок виконання роботи

1. За результатами лабораторної роботи №2 побудувати графічну напірну характеристику   двох насосів, які працюють послідовно, вважаючи, що напірні характеристики обох насосів однакові.

2. Визначити параметри і побудувати дослідну сумарну напірну характеристику   двох насосів, що працюють послідовно, для чого:

а) запустити відцентровий насос 1 відповідно до методики, викладеної в лабораторній роботі №2;

б) коли насос 1 набуде номінальної частоти обертання, відкрити засувку 6 і запустити насос 14 при закритих засувках 4 і 15;

в) продути манометр 12 і вакуумметр 17;

г) при досягненні насосом 14 номінальної частоти обертання зняти показання приладів при закритій засувці 11;

д) поступово відкриваючи засувку 11, записати показання контрольне ― вимірювальних приладів (вакуумметра 17, манометра 12 і п’єзометра 8) для 16 режимів роботи насосів в інтервалі подач від нуля до максимальної.

Дані вимірів і результати розрахунків за формулами, наведеними в лабораторній роботі №2, занести в журнал (табл. 4.1) і порівняти її з .

 

Рис. 4.1 Схема лабораторної установки для дослідження послідовної роботи відцентрових насосів:

1,14 ― відцентровий насос; 2,13 ― електродвигун; 3,12 ― манометр; 4,6,11,15 ― засувка; 5 ― нагарна лінія; 7 ― водозлив; 8 ― п’єзометр; 9 ― мірний лоток; 10 ― мановакуумметр; 16 ― водоскидна труба; 17 ― вакуумметр.

 

Таблиця 4.1

Журнал роботи №4

№ з/п

 

Дані вимірів і результати обчислень

 

Одиниці вимірів

 

Номери вимірів

12345678910

А. Дані вимірів

1.Подача насоса, Qл/с03,5812,517202325,528,530,5

2.Показання манометра 12, Мм7476787270635647328

3.Показання вакуумметра 17, Vм0,40,41,72,333,44,14,95,80,5

4.Різниця в висотному положенні приладів, Zм0,350,350,350,350,350,350,350,350,350,35

Б. Результати обчислень

1.Швидкість у напірному патрубку, Vнм/с00,701,592,493,383,984,585,075,676,07

2.Vн2м2/с200,482,536,1811,4415,8320,9425,7432,1536,82

3.Швидкість у всмоктувальному патрубку, Vвм/с00,451,021,592,162,552,933,253,633,88

4.Vв2м2/с200,201,042,534,696,488,5810,5413,1715,08

5.Різниця швидкісних напорів, (Vн2-Vв2)/2gм00,010,080,190,340,480,630,770,971,11

6.Напір насоса, Н м74,7576,7680,1374,8473,6967,2361,0853,0239,129,96

 

 

Мета роботи ― вивчення кавітаційної характеристики насоса, тобто залежності допустимого кавітаційного запасу від подачі в робочому інтервалі подач при постійному діаметрі та частоті обертання робочого колеса.

 

При роботі відцентрового насоса тиск P1 перед робочим колесом зазвичай менший за атмосферний Pб. Якщо тиск P1 досягає деякого критичного значення, за яке звичайно приймають пружність насичених парів перекачуваної рідини при даній температурі Рп, то виникає кавітація і нормальна робота насоса порушується.

Кавітацією називається динамічний процес, зумовлений зниженням тиску в потоці до пружності насичених парів перекачуваної рідини, що характеризується місцевим розривом суцільності потоку з утворенням парогазових порожнин і подальшим їх руйнуванням в результаті конденсації парів. Цей процес супроводжується мікрогідравлічними ударами, при яких тиск сягає декількох сотень МПа, що призводить до руйнування поверхонь робочих коліс, а також корпусів насосів.

Причиною пониження тиску в проточному тракті насоса може бути:

а) високе розміщення насоса стосовно рівня води в джерелі;

б) збільшення гідравлічних втрат у всмоктувальній лінії;

в) підвищення відносної швидкості потоку внаслідок збільшення подачі насоса при підйомі рівня води в джерелі, збільшення частоти обертання робочого колеса, пуску насоса при відкритій засувці на напірній лінії і спорожненому трубопроводі;

г) підвищення температури перекачуваної рідини;

д) наявність місцевих опорів, шорсткості, щілин (зазорів).

Під впливом кавітації руйнуються елементи проточної частини насоса, погіршуються енергетичні показники і може виникнути зрив роботи насоса. Для уникнення зриву роботи насоса потрібно забезпечити умову: P1>Рп. Тому повна питома енергія потоку при вході в насос, рівна

 

повинна забезпечити створення заданої швидкості входу без пониження тиску до Рп. Для цього необхідно у всмоктувальному патрубку насоса забезпечити допустимий кавітаційний запас Δh, який являє собою різницю питомої енергії потоку E1, та питомої енергії, що визначається пружністю насичених парів рідини:

   (5.1)

Оскільки тиск у всмоктувальному патрубку насоса P1 можна виразити через барометричний тиск PБ і показання вакуумметра, встановленого на всмоктувальному патрубку насоса, то підставивши його значення в формулу (5.1), одержимо:

   (5.2)

Перепишемо цю формулу, виразивши значення барометричного тиску і пружності насичених парів рідини через еквівалентні їм значення напорів, м

   (5.3)

де НБ ― напір, що відповідає барометричному тиску, приймаємо рівним 10,33 м;

Нп ― напір, що відповідає пружності насичених парів перекачуваної рідини при даній температурі, для води при температурі 20°С Нп=0,24 м. В цих умовах різниця HБ-Нп=10,33-0,24=10,09 м і з деяким запасом можна прийняти рівною 10,0 м;

V ― показання вакуумметра, м;

VБ ― швидкість у всмоктувальному патрубку насоса, м/с.

 

Кавітацію в насосі можна спричинити:

а) збільшенням гідравлічних опорів всмоктувальної лінії насоса за допомогою засувки;

б) пониженням тиску у всій замкнутій системі насосної установки за допомогою вакуум-насоса;

в) пониженням рівня води в джерелі;

г) підвищенням температури перекачуваної рідини;

д) збільшенням частоти обертання робочого колеса і т. п.

На лабораторному стенді насос вводять в кавітаційний режим роботи збільшенням гідравлічних опорів всмоктувальної лінії за допомогою засувки 9 (рис. 5.1). Обладнання установки і його параметри описані в лабораторній роботі №2.

 

 

1.Відповідно до методики лабораторної роботи №2 запустити відцентровий насос 1.

2.Користуючись напірною характеристикою насоса, прийняти значення подачі з початку рекомендованої зони Q1 в середині Q2 і в кінці Q3.

3.За допомогою засувки 4 (рис. 5.1) установити подачу Q1, зняти і записати в журнал (табл. 5.1) показання контрольно-вимірювальних приладів.

4.Зменшити тиск на вході в насос при деякому закритті засувки 9. Оскільки при цьому зменшиться подача насоса, то підтримують постійним значення Q1 шляхом відповідного відкриття засувки 4.

5.Записати в журнал показання контрольно-вимірювальних приладів для 16 режимів роботи насоса, починаючи при повністю відкритій засувці 9 і закінчуючи при повному зриві (різкому падінні напору), при чому від початку кавітації (сухий тріск у вхідній частині насоса) до повного зриву у відповідно до ГОСТ6134-71 потрібно мати не менше 8 режимів роботи. Потім необхідно повторити пункти 3-5 для подач Q2 і Q3.

6.Обчислити для кожного режиму відповідні значення напору і кавітаційного запасу (табл. 5.1) і побудувати графік залежності Н=f(Δh), який називається частковими кавітаційними характеристиками.

7.За частковими кавітаційними характеристиками насоса визначають значення критичних кавітаційних запасів Δhкр, при яких створюваний насосом напір знижується на 2%.

 

Рис. 5.1 Схема кавітаційного стенда:

1 ― відцентровий насос; 2 ― електродвигун; 3 ― манометр; 4,9 ― засувка; 5 ― мірний лоток; 6 ― п’єзометр; 7 ― водозлив; 8 ― водоскидна труба; 10 ― вакуумметр.

 

8.Обчислюють значення допустимого кавітаційного запасу:

 

де А ― коефіцієнт кавітаційного запасу, який залежить від швидкохідності насоса і роду перекачуваної рідини, визначається за формулою:

   (5.5)

тут а ― коефіцієнт, значення якого береться з рис. 5.2;

Кш ― коефіцієнт, який визначається швидкохідністю насоса, його значення береться з рис. 5.3;

Кр ― коефіцієнт, який визначається за природою рідини. Для холодної прісної води Кр=1,0.

9.Проводять аналіз одержаних результатів. Для дослідженого насоса з каталога на графік переносять кавітаційну характеристику ΔhД=f(Q). На цей же графік наносять точки A1, А2, A3, що відповідають прийнятим подачам Q1, Q2, Q3 з та обчисленим значенням ΔhД.

10.Зівставити положення точок A1, А2, A3 з каталожною кавітаційною характеристикою насоса. Якщо точки розмістились поза кавітаційною характеристикою, то необхідно пояснити причину розходження.

 

Таблиця 5.1

Журнал роботи №5

№ з/пДані вимірів і результати обчисленьОдиниці вимірівНомери вимірів

Q1=16 л/сQ2=21 л/сQ3=26 л/с

123456781234561234

А. Дані вимірів

1.Показання манометра, Мм3432,53230292720229,528282624,54222114,54

2.Показання вакуумметра, Vм34566,778,48,6455,36,47,58,25,167,68,1

3.Різниця в висотному положенні приладів, Zм0,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,350,35

Б. Результати обчислень

1.Швидкість у напірному патрубку, Vнм/с3,183,183,183,183,183,183,183,184,184,184,184,184,184,185,175,175,175,17

2.Vн2м2/с210,110,110,110,110,110,110,110,117,417,417,417,417,417,426,726,726,726,7

3.Швидкість у всмоктува-льному патрубку, Vвм/с2,042,042,042,042,042,042,042,042,672,672,672,672,672,673,313,313,313,31

4.Vв2м2/с24,154,154,154,154,154,154,154,157,157,157,157,157,157,1510,910,910,910,9

5.Різниця швидкісних напорів, (Vн2-Vв2)/2gм0,300,300,300,300,300,300,300,300,520,520,520,520,520,520,800,800,800,80

6.Напір насоса, Нм37,637,137,636,636,334,629,011,234,333,834,133,232,813,028,228,123,213,2

7.Кавітаційний запас, Δhм7,36,35,34,33,63,31,91,76,455,455,154,052,952,255,544,643,042,54

8.Критичний кавітаційний запас, Δhкрм2,82,82,82,82,82,82,82,83,13,13,13,13,13,13,753,753,753,75

9.Допустимий кавітаційний запас, Δhдм3,783,783,783,783,783,783,783,784,174,174,174,174,174,174,854,854,854,85