Гидравлика и гидрометрия

Федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОММУНАЛЬНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для проведения лабораторных и практических занятий
по учебной дисциплине
«Гидравлика и гидрометрия»
для специальности
130303 «Гидрология и инженерная геология» среднего профессионального образования
Тула 2007
Введение
Методические указания для проведения лабораторных и практических занятий по учебной дисциплине «Гидравлика и гидрометрия» предназначены для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 130303 «Гидрогеология и инженерная геология» и является единой для всех форм обучения.
Методические указания предназначены для студентов и преподавателей.
Учебная дисциплина «Гидравлика и гидрометрия» является основой для специальных дисциплин в структуре профессиональной образовательной программы по специальности.
Лабораторные и практические занятия предназначены для более углубленного изучения основных теоретических положений курса, получения навыков использования их в практике.
В результате выполнения лабораторного или практического задания студент должен научиться применять основные законы гидравлики для решения практических задач, самостоятельно находить решения, создавать идеи, учиться их анализировать, пытаться применять на практике исследовательские методы.
При проведении лабораторного или практического занятия необходимо прослеживать взаимосвязь с другими дисциплинами и будущей профессиональной деятельностью.
В процессе выполнения задания у студентов формируется интерес к профессии, совершенствуются навыки самостоятельной работы, работы с литературой, развиваются творческие способности.
При проведении лабораторного или практического занятия необходимо соблюдать единство терминологии и международной системы единиц СИ.
Методические указания содержат подробные рекомендации и пояснения для выполнения задания, перечень отчетных работ и форму отчетности, структуру отчетной работы и рекомендуемые критерии оценки.
В методических указаниях приведен перечень вопросов необходимых для проведения контроля и самоконтроля, для подготовки к защите выполненного задания.

Практическое занятие № 1
Измерение гидростатического давления
Цель работы:
усвоить понятия абсолютное, атмосферное, избыточное (манометрическое), гидростатическое и гидродинамическое давление;
изучить устройство и принцип действия приборов для измерения давления.
1 Основные теоретические положения
Давление – это единичная поверхностная сила, т.е. сила, приходящаяся на единицу площади и определяется из следующего соотношения:
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где: Р – давление, н/м2 (Па);
Р – сила, действующая на свободную поверхность жидкости, Н;
S – площадь свободной поверхности.
В международной системе единиц СИ основной единицей измерения давления является н/м , называемая Па. Вместе с тем в практике ещё широко используются другие единицы давления: кгс/см2, мм.вод.ст., мм.рт.ст.
Между единицами давления существуют следующие соотношения:
1 техн.атм.= 1 кгс/см2 = 735,6 мм.рт.ст=98700Па=0,1 МПа; I мм.рт.ст.= 133 Па; 1 мм.вод.ст.= 1 кгс/см =10Па
Если при определении гидростатического давления принимаются во внимание и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, оно называется полном или абсолютным.
Часто при учёте давления внутри жидкости атмосферное давление, действующее на свободную поверхность, не учитывают. Такое давление называемся избыточным или манометрическим (давление сверх атмосферного). Соотношение между ними:
Рвак = Ратм – Рабс (2)
где: Рвак – манометрическое давление, н/м2;
Ратм – атмосферное давление, н/м2;
Рабс – абсолютное давление н/м2;
13 EMBED Equation.3 1415, (3)
13 EMBED Equation.3 1415, кВт
где: U – напряжение, В;
I -сила тока, А.
cos ср , rjM - коэффициент мощности и к.п.д. электродвигателя могут быть взять по характеристике электродвигателя.
При механическом методе (он более точный) мощность определяется при помощи мотор - весов, путём измерения момента на валу насоса:
13 EMBED Equation.3 1415, (4)
где: l – плечо рычага мотор-весов, м;
G – показание весов, кг;
п – частота вращения вала электровигателя, об/мин.
В данной работе N3 определяется по электрическим замерам по формуле (8). Коэффициент полезного действия насоса г\ определяется как отношение полезной мощности насоса N к мощности на валу электродвигателя AV.
13 EMBED Equation.3 1415, (5)
13 EMBED Equation.3 1415, (6)
где: 13 EMBED Equation.3 1415 = 1000 кг/м3 – объемный вес воды. Полезная мощность наноса.
Методика выполнения виртуальной работы
выбрать режим «Практическая работа» (см.рисунок 4);
в появившемся одноименном окне нажать кнопку «Снять показания» в строках «Показания манометра» и «Показания вакуумметра»;
перенести появившиеся в окне расчётов в соответствующие поля окна «Исходящие данные»;
нажать кнопку «Закрыть»;
На практике встречаются случаи, когда гидростатическое давление в жидкости меньше атмосферного. В таких случаях говорят, что в жидкости имеет место вакуум (разрежение). Величина вакуума определяется разностью между атмосферным и абсолютным давлениям в жидкости:
Рвак = Ратм – Рабс, (7)
2 Приборы для измерения давления
2.1 Пружинные манометры
Наиболее широкое применение в практике для измерения избыточного давления жидкости, газа и пара получили пружинные манометры.
Принцип действия пружинных манометров основан на использовании упругой деформации специальных пружин, возникающей под влиянием измеряемого давления. По роду применяемых пружин манометры делятся на трубчатые (с одновитковой и многовитковой трубчатыми пружинами), а также мембаранные (с гармониковой мембаранной-сильфоном).

Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной приведен па рисинке1. Трубчатая пружина 1 эллиптического сечения одним. концом жестко соединена с держателем 2, укрепленным в корпусе 3 манометра. Держатель имеет штуцер 4 с резьбой, служащий для сообщения прибора с измеряемой средой. Свободный конец пружины закрыт запаянной пробкой 5 с шарнирной осью. .Посредством поводка 6 он связан с передаточным механизмом, состоящим из зубчатого сектора 7, сцепленного с шестерёнкой 8, неподвижно сидящей на оси вместе с указывающей а редкой 9. Спиральная пружина 10 прижимает зубцы шестеренки к зубцам сектора и устраняет мертвый ход.
нажать кнопку «Снять показания» в строках «Время наполнения бака» и «Сила тока»;
перенести появившиеся значения в окне расчётов в соответствующие поля окна «Исходные данные»;
нажать кнопку «Закрыть»;
ввести (по указанию преподавателя) значения в поля «НО» , «Коэф.мощности», «Размеры мерного бака» и «КПД в долях»;
нажать кнопку «Расчёт значений»;
используя заданные и рассчитанные значения, заполнить таблицу 1 испытаний и по ним построить индивидуальную характеристику насоса;
нажать кнопку «Тест» и ответить на тестовые вопросы.
Таблица 1 – Ввод исходных данных и снятие показаний
Теоретические сведения
Порядок выполнения
Выход в главное меню

Практическая работа


Расчетное значение
Построение диаграммы
Просмотр видеофрагметов

Показания приборов


1
2
3
4
5


Показание манометра кгс/см2













Снять показания

Показание вакуумметра, кгс/см2















Время наполнения бака, с













Сныть показания

Сила тока, А















Напряжение, В















Другие величины

Размеры бака, см

НОм

Коэффициент мощности

а =
b =
d =









КПД в долях








Под действием измеряемого давления трубчатая пружина частично раскручивается и imiici за собой поводок, приводящий в движение зубчато-секчорныП механизм и стрелку манометра, показывающую по шкале 11 величину -)то]ч") давления.
Манометры с одновитковой трубчатой пружиной изготавливаются чаше всего показывающими, так как разбиваемое пружиной усилие не всегда достаточно для обеспечения надежной работы самопишущего устройства.
Они разделяются на технические, контрольные и образцовые. Показывающие технические манометры имеют класс точности 0,6; 1.0: 1.6: 2.5 и 4. Дни измерения давления газа используются трубчатые пружинные манометры классом точности не ниже 2,5.
Контрольные манометры типа МКО являются переносными приборами, служащими для периодических точных измерений давления, а также для поверки технических манометров па рабочем месте. С целью повышения надежности показаний пружины этих приборов П31 осиливаются из бронзы или стали высокого качества. Класс точности контрольных манометров 0,6.
Образцовые пружинные манометры типа МО применяются для поверки технических и контрольных манометров.
Шкала манометра независимо от верхнего предела имеет 100 условных делений с оцифровкой через каждые 5 делений. Для пересчета условных делений в кгс/см" образцовые манометры снабжаются переводной таблицей или графиком. Предельное давление указывается на шкале. Образцовые манометры типа МО имеют класс точности 0,4.
Таблица 2
№ п/п
Измеряемая величина
№ замеров



1
2
3
4
5
6

1
Давление, Рм кгс/см2 (отсчёт по манометру)







2
Ваккум, Рв кгс/см2) (отсчёт по вакуумметру)







3
Время заполнения объёма,с







4
Расход воды, м3/с







5
Потребляемая мощность, N , кВт







6
Линейная сила тока, I, a







7
Линейное напряжение, U, В







8
Отсчёт по мотор-весам, G, кгс







9
Частота вращения вала, п, об/мин.







10
К.п.д. электродвигателя, м







2.2.Сильфонные манометры и вакуумметры
Гильфонные приборы применяются для измерения или измерения и записи вакуумметрических и небольших избыточных давлений, не превышающих 4 кгс/см". Они выполняются показывающими МС и самопишущими МСС.

Сильфом изготовлен из латуни и закреплен в стакане 10. В целях разгрузки сильфом снабжен винтовой пружиной 8, которая вместе с ним создаст противодействующую силу. Пространство между стаканом и спдьфоном сообщается с измеряемой средой посредством трубки, прикрепленной к штуцеру 11. Под действием давления среды сильфон с винтовой пружиной деформируются и дно сильфона поднимает шток 7. Шток поворачивает рычаг 6, который посредством рычага 5, тяги 4 и рычага 3 поворачивает ось 12 и сидящий на ней П-образный рычаг 1, несущий перо 2. 'Запись измеряемого давления производится на дисковой диаграмме. Диаграмма делает один оборот в сутки. Привод диаграммы осуществляется с помощью синхронного двигателя или часового механизма.
Манометры этого типа выпускаются с верхними пределами измерении от 0,25 до 4 кгс/см". Показывающие и самопишущие сильфонные манометры имеют класс точности 1,6. Сильфонные вакуумметры и мановакууметры выпускаются класса точности 2,5.
2.3 Электроконтактные манометры
Электроконтактные манометры применяются в системах автоматического регулирования технологических процессов, в схемах сигнализации, устройствах тепловой защиты и т.д.
На рисунке 3 показаны принципиальная схема и внешний здекгроконтактного манометра типа ЭКМ. В этом приборе в качестве упругого чувствительного элемента используется одновитковая трубчатая пружина. По своему устройству -прибор тала ЭК Л отличается от рассмотренного выше манометра (рис.3) лишь наличием специальных иектроконтактов 1, 2 и 3. Электроконтакты 1 и 2 могут быть установлены на любые отметки рабочей шкалы манометры вращение винта в головке 5, расположенной на наружной стороне стекла

3 Контрольные вопросы
Начертить принципиальную схему и объяснить принцип работы центробежного насоса.
Объяснить назначение диффузора в насосе.
Дать определение основных параметров насоса.
Как происходит всасывание жидкости в насос.
Что называется индивидуальной характеристикой насоса.
Объяснить порядок пуска и остановки насоса.
Как осуществляется регулировка работы центробежного насоса.

Практическая работа № 2
Определение параметров пара
Цель работы:
изучить и усвоить основные параметры, характеризующие работу и состояние пара, количество теплоты, подведенное или отведенное от единицы объема (или веса) пара; энтальпия, энтропия;
решить задачи на определение параметров пара.
1 Основные теоретические положения
Водяной пар имеет достаточно широкое распространение, обусловленное его использованием как рабочего тела в паросиловых установках, так и в качестве теплоносителей. Имея, как правило, состояние, близкое к состоянию жидкости, он не подчиняется законам для идеальных газов, т.е. водяной пар - это реальный газ.
Критическая точка - точка, соответствующая критическому состоянию вещества, при котором отсутствует различие между жидкостью и паром. В этой точке кипящая жидкость мгновенно переходит в сухой пар. Параметры, определяющие критическую точку называются критическими и для воды имеют следующие значения: Ркр=22,5 МПа; tKp=374,15°C (Т,ф=647,ЗК); vKp=0,00307 м3/кг (где v - удельный объем v=V/m мЗ/кг). Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить тепло при постоянном давлении р, то температура его повышается и он называется перегретым паром.
Кроме того, параметрами, характеризующими работу и состояние пара, являются:
q – количество теплоты, подведенное или отведенное от единицы пара (1кг, 1м3, 1 кмоль), тогда размерность q (Дж/кг, Дж/м3, Дж/кмоль).
i – энтальпия пара, Дж/кг,
13 EMBED Equation.3 1415, (8)
где: U – внутренняя энергия.
Энтальпия перегретого пара:
13 EMBED Equation.3 1415, (9)
где: i – энтальпия сухогонасыщенного пара, кДж/кг;
qпер – теплота перегрева, кДж/кг.
S – энтропия пара, Дж/кгК, - это отношение количества теплоты, подведенной к объему пара к температуре этого объема.
Значения параметров пара приведены в Таблице 3 и 4.
Для обозначения величин, характеризующих состояние пара, принята следующая индексация: величины с индексом О относятся к начальному состоянию пара; с индексом ' - к температуре парообразования, с индексом ", J– к сухому насыщенному пару.
Если измеряемое давление среды в объекте уменьшится и достигнет loro минимального значении шкалы, на которое установлен контакт 1, стрелка 4 с помощью контакта 3 замкнет цепь и включит лампу Лз определенного циста, например, зеленого.
Если же давление среды увеличится до верхнего заданного значения, то стрелка с помощью контакта 3 замкнет контакт 2, а следовательно, и цепь красной лампы Лк.
Приборы типа ЭКМ выпускаются класса точности 2.5.
2.4 Манометры электрические дистанционные
Первичные приборы давления применяются в комплекте с вторичными приборами (для дистанционной передачи показаний) и автоматическими регуляторами (в системах автоматического регулирования), а приборы с унифицированным выходным сигналом постоянного тока используются также с информационно – вычислительными

В пружинных манометрах электрических дистанционных типа МЭД происходит преобразование давлении измеряемой среды, приводящего к механической деформации измерительной части прибора, в элегический с hi нал.
На рисунке 4 приведено устройство пружинного манометра типа М-)Д.
Действие этого прибора основано на использовании деформации олновптковой трубчатой пружины 1, свободный конец которой связан рычагом со стальным сердечником (плунжером) 2 дифференциально-грапсформаторного преобразователя 3.
Преобразователь состоит из двух секций первичной обметки, намотанных согласно, и двух секций вторичной (выходной) обмотки, включенных встречно, и подвижного седцечшка2.
Создаваемый первичной обмоткой преобразователя магнитный ноток индуцирует в секциях выходной обмотки э.д.с е\ и Qi значения которых зависят от тока питания первичной обмотки и взаимных пндуктивностей М| и М2 между секциями 1 и 2 вторичной обмотки и первичной обмоткой.
Таблица 3 – Вода и водяной пар на линии насыщения (по давлениям)

р.МПш
t.с

vKflr
Г.цЦж

ДДгК


1
2
3
4
5
6
7
8



0.00100DI

129,9
29.32
2513
0,1054
8.975

0,002
17,514
0,0010014
68,97
73.S2
S533
0,2609
8,722

0.00
24,097
O.0OI002S
45.66
101,04
2645
0,3546
в, 575

0.0
88.979
0,0010041
34,81
121.42
2554
0,4225
8,473

о.оо
К.вв
0,0010053
28,19
137.83
2561
0,4761
8.S93



0,0010103
И.68
1W,«
2584
0,6492
8,149

0,020
60,08
0,0010171
7.647
251,4
2509
0,8321
7,907

0.030
69,12
0,000222
5,226
289,3
3625
0.9441
7,769


«1,35
0,0010299
3,23»
340,6
2645
1,0910
7.593

0.1
99,64
0,0010432
1,694
417.4
2675
13026
7,360

0,200
120,23
0,0010605
0,88.14
504.8
2707
115303
7,t27


133,54
0,0010733
0.60&7
561.4
2725
1.672
6,992

о
151,84
0,0010927
0,3747
640,1
2749
1.830
6,822'

1.
179.8в
0,00)1273
0.194G
762,7
2778
2,138
8.S87


196.»
0,001639
0,1317
844,6
2792
2.314
6,445


1
2
3
4
5
6
7
8

0,00
212,37
0,00
0,09958
903,5
2799
2,447
6,340

2.80
223,93
0.0011972
O.07993
951,8
2602
2,534
6.256



2,43,83
0,0012163
O.O66SS
1008.3
2804
2,64В


4.00
250,33
0.0032520
0,04977
1087,5
2801
2,79В
6,070

5,00
263.9/
0,00)2857
0.03944
М54,4
2794
2.921
5,973

6,00
275, №
0,0013|8Ь
0,03243
1213,9
2785
3.027
5,690

8,0
294,98
0,0013838
0.02352
1317,0
2758
3,208
5,745

10,00
310,9$
0,0014621
0.01803
1407.7
272S
3.330
5,615

15.06
342,11
0,001М8
0,0103S
1610
2611
3,084
5,310

O.00
36S.71
0.00204
0.00585
1827
2410
4,015
4,928

22.00
зга,7
0,00273
0,00367
2016
2168
4,303
4.591

Таблица 4 – Вода и водяной пар на линии насыщения (по температурам)

t'Q
р.МГЪ
о',vfljta
MJ/ta1
КДЖ/кг
КДж/кг
кДж/(кг-К)
S

1
2
3
4
5
6
7
8

0,01
0,0006108
0,0010002
206,3
0
2501
0
9,1544

5
0.00087J9
0.0010001
147,2
21,05
2510
0,0762
9,0241

10
0.0012277
0.0010004
№6,42
42,04
2519
0,1510
8,6994

15
0,0017041
0.0010010
77,97
62.97
2528
0.2244
8,7806

20
0,002337
0,001001$
57,84
63.90
2537
0.2964
8,6665

25
0,003166
о.ооюоэо
43.40
104,81
2547
0,3672
8.5570

30
0,Ш2Ц
0,0010044
32,93
12S.71
2553
0.43R6
MS23

40
0,007375
0.001007&
19.55
167/50
2574
0,6723
8,3559

60
0,019917
0,0010171
7.678
251,1
2609
0,8311
7,9084

80
0,0473В
0.0010290
3,408
334,9
2643
1.0753
?,6[(6

100
0.10Ш
0.001Ш5
1,673
419.1
2676
1.3071
7,3547

120
0,18854
0,0010603
0,8917
503.7
2706
1,5277
7,1998

140
0,3814
0.0010798
0.5087
589,0
3734
1.7392
6,9304

160
0.6180
0,001(021
0.3068
676,5
27о8
1,9427
6.750S

180
1,0027
0,0011275
0,1939
763.1
8778
2,1395
6,5858

200
1.5551
0,001156л
0.1272
«52,4
2793
2,3308
6,4318

220
2;32<И
0,0011900
0,08606
943,7
2602
2,5179
6.2849

240
3.3480
0,00(2291
0,05957
1037,5
2ДО
2,7021
6,1425

260
4,694
0 0013Г?5
0,042(5
1135,1
2796
2.8851
6.0013

280
6,491
0,0013322
0,03013
1236,9
27Ю
3,0681
5.6573


8.59?
0,00140%
0,02164
1344,9
2749
2.2548
5,7049

320
П.290
0,001499
0.01545
1462.1
2700
3.4495
5.R353

340 -
14,608
0,001639
0,01078
1М4.7
2622
Э.6Й05
5,3361

360
18,674
0,001894
0.О06943
1762
2481
3.9162
5,0530

374
22,122
0,00260.
0,00347j
465,3
'512,7
1,0332
1.0755


Взаимные индуктивности Mi и М2 равны между собой при среднем положении сердечника внутри катушки преобразователя. При перемещении сердечника вверх, из среднего положения значение взаимной индуктивности М| увеличивается, а М: чмепыпается. При тгом изменяется величина и фаза выходного сигнала Е диффернппалыю-трансформаторного преобразователя. Приборы МЭД выпускаются классов точности 1 и 1,6.

2.5 Дифференциальные манометры
Дифференциальные манометры служат для определения разности (перепада) давлений между двумя точками измерения в жидкой, газовой или паровой среде. Особенно большое распространение они получили для измерения перепада давлений в дроссельных расходомерах.
По принципу действия дифманометры почти не отличаются от манометров, вакуумметров и т.п., измеряющих давление среды по oi ношению к барометрическому давлению.
Так. жидкостный стеклянный двухтрубный дифманометр нашёл широкое применение, так как является простым, надежным и удобным измерительным устройством.
Технические дифманометры по конструкции и принципу действия разделяются на поплавковые, мембарнные, сильфонные, колокольные и кольцевые.
На рисунке 5 приведена схема поплавкового дифианометра. В широкий (плюсовой) сосуд 1 и сообщающийся с ним трубкой 2 узкий (минусовой) сосуд залита рабочая жидкость (ртуть или вазелиновое масло). На, поверхности, жидкости в широком сосуде плавает, поплавок 4, связанный при помощи рычага 5 и оси 6 с указывающей стрелкой 7. Рычаг .\ шарнирно соединенный с поплавком, неподвижно закреплен на оси 6.
При измерении предельного перепада давления h уровень рабочей жидкости в широком сосуде понижается максимально на величину жидкости в узком сосуде повышается на величину. Класс точности приборов 1-1.6.



















Рисунок 5. Схема поплавкового дифианометра
Колокольный дифманометр типа ДКО является беешкальным прибором, снабжённым дифференциально -трансформаторным датчиком для дистанционной передачи показаний на вторичный прибор. Он применяется для измерения перепада давления (расхода) газа или воздуха. Чувствительным элементом его является колокол 1, подвешенный на рабочей пружине 2 и опущенный в сосуд 3 с трансформаторным маслом, посредством соединительных трубок 4 и 5 пространство над колоколом сообщается со средой большего, а под ним - меньшего давления. С колоколом жестко связан стальной плунжер 6, перемещающийся внутри индукционной катушки 7 датчика. При настройке прибора степень натяжения пружины 2 можно изменить шиповым устройством 8. В основание корпуса прибора встроена маслоуловительная камера 9, предохраняющая от выброса масла при увеличении измеряемого перепада давления сверх допустимой величины. Класс точности его совместно со вторичным прибором 1,6. Дифманометр типа ДКО применяется также в качестве тягонапоромера


2 Задачи
2.1 Определить по таблице давление, энтальпию и энтропию сухого насыщенного пара, имеющего температуру 200°С.
2.2 На сколько градусов перегрет водяной пар, если при давлении 1.5МПа его температура ЗОО°С? Определить теплоту перегрева, если энтальпия пара 3033 кДж/кг.
2.3 Определить температуру, удельный объем и энтальпию кипящей воды при давлении 10 МПа.
2.4 Избыточное давление, испытываемое стенками парового котла, составляет 3,4 МПа. Какова температура пара в котле. (Атмосферное давление воздуха принять 0,1 МПа).
3 Контрольные вопросы
3.1 Назовите области применения водяного пара.
3.2 Какие параметры описывают состояние водяного пара?
3.3 Объясните их физический смысл и напишите основные зависимости.
3.4 Что такое перегретый пар и его особенности?

Практическая работа № 3
Расчёт давления в воздуховодах
Цель работы: освоить методики расчёта давления воздуховодов, работающих при малом или большом перепаде давлений в начале и в конце магистрали
1 Основные теоретические положения
Гидравлические расчёты воздуховодов, транспортирующих воздух или различные газы, выполняют, базируясь на основных уравнениях, аэродинамики - уравнение сохранения расхода и уравнение Д.Бернулли. При гидравлическом расчёте таких воздуховодов различают два случая движения воздуха или газа:
при малом относительном перепаде давлений, когда сжимаемостью воздуха или газа можно пренебречь;
при большом относительном перепаде давлений, когда сжимаемостью пренебречь нельзя.
Под относительным перепадом давлений А р/р; подразумевают разность давлений в начальном и конечном сечениях воздуха, отнесённую к давлению начальном сечений.
В случае малого относительного перепада давлений (A p/pj<5%) плотность транспортируемого воздуха или газа можно считать неизменной по всей длине трубопровода и гидравлический расчёт последнего принципиально не будет отличаться от расчёта трубопровода для несжигаемой жидкости.
По строительным нормам и правилам рекомендуется при расчёте воздуховодов и газопроводов низкого давления удельное сопротивление трения определять по соотношению:
13 EMBED Equation.3 1415, (10)
где: Rе – удельное сопротивление трения, равное потерям давления на трение, приходящееся на единицу длину трубопровода, Па/м;
13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент гидравлического трения, определяемый по формуле А.Д.Альтшуля
13 EMBED Equation.3 1415, (11)
где: кэ – эквивалентная шероховатость, мм
Мембранные дифманометры типа ДМ (рис.6) являются бесшкальпыми приборами с дифференциально-трансформаторными ;ип чпками для дистанционной передачи показаний на вторичные приборы.
Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из сообщающихся мембранных коробок 1 и 2, изготовленных из берилиевой бронзы или нержавеющей стали, ввернутых при помощи штуцеров 3 и 4 в разделительную диафрагму 5. Каждая мембранная коробка состоит из двух сваренных по краям гофрированных мембран.
Мембранная коробка 1 расположена в нижней (плюсовой) камере прибора, а коробка 2 - в верхней (минусовой). Камеры образованы стальными крышками 6 и 7 и диафрагмой 5, скреплёнными болтами 8. Внутренние полости мембранных коробок заполнены через ниппель 9 дистиллированной водой, после чего открытый его конец заварен. В средней части мембранной коробки 2 укреплён стержень, несущий стальной плунжер 1 I. находящийся внутри разделительной трубки 12 из немагнитной стали. 1 la m трубку надета индукционная катушка 13 датчика, закрытая колпаком 4. на котором расположен штепсельный разъем для подключения еоелппиiельпых проводов от вторичного прибора.



Под действием разности давлений между нижней и верхней камерами дпфманометра, передаваемой соединительными трубками 15 и 16 с «норными вентилями 17 и 18, мембранная коробка 1 сжимается, вытесняя находящуюся в ней воду в коробку 2, которая, расширяясь, поднимает плунжер II. Движение плунжера происходит до тех пор, пока перепад давления не уравновесится упругой деформацией мембранных коробок. Для авпиванпя давлений в камерах прибора при поверке нуля служит вентиль 19.
При гидравлическом расчёте воздуха и газопровода при больших относительных перепадах давления происходит уменьшение плотности, а поэтому движения воздуха или газа в конце трубопровода всегда выше, чем в его начале. Однако, большинство промышленных воздуховодов и газопроводов работает в условиях изотермического расширения газа или воздуха, при которых, несмотря на изменение средней скорости движения воздуха или газа и их удельного веса, число Рейнольдса и коэффициент гидравлического трения вдоль трубопровода не меняется.
Благодаря этому, после ряда преобразований уравнение Д.Бернулли, получена следующая зависимость:
13 EMBED Equation.3 1415, (12)
Для расчёта воздуховодов и газопроводов, работающих при больших относительных перепадах давления, также широко используются номограммы.
2 Задачи
2.1.Найти потери давления, на трение приходящиеся на 1 м бетонной трубы диаметром 1 м (к\,=0,5 мм), если по ней транспортируется воздух с расходом Q=20 м3/с, плотностью р-1,1175 кг/м3 и кинематической вязкостью v=15,7-10"6.
2.2. Определить необходимое давление в начале магистрального газопровода диаметром d=300 мм для транспортирования 20000 м3\ч газа с удельным весом =10 н/м3. Длина трубопровода l=200 м, /с, =0,01 см, а конечное давление в магистрали р2= 1,5-105Па.
3.Контрольные вопросы
3.1 В чём заключается особенность расчёта воздуховодов и газопроводов, работающих при малых перепадах давления?
3.2 Какие воздуховоды и газопроводы называются длинными и какие короткими?
3.3 В чём заключается особенность расчётов воздуховодов и газопроводов, работающих при больших перепадах давления?

Практическая работа №4
Экспериментальная проверка уравнения Д.Бернулли
Цель работы: По результатам экспериментальных данных и расчетов построить диаграмму уравнения Д.Бернулли
1 Основные теоретические положения
Уравнение Д.Бернулли для реального потока жидкости для двух произвольно взятых сечений имеет следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415, (13)

где: z1, z2 – нивелирная высота соответственно для первого и второго сечений, м;
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – пьезометрическая высота соответственно для первого и второго сечений, м;
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент кинетической энергии потока (или коэффициент Кориолиса), учитывающий неравномерность распределения скоростей по сечению потока (величина безразмерная);
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – скоростная высота или скоростной напор, м;
13 EMBED Equation.3 1415 – сумма всех гидравлических потерь на участке между первым и вторым сечение, м.
13 INCLUDEPICTURE \d "http://24" \* MERGEFORMATINET 1415

Итак, с геометрической точки зрения уравнение Д.Бернулли показывает, что сумма трех высот – геометрической, пьезометрической и скоростной с учетом всех гидравлических потерь – есть величина, постоянная вдоль струйки.
С энергетической точки зрения члены уравнения Д.Бернулли имеют следующий смысл:
z – удельная энергия положения; -.
z+p/y удельная потенциальная энергия жидкости;
v/2g кудельная кинетическая энергия.,
Таким образом, – уравнение Д.Бернулли является примером закона сохранения энергии М.В.Ломоносова в применении к жидкости.
2 Методика проведения эксперимента
Методика проведения эксперимента заключается в следующем. Открыв кран 5 через трубу 4, наполняем, напорный бак 3 до уровня Н. Поддерживая этот уровень постоянным, краном 7 устанавливаем некоторый расход жидкости и с помощью мерного бака 6 и секундомера определяем время (t) наполнения указанного объема - жидкости (W). Снимаем показания пьезометров 2 и заносим их в трубе 1.
3 Контрольные вопросы:
Написать уравнение Д.Бернулли для реального потока.
Объяснить геометрический и энергетический смысл членов, входящих в уравнение Д.Бернулли и единицы измерения, м.
Рассказать методику проведения эксперимента и снятие опытных данных.
Объяснить методику построения диаграммы уравнения Д.Бернулли.

Практическая работа № 5
Изучение устройства насосного и вентиляционного оборудования энергетического предприятия
Цель работы:
изучить конструкцию и характеристики центробежных вентиляторов;
изучить принцип действия и особенности конструкции центробежных вентиляторов, выполненных по различным аэродинамическим схемам
получение практических навыков по определению парметров центробежных вентиляторов
1.Конструкция центробежных вентиляторов
Вентиляторами называют гидравлические машины с рабочим органом в виде лопаточного колеса, предназначенные для перемещения воздуха или другого газа при потерях давления в сетях не свыше 1500 Па. В центробежном вентиляторе поток воздуха, поступающий во вращающееся лопаточное рабочее колесо, изменяет направление движения о осевого на радиальное, а в осевом вентиляторе направление потока не меняется.
Взаимозависимость основных параметров вентиляторов в соответствии с теорией подобия определяется при максимальном КПД безразмерным числом пу - критерием быстроходности
13 EMBED Equation.3 1415, (14)
где: Q – производительность, м3/е;
р – давление в Па, приведённое к стандартной плотности воздуха р= 1,2 кг/м3;
13 EMBED Equation.3 1415 – угловая частота вращения, 1/с.
Области применения центробежных вентиляторов соответствуют значения быстроходности пу< 100, а осевых - пу> 100.
Проточную часть вентилятора характеризует его аэродинамическая схема, где приведены все размеры, выраженные в процентах от диаметра D рабочего колеса. На рис. 1 приведена для примера аэродинамическая схема вентилятора Ц4-70.
Итак, с геометрической точки зрения уравнение Д.Бернулли показывает, что сумма трех высот – геометрической, пьезометрической и скоростной с учетом всех гидравлических потерь есть величина постоянная вдоль струйки
С энергетической точки зрения члены уравнения Д.Бернулли имеют следующий смысл:
z-удельная энергия положения;
z+p/y удельная потенциальная энергия жидкости;
v /2g - удельная кинетическая энергия.,
Таким образом, уравнение Д.Бернулли является примером закона сохранения энергии М.В Ломоносова в применении к жидкости.
2 Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка состоит из труоы 1 переменного диаметра (а в шести сечениях которой установлены пьезометры 2. Жидкость подается в напорный бак 3, через трубу 4 и краном 5 регулируется количество поступающей жидкости. В баке^З напор (Н) поддерживается постоянным. Жидкость выливается в мерный бак 6. Краном 7 изменяется расход жидкости проходящей по, трубе 1, а следовательно скорость жидкости, протекающей по трубе 1.


3 Методика проведения эксперимента
Методика проведения эксперимента заключается в следующем. Открыв кран 5 через трубу 4, наполняем, напорный бак 3 до уровня Н. Поддерживая этот уровень постоянным, краном 7 устанавливаем некоторый расход жидкости и с помощью мерного бака 6 и секундомера определяем время (t) наполнения указанного объема - жидкости (W). Снимаем показания пьезометров 2 и заносим их в трубе 1.
4 Регистрация опытных данных:
4.1 Объем воды, поступившей в мерный бак 6 W (см3)
4.2 Время наполнения объема t (с)
Тогда расход потока Q = 13 EMBED Equation.3 1415 (cм3/с).
4.3 Экспериментальные данные
Электрическая мощность W, потребляемая двигателем из сети, может быть замерена с помощью трехфазного ваттметра, по схеме двух ваттметров (схема Арона), одним ваттметром с переключением (пофазное определение мощности), или с помощью амперметра и вольтметра, а также механическим методом. Зная характеристику электродвигателя (cos

13 EMBED Equation.3 1415, (15)
или
13 EMBED Equation.3 1415,
где: U – напряжение, Вт;
I – сила тока, амперах;
cos <р , 13 EMBED Equation.3 1415, – коэффициент мощности и к.п.д. электродвигателя могут бытьвзять по характеристике электродвигателя. При механическом методе мощность определяется при помощи мотор-весов, путём измерения момента на валу насоса:
13 EMBED Equation.3 1415, (16)
где: l – плечо рычага мотор-весов, м;
G – показание весов, кг;
13 EMBED Equation.3 1415 – частота вращения вала электровигателя, об/мин. Коэффициент полезного действия насоса /7 определяется как отношение полезной мощности насоса N к мощности на валу электродвигателя N.

Вентиляторы разных размеров и конструкций, выполненных по одной аэродинамической схеме относятся к одному типу. Основными элементами вентилятора являются входной патрубок, рабочее колесо и спиральный к
·орпус.
Входной патоубок (рисунок.2).

Рисунок 2 Входной патрубок
Служит для подвода- поступающего в вентилятор воздуха. Его форма и размеры характеризуются длиной LK, диаметром D к входногр отверстия, диаметром DK - входного отверстия, диаметром Do минимального по площади сечения. Диаметр Do называют диаметром входа в вентилятор. Рабочее колесо осуществляет передачу энергии от привода протекающему через вентилятор воздуху. При вращении рабочего колеса воздух, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками и под воздействием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается спиральным корпусом и направляется в его выпускное отверстие. Колесо обычно состоит из переднего и заднего дисков (рис.3), между которыми с одинаковым шагом установлены лопатки.. В ряде случаев используются колёса полуоткрытого типа без переднего диска. Размеры рабочего колеса характеризуются его диаметром D определяемым по концам лопаток. Диаметр рабочего колеса вентилятора, выраженный в дециметрах, соответствует номеру вентилятора. Так, вентилятор № 5 имеет диаметр рабочего колеса D=0,5m. Задний диск рабочего колеса обычно выполняют плоским; передний диск может быть плоским или коническим.

Передние диски более сложной формы практически не применяются, Меридиональное сечение рабочего колеса характеризуется двумя параметрами: В[ - шириной на входе; в2 - шириной при входе на лопатки. Лопатки рабочего колеса обычно имеют цилиндрическую форму; их устана-ливают перпендикулярно плоскости заднего диска. Выходные кромки лопаток могут быть загнутыми вперед ( /?2>90°) (рис. 4), радиальными ( /?, =
· 90°) и загнутыми назад ( /?,< 90°).

Наиболее часто лопатки делаются загнутыми вперед, что позволяет уменьшать габариты вентилятора. В настоящее время выпускают вентиляторы и с лопатками загнутыми назад, что приводит к увеличению КПД и уменьшению шума, хотя габариты вентилятора несколько увеличиваются.
Входные кромки лопаток для обеспечения безударного входа потока воздуха следует всегда отгибать в направлении вращения (< 90°). Лопатки могут быть тонкими (листовыми) или профильными. Желательно применение профилированных объемных лопаток.
Спиральный корпус. Для отвода в определенном направлении воздуха, выходящего из рабочего колеса, а также для частичного преобразования динамического потока воздуха в статическое служит спиральный корпус. Он обычно имеет постоянную ширину В (рисунок 5).
Таблица 5
№ п/п
Величина
Ед.
измер.
Номер сечения




1
2
3
4
5
6

1
Диаметр сечения
см







2
Показания пьезометров
см







4.4 Обработка результатов эксперимента
Таблица 6
№ п/п
Вычислительная формула
Расчетная зависимость
Ед. измер.
Номер сечения





1
2
3
4
5
6

1
Площадь сечения
S = 13 EMBED Equation.3 1415
см2







2
Средняя скорость

см/с







3
Скоростной напор

см







4
Полный нопор
h = 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
см







5
Потери напора
H-h
см







6 Контрольные вопросы
Написать уравнение Д.Бернулли для реального потока.
Объяснить геометрический и энергетический смысл членов, входящих в уравнение Д.Бернулли и единицы измерения, м.
Рассказать методику проведения эксперимента и снятие опытных данных.
Объяснить методику построения диаграммы уравнения Д.Бернулли.

Лабораторная работа № 1
Определение числа Рейнольдса по опытным данным при ламинарном и турбулентном режимах движения
Цель работы:
под данным эксперимента определить число Рейнольдса и сделать вывод о характере движения жидкости;
построить графики зависимости числа Рейнольдса от скорости движения жидкости – Re=/ (V) для различных жидкостей.
1 Основные теоретические положения
В 1883 г. английский физик Осборн Рейнольде опубликовал результаты своих экспериментальных исследований, весьма наглядно иллюстрирующих существование в природе разных видов движения жидкости.
Опыты показатели, что возможны два режима движения жидкости или газа: ламинарный и турбулентный.
Ламинарное (параллельно-струйное) движение характеризуется упорядоченным перемещением отдельных частиц без перемешивания и без пульсаций скорости и давления. Если в прямой трубе постоянного сечения протекает жидкость при ламинарном режиме движения, то все линии тока направлены параллельно оси трубы, т.е. прямолинейны, а поперечные перемещения жидкости в процессе её течения отсутствуют.
Турбулентное (беспорядочное) движение характеризуется интенсивным перемешиванием частиц жидкости и пульсациями скоростей и давлений. Траектории отдельных частиц при турбулентном движении имеют вид замысловатых кривых, что говорит о том, что при турбулентном движении наряду с основным продольным перемещением жидкости вдоль трубы существуют поперечные перемещения и вращательное движение отдельных объектов жидкости.
Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении вязких жидкостей (нефти, смазочных масел и т.д.), а также при движении воды через тонкие капиллярные трубки.
Движение воды в водопроводных трубах, в разного рода напорных водоводах, в каналах и реках и т.д при обычно встречающихся на практике скоростях течение почти всегда характеризуются турбулентными режимами.
Режим течения жидкости зависит от её скорости и смена ламинарного течения на турбулентное в данной трубе происходит при определённой скорости течения, что является подтверждением философского закона перехода количества в качество. Обечайка спирального корпуса чаше всего бывает очерчена или по логарифмической кривой или дугами окружности.

Вблизи рабочего колеса обечайка переходит в так называемый язык. Часть спирального корпуса, ограниченную этим языком и являющейся продолжением обечайки плоскостью, выходной частью корпуса. Длиной выходного отверстия корпуса С и его шириной В, характеризует площадь выходного сечения вентилятора. В отдельных случаях вместо обычного спирального корпуса за рабочим колесом может быть установлен радиальный лопаточный или безлопаточный диффузор, а также корпус другого вида: с двумя и более выходными отверстиями и т.д.
Для присоединения вентилятора к сети на входе в вентилятор часто устанавливают входную коробку, на выходе из него - диффузор (рис.6). Последний обеспечивает также дополнительное преобразование динамического давления выходящего из спирального корпуса в статическое.

1 – диффузор; 2 – центробежный вентилятор; 3 – осевой направляющий аппарат; 4 – входная коробка
Для регулирования режимов работы вентилятора в ряде случаев применяют направляющего аппараты различных типов. Наиболее широкое распространение получили осевые направляющие аппараты, которые устанавливают обычно на входных патрубках вентиляторов. Центробежный вентиляторов в совокупности с входной коробкой, диффузором.
На основании анализа результатов опытных исследований Рейнольде, предложил безразмерный коэффициент, называемый числом (критерием) Рейнольдса:
13 EMBED Equation.3 1415, (17)
где Vcp - скорость течения жидкости, м\с, d - диаметр трубы, м, v - кинематический коэффициент вязкости жидкости.
В результате экспериментов Рейнольд определил, что для круглой трубы критическим числом, при котором происходит смена режимов течения жидкости, является Re кр - 2320. Тогда, при Re < Re Kp - течение жидкости ламинарное, а при Re > Re |ф- турбулентное.
2.Описание экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки Рейнольдса показана на рисунке:

В стеклянную трубку 1 жидкость поступает из напорного резервуара 2 наполняемого с помощью трубы 3 с краном 4. Постоянный напор (уровень свободной поверхности жидкости) –поддерживается благодаря установки сливной трубы 5. Изменение скорости течения жидкости в трубе 1 производится краном 6. Мерный бак 7 служит для определения расхода жидкости. Для наглядного наблюдения за режимом течения жидкости в направляющим аппаратом или с одним из этих элементов, составляет вентиляторную установку.
2 Характеристики и выбор центробежных вентиляторов
Характеристика вентилятора графически выражает связь между основными параметрами его работы. Полная характеристика вентилятора определённых геометрических размеров при перемещении воздуха неизменной плотности и неименной частоте вращения выражает зависимость между производительностью Q (м3/с), полным Р, статическим Рс, давлении (Па), потребляемой мощностью N (кВт), полным rj и статическим rjcm КПД.

Характеристику определяют по данным аэродинамических испытаний вентилятора (рисунок7).
Характеристика вентилятора может быть получена также пересчётом данных, полученных при испытаниях этого же вентилятора с другой угловой частотой вращения или пересчётом данных, полученных при испытании вентилятора другого типоразмера. На основании теории подобия установлены следующие соотношения между аэродинамическими параметрами и размерами одного типа вентиляторов.
13 EMBED Equation.3 1415, (18)
13 EMBED Equation.3 1415, (19)
3 Методика проведения эксперимента
Для двух разных жидкостей установим краном 6 пять значений расхода, который измеряем с помощью мерного бака 7 (W – объём воды) и секундомера (t – время наполнения мерного бака W). Расход жидкости (Q) определяется по зависимости:
13 EMBED Equation.3 1415, (20)
4 Регистрация опытных данных
4.1 Определение площади поперечного сечения
Зная значение диаметра трубы 1 (d) и определяя площадь её поперечного сечения (s), находим значение скорости течения жидкости (V) по соотношению:
13 EMBED Equation.3 1415, (20)

4.2 Определение значения Rе
Известным является v – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м7с. Используя соотношение (1) , определяем значение Re для двух разных жидкостей при различных скоростях, и полученные значения сводим в таблице 1.
Таблица 6 – Результаты расчётов
V,







Табл.
1


N
V


Расчётные параметры





п/п
м2/с
V,
м/с


Re














При подборе вентилятора наиболее удобны и наглядны характеристики, построенные для каждого вентилятора при разных частотах вращения. Они строятся с нанесением кривых Р =/ (Q) для различных частот вращения (cr=const и кривых, соединяющих точки с одинаковыми значениями КПД) кривые /7= const (рис.8).

Следует иметь ввиду, что не рекомендуется применять вентилятор при режимах работы, когда rj< 0,9 77 max. где г/тах – максимальное значение КПД вентилятора.
Исходными для подбора вентилятора являются полученные из расчёта сети значения Q и Р, приведённые к стандартной плотности воздуха р = 1,2 кг/м3 , а также соображения конструктивного и эксплуатационного характера. Но всегда необходимо стремиться к выбору такого вентилятора, который будет работать наиболее экономично, т.е. при наибольшем КПД.
Перед выбором вентилятора, рассчитывая на его наиболее удобное непосредственное соединение с электродвигателем, полезно подсчитать значение критерия быстроходности для стандартных частот вращения т в 75; 100; 150% 300 1/с (п=720; 960; 1450; 2900 I/мин) по формуле (I). Если критерий пу<100, то выгоден центробежный вентилятор. После этого необходимо выбрать наиболее подходящую серию вентиляторов, выпускаемых промышленностью.
Когда выбрана и серия, то остаётся выбрать размер вентилятора (номер) и на его характеристике по точке пересечения координат заданных Q и Р определить соответствующие ш и 77.
При этом мощность вентилятора определяется по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, (21)
Воспользовавшись этой характеристикой необходимо определить давление Р, создаваемое вентилятором, его КПД и мощность N, если потребная производительность составляет Q = 1,95 и 1, 1 м3/с, а вентилятор непосредственно соединён с электродвигателем, с частотой вращения соответственно 1450 и 960 1/мин.
В качестве примера на рис. 9 приведена универсальная характеристика вентилятора Ц4-70 № 5.

4.5 Построение графика
По полученным результатам построим на одной системе координат два графика (для равных жидкостей) Re = / (V) и делаем выводы.
5 Вопросы для самоповерки
Как определяется критерий быстроходности.
При каких значениях критерия быстроходности применяются центробежные вентиляторы.
Что такое аэродинамическая схема вентилятора.
Как изменяется давление вентилятора, его КПД и мощность при увеличении производительности.
Практическое занятие № 6
Решение задач по расчету параметров, характеризующих движение жидкости и параметров трубопроводов
Цель работы: изучить назначение и особенности расчета всасывающего, простого и соединенных последовательно и параллельно трубопроводов
1 Расчет всасывающего трубопровода
Рассмотрим схему работы насоса, включенного в систему, подающую жидкость из резервуара А в напорный резервуар В (рисунок 1.1)

Жидкости, проходящей через насос, сообщается энергия, которая расходуется на подъем ее в напорный резервуар, и на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе. Вертикальное расстояние hH от центра насоса до уровня жидкости в напорном резервуаре называется геометрической высотой нагнетания. Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре до центра рабочего колеса насоса называется геометрической высотой всасывания hBC.
Полный напор насоса Н определяется как разность напоров, создаваемых потоком в сечениях, соответствующих началу нагнетательного трубопровода Н2 и концу всасывающего трубопровода Нь т.е. H=H2-Hi. В этих сечениях обычно устанавливают манометры и вакуумметры.
Составив уравнение Д.Бернулли для двух сечений 1-1 и 2-2 и выполнив некоторые преобразования, получим:
13 EMBED Equation.3 1415, (22)
2 Расчет простого трубопровода
Трубопроводы, состоящие из одной линии труб и имеющие один и также расход жидкости, называется простым.
В зависимости от соотношения местных потерь напора и потерь по длине различают короткие и длинные трубопроводы.
К коротким относят трубопроводы малой длины с большим числом местных сопротивлений (местные потери напора соизмеримы с потерями напора по длине), а к длинным - трубопроводы, в которых местные потери напора пренебрежимо малы по сравнению с потерями напора по длине (менее 5%).
Примерами коротких трубопроводов могут служить всасывающие трубы насосов, дюкеры, сифоны и.д.; длинные - водопроводы, нефтепроводы, газопроводы и т.д.
Жидкость движется по трубопроводу благодаря тому, что ее энергия в начале трубы больше, чем в конце. Этот запас энергии обеспечивается тем или иным способом: работой насоса, созданием разностей уровней жидкости, давлением газа и.т.д.
2.1 Пример расчета простого длинного трубопровода
Для длинного трубопровода постоянного по всей длине диаметра (рис.2Л) составляется уравнение Д.Бернулли для сечений 1-1 и 2-2.

После ряда преобразований получена зависимость для определения располагаемого напора Н:
13 EMBED Equation.3 1415, (23)
где: А – удельное сопротивление трубопровода, с /м , определяемое по таблице 2.1 и имеющее выражение:
13 EMBED Equation.3 1415, (24)
L – длина трубопровода, м; Q - расход жидкости, м2/с.
Таблица 7 – Значение А для труб, бывших в эксплуатации (при скорости V>1,2 м/с)
d, мм
А, cf/м6 для труб
d, мм
А, с^/м6, для труб


стальных
чугунных

стальных
чугунных

1
2
3
4
5
6

75

1709
350
0,41
0,46

80
1 1G8

400
0,206
0,233

100
267
368
450
0,109
0,119

Продолжение талицы 7
1
2
3
4
5
6

125
106
111
500
0,062
0,068

150
45
41,8
600
0,024
0,026

175
19

700
0,0115
0,0115

200
9,27
9,03
800
0,00566
0.00567

225
4,82

900
0.00303
0,00305

250
2,58
2,75
1000
0,00174
0,00175

275
1,53

1200
0,00066


300
0,94
1,03
1400
0,00029


При гидравлическом расчете простого трубопровода обычно известны его длина I, материал и конфигурация. Неизвестной может быть одна из трех величин: Н, Q или d.
Для практического применения используют соотношение:
13 EMBED Equation.3 1415, (25)
В случае последовательного соединения участков трубопровода предварительно строят характеристики отдельных участков, например 1 и 2 (рис. 3.2). Чтобы построить характеристику всего трубопровода, следует сложить потери напора при одинаковых расходах, т.е. сложить ординаты кривых 1 и 2 при равных абсциссах.

При параллельном соединении также прежде всего следует построитель характеристики отдельных параллельных участков. Пусть кривые 1 и 2 (рис. 3.3) представляют собой такие характеристики двух параллельных участков. Так как при параллельном соединении общий расход определяется как сумма расходов на отдельных участках, а потери напора на них одинаковы, то для построения

а, б, с – расходы на участке 1
Рисунок 3.3 – Построение характеристики трубопровода с параллельным соединением участков
где: А0=А к™ Кп – поправочный коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента гидравлического трения X от числа Рейнольдса и определяется по Таблице 8
Таблица 8 – Значение коэффициента Кп
V,
м/с
0.2
0,3
0,4
0,5
0,6

0,8
0,9
1.0
1.1
1.2

к*
1.41
1,28
1.2
1,15
1,115
1,085
1,06
1,04
1,03
1,015
1.0

3 Особенности расчета трубопровода при последовательном и параллельном соединении отдельных участков
При гидравлическом расчете простых и сложных трубопроводов используют графические методы, которые значительно облегчают и упрощают решение некоторых сложных задач. Эти методы основаны на построении характеристик трубопроводов. Характеристикой трубопровода называется зависимость суммарных потерь напора в трубопроводе от расхода, H=f(Q) можно изобразить графически (рис.3.1) Полученная кривая представляет собой характеристику трубопровода.


4 Порядок проведения работы
Ознакомиться с лабораторной установкой, измерительными приборами и инструкцией по выполнению лабораторной работы.
Произвести заливку насоса и всасывающего трубопровода.
Выпустить воздух из трубок манометра и вакуумметра через проливочные краны и закрыть краны.
Закрыть задвижку 11 в напорном трубопроводе 6.
Включить электродвигатель, снять показания приборов (манометра, вакуумметра, вольтметра, амперметра, ваттметра, и мотор - весов) и данные занести в протокол измерений.
Постепенно открывать задвижку 11, изменяя напор насоса. При фиксированном положении задвижки произвести замер подачи насоса по наполнению воды в мерный бак. При этом снять показания всех приборов. Опыт повторить 5-6 раз, устанавливая напор по шкале манометра через равные промежутки деления шкалы и данные замеров занести в протокол измерений.
После проведения последнего опыта, выключить приборы закрыть задвижку 11, выключить электродвигатель.
По данным протокола измерений заполнить таблицу № 1 данных испытаний и по ним построить индивидуальную характеристику насоса.
5 Протокол измерений
Диаметр всасывающего трубопровода DB = 120 мм;. Диаметр нагнетательного трубопровода DM=90 мм
Таблица 9 –
№№ п\п
Измеряемая величина
№№ замеров





1
2
3
4
5
6

1
Давление, Рм кгс/см2 (отсчёт по манометру)







2
Ваккум, Рв кгс/см7) (отсчёт по вакуумметру)







3
Расход воды, Q-A& мЗ/с







В случае последовательного соединения участков трубопровода предварительно строят характеристики отдельных участков, например 1 и 2 (рис. 3.2). Чтобы построить характеристику всего трубопровода, следует сложить потери

а, в, с – потери напора на участке 1
Рисунок 3.2 Построение характеристики трубопровода с последовательным соединением участков напора при одинаковых расходах, т.е. сложить ординаты кривых 1 и 2 при равных абсциссах.
При параллельном соединении также прежде всего следует построитель характеристики отдельных параллельных участков. Пусть кривые 1 и 2 (рис. 3.3) представляют собой такие характеристики двух параллельных участков. Так как при параллельном соединении общий расход определяется как сумма расходов на отдельных участках, а потери напора на них одинаковы, то для построения

1+2
а, б, с - расходы на участке 1
Рисунок 3.3 - Построение характеристики трубопровода с параллельным соединением участков
После ряда преобразований получена зависимость для определения располагаемого напора Н:
13 EMBED Equation.3 1415, (26)
где: А – удельное сопротивление трубопровода, с /м , определяемое по таблице 2.1 и имеющее выражение:
13 EMBED Equation.3 1415, (27)
d, мм
А, cf/м6 для труб
d, мм
А, с?/м6, для труб


стальных
чугунных

стальных
чугунных

15

1709
350
0,41
0,46

80
1 1G8
-
400
0,206
0,233

100
261
368
450
0,109
0,119

125
106
111
500
0,062
0,068

150
45
41,8
600
0,024
0,026

115
19
-
100
0,0115
0,0115

200
9,21
9,03
800
0,00566
0.00567

225
4,82

900
0.00303
0,00305

250
2,58
2,75
1000
0,00114
0,00175

215
1,53

1200
0,00066


300
0,94
1,03
1400
0,00029


L - длина трубопровода, м; Q - расход жидкости, м2/с.
При гидравлическом расчете простого трубопровода обычно известны его длина Ј, материал и конфигурация. Неизвестной может быть одна из трех величин: Н, Q или d.
Для практического применения используют соотношение:
13 EMBED Equation.3 1415
Таблица 10
6 Задачи
Определить напор насоса, если его подача Q=0,015 м3/с; диаметр всасывающего трубопровода dI=150 мм; диаметр нагнетательного трубопровода d2=100 мм; показания манометра соответствуют напору 42 м; показания вакуумметра -5 м; расстояние по вертикали между центрами вакуумметра и манометра Ah=0,2 м.
Насос с подачей 8 л/с нагнетает воду по трубе диаметром 100 мм; диаметр всасываю его патрубка 125 мм. Определить полный напор насоса, если показание манометра, установленного на напорной трубе, равно 3,5 кгс/см2, а показание вакуумметра на всасывающей трубе равно 300 мм рт.ст. Расстояние между точками установки манометра и вакуумметра 1 м.
Определить напор, необходимый для пропуска воды с расходом Q=50 л/с через стальной трубопровод диаметром d=250 мм и длиной L.
Определить расход воды в чугунной водопроводной трубе диаметром d=200 мм, длиной L=1000 м при располагаемом напоре Н=10 м.
Определить диметр стального трубопровода и среднюю скорость движения воды в нем при следующих данных: Q=100 л/с, Н=15 м, L=1500 м.
7 Контрольные вопросы
Какие параметры влияют на величину вакуума во всасывающем трубопроводе насоса?
Какие трубопроводы называются простыми, сложными, длинными и короткими?
Как формулируются при основные задачи гидравлического расчета простого трубопровода?
Что называется характеристикой трубопровода?
В чем заключается построение суммарной характеристики последовательного и параллельного соединений трубопроводов?

Практическое занятие № 7
Решение задач по расчету истечения жидкости из отверстий и насадок
Цель работы: познакомиться с методикой расчета параметров потока жидкости при истечении ее через отверстия и насадки.
1 Основные расчетные зависимости
Вопросы, связанные с истечением жидкости из отверстий и через насадки, имеют большое практическое значение. Возникает необходимость рассчитывать диафрагмы, дырчатые смесители, пожарные брандспойты, гидромониторы, наполнение и опорожнение резервуаров, конструирование различных сопел и форсунок и т.д. Основным вопросом при этом является определение скорости и расхода вытекающей жидкости для различных форм отверстий и насадков.
Скорость истечения определяется из соотношения:
13 EMBED Equation.3 1415, (27)
где: Н – глубина отверстия под свободной поверхностью, м;
Ф – коэффициент скорости.
Расход жидкости, вытекающей через отверстие:
13 EMBED Equation.3 1415
где: So – площадь отверстия, м3;
13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент расхода.
На рисунке 1 приведены кривые зависимости коэффициентов для круглого отверстия, составленные А.Д. Альтшульцом на основании опытов разных авторов.


При истечении с большими числами Рейнольдса ( Re > 10 ), (что характерно для подавляющего числа случаев истечения воды и воздуха) можно принимать следующие осредненные значения коэффициентов истечения 8=0,62^0,63; Ф=0,97^0,98; ^=0,06; ц=0,6-е-0,61.
Число Рейнольдса подсчитывают по теоретической скорости истечения по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (28)
где: d – диаметр отверстия, м;
v – кинематический коэффициент вязкости, м2/с.
2 Задачи
Определить расход и скорость истечения воды из круглого отверстия диаметром ё=20мм в боковой стенке резервуара больших размеров, при этом уровень воды в резервуаре можно считать постоянным, а глубину Н –равной 2м. Температура воды t=20°C (v=l-10'V/c).
Определить расход воды Q через круглое отверстие в тонкой боковой стенке мерного бака, если диаметр отверстия d=5 см и постоянный напор над его центром тяжести Н=1,5м.
Истечение воды из закрытого вертикального сосуда в атмосферу происходит при постоянном геометрическом напоре п=3м через внешний цилиндрический насадок диаметром d=8cM. (|i=0,82).
Определить расход и скорость истечения нефти и воды из бака через отверстие диаметром d=0,0lM, если напор в баке поддерживается постоянным и равным Н=4м. (унефти=2-10"5м2/с).
Определить продолжительность опорожнения вертикального цилиндрического бака, полностью заполненного водой, через отверстие в его дне, если диаметр бака Д=2м, высота Н=2,5м, диаметр отверстия do=0,lM, коэффициент расхода ji=0,6. Истечение происходит в атмосферу.
3 Контрольные вопросы
Что называется коэффициентом сжатия?
Как записать формулы для определения скорости и расхода жидкости, вытекающей из отверстия?
какая связь существует между коэффициентами истечения \х, ср, 8?
Как охарактеризовать зависимость коэффициентов истечения от числа Рейнольдса?
Лабораторная работа №2
Снятие характеристик центробежного насоса
Цель работы:
закрепить знание в области теории лопастных гидромашин. Изучить конструкцию центробежного насоса принципа его работы и особенности эксплуатации насосных установок;
ознакомление с методами испытания центробежного насоса, усвоение правил эксплуатации насосных установок, практический расчёт основных параметров насоса;
приобретение навыков по организации и проведению экспериментов, по обработке и анализу результатов опытов при снятии индивидуальной характеристики насоса.
1 Основные сведения и основные параметры центробежного насоса
Центробежные насосы относятся к классу гидравлических лопастных машин, предназначенных для перемещения жидкости путем преобразования механической энергии двигателя в энергию потока жидкости (энергию давления).


Основными элементами одноступенчатого (одноколесного) центробежного насоса (рисунок 1) являются:
рабочее колесо I. представляющее собой отливку в виде двух круглых дисков - ведущего, закрепляемого жестко на валу, и ведомого, и ведомого, соединенного жестко с ведущими лопастями криволинейной формы, между которыми образованы каналы для движения перекачиваемой жидкости;
вал 2. крепится в опорных подшипниках;
корпус 3 служит для конструктивного объединения всех элементов насоса, для подвода потока жидкости к рабочему колесу и направленного отвода потока к напорном патрубку;
спиральная камера 4 представляет собой внутреннюю часть корпуса 3 и служит для формирования потока жидкости;
крышка всасывания 5 соединяется с всасывающим трубопроводом и служит для подвода потока жидкости к рабочему колесу;
диффузор 6 служит для отвода жидкости к напорном патрубку и преобразованию динамического (скоростного) напора потока в статический.
Центробежные наносы конструктивно просты, могут работать от любого привода в том числе и от электродвигателя без применения промежуточных редукторов, поэтом удобны в эксплуатации.
Перед запуском насоса его внутренние полости и всасывающий трубопровод заполняются водой (производят заливку насоса). При вращении рабочего колеса в его внутренних каналах под действием центробежных сил происходит перемещение жидкости от центра (оси колеса) к перефирии. т.е. радиальном направлении. На основе условия сохранения энергии и неразрывности потока по подводу 5 начинает поступать жидкость в рабочее колесо из всасывающего трубопровода под действием разности атмосферного давления и давления перед рабочим колесом. Количество жидкости, протекающей через рабочее колесо зависит от частоты вращения рабочего колеса, его конструктивных параметров (площади живого сечения потока) и других параметров.
Основными параметрами, характеризующими работу насоса являются: напор Н - энергия, сообщаемая насосом каждому килограмму перекачиваемой жидкости; подача Q - количество жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени; N - потребляемая мощность и г,-коэффициент полезного действия насоса.
2 Индивидуальная характеристика центробежного насоса
Зависимость напора Д создаваемого насосом, потребляемой насосом мощности N и полного коэффициента полезного действия ц от подачи Q насоса при постоянной частоте вращения вала называется индивидуальной характеристикой насоса. Графически эти зависимости изображаются в виде кривых (рис.2):


H-fi (Q) – напорная характеристика насоса. N=^(^0 - характеристика мощности на валу насоса; tj =/з (Q) – .к.п.д. насоса.
По этим характеристикам можно судить об изменениях напора, мощности и к.п.д. в зависимости от изменения режима работы, т.е. подачи насоса.
Оптимальный режим работы соответствует максимальному значению к.п.д. (т]тт). Область промышленного использования насоса определяется зоной оптимального режима, т.е. величиной его к.п.д.
13 EMBED Equation.3 1415, (29)
3 Описание лабораторной установки
Схема установки для испытания центробежного насоса и снятия индивидуальной характеристики представлена на рисунке 3.
Установка состоит из одноступенчатого центробежного насоса 1, электродвигателя 2 с оборудованными на нем мотор-весами 3-4 (для измерения момента мощности) на валу насоса, всасывающего 5 и нагнетательного 6 трубопроводов, приемного резервуара 7, мерного бака 8 и задвижки 11 для регулирования расхода жидкости через напорный трубопровод, который соответствует подаче насоса. Во всасывающем трубопроводе установлен вакуумметр 9 для измерения вакуума перед рабочим колесом. В нагнетательном трубопроводе установлен манометр 10 для измерения напора (давления) создаваемого насосом. Уровень воды в мерном баке 8 измеряется по водомерному стеклу 13. Дня измерения электрических величин (потребляемой электродвигателем мощности, напряжения и силы тока) используется КИП (контрольно-измерительный прибор) 12, состоящий из ваттметра, вольтметра и амперметра.
Ареометр градуирован и имеет две шкалы:
па верхней узкой част - ареометрическую шкалу А, показывающую удельный вес (или ! 1.Ю1 мое п.) жидкости, а на нижней широкой части - термометрическую шкалу В. показывающую температуру жидкости во время опыта. Для измерения удельного веса ареометр погружается в сосуд с исследуемой жидкостью и благодаря грузу. помешенному в нижней его части (обычно ртуть или дробь), плавает, сохраняя вер шкал!,пое положение. Деление на ареометрической шкале, до которой погружается ареометр, отсчитанное по верхнему краю мениска жидкости, показывает значение удельного веса (плотности). Существуют ареометры, показывающие удельный вес в условных градусах, которые могут быть пересчитаны в системные единицы по ciieiшальным формулам.
Нa принципе сообщающихся сосудов основано устройство весьма простого прибора для определения плотности жидкости, изображенного на рисунке 2 состоящего из двух сообщающихся сосудов - вертикальных стеклянных трубок А и В. соединенных между собой изогнутым коленом С.



Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая - жидкостью, известной плотностью pi i например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкостей в среднем колене С находились на одной и той же отметке прибора О. Далее измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой hi и П2 и, имея в виду, что эти высоты обрамю пропорциональны плотностям жидкости (исходя из равенства давлений в каждой i рубке в плоскости 0-0, легко находим плотность исследуемой жидкости.
13 EMBED Equation.3 1415, (30)

B технической практике применяются вискозиметры различных типов, из коюрых наибольшее распространение имеет вискозометр Энглера (рисунок 3).


4 Методика испытания центробежного насоса
Для снятия индивидуальной характеристики насоса с помощью установки (рис.3) определяют подачу Q,, напор Д потребляемую мощность TV и к.п.д. т] при различных режимах работ насоса.
С помощью задвижки 11 создается местное сопротивление в нагнетательном трубопроводе 6, т.е. изменяется площадь живого сечения потока жидкости от нуля (задвижка закрыта) до максимума (задвижка полностью открыта). При фиксированных промежуточных* положениях задвижки замеряется подача насоса Q. с помощью мерного бака 8, площадь сечения которого равна S= 160x100 см2.
В каждом опыте по водомерному стеклу 13 фиксируется время t подъема уровня воды h в баке на 5 или 10 см. т.е. время наполнения объема AV.
Подача насоса в каждом опыте равна:
13 EMBED Equation.3 1415
где: А V = S ( h – объем воды, подаваемой в мерный бак. м3 ;
t – время наполнения объема А V, с.


Он состоит из двух концентрических расположенных латунных резервуаров, пространство между которыми служит водяной баней. В меньшей резервуар заливается 200 см' исследуемой жидкости. Необходимая температура исследуемой жидкости достигается с помощью электрического прибора и контролируется термометрами. Время истечения жидкости из сосуда через калиброванное отверстие, запираемое стержнем, фиксируется секундомером.
Отношение времени истечения 200 см" испытываемой жидкости при данной температуре tж, ко времени истечения такою же количества воды при температуре tв =20 С0 хapaктерезует вязкость жидкости, выраженную в градусах Энглера.
3 Методика выполнения работы
3.1 В трех сосудах находится три разные жидкости. С помощью показания ареомсфа определить плотность жидкости в каждом сосуде.
3.2.Составить условие равновесия жидкости в правом и левом колене (рисунок 2) относительно плоскости 0-0.
По показанию прибора определить плотность и удельный вес исследуемой жидкости.
4 Контрольные вопросы
1Что такое жидкость и на какие классы она подразделяется?
2 Понятие: удельный вес. плотность, вязкость жидкости и их единицы измерения.
3 Приборы для определения удельного веса (плотности) и вязкости жидкости.








13PAGE 15




             Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native


Приложенные файлы

  • doc 8867937
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий