Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию
ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
НАСОСЫ И ВЕНТИЛЯТОРЫ
Методические указания к лабораторным работам
Факультет – инженерно-строительный
Специальность –270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»
140104 «Промышленная теплоэнергетика»
ВОЛОГДА
2009
УДК 681.3.006
ББК 30.12
И 26
НАСОСЫ И ВЕНТИЛЯТОРЫ. Методические указания к лабораторным работам. - Вологда: ВоГТУ, 2009. - 17с.
Даются методические указания к выполнению лабораторных работах по насосам и вентиляторам, включающие состав, объем и содержание лабораторных работ. Приведены основные сведения по практике проведения лабораторных работ и методика расчета основных параметров насосов и вентиляторов. Методические указания предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения по специальностям 140104 “Промышленная теплоэнергетика” и 270109 “Теплогазоснабжение и вентиляция”.
Утверждено редакционно-издательским советом ВоПИ
Составитель: Баширов Н. Г., к.т.н., доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции
Рецензент: Петухов В.В., начальник отдела наладки тепловых сетей и перспективного развития
УДК 681.3.006
ББК 30.12
ВоГТУ, 2009
Н.Г.Баширов, 2009
Введение
Учебным планом по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» предусмотрен теоретический курс «Насосы и вентиляторы», имеющий важное значение для правильного решения вопросов нагнетания и транспортирования среды по системам тепло- и газоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Для лучшего понимания теоретических положений учебным планом предусмотрены лабораторные работы. Выбор и количество лабораторных работ, помещенных в настоящих методических указаниях, охватывает основные разделы курса. При этом предлагается ограниченная межпредметная связь с ранее изучаемыми дисциплинами, а именно: с физикой, термодинамикой, гидравликой, аэродинамикой, электротехникой и др.
Подготовка к выполнению лабораторной работы должна включать не только знакомство с описанием конкретной работы, но и проработку теоретического материала, относящегося к данной теме – только тогда экспериментальная часть обучения будет способствовать уяснению теории.
Перед началом работ в лаборатории студент обязан ознакомиться с правилами поведения в лаборатории и инструктивными указаниями по охране труда и технике безопасности на лабораторном стенде (установке).
Проверка знания правил техники безопасности производится до начала цикла занятий и оформляется записью в журнале.
Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ.
1. При первом знакомстве с неработающим лабораторным оборудованием студент должен обратить внимание следующие основные моменты охраны труда и техники безопасности (ТБ):
- наличие ограждений вращающихся элементов и узлов нагнетателей;
- надежность электроизоляции токоведущих элементов электрооборудования;
- наличие заземления (зануления) электрооборудования.
О замеченных на установке недостатках по охране труда и ТБ немедленно сообщить преподавателю!
2. Включение установок, измерение их режима работы и выключение производить только под наблюдением преподавателя (или учебного мастера-лаборанта).
3. Студентам запрещается проведение самостоятельного ремонта лабораторного оборудования.
4. Студенты должны соблюдать также общие правила поведения в лабораториях.
5. Студенты, не прошедшие инструктаж по ТБ, к проведению работ не допускаются.
6. Студенты, нарушившие правила ТБ, отстраняются от занятий.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
Исследование параметров радиальных вентиляторов.
Цель работы - провести сопоставительный анализ конструктивных параметров различных типов радиальных вентиляторов и исследовать работу вентиляторных установок.
Работа состоит из следующих взаимосвязанных частей:
- анализ конструктивных параметров радиальных вентиляторов;
- исследование работы вентилятора.
1. Основные сведения.
1.1. Устройство радиальных вентиляторов.
1.1.1. Аэродинамическая схема вентилятора.
Вентилятор – это лопаточная машина для перемещения газа (обычно воздуха), создающая максимальное давление до 30 кПа (по рекомендации СЭВ). По направлению потока воздуха в лопаточном канале колеса вентилятора последние делятся на несколько видов – в том числе и радиальные (центробежные) вентиляторы. В свою очередь, радиальные разделяются на три подвида по направлению выхода потока с лопаток рабочего колеса:
- с лопатками, загнутыми назад по ходу вращения (коэффициент закручивания на выходе 0,5-0,8; аэродинамический КПД 0,7-0,9);
- с лопатками, радиально оканчивающимися (коэффициент закручивания 0,85-0,95; аэродинамический КПД 0,65-0,8);
- с лопатками, загнутыми вперед по ходу вращения (коэффициент закручивания 1,1-1,6; аэродинамический КПД 0,6-0,75).
По приведенным коэффициентам можно практически оценить давление, развиваемое в межлопастных каналах вентиляторов разных подвидов. Аэродинамическая схема вентилятора отражает геометрическую конфигурацию приточной части вентилятора с установленным числом лопаток и с линейными размерами, находящимися в определенном соотношении (обычно в процентных долях) к наружному диаметру колеса. Характерной конструктивной величиной является отношение выходного и входного диаметров колеса с межплстинными каналами.
Вентиляторы, выполненные по одной аэродинамической схеме, но имеющие разные размеры, составляют один тип, а имеющие и одинаковые размеры – один типоразмер.
Примеры графического изображения аэродинамических схем радиальных вентиляторов см. в (I, с. 95, 183).
1.1.2. Конструктивные характеристики элементов вентиляторной установки.
В вентиляторных установках применяются лопатки постоянной толщины с креплением к дискам колеса клепкой или сваркой; лопатки объемного профиля (пустотелые) с креплением на сварке.
По конструктивному исполнению колеса и корпуса радиальные вентиляторы бывают одностороннего и двухстороннего всасывания, одноступенчатые и многоступенчатые. По направлению вращения колеса предлагаются (по рекомендации СЭВ) называть вентилятором правого вращения тот, у которого колесо вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания, и вентилятором левого вращения тот, у которого колесо вращается против часовой стрелки.
В зависимости от вращения выхода воздуха вентиляторы могут иметь различные положения спирального кожуха (7 положений правого вращения и 7 положений левого вращения). Для некоторых типов, начиная с больших типоразмеров, кожух может быть установлен в любом положении непосредственно при монтаже.
Вентиляторной установкой называют агрегат, состоящий из вентилятора с приводным электродвигателем (обычно на общей раме для больших вентиляторов) и вспомогательным комплектующим оборудованием (шибером на всасывании или напорном патрубке, измерительной аппаратурой, пусковыми устройствами электродвигателя и пр.).
По конструктивной компоновке и способу соединения вентиляторов с электродвигателями различают 9 различных исполнений (2 для крупных вентиляторов).
Электропривод – важный элемент оборудования вентустановки. Для привода вентиляторов общего назначения предложены электродвигатели серии АО2 и А2 – маркировку см. в (1, с.214).
1.1.3. Маркировка вентиляторных установок.
Обозначение радиальных (центробежных) вентиляторов по ГОСТ 5976-73 включает несколько букв, указывающих на название вентилятора: по роду нагнетаемой среды, коэффициент полного давления (округленный до целого числа), коэффициент быстроходности (округленный до целого числа). Обозначение вентиляторной установки дополняется также следующими данными: одно- или двухсторонность всасывания, номером вентилятора – цифрой (соответствующей размеру внешнего диаметра колеса в дециметрах), выполнение по конструктивной схеме компоновки с электродвигателем, направлением вращения колеса, положением спирального кожуха, номером ГОСТа, заводом-изготовителем.
1.2. Эксплуатация вентиляторов.
1.2.1. Параметры работы вентиляторов.
Производительность (подача) вентилятора – массовый или объемный расход газовой среды.
Давление (повышение давления) – энергия, сообщенная единице объема газа.
Полезная мощность – энергия, сообщенная единице объема газа в единицу времени.
Полный КПД вентилятора – отношение полезной мощности к затраченной.
1.2.2. Характеристики вентиляторов.
Аэродинамические качества вентиляторов определяются графическими или табличными зависимостями давления, мощности и КПД от производительности. Характеристики по давлению (полному, динамическому и статическому) и энергетические по мощности и по КПД (полному и статическому) дают общую картину аэродинамических качеств вентилятора. Более обобщенной формой характеристик является безразмерная, использующаяся в качестве обобщенных переменных коэффициентов давления (полного, динамического и статического), мощности и подачи.
В качестве безразмерного комплекса, связывающего между собой частоту вращения колеса, полное давление и подачу при максимальном КПД, применяется коэффициент быстроходности.
1.2.3. Работа вентиляторов в сети.
Вентилятор может иметь только всасывающие воздуховоды или только нагнетательные, или и те и другие вместе. Возможна работа вентилятора и без сети воздуховодов (например, для оконного вентилятора). Совмещенная графическая характеристика вентилятора и сети определяет условия работы вентилятора на сеть – рабочую точку, соответствующую установившемуся режиму работы вентилятора по создаваемому давлению, равному сопротивлению сети – при условии равенства массовых подач вентилятора и сети. Эксплуатационное регулирование подачи воздуха радиальными вентиляторами в общем случае может быть количественно-качественным.
По условию экономичности качественное регулирование является оптимальным методом и осуществляется двумя путями:
- изменением частоты вращения колеса
- изменением коэффициента закручивания потока воздуха перед колесом
Первый путь - предполагает различные технического исполнения схемы регулирования: применение регулируемого электропривода (система «генератор- двигатель» Леонарда; система двух асинхронных двигателей Сандлера; асинхронный двигатель, регулируемый посредством дросселя с подмагничиванием; асинхронный двигатель с жидкостным реостатом), изменение частоты тока, применение муфт скольжения (гидромуфты и электромагнитные муфты), применение механических вариантов скоростей (ременных и цепных).
Второй путь – осуществления качественного регулирования, основан на установке направляющих аппаратов на всасывающем патрубке вентилятора, обеспечивающих дополнительное закручивание или раскручивание потока перед входом в межлопаточные каналы.
Качественное регулирование наиболее простой, но наименее экономичный способ изменения параметров вентустановки, поскольку предполагает дополнительное введение сопротивления в сеть воздуховодов – посредством прикрытия шиберов и заслонок. Происходящее при этом дополнительное дросселирование среды понижает эффективность работы вентилятора, при этом рабочая точка совмещенной характеристики смещается в область пониженных значений КПД.
Более того, именно при таком способе регулирования возможна неустойчивая работа вентустановок с характеристиками, имеющими восходящие и падающие участки, когда возможен нежелательный режим, так называемого, помпажа в системе «вентилятор - сеть».
1.2.4. Вибро- шумоизоляция.
Механический шум возникает при вибрации вентустановки в результате вращения недостаточно хорошо сбалансированных масс роторов установки – колеса вентилятора и электродвигателя. В настоящее время для вентиляторных установок применяются, в основном, виброизоляторы пружинные и резиновые. Неравночастотные пружины виброизолятора не всегда обеспечивают постоянство частоты собственных колебаний при изменении нагрузки, в то время как равночастотные виброизоляторы (цилиндрические пружины с переменным шагом витков или конические пружины с постоянным шагом) сохраняют эту частоту в широком диапазоне.
Вентиляторные установки создают аэродинамический и механический шум. Аэродинамический шум обусловлен вихревыми потоками внутри вентилятора и зависят от конструктивных особенностей вентилятора и режима его работы.
Для устранения шума прибегают к установке шумоглушителей во всасывающем отверстии и за рабочим колесом у задней стенки кожуха вентилятора, а для электродвигателя применяют шумоглушащее укрытие.
2. Задание.
2.1. Анализ конструктивных параметров.
2.1.1. Ознакомиться с техническими данными по паспорту радиального вентилятора, данного для одного типоразмера (при отсутствии паспорта воспользоваться табличкой с техническими данными, прикрепленной к кожуху вентилятора и электромотора).
2.1.2. Изучить устройство радиального вентилятора одного типоразмера с натуральным эскизированием его; при этом особенно тщательно определить основные размеры кожуха и колеса вентилятора, его общие габаритные характеристики и пр.
2.1.3. На основании произведенных замеров по линейным. характеристикам вентилятора установить соотношение между следующими основными размерами: внутренний диаметр колеса – ширина рабочего колеса; внутренний диаметр колеса – ширина спирального кожуха; диаметр входного отверстия в кожухе вентилятора – внутренний диаметр колеса.
По линейным и угловым характеристикам построить межлопаточный канал в масштабе М 1:10 с треугольниками скоростей на входе и выходе. При отсутствии паспортных технических данных вентилятора определить развиваемое им давление по уравнению Эйлера.
2.1.4. Ознакомиться с устройством радиальных вентиляторов разных типов (по осмотры в натуре и по эскизам, сделанным другими студентами).
2.2. Исследование работы вентилятора.
2.2.1. Задачи исследования.
Испытание вентилятора производится с целью получения индивидуальных характеристик его – напорных зависимостей (полного, статического и динамического давлений от производительности), а также энергетических зависимостей (полезной мощности и коэффициента полезного действия от производительности).
2.2.2. Описание установки вентилятора на стенде.
Радиальный (центробежный) вентилятор с электроприводом имеет всасывающий воздуховод с регулируемой решеткой на нагнетательном патрубке вентилятора. На воздуховоде установлена пневмометрическая трубка для измерения давления, присоединяемая шлангами к микроманометру. На электрощите кроме пусковой аппаратуры имеются амперметр и вольтметр.
Следует изучить зависимость показаний микроманометра, вольтметра, амперметра от положения жалюзийной решетки. Опытные данные заносят в протокол испытаний (таблица 1).
Таблица 1
Протокол испытаний радиального вентилятора при различных положениях жалюзийной решетки.
Дата
Время
|
Режим |
Показание микроманометра: пневмометрической трубки в горизонтальном (вертикальном) положении, кГ/м2 |
Ср. динам. давление, Па |
Ср. скорость при ρ=…, кг/м3 |
||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Ц |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|||
|
1. Нет решетки lст= Δрст= J= U= |
|||||||||||||||
|
2. 900 lст= Δрст= J= U= |
|||||||||||||||
|
3. 600 lст= Δрст= J= U= |
|||||||||||||||
|
4. 300 lст= Δрст= J= U= |
|||||||||||||||
|
5. Решетка закрыта lст= Δрст= J= U= |
|||||||||||||||
|
6. Полностью закрыто lст= Δрст= J= U= |
2.2.3. Напорные характеристики.
Полное давление, создаваемое вентилятором, складывается из статического давления и динамического. Имея в виду наличие только всасывающего участка сети, находим:
где – падение давления во всасывающем воздуховоде;
- полное давление в месте измерения;
- падение давления от места измерения до всасывающего отверстия вентилятора.
При испытании потерю давления воздуховода можно определить по формуле Дарси – Вейсбаха:
где – коэффициент трения;
- внутренний диаметр воздуховода, мм;
- длина участка воздуховода от места измерения до всасывающего отверстия вентилятора, м.
Величину динамического давления вентилятора находят расчетным путем, используя для определения скорости уравнение расхода
V = w*F, м3/с
где w – скорость воздуха, м/с;
F – выходное сечение, м2 (определяется по количеству щелей решетки на нагнетании).
Таким образом, полное давление вентилятора находится по выражению:
где второе слагаемое является динамическим давлением.
При испытании вентилятора производительность его определяется по уравнению расхода во всасывающем воздуховоде. При этом скорость определяется как среднее арифметическое из местных значений в точках, диаметр которых вычисляется по формуле:
,
где i – число равновеликих площадей (колец и центрального круга); для воздуховодов диаметром 300 мм рекомендуется i = 3; n = 1, 2, 3.
Испытание производят при нескольких режимах (не менее 5), изменяя положение шлицев решетки на всасывании (от полного до закрытия).
Следует иметь ввиду, что характеристики строятся для стандартных условий (760 мм. рт. ст., 20°С), поэтому к показаниям микроманометра вводится поправочный множитель:
δ = 345*(Т / В),
где Т – термодинамическая температура воздуха, К;
В – барометрическое давление, Па.
Экспериментальные данные заносят в протокол испытаний (таблица 2), в него же вносят результаты расчета необходимых величин. По результатам испытаний строятся на одном графике зависимости pп – V, рст – V, рg – V.
Таблица 2.
Протокол испытаний радиального вентилятора
Дата, время
|
Наименование величин |
Обозначение |
Единица измерения |
Положение регулирующей решетки |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|||
|
1. Параметры среды: Барометрическое давление Термодинамическая температура Плотность воздуха |
В Т ρ |
Па К кг/м3 |
||||||
|
2. Всасывающий воздуховод: Полное давление Динамическое давление Статическое давление Средняя скорость воздуха |
w |
Па Па Па м/с |
||||||
|
3. Вентилятор: Подача (производительность) Статическое давление Динамическое давление Полное давление Теоретическая мощность Частота вращения |
V рс рд рп N n |
м3/с Па Па Па Вт 1/с, об/мин |
||||||
|
4. Электродвигатель: Сила тока Напряжение Мощность КПД |
J U Nэ ηэ |
А В Вт - |
||||||
|
5. Вентагрегат Потребляемая мощность КПД |
Nв ηв |
Вт - |
2.2.4. Энергетические характеристики.
Величину теоретической мощности определяют по формуле:
N = pп*V, Вт
где рп – полное давление, Па;
V – производительность, м3/с.
Величину затраченной вентилятором электрической мощности определяют по формуле:
Nв = Nэ*ηэ,
Здесь ηэ – КПД электродвигателя;
Nэ – мощность, потребляемая электродвигателем переменного 3-х фазного тока:
Nэ = J*U*cosφ*√3,
где J, U – сила тока и напряжение;
cosφ – принимается по техническим данным электродвигателя (0,25 – для холостого хода); интегрируется по условию линейной зависимости.
Коэффициент полезного действия находится как отношение теоретической мощности к затрачиваемой:
ηв = Nэ/Nв.
Полученные значения мощности и КПД вносятся в протокол (таблица 2) и по ним строятся зависимости Nв – V, ηв – V (на том же графике, что и напорные характеристики).
2.2.5. Порядок проведения эксперимента.
Группа студентов (3 – 5 человек) под руководством старшего занимает рабочее место у лабораторной установки (стенда):
- по измерению параметров среды (снятие показаний приборов, перемещение пневмометрической трубки по сечению воздуховода);
- по измерению электрических параметров (снятие показаний амперметра, вольтметра).
По команде снимаются показания первого режима, экспериментальные данные анализируются и, если есть необходимость, режим дублируется. Аналогично проводятся эксперименты и на других режимах. Об окончании эксперимента необходимо доложить преподавателю.
3. Состав отчета.
3.1. Анализ конструктивных параметров.
3.1.1. Аэродинамическая схема вентилятора.
3.1.2. Эскиз межлопаточного канала.
3.1.3. Полная конструктивная характеристика вентагрегата (по п.п.1.1.2., 1.1.3.)
3.1.4. Технические данные вентилятора.
3.2. Исследование работы вентилятора.
3.2.1. Схематическое изображение лабораторного стенда.
3.2.2. Протокол испытаний, метрологическая карта.
3.2.3. Расчетные формулы и необходимые примеры решения.
3.2.5. Анализ полученных зависимостей (сравнение со справочными характеристиками).
3.2.6. Выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
Исследование характеристик геометрически подобных лопаточных нагнетателей.
Цель работы – исследовать характер изменения давления и производительности среды, а также полезной мощности нагнетателя при изменении условий конструктивного и экспериментального характера.
1. Основные теоретические сведения.
1.1. Пересчет характеристик.
На основании геометрического подобия нагнетателей данного типа установлены законы пропорциональности изменения конструктивных и гидроаэродинамических параметров среды, а также полезной мощности, затрачиваемой на перемещение и нагнетание среды.
В общем случае формулы пересчета (при условии постоянства безразмерного давления и КПД) записываются в следующем виде:
,
,
,
где V2, V1 – объемная производительность;
Р, Р1 – давление среды;
N, N1 – мощность;
ρ, ρ1 – плотность среды;
D, D1 – диаметр колеса;
w, w1 – угловая скорость.
1.1.1. Диаметр колеса и окружная скорость постоянны.
При изменении плотности среды объемная производительность остается без изменений, а давление и мощность изменяются пропорционально плотности в первой степени.
1.1.2. Окружная скорость и плотность постоянны.
При изменении диаметра колеса расход пропорционален диаметру в третьей степени, а мощности в – пятой степени.
1.1.3. Диаметр колеса и плотность постоянны.
Изменение частоты вращения не меняет производительности (пропорциональность в первой степени), давление определяется квадратичной зависимостью, а мощность – кубической зависимостью.
2. Задание.
2.1. Ознакомиться с экспериментальной установкой, позволяющей изменять одну из величин: плотность среды, или диаметр колеса, или частоту вращения.
2.2. Выполнить эксперимент по методике лабораторной работы № 1 с заполнением соответствующих граф и строчек протокола испытаний (таблица 2).
3. Состав отчета.
3.1. Схематическое изображение лабораторного стенда или установки.
3.2. Протокол испытаний нагнетателя, метрологическая карта.
3.3. Расчетные формулы и примеры расчета.
3.4. Графические зависимости, полученные при обработке экспериментальных данных.
3.5. Анализ полученных зависимостей.
3.6. Выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.
Исследование совместной работы нагнетателей.
Цель работы – изучение особенностей работы нагнетателей при совместной работе их в сети (параллельная, последовательная, комбинированная схемы).
1. Основные теоретические сведения.
1.1. Общие положения.
Совместная работа нескольких нагнетателей в сети всегда менее экономична и надежна, чем работа одного нагнетателя и поэтому вызываются конкретной производственной необходимостью, обеспечивающей заданный режим воздухообеспечения по параметрам среды. Этот режим определяется только графическим способом, вследствие чего требуется построение суммарной совмещенной характеристики нагнетателей – по совмещенным характеристикам отдельных вентиляторов и их сетям.
1.2. Параллельное соединение нагнетателей.
При работе параллельно соединенных нагнетателей их общая производительность определяется графически по значениям абсциссы точки пересечения суммарной характеристики с характеристикой сети; при этом общая производительность нагнетателей суммируется, а давление устанавливается средним (в зависимости от производительности нагнетателей).
1.3. Последовательное соединение нагнетателей.
При работе последовательно соединенных нагнетателей их общая производительность определяется графически по значениям абсциссы точки пересечения суммарной характеристики с характеристикой сети; при этом общее давление суммируется, а общая производительность устанавливается средней (в зависимости от производительности нагнетателей).
2. Задание.
2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой, допускающей совместную работу нагнетателей.
2.2. Выполнить экспериментальную часть по методичке лабораторной работы № 1 с заполнением протокола испытаний (таблица 2) для одного и для двух нагнетателей.
3. Состав отчета.
3.1. Схематическое изображение лабораторного стенда или установки.
3.2. Протокол испытаний нагнетателей, метрологическая карта.
3.3. Расчетные формулы и примеры расчетов.
3.4. Графические зависимости, полученные при обработке экспериментальных данных.
3.5. Анализ полученных зависимостей.
3.6. Выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
Исследование параметров центробежных насосов.
Цель работы – провести сопоставительный анализ конструктивных параметров различных типов центробежных насосов и исследовать работу насосов в сети.
1. Общие сведения.
1.1. Устройство центробежных насосов.
1.1.1. Гидродинамическая схема насоса.
Насос – это лопаточная машина для перемещения жидкости. По направлению потока жидкости в лопаточном канале колеса насосы делятся на аксиальные, диагональные и центробежные (радиальные). В последних применяются лопатки рабочего колеса, загнутые назад по ходу вращения. Гидравлическая схема таких насосов отражает геометрическую конфигурацию проходной части насоса с установленным числом лопаток и с линейными размерами, находящимися в определенном соотношении к наружному диаметру колеса. Характерной конструктивной величиной является также отношение выходного и входного диаметров колеса.
1.1.2. Конструктивные характеристики элементов насосного агрегата.
Рабочие колеса насосов выполняются любыми с числом каналов от 2 до 8. Посаженное на вал рабочее колесо (ротор) помещается в спиральном корпусе, имеющем всасывающий и нагнетательный патрубки.
Насосным агрегатом считают комбинацию насоса с приводным двигателем, расположенную на общей раме.
1.1.3. Маркировки насосных агрегатов.
Обычная маркировка, например: типоразмера 2К20/30:
первая цифра – диаметр нагнетательного патрубка в дюймах (условно!)
буква – конструктивный признак горизонтальных, одноступенчатых центробежных насосов консольного типа с закрытым рабочим колесом одностороннего входа
вторая цифра – подача м3/ч (условно!)
третья цифра – полный напор в м (условно!)
1.2. Эксплуатация насосов.
1.2.1. Параметры работы насосов.
Подача (производительность) насоса – массовый или объемный расход жидкости.
Напор насоса – приращение гидравлической энергии, получаемое единицей массы жидкости, проходящей через насос (от входного до выходного патрубков).
Полезная мощность насоса – приращение энергии, получаемой жидкостью, проходящей через насос в единицу времени.
Коэффициент полезного действия – отношение полезной мощности к мощности насосной установки.
Вакуумметрическая высота всасывания, связанная с геометрической высотой всасывания, характеризует вакуум на входе в насос.
1.2.2. Характеристики насосов.
Гидродинамические качества насосов определяются характеристиками – графическими зависимостями напора, мощности и КПД от подачи.
В качестве безразмерного комплекса, связывающего между собой частоту вращения колеса, напор и подачу, применяются коэффициента быстроходности, конкретные значения которых определяют форму характеристик насосов.
1.2.3. Работа насоса в сети.
Насос может иметь или только всасывающие водоводы или всасывающие и нагнетательные вместе. Совмещенная графическая характеристика насоса и сети должна учитывать гидравлический напор в сети.
Основной способ регулирования – дросселирование (путем прикрытия запорно-регулирующей арматуры на нагнетении).
2. Задание.
2.1. Анализ конструктивных параметров.
2.1.1. Ознакомиться с устройством одного типоразмера насоса, с натурным эскизированием его.
2.1.2. Ознакомиться с устройством других насосов (по натурному осмотру и по эскизам, сделанным другими студентами).
2.1.3. Определить по справочным данным маркировку натурного типоразмера насоса.
2.2. Исследование работы насоса типа ЦВЦ – 6,3-3,5.
2.2.1. Общие сведения об электронасосах типа ЦВЦ.
Центробежные моноблочные циркуляционные малошумные электронасосы типа ЦВЦ предназначены для установки на абонентских вводах систем централизованного отопления с целью: обеспечения переменного коэффициента подмешивания при зависимой схеме присоединения отопительных систем к тепловым сетям и создания циркуляции при независимом присоединении в местных отопительных системах.
Насосы создают давление от 2-х до 9,2м при номинальных подачах от 2,5 до 25 м3/ч (всего 6 марок электронасосов).
2.2.2. Техническая характеристика электронасоса ЦВЦ – 6,3-3,5.
Расшифровка марки: центробежный; для воды; циркуляционный; номинальная подача – 6,3м3/ч; напор, соответствующий номинальной подаче – 3,5м.
Другие показатели качества электронасоса: температура перекачиваемой среды не выше 100оС; давление в системе не более 1 МПа; синхронная частота вращения 3000 об/мин; частота тока 50 Гц; напряжение сети в 3-х фазном режиме 380/220 В; уровень шума – 45дБл; масса – 2кг; габаритные размеры: высота – 287мм, длина – 382мм; присоединительный размер к трубопроводу – 11/2 дюйма или условный 40мм; средний ресурс до капитального ремонта – 20000 ч; режим работы – продолжительный.
2.2.3. Устройство электронасоса ЦВЦ.
Электронасос представляет собой агрегат, состоящий из короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и насоса.
Обмотка статора электродвигателя отделена от перекачиваемой воды тонкостенной гильзой из немагнитной стали. Ротор электродвигателя с радиально-упорными подшипниками скольжения вращается в перекачиваемой воде, которая служит смазкой для подшипников.
2.2.4. Описание насосной установки.
Насос включен в гидравлический горизонтально расположенный с расширительным бачком контур, и устройствами для регулирования и измерения подачи воды, а также приборами для измерения давления.
Для определения потребляемой мощности служат: амперметр и вольтметр.
2.2.5. Порядок выполнения экспериментов.
Убедившись в заполнении контура водой через расширительный бачок (по показаниям пьезометров) при полностью закрытом вентиле на нагнетании и полностью открытом вентиле на всасывающем трубопроводе, включают электродвигатель и все измеряемые параметры этого режима заносят в протокол испытаний (таблица3).
Последующие режимы проводят постепенно приоткрывая вентиль на нагнетании; последний режим – вентиль открыт полностью.
Таблица 3
Протокол испытаний
Дата
Время
|
Измеряемый или рассчитываемый параметр |
Обозначение |
Единица измерения |
Положение вентиля на нагнетании |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|||
|
Давление (напор) нагнетания |
Ннаг |
кг/с, Па, м.в.ст. |
||||||
|
Напор во всасывающем трубопроводе |
Нвс |
кг/с, Па, м.в.ст. |
||||||
|
Напор насоса |
Ннас |
кг/с, Па, м.в.ст. |
||||||
|
Подача |
V |
м3/ч, м3/с |
||||||
|
Теоретическая мощность |
N |
Вт |
||||||
|
Фазное напряжение |
U |
В |
||||||
|
Сила тока |
J |
А |
||||||
|
Потребляемая мощность |
Nнас |
Вт |
||||||
|
КПД |
ηн |
- |
2.2.6. Обработка результатов испытаний.
Подача насоса для каждого режима определяется по турбинному водомеру (вычисление производится с помощью секундомера).
Напор насоса определяется давлением нагнетания за вычетом гидростатического столба жидкости в расширительном бачке.
Потребляемая мощность определяется по показаниям амперметра и вольтметра в 3-х фазной сети.
КПД вычисляется как отношение теоретической мощности к потребляемой; теоретическая мощность определяется как произведение подачи на напор насоса.
3. Состав отчета.
3.1. Анализ конструктивных параметров.
3.1.1. Гидродинамическая схема насосов.
3.1.2. Эскиз межлопаточного канала.
3.1.3. Полная конструктивная характеристика насоса.
3.1.4. Технические данные насосов.
3.2. Исследование работы насоса.
3.2.1. Схематическое изображение лабораторного стенда.
3.2.2. Протокол испытаний, метрологическая карта.
3.2.3. Расчетные формулы и необходимые примеры расчета.
3.2.4. Графические зависимости (характеристики), полученные при обработке экспериментальных данных.
3.2.5. Анализ полученных зависимостей.
3.2.6. Выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.
Исследование параметров струйных нагнетателей.
Цель работы – изучение конструктивных и эксплуатационных особенностей струйных нагнетателей.
1. Основные теоретические понятия.
В струйных нагнетателях повышение энтальпии потока происходит за счет затраты работы и теплоты при смешении потоков разного энергетического уровня.
В случае смешения однофазных потоков одинакового температурного уровня термодинамические изменения при смешении в основном сводятся к установлению некоторого среднего давления (напора) в зависимости от расхода смешиваемых сред разного давления.
Напор – высота, на которую способна подняться под действием статического давления, разности высот и скоростей. Напор выражается высотой водяного столба и обозначается в единицах длины. Скоростной напор также обозначается в единицах длины.
Если известны давление или физическая величина напор рабочего и инжектируемого потоков (рр, pu или Hp, Hu ), то установившееся давление или напор за элеватором (рс или Нс ) будет зависеть от коэффициента смешения (инжекции), определяемого как отношение количества инжектируемой среды к количеству рабочего потока:
u = Vu/Vp,
При заданном коэффициенте смешения перепад давления, создаваемый струйным нагнетателем:
Δpс.н. = рс – рu,
или в физических величинах напора:
ΔНс.н. = Hc – Hu,
прямопропорционален располагаемому перепаду давлений рабочего потока:
Δpрас = pc – pu,
или в величинах напоров:
ΔНрас = Hp - Hu
Совершенство струйного нагнетателя определяется по величине КПД:
2. Задание.
2.1. Ознакомиться с устройством струйного нагнетателя (водоструйным элеватором конструкции ВТИ – Мосэнерго или другим нагнетателем).
2.2. Изучить схему лабораторного стенда со струйным нагнетателем.
2.3. Выполнить эксперимент по снятию рабочих параметров струйного нагнетателя с заполнением протокола (таблица 4).
Таблица 4
Протокол испытаний струйного нагнетателя
Дата
Время
|
Величины |
Обозначение |
Размерность |
Режим испытаний |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||
|
Напор перед нагнетателем рабочего потока |
Нр |
м |
|||||
|
Напор инжектируемого потока |
Нu |
м |
|||||
|
Напор после нагнетателя |
Нс |
м |
|||||
|
Напор, создаваемый нагнетателем |
Δ Нс.н. |
м |
|||||
|
Располагаемый напор |
Δ Нрас |
м |
|||||
|
Производительность по смешанному потоку |
Vc |
м3/ч, м3/с |
|||||
|
Производительность по рабочему потоку |
Vp |
м3/ч, м3/с |
|||||
|
Производительность по инжектируемому потоку |
Vu |
м3/ч, м3/с |
|||||
|
Коэффициент инжекции |
U |
- |
|||||
|
КПД |
ηс.н. |
- |
3. Состав отчета.
3.1. Конструктивная схема нагнетателя (с проточной частью в разрезе).
3.2. Схематическое изображение устройства лабораторного стенда.
3.3. Протокол испытаний, метрологическая карта.
3.4. Расчетные формулы и необходимые примеры расчета.
3.5. Графические зависимости (характеристики), полученные при обработке экспериментальных данных.
3.6. Анализ полученных зависимостей.
3.7. Выводы.
Указания по обработке результатов наблюдения.
Обработку результатов наблюдений для прямых многократных измерений следует выполнять по ГОСТ 8.207-76.
Среднее квадратическое отклонение результатов наблюдения оценивают по формуле:
Где – i-й результат измерения (среднее арифметическое исправленных измерений);
n – число результатов измерений;
- оценка среднего квадратического отклонения результата измерения.
Так как число результатов n < или = 15, принадлежность их к нормальному распределению не проверяют.
Для надежности Р=0,95 определяют коэффициент Стьюдента α и рассчитывают абсолютную ошибку:
,
Окончательный результат
S = Š ± ΔS,
где Š – среднее значение измеряемой величины;
ΔS – погрешность измерений.
Относительная погрешность результата косвенных измерений:
ε = (ΔS/S)*100%
Литература