Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций. Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо - Западный государственный заочный технический университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 650800 – теплоэнергетика 100500 – тепловые электрические станции 100700 – промышленная теплоэнергетика

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 658.264:697.34; 621.183.3.004.1:061.5 (075.32) Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций. Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем: Методические указания к выполнению лабораторных работ. - СПб.: СЗТУ, 2004. - 24 с. Методические указания соответствуют государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650800 – «Теплоэнергетика» (специальности 100500 – «Тепловые электростанции», 100700 – «Промышленная теплоэнергетика»). Лабораторные работы охватывают разделы программы по изучению конструкций, характеристик и особенностей эксплуатации насосных и тягодутьевых установок. В указаниях приведены описания лабораторных установок, последовательность проведения экспериментов, расчет и обработка опытных данных и рекомендации по оформлению отчета. Рассмотрено на заседании кафедры теплотехники и теплоэнергетики 13 ноября 2003 г.; одобрено методическим советом энергетического факультета 21 января 2004 г.

Рецензенты: кафедра теплотехники и теплоэнергетики СЗТУ (зав. кафедрой З.Ф. Каримов, д-р техн. наук, проф.); М.Е. Лебедев, канд. техн. наук, доц., вед. научн. сотр. ОАО НПО ЦКТИ.

Составитель Б.Л. Паскарь, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Методические указания составлены в соответствии с программами курсов «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций», «Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем». Перед выполнением работ необходимо изучить основные теоретические положения, ознакомиться со стандартами, записать основные технические характеристики лабораторного оборудования (тип, диапазон использования, потребляемая мощность) и метрологические характеристики используемых средств измерений (тип, диапазон измерения, пена деления, класс точности или допускаемая погрешность), ознакомиться с порядком проведения лабораторных работ, подготовить таблицы по соответствующей форме для записи результатов экспериментов и расчетов. После завершения лабораторных работ каждый студент должен составить отчет. В отчете следует привести основные теоретические положения; расчеты по результатам опытов должны сопровождаться необходимыми пояснениями. Рисунки следует выполнять с применением чертежных инструментов. Отчет представляется студентом при сдаче зачета по данным дисциплинам. Лабораторные работы 1 и 2 являются учебно-исследовательскими работами студентов (уирс). При проведении этих работ студенты исследуют насосную установку, определяют ее напорно-расходные характеристики, а также строят экспериментальные характеристики вентилятора и определяют параметры рабочей точки. Полученные навыки исследовательской работы помогут студентам в их производственной деятельности, когда им придется выбирать вспомогательное оборудование - насосы и вентиляторы. Студенты-заочники, работающие на предприятиях, где установлено вспомогательное оборудование электростанций, могут провести с согласия администрации предприятия исследовательские работы на иных типах насосов, вентиляторов, дымососов и др. Результаты такой работы, защищаемой в качестве лабораторной и оформленной в соответствии с настоящими методическими указаниями, будут обсуждаться в присутствии всей группы для обмена опытом по результатам исследования других типов вспомогательного оборудования. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Лабораторные работы проводятся на стендах, монтаж схем и оборудование которых производится с учетом следующих государственных стандартов СССР: 12.1.0119 - 79 «ССБТ. Электробезопасность»; 12.0.003 - 74 «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы»; 12.1.010 – 76 «ССБТ. Взрывобезопасность». 3

Перед началом работы студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности и правилам внутреннего распорядка в лаборатории, расписаться в журнале инструктажа. Перед проведением работ каждому студенту необходимо твердо запомнить место расположения ключа, подающего питание на стенд, и кнопки выключения распределительного щитка с тем, чтобы при возникновении аварийной ситуации немедленно отключить подачу электроэнергии на стенд. Во время проведения лабораторных работ запрещается: - подавать напряжение на установку без разрешения преподавателя; - включать и выключать установку лицам, не назначенным для этой цели преподавателем; - ходить по помещению лаборатории без разрешения преподавателя, курить в неположенных местах. По окончании лабораторных работ необходимо: - обесточить лабораторную установку; - отсоединить от источника питания провода, временно подающие напряжение на стенд; - привести в порядок рабочее место. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 216 с. 2. Паскарь Б.Л. Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем: Письменные лекции. – СПб.: СЗТУ, 2004. – 37 с. 3. Черкасский В.М Насосы, вентиляторы, компрессоры. - М: Энергия, 1977. - 424 с. РАБОТА 1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОДНОСТУПЕНЧАТЫМ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ НАСОСОМ 1 1. Цель работы Практическое ознакомление с насосной установкой, определение по экспериментальным данным зависимостей Q-H, Q-N, Q-η, Q-Hc и параметров рабочей точки.

1

Для специальность 100700 название работы: «Практическое ознакомление с эксплуатацией центробежного насоса». 4

2. Основные теоретические положения Одноступенчатый центробежный насос имеет улиткообразный корпус, внутри которого находится рабочее колесо (рис.1). Рабочее колесо центробежного насоса состоит из двух дисков, соединенных изогнутыми лопастями; жидкость, находящаяся между ними, приводится во вращение вместе с рабочим колесом. При этом каждая частица жидкости перемещается по сложной траектории. Во-первых, центробежная сила, отбрасывая жидкость, заставляет ее двигаться радиально, вдоль лопаток от оси колеса к периферии. Во- вторых, увлекаемая лопатками вращающегося колеса жидкость, помимо радиальной скорости, приобретает окружную скорость, одинаковую со скоростью колеса.

Рис. 1 Жидкость, выбрасываемая с периферии рабочего колеса 2, поступает в улиткообразный спиральный канал 1, который кольцом охватывает рабочее колесо. Увеличивающееся к выходному патрубку поперечное сечение спирального канала приводит к плавному снижению большой скорости, полученной жидкостью на выходе из рабочего колеса, до нормальной скорости в трубопроводе. Центробежные насосы, не имеющие специальных пусковых устройств, перед пуском необходимо заливать перекачиваемой жидкостью. Чтобы заливаемая в насос жидкость могла удерживаться в нем, на нижнем конце всасывающей трубы, опускаемой в тот резервуар, из которого насос забирает жидкость, устанавливают приемный обратный клапан с наружной сеткой (см. рис. 5). Обратный клапан пропускает жидкость только в одном направлении, в дан5

ном случае - к насосу. При заливе перед пуском или в случае остановки насоса клапан садится на седло и жидкость из насоса не вытекает. У центробежного насоса с изменением подачи изменяются и другие параметры его работы - напор, мощность, коэффициент полезного действия. Величины, характеризующие работу центробежного насоса при данной постоянной частоте вращения обычно представляют в виде графических зависимостей напора Н, мощности N и КПД η от подачи Q (рис. 2). Зависимости QН, Q-N и Q-η называют характеристиками насоса и устанавливают их опытным путем.

Рис. 2 Этими характеристиками широко пользуются при изучении работы центробежных насосов и при их выборе. При изменении в небольших пределах частоты вращения n центробежного насоса его подача Q, нaпор Н и потребляемая мощность N также изменяются в следующих соотношениях: 2

3

Q1 n 1 H1 ⎛ n 1 ⎞ N1 ⎛ n 1 ⎞ =⎜ ⎟ ; =⎜ ⎟ . = ; Q 2 n 2 H 2 ⎜⎝ n 2 ⎟⎠ N 2 ⎜⎝ n 2 ⎟⎠

(1)

Как видно из рис. 2, с увеличением подачи Q мощность N, потребляемая насосом, непрерывно возрастает. При закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе (Q=0) насос потребляет минимальную мощность (на преодоление трения в подшипниках и сальнике и на перемешивание жидкости рабочим ко6

лесом в корпусе насоса). Поэтому, чтобы не перегружать электродвигатель, необходимо пускать центробежный насос при закрытой задвижке. Выбор насоса и его частоты вращения зависят от условий работы насоса на сеть (трубопровод). Эти условия определяются так называемой характеристикой сети (Q-Hc), т.е. зависимостью между подачей Q и напором Нс, необходимым для преодоления всех сопротивлений данного трубопровода (сети). Как известно, для несжимаемой жидкости 2

⎞w ⎛ λL Н с = ⎜1 + + Н под + Н доп . + ∑ζ⎟ d ⎠ 2g ⎝

(2)

Здесь Н под = Н вс + Н н - геометрическая высота подъема жидкости; Ндоп - разность напоров в пространствах нагнетания Нн и всасывания Hвс. Подставляя в это выражение значение скорости из уравнения расхода w = Q/f ,

где f - площадь поперечного сечения сети, получаем

Нс =

1+

λL + ∑ζ d Q 2 + Н под + Н доп = аQ 2 + b . 2 2gf

(3)

λL + ∑ζ d - величина, близкая к постоянному значению для данноЗдесь a = 2gf 2 го трубопровода * (сети); b = Н под + Н доп . 1+

Полученное уравнение Н с = аQ 2 + b в координатах Hc-Q дает характеристику сети в виде квадратичной параболы (рис. 3), вершина которой расположена на оси ординат, на высоте b от начала координат. Все характеристики насоса и характеристику соединенного с ним трубопровода (сети) вычерчивают на общем графике (рис. 4). Пересечение характеристик насоса Q-H и сети Q-Hc дает так называемую рабочую точку. Эта точка определяет условия совместной работы системы насос-трубопровод (сеть), когда Н=Нс. * Из входящих в выражение для а величин только коэффициент трения λ зависит от скорости потока, т.е. от подачи Q. При турбулентном режиме (наиболее часто встречающемся при движении жидкостей в трубах) коэффициент λ при изменении подачи Q изменяется сравнительно мало. 7

Рис. 3

Рис. 4 8

Она показывает, что все гидравлические сопротивления трубопровода преодолеваются напором, создаваемым насосом. Вертикальная линия, проведенная через рабочую точку, пересекает характеристики насоса Q-N, Q-η и ось абсцисс в точках, определяющих показатели работы насоса в данных условиях. Например, для рабочей точки А (рис. 4) параметры работы насоса следующие: подача QА, напор НА, потребляемая мощность NA, КПД ηА. Положение рабочей точки дает возможность судить о степени использования возможностей насоса в данных условиях. Если, например, рабочая точка занимает положение А, то насос работает с КПД ηА, значительно меньшим максимального значения ηmax, с каким он мог бы работать на другую сеть, с другой характеристикой, при которой рабочая точка занимала бы положение В. 3. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из: 1 – центробежного насоса; 2 – электродвигателя постоянного тока; 3 - реостатов; 4 – рубильника; 5 - тахометра; 6 - задвижки; 7 – трубы нагнетательной; 7а сточной трубы; 8 - манометра; 9 - вакуумметра; 10 - трубопровода; 11 – трубы всасывающей; 12 - расходного бака; 13 – приемника-обратного клапана; 14 – спускных клапанов; 15 - мерных баков;16 - рычагов спускных клапанов; 17 – поворотного отвода; 18 - воронки;. 19 - амперметра; 20 - вольтметра; 21сливной трубы. Центробежный насос 1 (рис. 5) установлен на одном валу с электродвигателем 2 постоянного тока, что позволяет проводить испытания насоса при разных частотах вращения, изменение которых легко осуществляется с помощью реостатов 3. Частоту вращения измеряют тахометром 5. Мощность, потребляемую насосом, определяют по показаниям амперметра 19 и вольтметра 20.

Рис. 5 9

Вода засасывается насосом из расходного бака 12, установленного ниже пола помещения. На всасывающем трубопроводе 11 установлены приемный обратный клапан 13, препятствующий стоку воды при заливе насоса, и вакуумметр 9. Залив насоса производят через трубопровод 10. На нагнетательном трубопроводе 7 установлены манометр 8 и задвижка 6 для регулирования расхода (подачи) воды. Вода из нагнетательного трубопровода поступает в воронку 18*, а из нее - через трубу 7а и поворотный отвод 17 в один из мерных баков 15. Каждый из баков имеет указатель уровня (водомерное стекло), шкала которого проградуирована в литрах. В донной части баков расположены широкие спускные отверстия с клапанами 14, открытие и закрытие которых производится рычагами 16. При открытии спускного клапана 14 вода из мерного бака 15 быстро сливается в бак 12, откуда вновь засасывается насосом 1. Такая замкнутая схема гарантирует бесперебойное питание установки водой и делает опытную установку независимой от местного водопровода, а также позволяет избежать отпотевания труб и стенок баков. 4. Порядок выполнения работы

Насосную установку испытывают в два этапа. На первом этапе определяются величины, необходимые для построения характеристик насоса: Q-H, QN и Q-η; на втором - величины, необходимые для построения характеристики сети Q-Hc. На первом этапе испытания проводят при постоянной частоте вращения насоса, но при разных расходах воды (подачах насоса). Подачу изменяют постепенным открытием задвижки б на нагнетательной трубе 7. Первое наблюдение - при полностью закрытой задвижке, последующие - при постоянном открытии задвижки (примерно на один оборот шпинделя для каждого нового режима работы)**, последнее - при полностью открытой задвижке. При каждом повороте задвижки (в сторону открытия) частота вращения насоса будет уменьшаться, поэтому сразу же после поворота задвижки необходимо с помощью реостатов восстановить заданную частоту вращения насоса, а затем одновременно произвести замеры: 1) подачи насоса; 2) разряжения во всасывающей трубе; 3) давления в нагнетательной трубе; 4) напряжения и силы электрического тока. На втором этапе работы испытания проводят при постоянном (заданном) открытии задвижки, но при трех разных частотах вращения насоса. Дня каждой частоты вращения производят замеры: * Разрыв трубопровода 7 сделан для предотвращения образования сифона. ** Для удобства установления режима на шпинделе задвижки нанесены риски. 10

1) подачи насоса; 2)разряжения во всасывающей трубе; 3)давления в нагнетательной трубе. Затем изменяют положение задвижки (по заданию преподавателя) и проводят вторую серию наблюдений при тех же трех значениях частот вращения, что и в первой серии. Выше было указано, что вершина параболы (характеристика Q-Нс) pacположена на оси ординат на расстоянии b от начала координат: b = Н под + Н доп . Так как в данной установке дополнительного напора Ндоп нет, то b=Нпод. По данным, полученным на втором этапе испытания, строят две характеристики Q-Hc и совместно с характеристиками насоса, полученными в первом этапе наблюдений (Q-H, Q-N и Q-η), наносят их на общий график (рис. 4). На пересечении кривых Q-Hc, Q-H получают рабочие точки А и В и определяют параметры работы насосной установки. Показатели работы насоса замеряют следующим образом. Подача насоса. Установив заданную частоту вращения, закрывают в одном из мерных баков 15 спускной клапан 14 поворотом рычага 16. Спускной клапан во втором мерном баке должен быть открытым. Затем быстро переводят поворотный отвод 17 на мерный бак с закрытым клапаном и одновременно включают секундомер. По заполнении мерного бака водой (примерно на 3/4) переводят поворотный отвод 17 в прежнее положение, т.е. на второй бак с открытым спускным клапаном, и одновременно выключают секундомер. Количество воды, замеренное по водомерному стеклу, и время - по секундомеру, записывают в отчетную таблицу. Затем сливают воду с помощью рычага 16 и устанавливают задвижкой 6 новый расход воды. Напор (полный напор) насоса Н, выраженный в метрах столба подаваемой жидкости, определяют по формуле

(

)

2 Н = Р м + Р в + h + Wн2 − Wвс / 2g .

(4)

Здесь Рм и Pв - показания манометра и вакуумметра, выраженные в литрах столба подаваемой жидкости (воды); h - расстояние по вертикали между местами присоединения манометра и вакуумметра (см. рис. 5); Wн и Wвс – скорости воды в нагнетательном и всасывающем трубопроводах в местах присоединения манометра и вакуумметра. Так как в данной установке всасывающий и нагнетательный трубопроводы имеют одинаковый диаметр, то Wн=Wвс. Таким образом:

Н = Рм + Рв + h .

11

(5)

5. Обработка опытных данных и составление отчета

Подача насоса (м3/с) Q = V /(10 3 τ) .

(6)

Здесь V - объем воды, определенный по водомерному стеклу, л; τ - продолжительность замера, с. Мощность (кВт), потребляемая насосной установкой, N = UI / 10 3 .

(7)

Здесь U-напряжение, В; I - сила тока, А. Коэффициент полезного действия насоса* η = QρgH /(10 3 N) .

(8)

Здесь ρ - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2. Все величины, измеренные в процессе испытания и полученные расчетом, записывают в отчетную таблицу по форме 1. Форма 1

КПД η, %

Мощность N, кВт

Напряжение U, В

Сила тока I, А

Полный напор Н, м. вод. ст.

Разряжение Рв, м. вод. ст.

Давление Рм, м. вод. ст.

Подача насоса Q, м3/с

Объем воды V, л

Продолжительность замера τ, с

Частота вращения n, об/мин

№ опыта

Характеристика насоса

* Точнее - насосной установки, так как замеряется мощность N, потребляемая электродвигателем. 12

I этап наблюдений (при постоянной частоте вращения n=… об/мин) 1 2 3 II этап наблюдений (при постоянном открытии задвижки и разных частотах вращения) 1 серия наблюдений 1 2 3 2 серия наблюдений 1 2 3 Работу заканчивают построением графика (см. рис. 4) и определением параметров рабочих точек А и В. В отчет должны быть включены задания и схемы установки со спецификацией. Литература: [1], с. 114…138; [2], с. 30…38; [3]. РАБОТА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ВЕНТИЛЯТОРОМ 2 1. Цель работы

Построение экспериментальных характеристик вентилятора и сети и определение параметров рабочей точки. 2. Основные теоретические положения

Вентиляторами называют машины, предназначенные для перемещения газов при атмосферном давлении или близком к нему. Перемещаемый газ подвергается в вентиляторе незначительному сжатию - разность давлений газа после вентилятора и до него не превышает 104 Па (0,1 кг с/см2 или 1000 мм вод. ст.), а обычно бывает много меньше. По устройству вентиляторы разделяют на центробежные и осевые; центробежные вентиляторы создают большую разность давлений, чем осевые. Конструктивная схема центрального вентилятора показана на рис. 6. Сжатие и перемещение газа в центробежном вентиляторе происходит под 2

Для специальности 100700 название работы: «Практическое ознакомление с эксплуатацией центробежного вентилятора». 13

действием центробежной силы, возникающей при вращении с большой скоростью рабочего колеса 2 вентилятора. Это колесо имеет изогнутые лопатки, между которыми проходит газ. Газ всасывается рабочим колесом в центре и выбрасывается с периферии в улиткообразный корпус 1 вентилятора.

Рис. 6

При постоянной частоте вращения (при постоянном значении развиваемой центробежной силы) работа центробежного вентилятора характеризуется следующими величинами: 1)объемным расходом перемещаемого газа Q,м3/c; 2)создаваемой разностью давлений после вентилятора и до него * ∆Р, Па; 3) затрачиваемой мощностью N, Вт, 4) коэффициентом полезного действия η, представляющим собой отношение мощности Q∆P, теоретически требуемой для сжатия газа *, к мощности N, затрачиваемой в действительности: η = Q∆P / N .

(9)

У центробежных вентиляторов Q, ∆Р и N связаны между собой и изменение одной из этих величин вызывает изменение остальных. Графические зависимости ∆Р=f1(Q), N=f2(Q), η=f3(Q) называют характеристиками вентилятора. На основании теоретических расчетов эти характеристики с достаточной точностью построить нельзя. Поэтому на практике применяют характеристики вентиляторов, полученные опытным путем. Типичные характеристики центробежного вентилятора при постоянной частоте вращения n показаны на рис. 7.

14

* Эту разность давлений иногда называют напором вентилятора;

Рис. 7

При другой частоте вращения характеристики вентиляторов будут другими. В небольших пределах изменения n изменения Q, ∆Р и N определяются следующими приближенными соотношениями, называемыми часто законами пропорциональности: 2

3

Q1 n 1 ∆Р1 ⎛ n 1 ⎞ N1 ⎛ n 1 ⎞ = ; =⎜ ⎟ ; =⎜ ⎟ . Q 2 n 2 ∆Р 2 ⎜⎝ n 2 ⎟⎠ N 2 ⎜⎝ n 2 ⎟⎠ Характеристики вентиляторов служат для исследования их работы в различных условиях и для подбора вентиляторов при проектировании вентиляционных установок. Первая часть данной лабораторной работы заключается в экспериментальном определении трех характеристик центробежного вентилятора при n=const. Для этого, изменяя диафрагменным затвором, установленным на выходе из нагнетательного трубопровода (рис. 8), диаметр выходного отверстия и расход перемещаемого вентилятором воздуха, измеряют соответствующими контрольно - измерительными приборами, как об этом будет сказано ниже, все величины, необходимые для определения Q, ∆Р и N. Разность давлений, создаваемая вентилятором (рис. 8):

15

* Так как давления газа до и после вентилятора отличаются незначительно, то объемный расход газа Q до и после вентилятора практически одинаков, как и плотность газа ρ.

∆Р=Р2–Р1.

(10)

Здесь Р1 и Р2 - статические давления воздуха перед вентилятором и после него в местах присоединения трубок дифманометра. Вторую часть работы составляет построение характеристики сети и графика работы вентилятора на сеть. Сетью называют тот трубопровод или канал, на который работает вентилятор. В данной установке сеть состоит из всасывающего и нагнетательного трубопроводов. Если по трубопроводу постоянного поперечного сечения проходит газ, то давление его на выходе из трубопровода всегда будет меньше, чем на входе. Объясняется это тем, что газу приходится преодолевать аэродинамическое сопротивление трубопровода, на что затрачивается часть энергии (давления) газа. Аэродинамическое сопротивление трубопровода складывается из сопротивления трения, сопротивлений при поворотах, в вентилях, задвижках и др. Следовательно, оно зависит от его геометрических параметров; а также от расхода проходящего по трубопроводу газа. Для случая, когда проходящий по трубопроводу газ - воздух, и из сети он выходит в атмосферу, эта зависимость выражается теоретическим уравнением ∆Р с = аQ 2 .

(11)

Здесь ∆Рс - аэродинамическое сопротивление - потери давления в сети, Па; а - коэффициент, характеризующий геометрические параметры сети (постоянный для данной сети).

16

Рис. 8 График уравнения (11) называют характеристикой сети. На рис. 9 представлены характеристики двух сетей, отличающихся геометрически. Применительно к нашей установке сеть α2 геометрически отличается от сети α1 тем, что в сети α2 больше открыт диафрагменный затвор, поэтому при одинаковом расходе воздуха Q аэродинамическое сопротивление сети α2 меньше. Для построения характеристики сети расход воздуха уже нельзя изменять диафрагменным затвором, так как при этом сеть геометрически изменяется, и приходится делать это другим путем – изменением частоты вращения вентилятора.

Рис. 9

На рис. 8 показана схема измерения разности давлений, создаваемой вентилятором, на которой: 1 - всасывающий трубопровод; 2 - центробежный вентилятор; 3 нагнетательный трубопровод; 4 - диафрагменный затвор; 5 – дифманометр. Из рис. 8 видно, что полное аэродинамическое сопротивление сети ∆Рс, складывающееся из сопротивлений всасывающего (АВ) и нагнетательного (СД) трубопроводов, равно ∆Р с = ∆Р АВ + ∆Р СД = (Р о − Р1 ) + (Р 2 − Р о ) = Р 2 − Р1 .

(12)

Здесь Ро- атмосферное давление. Сопоставив уравнения (10) и (12), видим, что ∆Р = ∆Р с . 17

(13)

Т.е. вентилятор всегда создает такую разность давлений, которая равняется аэродинамическому сопротивлению сети, другими словами, он сообщает воздуху такое количество энергии, которое необходимо для преодоления этого сопротивления. Совмещая характеристики вентилятора и сети, т.е. графики рис. 7 и 9, получают график работы центробежного вентилятора на сеть (рис. 10). Точку пересечения линий Q-∆P и Q-∆Pc на этом графике, в котором ∆P=∆Pc, называют рабочей точкой. Положение рабочей точки определяет все величины, характеризующие работу вентилятора на данную сеть: Q, ∆Р, N, η. Из рис. 10 видно, что в зависимости от характеристики сети параметры работы вентилятора при той же частоте вращения могут сильно отличаться (см. рабочие точки А и В).

Рис. 10 3. Описание лабораторной установки

Установка (рис. 11) состоит из центробежного вентилятора 1, смонтированного на одном валу с электродвигателем 2 постоянного тока. Последний дает возможность легко изменять частоту вращения вентилятора с помощью реостата. К вентилятору присоединены нагнетательная 4 и всасывающая 5 трубы одинакового диаметра (dвнутр=220 мм). На входном участке всасывающей трубы имеется плавный раструб 7, за которым установлена сетка 6 для предохранения от засасывания в трубопровод посторонних предметов. В выходном отверстии 18

нагнетательной трубы установлен диафрагменный затвор 3, позволяющий плавно изменять площадь выходного отверстия (и, следовательно, изменять сопротивление нагнетательного трубопровода).

Рис. 11

Из всех составляющих гидравлического сопротивления сети наибольшее значение имеют сопротивления сетки 6 и диафрагменного затвора 3, по сравнению с которыми остальные составляющие (трение, сопротивление на входе) очень малы. Реостаты 14 и 16 служат для пуска и изменения частоты вращения электродвигателя. На щите электродвигателя и на трубопроводах установлены следующие контрольно-измерительные приборы: а) тахометр 12 для определения частоты вращения вентилятора; б) амперметр 13 и вольтметр 15 для определения силы и напряжения постоянного электрического тока; в) трубки Пито 8 и 11 соединенные с дифференциальными манометрами 9 и 10. 4. Порядок выполнения работы

Для получения характеристик вентилятора Q-∆Р, Q-N и Q-η проводят первую серию опытов (10 наблюдений) при постоянной частоте вращения n, которую задает преподаватель (не более 1200 об/мин). Расход перемещаемого вентилятором воздуха изменяют диафрагменным затвором 3, меняя его открытие. Для получения характеристики сети Q-∆Рс проводят вторую серию опытов (5 наблюдений), при которой открытие затвора 3, т.е. геометрическая характеристика сети остается постоянной (его задает преподаватель), а расход 19

воздуха меняют путем изменения частоты вращения вентилятора. Необходимые для построения характеристики вентилятора и сети значения Q, ∆Р, N, η определяют путем соответствующей обработки показаний контрольно-измерительных приборов, полученных во время испытания. Показания дифманометра 9*, дифманометра 10, амперметра 13 и вольтметра 15 снимают одновременно по команде «отсчет». Эту команду дает студент, регулирующий частоту вращения вентилятора, после того как диафрагменный затвор 3 переставлен в новое положение и восстановлена реостатами заданная частота вращения (1 серия опытов) или после того как установлена новая частота вращения (2 серия опытов). После ознакомления с описанием работы и с установкой в натуре проверяют правильность положения трубок Пито в трубопроводах, нулевые положения жидкости в дифференциальных манометрах и с разрешения преподавателя пускают вентилятор - включают рубильник и плавно выводят сначала пусковой реостат 14, а затем регулировочный 16. Остановку вентилятора после окончания работы производят в обратном порядке. 5. Обработка опытных данных и составление отчета

Полученные данные обрабатывают в следующей последовательности: 1. ∆P=P2-P1 - разность давлений, создаваемую вентилятором, определяют (мм вод. ст.) непосредственным замером по дифференциальному манометру 10. Как видно из рис. 11, дифманометр 10 присоединен к трубкам Пито так, что он показывает разность между общим (статистическое + динамическое) давлением в нагнетательном трубопроводе и общим давлением во всасывающем трубопроводе. Это показание дифманометра равно разности статических давлений воздуха после и до вентилятора, так как динамические давления во всасывающем и в нагнетательном трубопроводах одинаковы, потому что одинаковы диаметры обоих трубопроводов. 2. N - мощность, потребляемую вентиляционной установкой, рассчитывают по формуле N=UI.

(14)

Здесь U - напряжение постоянного тока, В; I - сила тока, А. 3. Q - расход перемещаемого вентилятором воздуха рассчитывают по уравнению расхода для потока воздуха в трубопроводе * Дифференциальный манометр 9 имеет три присоединенные параллельно наклонные трубки с разными углами наклона. Средняя трубка служит для измерения разностей давле20

ний, меньших 10 мм вод. ст., верхняя - 10...30 мм вод. ст., нижняя - превышающих 30 мм вод. ст.

Q=wf.

(15)

Здесь w - средняя скорость воздуха в трубопроводе, м/с; f=0,785d2 - площадь поперечного сечения трубопровода, м2 (d-внутренний диаметр трубопровода, м). Среднюю скорость воздуха w находят следующим образом: дифференциальный манометр 9 (рис. 11), присоединенный к трубке Пито 8, которая установлена по оси всасывающего трубопровода, показывает (мм вод. ст.) скоростное (динамическое) давление ∆Рск - кинетическую энергию единицы объема воздуха в центре этого трубопровода: ∆Р ск = w 2max ρ / 2 .

(16)

Здесь wmax - скорость элементарной струйки воздуха, проходящей в центре трубопровода, - осевая или максимальная скорость, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м3. При развитом турбулентном режиме течения в трубопроводе, когда значение критерия Re≥10000, можно принять w/wmax=0,9.

(17)

Из уравнений (13)...(15) получаем Q = 0,785 ⋅ 0,9d 2 2∆Pск / ρ = с ∆Р ск .

(18)

Значение плотности воздуха ρ берут из таблицы приложения. 4. η - КПД вентилятора (с электродвигателем) вычисляют по уравнению (8). С целью проверки режима течения воздуха в трубопроводе вычисляют значение критерия Рейнольдса для того опыта, в котором расход воздуха наименьwdρ . ший: Re = µ Вязкость воздуха µ (Па·с) берут из таблицы приложения. Отчет о выполненной работе должен включать: а) задание; б) схему установки со спецификацией; в) отчетные таблицы по форме 2; г) расчет значений Q, N, η (таблица по форме 3) для какого-либо одного опыта; расчет критерия Rе для наименьшего расхода воздуха; 21

д) график работы вентилятора на сеть и определение параметров рабочей точки. Форма 2 Характеристики вентилятора при постоянной частоте вращения (n=… об/мин) № Открытие Измеренные величины Рассчитанные опыта диафрагвеличины менного N, η, % ∆Р ∆Рск I, U, Q, 3 затвора, A B м /с Вт мм вод. Па мм вод. Па мм ст. ст.

Форма 3

Характеристика сети при постоянном открытии диафрагменного затвора № опыта n, об/мин ∆Рск Q, м3/с ∆Рс мм вод. ст. Па мм вод. ст. Па

Литература: [1], с. 150…168; [2], с. 30…38; [3].

22

ПРИЛОЖЕНИЕ Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении ДинамиКинемаКритеПлотКоэффициТемпеУдельная ческая тическая рий ент теплоратура t, ность теплоемо 3 вязкость ПрандтС ρ, кг/м кость Ср, проводности вязкость 2 6 µ·10 , Па·с ν·106, м2/с ля Pr кДж/(кг·К) λ·10 , Вт/(м·К) 0 1,293 1,005 2,44 17,17 13,28 0,707 10 1,247 1,005 2,51 17,66 14,16 0,705 20 1,205 1,005 2,59 18,15 15,06 0,703 30 1,165 1,005 2,67 18,64 16,00 0,701 40 1,128 1,005 2,76 19,13 16,96 0,699 50 1,093 1,005 2,83 19,62 17,95 0,698 60 1,060 1,005 2,89 20,11 18,97 0,696 70 1,029 1,009 2,96 20,60 20,02 0,694 80 1,000 1,009 3,05 21,09 21,09 0,692 90 0,972 1,009 3,13 21,48 22,10 0,690 100 0,946 1,009 3,21 21,88 23,13 0,688 130 0,898 1,009 3,34 22,86 25,45 0,686 140 0,854 1,013 3,49 23,74 27,80 0,684 160 0,815 1,017 3,64 24,52 30,00 0,682

23

СОДЕРЖАНИЕ

Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Охрана труда и техника безопасности при проведении лабораторных работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Работа 1. Практическое ознакомление с одноступенчатым центробежным насосом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Цель работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Основные теоретические положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Описание лабораторной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Порядок выполнения работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Обработка опытных данных и составление отчета . . . . . . . . . . . . . . . Работа 2. Практическое ознакомление с центробежным вентилятором 1. Цель работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Основные теоретические положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Описание лабораторной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Порядок выполнения работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Обработка опытных данных и составление отчета . . . . . . . . . . . . . . . Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 3 4 4 4 4 9 10 12 13 13 14 19 20 21 24

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.1997г. Санитарно – эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 2003 г.

Подписано в печать Б.кн.-журн.

П.л. 3,5

Формат 60x84 1/16 Б.л 1,75

Тираж

РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербург 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5