ТЕМА: СКОРОСТНО РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ В ЦИЛИНДРИЧНА ТРЪБА

1. Цел

Измерване на разпределението на скоростта в напречното сечение на цилиндрични тръби и определяне на средната скорост на течението.

2. Опитна уредба

Фиг. 1.1. Схема на опитната уредба

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №6 (Аеростенд).

Опитната уредба е показана на фиг. 1.1. Параметрите на течението в изследваните тръбопроводите Тр1 и Тр2 се осигуряват от центробежния вентилатор ЦВ и се регулират с монтираните на входовете им дискови затвори ДК1 и ДК2. За определяне на скоростното разпределение в напречното сечение на тръбопроводите се използват скоростомерните тръби СТ1, СТ2и СТ2b с диаметър 18 mm. Първата е монтирана в тръбопровода Тр1, с диаметър d1 = 190mm, а другите две в Тр2, който има диаметър d2 = 420mm. Монтажа на скоростомерните тръби позволява измерване по два диаметъра, като дълбочината на поставяне l се контролира от техните скали. При измерване е необходимо да се следи за насочването им срещу течението. Скоростомерните тръби са свързани с диференциалните течностни микроманометри ТМ1, ТМ2а и ТМ2b, от които се отчитат динамичните налягания в мерните точки – ?h1, ?h2a и ?h2b, mmH2O.

3. Измервани величини

Измерванията се правят за около десет различни точки по радиуса на съответния тръбопровод.

· Радиус на мерната точка – r, mm

Радиусът на точките се определя от показанието на скалата на скоростомерните тръби по следните зависимости.

За тръбопровод Тр1 = |l – 95|

За тръбопровод Тр2 = |l – 210|

· Скорост в мерна точка – cr, i, m/s

Скоростта в мерна точка се определя от измереното динамично налягане в нея по зависимостта:

          

· Средна по радиус скорост – cr, m/s

Средната за даден радиус скорост се получава като средноаритметична от скоростите в точки с еднакъв радиус.

· Дебит – Q, m3/s

За намирането на дебита през тръбата се интегрира скоростта по напречното сечение на тръбопровода по следната зависимост:

· Средна по сечение скорост (средна скорост) – cср, m/s

Средната скорост се получава като дебита се раздели на площта на напречното сечение на тръбопровода.

· Относителен радиус на който може да бъде измерена средната по сечение скорост – rср

,

Rср, m – радиус, на който може да бъде измерена средната по сечение скорост;

d, m – диаметър на тръбопровода.

4. Опитни данни

Измервания се правят за няколко отваряния на дисковите затвори ДК1 и ДК2. Данните от измерванията се нанасят съответно в таблици образци 1.1 и 1.2 и се обработват.

Образец 1.1

Образец 1.2

5. Скоростен профил

На базата на обработените опитни данни се построява скоростния профил на течението по радиуса, средната по сечение скорост и се намира радиуса на който може да се измери средната по сечение скорост. На фиг. 1.2 е показан пример за един режим в тръбопровод Тр2.

Фиг. 1.2. Скоростно разпределение по радиуса на тръбопровода

Резултатите за различните режими се нанасят в таблица образец 1.3.

Образец 1.3

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ D2

ТЕМА: ХИДРАВЛИЧНИ ЗАГУБИ

1. Цел

Измерване на хидравличните загуби в прав тръбопровод с кръгло сечение и в ирисов затвор. Определяне на съответните коефициенти на линейно и местно съпротивление.

2. Опитна уредба

Фиг. 2.1. Схема на опитната уредба

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №6 (Аеростенд).

На фиг. 2.1 е показана схемата на опитната уредба за провеждане на упражнението. Параметрите на течението през съпротивленията се осигуряват от центробежния вентилатор ЦВ и се регулират с дисковите затвори ДК1 и ДК2, монтирани на входовете съответно на тръбопроводи Тр1 и Тр2.

За определяне на линейни загуби се използва тръбопровод Тр1, с диаметър D1 = 190mm. Средната скорост в тръбопровода се измерва със скоростомерната тръба СТ1, свързана с диференциалния течностен микроманометър ТМ1 с показание ?h1, mmH2O. Линейните загуби в участък с дължина L се измерват с диференциалния течностен микроманометър ТМ1а с показание hL, mmH2O.

Обект за изследване на местни загуби е ирисовия затвор ИЗ, с отваряне D, който е монтиран в тръбопровода Тр2 с диаметър D2 = 420mm. За определяне на средната скорост в тръбопровода се използват скоростомерните тръби СТ2a и СТ2b, свързани съответно с диференциалните течностни микроманометри ТМ2а и ТМ2b с показания ?h2a и ?h2b, mmH2O. Загубите в ирисовия затвор се измерват с диференциалния течностен манометър ДМ с показание hM, mmH2O.

Преди започване на измерванията скоростомерните в положение, в което може да се измери средната по сечение скорост (вж. упражнение D1) и се ориентират срещу течението. 

3. Измервани величини

V ЛИНЕЙНИ ЗАГУБИ

·Средна скорост на въздуха в тръбата – c1, m/s

Определя се по зависимостта:

            

· Дебит – Q1, m3/s

Получава се от средната скорост и напречното сечение на тръбопровода.

                

· Приведени линейни загуби ? , mmH2O

Представляват загубите за един метър дължина от тръбопровода и се определят като отношение на линейните загуби към дължината на мерния участък.

· Коефициент на линейни загуби – ?

Пресмята се по следната зависимост:

                  

V МЕСТНИ ЗАГУБИ

· Средна скорост на въздуха в тръбата – c2, m/s

Определя се по зависимостта:

           

· Дебит – Q2, m3/s

Получава се от средната скорост и напречното сечение на тръбопровода.

               

· Коефициент на местно съпротивление ? ?

Пресмята се по следната зависимост:

               

· Относителен диаметър на отвора – d

4. Опитни данни

V ЛИНЕЙНИ ЗАГУБИ

Измервания се правят за няколко отваряния на дисковия затвор ДК1. Данните се нанасят и обработват в таблица образец 2.1

Образец 2.1

V МЕСТНИ ЗАГУБИ

За няколко (най-малко 3) отваряния на ирисовия затвор се определят местните загуби за поне 5 режима, задавани с дисковия затвор ДК2. Резултатите се попълват и обработват в таблица образец 2.2.

Образец 2.2

5. Построяване на характеристиките

V ЛИНЕЙНИ ЗАГУБИ

С помощта на резултатите от таблица - образец 2.1 се построява зависимостта на приведените линейни загуби. Пример на такава зависимост е показана на фиг. 2.2.

Фиг. 2.2. Приведени линейни загуби

Фиг. 2.3. Загуби в ирисов затвор за различни относителни отваряния d.

V МЕСТНИ ЗАГУБИ

С данните от таблица - образец 2.2 се построяват зависимостите на загубите във функция от дебита за различните отваряния на ирисовия затвор. Пример е показан на фиг. 2.3.

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ D3

ТЕМА: ИЗПИТВАНЕ НА ЦЕНТРОБЕЖЕН ВЕНТИЛАТОР

1. Цел

Целта на изпитването е построяването на работните и универсалната  характеристика на центробежен вентилатор.

2. Опитна уредба

Фиг. 3.1. Схема на опитната уредба за изпитване на центробежен вентилатор

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №6 (Аеростенд).

Схема на опитната уредба е показана на фиг. 3.1. Обект на изпитването е центробежния вентилатор ЦВ, тип VVN-8, производство на МЗ “Спартак” –Бургас, работещ по схема на нагнетяване. Той се задвижва от асинхронния електродвигател ЕД, чиято характеристика е показана на фиг. 3.2. Честотата на въртене на електродвигателя може да се изменя в широки граници с помощта на честотен инвертор.

Фиг. 3.2. Характеристика на двигателя

Вентилаторът засмуква въздух от атмосферата и нагнетява в колектора К, откъдето се подава към напорните тръбопроводи Тр1 и Тр2, съответно с диаметри d1 = 190mm и d2 = 420mm. На входовете на тръбопроводите са монтирани дисковите затвори ДК1 и ДК2, с които може да се регулира дебита през вентилатора.

Входът на вентилатора е с кръгло сечение с диаметър D1 = 350 mm, а изходът с правоъгълно – с размери = 203 mm иb = 394 mm.

За измерване на статичното налягане се използва диференциалния течностен манометър ДМ, свързан към входа и изхода на вентилатора. Дебитът се определя като сума от дебитите през двата тръбопровода. За целта се  измерва средната скорост на въздушното течение с помощта на скоростомерните тръби СТ1, СТ2a и СТ2b, свързани с диференциалните микроманометри с наклонено рамо ТМ1, ТМ2а и ТМ2b. В зависимост от режимите на работа е възможно вместо тези микроманометри да се използва дигиталния микроманометър с висока точност PRESOTEST 100.

Консумираната от електродвигателя мощност се определя по схемата на двата ватметъра, като константата на свързването е kW = 0.150 kW/ск. дел.

За построяването на работните характеристики на вентилатора е необходимо да се направят измервания 7?10 режима на работа на вентилатора при всяка честота на въртене.

Изпитването се провежда за три стойности на честотата на въртене, които се задават от преподавателя. Режимите на работа при всяка честота на въртене се изменят чрез промяна на отварянето на дисковите затвори ДК1 и ДК2. Задължително се правят измервания за напълно отворено и напълно затворено положение на двата затвора.

3. Измервани величини

· Дебит – Q, m3/s

Дебитът Q на вентилатора се определя като сума от дебитите през двата тръбопровода Q1 и Q2.

Дебитът през горния тръбопровод Тр1 се определя по зависимостта:

                

За тръбопровода Тр2 зависимостта има следния вид:

              

· Напор (налягане) – p, hPa

Налягането на вентилатора се получава като сума от статичното и динамичното налягане.

Статичното се измерва с диференциалния манометър ДМ и се определя по зависимостта:

           

За определяне на динамичното се използва пресметнатия дебит и големините на сеченията на входа и изхода на вентилатора.

          

· Хидравлична мощност – Ph, kW

Определя се по зависимостта:

· Консумирана мощност – P 

Консумираната от вентилатора мощност се определя като произведение от електрическата мощност на двигателя, неговия к.п.д. и к.п.д. на съединителя..

Електрическата мощност на двигателя се определя по схемата на двата ватметъра по зависимостта:

Коефициентът на полезно действие на двигателя за съответния му режим се определя от неговата характеристика, показана на фиг. 3.2.

За коефициента на полезно действие на съединителя се приема ?С = 0.995.

· Коефициент на полезно действие – ?, %

Коефициента на полезно действие на вентилатора се определя по зависимостта:

· Честота на въртене – n, min-1

Измерва се с помощта на индуктивен преобразувател за честота и процес-индикатор, модел DP. По принцип честотата на въртене за една серия опити се поддържа постоянна чрез честотния инвертор. В случай, че в една серия разликата в честотите на въртене между отделните опити надвишава ±5% се налага стойностите на измерваните параметри да се приведат към зададената честота на въртене.  За целта се използват зависимостите:

                                                                                                         

4. Опитни данни

Резултатите от опитните ИЗСЛЕДВАНИЯ се нанасят и обработват в таблица образец 3.1 за всяка стойност на честотата на въртене( n1, n2, n3).

Образец 3.1

5. Построяване на характеристиките

С опитно получените данни за всяка честота на въртене се построяват работните характеристики на вентилатора p=p(Q),pst=pst(Q)P=P(Q) и ?=?(Q).

За графичното построяване на универсалната характеристика  е необходимо да се пресекат работните характеристики  с прави  в зоната на максималните стойности на к.п.д. Прекарват се 3?5 линии със стъпка (2?5)%. Пресечните точки на тези линии с работните характеристики се пренасят (за същата стойност на дебита) върху съответните характеристики . Универсалната характеристика може да бъде построена и чрез използването на подходящ софтуер (напр. MATLAB, DIADEM и др.) По същество задачата се свежда до намирането на пресечниците на равнините  с повърхнината  , определена в резултат на изпитването на вентилатора.

На фиг.3.3 са показани примерни работни и универсална характеристика на изпитвания вентилатор.

Фиг. 3.3. Работни и универсална характеристика на центробежен вентилатор

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ D4

ТЕМА: ИЗПИТВАНЕ НА ЦЕНТРОБЕЖНА ПОМПА

1. Цел

Целта на изпитването е построяването на работните и теоретичната универсална характеристика  на центробежна помпа.

2. Опитна уредба

Фиг. 4.1. Схема на опитната уредба за изпитване на центробежна помпа

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №1 (Пелтонови турбини).

На фиг. 4.1 е показана схемата на опитната уредба. Центробежната помпа 5, тип META 150-NHD-400-38-YC-20-09, производство на фирмата Sigma Olomouc (Чехия), се задвижва от асинхронния електродвигател 8. Неговата работна характеристика е представена на фиг. 4.3. Помпата засмуква вода от основния резервоар 1 през смукателния тръбопровод 2 с диаметър d1 = 200mm, и нагнетява в напорния тръбопровод 12 с диаметър d2 = 150mm. Нивото в резервоара е винаги над помпата, с което се гарантира нейното запълване с вода. На изхода на помпата е монтиран клиновия шибър 6, с който могат да се регулират параметрите й. Същият трябва да бъде затворен при пускане на помпата, за да се защити двигателя от претоварване в пусковия му режим.

За измерване на честотата на въртене на помпения агрегат се използва оборотомера 7, а за консумираната от електродвигателя мощност – многофункционалния уред 9. Предвидени са два начина за измерване на дебита: чрез тарираните дюза 10 и преливник 14.

За определяне на напора на помпата на входа са монтирани вакуумметъра 3 и пиезометъра 3а, а на изхода – манометъра 4, отстоящ по вертикала от точката на присъединяване на вакуумметъра на разстояние ?z = 0.6m.

3. Измервани величини

За построяване на работните характеристики на помпата е необходимо да се познават параметрите й за 8?10 режима на работа. Те се реализират с помощта на клиновия шибър, като се разпределят приблизително равномерно от нулев до максимален дебит през помпата. След задаване на режима се изчаква за затихване на преходните процеси и едновременно се отчитат показанията на манометъра, вакуумметъра, диференциалния манометър, оборотомера и ватметъра.

· Дебит – Q, m3/s

Отчита се от тарировъчната крива на дюзата – фиг. 4.2.а – в зависимост от измерения пад на налягане dM в нея.

Тарираната дюза 10 е монтираната в напорния тръбопровод, при спазване на изискванията на стандарта. Камерите на тази дюза са свързани с диференциалния манометър 11. Тарировъчната крива на дюзата е показана на фиг. 4.2.а: зависимост на дебита от измерения пад на налягането dM  в дюзата.

Фиг. 4.2.а. Тарировъчна крива на дюзата

Фиг. 4.2.б. Тарировъчна зависимост на преливника

За измерването на дебита може да се използва и преливника 14, към който водата се довежда след отварянето на клиновия шибър 13. За всеки режим се измерва преливната височина  чрез нивопоказателя 15, а дебита се отчита по тарировъчната зависимост на приливника  - фиг.4.2.б.

· Напор – H, mH2O

Представлява разликата между специфичните енергии на изхода и входа. Може да се определи по зависимостта:

Тук M и V са съответно показанията на манометъра и вакуумметъра, ?z – разстоянието от оста на циферблата на манометъра до точката на присъединяване на вакуумметъра, а Hd – динамичния напор. Последния лесно се определя с дебита през помпата и диаметрите на сеченията в точките на присъединяване на манометъра и вакуумметъра по зависимостта:

· Хидравлична мощност – Ph, kW

Определя се с помощта на дебита и напора по обичайната зависимост:

Тук ? = 998 kg/m3 е плътността на водата.

· Честота на въртене – n, min-1

Отчита се директно от оборотомера.

·     Консумирана мощност – P, kW

Представлява мощността на вала на помпата. Определя се като се измерва консумираната от електродвигателя мощност Pел, kW и се използва работната характеристика на двигателя – фиг. 4.3 – за отчитане на неговия коефициент на полезно действие – ?ел.

Фиг. 4.3. Характеристика на двигателя/h5>

· Коефициент на полезно действие ? ?

Определя се като отношение на хидравличната към консумираната мощност от помпата.

V ЗАВИСИМОСТИ, ИЗПОЛЗВАНИ ЗА ПРИВЕЖДАНЕ НА ПАРАМЕТРИТЕ КЪМ ПОСТОЯННА ЧЕСТОТА НА ВЪРТЕНЕ И ПРЕИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИТЕ ПРИ ДРУГА

(зависимостите са в сила при презумпцията, че при промяна на честотата на въртене, коефициента на полезно действие не се променя)

                                                                                                      

1. Опитни данни

Резултатите от измерванията се нанасят и обработват в таблица образец 4.1, като дебита, напора и мощността се преизчисляват за постоянна честота на въртене.

Образец 4.1

2. Построяване на характеристиките

С помощта на преизчислените стойности на дебита, напора и мощността и тези за к.п.д. се построяват работните характеристики на помпата H=H(Q)P=P(Q) и ?=?(Q). Пример за тези характеристики е показан на фиг. 4.4.

Фиг. 4.4. Работни характеристики на центробежна помпа

Подобно на построяването на теоретичната универсална характеристика на центробежния вентилатор в упражнение D3, с помощта на таблица образец 4.2, се построяват и работните характеристики за две други честоти на въртене в същото поле. В полето Q?H се построяват и линиите с постоянна стойност на к.п.д.

Образец 4.2

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ D5

ТЕМА: ЕНЕРГИЙНО ИЗПИТВАНЕ НА ДВУКРАТНА ТУРБИНА

Описание на упражнението е направено в раздела по “Турбомашини” (упражнение B2). За дисциплината “Хидравлични машини и пневматика” се  намалява броя на отварянията до 4?5. Не се строят оборотните характеристики за специфичната честота на въртене, а само за к.п.д. Върху универсалната характеристика на турбината се нанасят само линиите на постоянна стойност на к.п.д.  (броят им се намалява на 6?7).