close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Гидравлика и элементы гидропривода.......(15.03.02. 15.03.04

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
ГИДРАВЛИКА И ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОПРИВОДА.
ГИДРОПРИВОД И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.
Методические указания
к лабораторным работам для студентов
по направлениям подготовки
15.03.02 – Технологические машины и оборудование;
15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств
Воронеж 2016
2
УДК 532
Кондратенко, И.Ю. [Электронный ресурс] Гидравлика и элементы гидропривода. Гидропривод и гидравлические системы: Методические указания к выполнению лабораторных работ студентов по направлениям: 15.03.02, 15.03.04 /
И.Ю. Кондратенко; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 70 с.
Рецензент:
О.Л. Ерин
3
Содержание
Введение ………………………………………………………...………...…... 4
Предварительные указания………………..………………..……..……………4
Инструкция по технике безопасности при работе в лаборатории гидравлики……………………………………………………………………...……..……5
Лабораторная работа № 1. Измерение давления и исследование его распределения в жидкости, находящейся в абсолютном покое .................................. 5
Лабораторная работа № 2. Исследование относительного покоя жидкости во
вращающемся сосуде………………………….................................................. 12
Лабораторная работа № 3. Исследование режимов движения жидкости
………………………………………………………………………………..…. 17
Лабораторная работа № 4. Исследование законов сохранения энергии и сохранения массы применительно к потоку жидкости……………………...... 23
Лабораторная работа № 5. Исследование потерь напора по длине .............. 27
Лабораторная работа № 6. Исследование коэффициентов местных потерь
напора……………............................................................................................. 32
Лабораторная работа № 7. Определение коэффициентов скорости и расхода
при истечении через малое отверстие и насадки ........................................... 37
Лабораторная работа № 8. Исследование гидравлического удара ............... 44
Стенд «Гидравлика и гидропривод». Краткое описание стенда…………..….50
Лабораторная работа № 9. Определение рабочих и кавитационных
характеристик пластинчатого насоса ..............................................................54
Лабораторная работа № 10.
Исследование характеристик
гидродвигателей…………………………………………………...................... 58
Лабораторная работа № 11. Исследование характеристик
объемного регулируемого гидропривода с возвратно-поступательным
движением выходного звена………………………………........................... 62
Лабораторная работа № 12. Исследование характеристик объемного
регулируемого гидропривода с вращательным движением выходного
звена………………………………………………………………….................. 65
Список литературы………………………………................……….…………..68
4
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее руководство к лабораторным работам по дисциплинам «Гидравлика и элементы гидропривода» и «Гидропривод и гидравлические системы» предназначено для использования при подготовке и проведении работ в
лаборатории гидравлики ВГЛТУ.
Общей задачей проведения лабораторных работ является углубление и
закрепление теоретических знаний, приобретение навыков гидравлического
эксперимента, освоение исследовательского подхода к изучению основных законов гидравлики.
Выполнение этой задачи требует определенного объема самостоятельной
работы студента с конспектом лекций и учебником.
По каждой лабораторной работе приведены задачи исследования, порядок его проведения, форма отчета, контрольные вопросы. Теоретические вопросы в руководстве не освещаются, поскольку с ними следует ознакомиться
по учебникам.
Предварительные указания
1. Лабораторные работы выполняются строго по расписанию. Пропущенные по уважительным причинам работы выполняются в конце семестра с
разрешения деканата по специальному графику.
2. Прежде чем приступить к лабораторной работе, каждый студент должен
изучить теорию вопроса по учебнику, описание работы, заготовить бланк
отчета и пройти собеседование с преподавателем по вопросам выполнения данной работы.
3. Каждая работа выполняется бригадой из 2-3 человек под руководством
преподавателя.
4. Запись измерений, выполненных бригадой, каждый студент заносит в
бланк отчета. После окончания лабораторных занятий результаты измерений предъявляются преподавателю для визирования.
5. К началу следующего занятия студент оформляет и сдает преподавателю
законченный отчет по предыдущей работе. Записи в отчете производятся
чернилами, чертежи и схемы выполняются с помощью линейки и циркуля. Защита отчета происходит в форме собеседования преподавателя со
студентом по теоретическим вопросам, относящимся к выполненной работе и контрольным вопросам к ней. Систематическая отличная защита
по лабораторным работам является основанием для снижения объема,
выносимого на экзамен материала для данного студента.
С незащищенными отчетами к следующим лабораторным работам студенты не допускаются. Выполнение и защита всех работ в установленные сроки
5
является основанием для получения семестрового зачета без повторного опроса по уже принятым ранее отчетам.
Инструкция по технике безопасности при работе
в лаборатории гидравлики
1. К практическом занятиям в лаборатории допускаются студенты, получившие инструктаж по технике безопасности у руководителя лабораторными
занятиями с соответствующим оформлением в журнале.
2. Студентам запрещается самостоятельно включать электропривод установок,
открывать и закрывать краны в трубопроводах, если это не связано с выполнением работы. Эти операции выполняются руководителем занятий или студентами под его наблюдением.
3. Электропривод установок при соблюдении правил эксплуатации безопасен
для работающих (установки надежно заземлены, соединения заизолированы). При нарушении правил (самовольные попытки «ремонта» или «изучения устройства», которые строго запрещаются), возможно поражение электротоком, поэтому студенту необходимо знать приемы помощи пострадавшему от электрического тока.
4. Некоторые установки запитаны от водопроводной сети, в которой давление
воды может колебаться. Поэтому при открывании питающих кранов необходимо строго соблюдать предупреждения об осторожном или медленном открытии крана во избежание повреждения установки и последующего выброса воды или масла.
5. После работы под наблюдением руководителя работ необходимо отключить
питание электродвигателей и подачу водопроводной воды к установкам.
Лабораторная работа № 1
Измерение давления и исследование его распределения
в жидкости, находящейся в абсолютном покое.
Задачи исследования:
1. Освоение методики измерения абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления в замкнутом газовом объеме и в жидкости.
2. Изучение закономерностей распределения и передачи гидростатического
давления в покоящейся жидкости.
3. Выработка навыка оценки абсолютной и относительной погрешности измерения гидростатического давления.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
6
1. На различие положения уровней жидкости в манометрах и пьезометрах
при измерении избыточного давления и вакуума.
2. На высоты столбов различных жидкостей, уравновешивающих одно и то
же давление.
3. На связь относительной погрешности измерения с величиной измеряемого давления.
4. На размерности величин, входящих в расчетные формулы.
Описание экспериментальной установки
Принципиальная схема установки представлена на рис. 1. Взаимное расположение основных элементов установки на схеме и в натуре идентичны. Установка позволяет создать и измерить избыточное (превышающее атмосферное) и вакуумметрическое (менее атмосферного) давление.
Основным узлом установки является блок Б1, частично заполненный водой. Уровень воды наблюдается через прозрачную переднюю стенку бака. Воздушное пространство над жидкостью в этом баке может быть изолировано от
атмосферы а помощью крана K2.
Давление воздуха на свободную поверхность жидкости в баке Б1 можно
увеличить с помощью ручного насоса Н; который подключается к баку Б1 краном К4. Созданное в воздушном объеме бака Б1 избыточное давление измеряется U-образными манометрами М1 (заправленными дистиллированной водой)
и М2 (заправлен индустриальным маслом). Давление в нижней точке бака определяется по пьезометру П, который соединяется с бакам Б1 с помощью крана
КЗ.
При необходимости создать в воздушной полости бака Б1 разряжение, к
ней, с помощью крана К5, подключается отсасывающий эжектор Э. Работа
эжектора обеспечивается подачей к нему воды из водопровода через кран K1.
Для измерения величины разряжения в полости бака Б1 наряду с манометрами
М1 и М2 используется вакуумметр В (обратный пьезометр). Нижний конец его
постоянно соединен с открытым баком Б2, заполненным водой, а верхний конец подключается к вакууммируемой полости при открытом кране К5.
Все краны в установке - пробковые, открытие - закрытие осуществляется
поворотом их на 90°. Положение "открыто" помечено знаком (1), положение
"закрыто" (0).
7
Рис. 1. Принципиальная схема установки
8
Порядок проведения исследования
1. Открыть кран К2, соединив тем самым воздушную полость бака Б1 с атмосферой.
2. С помощью крана КЗ подключить пьезометр П к нижней части бака Б1.
3. Записать исходные показания манометров MI, M2 и пьезометра П. Отсчет производить по центру мениска жидкости в трубке.
4. Подготовить установку к набору давления, для чего закрыть краны K1,
К2, К5, а краны КЗ и К4 открыть.
5. Ручным насосом МЕДЛЕННО повысить давление воздуха в баке Б1 на
0,12-0,15 м по пьезометру П. Закрыть кран К4, предотвратив тем самым
утечку воздуха через обратный клапан насоса. После того, как уровни
жидкости в трубках установятся неподвижно, записать показания манометров М1, М2 и пьезометра П.
6. Открыть кран К4 и ручным насосом поднять давление на 0,12-0,15 м
больше, чем в предыдущем режиме. Закрыть кран К4, дождаться успокоения жидкости в трубках и написать показания приборов.
7. Повторить работы но п. 6, каждый раз переходя ко все большим давлениям до тех пор, пока высота, столба жидкости в пьезометре П не достигнет
0,45–0,50 м.
На этом режиме повышение давления прекратить.
Сбросить давление в баке Б1, для чего открыть кран К2.
8. Подготовить установку к работе под разряжением, для чего открыть кран
К5,КЗ и К4 - закрыть. Открыть кран КВ, обеспечив доступ воды на вход в
установку (к крану К1).
9. Записать исходные показания манометров М1, М2 и вакуумметра В.
10.Постепенно открывая кран K1, установить в баке Б1 разряжение, соответствующее подъему столба жидкости в вакуумметре В на 0,15-0,20 м. Закрыть кран К1, дождаться успокоения жидкости в трубках и записать показания приборов M1, M2 и В.
11.Увеличить подачу воды к эжектору краном K1 и установить величину
столба жидкости в вакуумметре В на 0,15-0,20 м больше, чем в предыдущем режиме. Провести измерения аналогично п.10.
12.Повторять работы по п. 11, каждый раз переходя ко все большему разряжению, до тех пор, пока высота столба жидкости в вакуумметре не достигнет 0,45-0,5 м.
Прекратить подачу воды в эжектор, для чего закрыть
кран K1 и затем кран КВ. Соединить бак Б1 с атмосферой, открыв кран
К2.
13.Занести результаты измерений в таблицу 1.1.
ВНИМАНИЕ! Запрещается производить быстрые и часто повторяющиеся сжатие груши ручного насоса. Набор давления в баке Б1 производить медленно,
убедившись по показаниям приборов, что напор необходим.
9
Обработка и анализ экспериментальных данных
Результаты проведенных измерений позволяют определить избыточное,
вакуумметрическое и абсолютное давление в глубине жидкости (в точке присоединения пьезометра П) и под ее поверхностью (в воздушной подушке бака
Б1).
1. Избыточное давление над поверхностью жидкости можно рассчитать по показаниям манометров М1 и М2:
Р0   i  g  hi ,
где  i - плотность рабочей жидкости манометра, кг/м3 ( плотность воды - 1000
кг/м3 , плотность масла - 800 кг/м3)
hi - разность показаний в левом и правом коленях манометра, м.
2. Аналогично можно определить вакуумметрическое давление над поверхностью жидкости с помощью манометров М1 и М2:
P0ВАК   i  g  hi '
и по показаниям вакуумметра В:
P0ВАК   в  g  hВАК ,
где hi ' - разность показаний в правом и левом коленях манометра, м.;  в плотность воды, кг/м3; hВАК - разность измеренного и исходного показаний вакуумметра В, м.
3. Избыточное давление в глубине жидкости может быть рассчитано по показаниям пьезометра П
P   в  g  hn
или определено перерасчетом показаний манометров M1 и
P  P0   в  g  h ,
где
hn - разность измеренного и исходного уровней воды в пьезометре П, м,
h  0,09 м - глубина точки присоединения пьезометра П.
4.
Вакуумметрическое давление в глубине жидкости определяется как разность вакуумметрического давления над поверхностью жидкости и гидростатического давления в точке измерения:
Pвак  P0   в  g  h .
5. Атмосферное давление (напряжение сжатия жидкости) определяется как:
Pа  Pатм  P ,
где Pатм - атмосферное давление, Па (определяется по барометру).
Результаты измерений заносятся в таблицу 1.1.
Аккуратно выполненные измерения и правильные вычисления позволяют
добиться удовлетворительной сходимости величин одного и того же давления,
измеренного разными приборами.
ВАК
10
В завершение обработки результатов необходимо оценить точность использованных приборов и влияние на нее различных факторов.
Используемые в установке измерители давления пьезометрического типа
не имеют конструктивных элементов, способных исказить измеряемую величину. Шкала каждого прибора позволяет зафиксировать показания с точностью 
0,5 мм. При вычислении высоты столба жидкости надо учесть возможную
ошибку и при отсчете начального уровня (или уровня в другом колене), то есть
ошибка отсчета может повториться и достигнуть величины
 h  1 мм.
Относительная ошибка определения давления (в процентах) составит
 
h
hi
 100%
здесь hi - высота столба жидкости, используемого при вычислении данного избыточного (или вакуумметрического) давления.
Форма и содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Задачи исследования.
2. Принципиальную схему установки с обозначением основных элементов и
их расшифровкой.
3. Результаты измерения, занесенные в таблицу 1.1.
Таблица 1.1.
Давление
Показания в опыте
№
М1, м
М2, м
П, м
В, м
лев.
прав.
лев.
прав.
1.
Избыточ- 2.
ное
3.
4.
1.
Вакуум. 2.
3.
4.
4. Обработку результатов. Приводятся используемые для расчетов формулы
с расшифровкой входящих в них величин. Результаты вычислений заносятся в таблицу 1.2.
5. Анализ результатов:
а. Заключение о сравнительной точности использованных приборов;
b. Иллюстрация действия закона Паскаля, для чего необходимо сравнить два различных измерения избыточного давления.
Давление
Избыточное
Вакуум.
4
3
2
1
4
3
2
1
№
Па Па %
м
PA δ
P0
∆hi
м
∆h2
PA
δ
Па Па %
P0
м
hn
Па
P
P
по
М1
Па % Па
PA δ
Па
P
по
M2
Пересчетом с М1
и М2
По П
По М1
По М2
Давление в глубине
Давление на поверхности
11
Таблица 1.2.
12
Контрольные вопросы.
1. Что такое избыточное, вакуумметрическое и абсолютное давление?
2. Единицы измерения давления в системах СИ и технической? Соотношение между ними.
3. Два основных свойства давления. Использование этих свойств при измерениях в лабораторной работе.
4. Какой максимальный прирост удельной энергии был дан жидкости при
сжатии во время опыта?
5. Что такое плотность, удельный вес, сжимаемость, температурное расширение, вязкость жидкости?
6. Основное уравнение гидростатики и закон Паскаля.
7. Какие существуют приборы для измерения давления, кроме использованных в данной работе?
Лабораторная работа № 2
Исследование относительного покоя жидкости
во вращающемся сосуде
Задачи исследования:
1. Экспериментальное исследование формы свободной поверхности жидкости, вращающейся с цилиндрическим сосудом относительно вертикальной оси.
2. Сопоставление результатов эксперимента с данными теоретического расчета.
3. Наблюдение изменения формы свободной поверхности жидкости по мере
появления дополнительных сил.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
1. На независимость формы свободной поверхности от рода жидкости.
2. На форму поверхностей равного давления во вращающейся жидкости.
3. На размерности величин, входящих в расчетные формулы.
Описание экспериментальной установки
Принципиальная схема установки представлена на рис. 2. Установка позволяет наблюдать и измерять форму свободной поверхности жидкости, находящейся в относительном покое во вращающемся сосуде. Основным узлом установки является цилиндрический сосуд, приводимый во вращение электродвигателем постоянного тока М через понижающий червячный редуктор Р. Пита-
13
ние электродвигателя - от сети через выпрямитель БП. Для регулировки частоты вращения используется потенциометр РЧ, а для еѐ измерения - фотодатчик
ФД, сигналы которого преобразуются в электрическом блоке измерения частоты БЧ и подаются на стрелочный индикатор частоты вращения ИЧ. Подключение установки к сети производится тумблером Т, о чѐм сигнализирует лампочка Л. Сосуд С на две трети заполнен жидкостью (трансформаторным маслом),
свободная поверхность которой при появлении центробежных сил искривляется, принимая форму параболоида. Для измерения координат свободной поверхности используется измерительная игла И, размещенная на каретке К. Перемещение измерительной иглы И в вертикальном направлении осуществляется при
помощи фрикционной передачи вращением рукоятки MZ, а перемещение каретки в горизонтальной плоскости - при помощи передачи винт-гайка вращением рукоятки MR. Положение каретки и иглы можно определить соответственно
по горизонтальной и вертикальной измерительным шкалам.
14
Рис.2. Принципиальная схема установки
15
Порядок проведения исследования
1. Поднять иглу И в верхнее положение.
2. Включить установку с помощью тумблера Т.
3. Прогреть систему привода установки ( 3-5 мин.).
В это время наблюдать за формой свободной поверхности жидко сти при
изменении частоты вращения. Для этого:
a. Регулятором РЧ установить частоту вращения 80 об./мин, и дождаться стабилизации свободной поверхности.
b. Увеличить частоту вращения сосуда до 100 об./мин. и пронаблюдать за изменением формы свободной поверхности.
c. Провести аналогичные наблюдения цри частоте вращения 120
об./мин.
d. Сделать вывод о причинах изменения формы свободной поверхности с увеличением частоты вращения сосуда.
4. Провести измерения координат свободной поверхности при фиксированной
частоте вращения сосуда. Для этого:
a. Установить частоту вращения сосуда постоянной в диапазоне от
100 до 120 об/мин. Дождаться стабилизации свободной поверхности жидкости.
b. Совместить иглу И с осью вращения сосуда. Для этого вращением
рукоятки MR совместить каретку с нулем горизонтальной шкалы.
При этом координата R = 0.
c. Вращением рукоятки MZ опустить иглу И до соприкосновения с
жидкостью. Момент касания иглы с поверхностью жидкости хорошо заметен. Снять показания вертикальной шкалы Zэ, величины
R и Zэ записать в таблицу 1.
d. Поднять иглу вверх, смещая каретку вправо (или влево) с шагом 10 2
м провести измерения в каждой точке аналогично пункту (с). Последний замор сделать у стенки сосуда.
e. Снизить частоту вращения сосуда до 60-80 об/мин. и включить установку.
ВНИМАНИЕ! Не рекомендуется устанавливать частоту вращения
сосуда более 130 об/мин.
Обработка и анализ экспериментальных данных
Результаты проведенных измерений позволяют определить форму свободной поверхности жидкости, находящейся в относительном покое во вращающемся сосуде и сравнить полученные данные с рассчитанными по теоретической зависимости.
Форма свободной поверхности жидкости при относительном покое во
вращающемся сосуде описывается формулой
16
ZT 
2
2g
 R2 ,
где Z T - вертикальная координата точки на свободной поверхности, отсчитанная от нижней точки воронки (вершины параболоида), м; R - радиус точки на
свободной поверхности, м; ω - угловая скорость вращения сосуда, с-1.
Величина ω определяется как

 n
30
,
где n - частота вращения сосуда, об/мин.
Для сравнения экспериментальных и теоретических данных необходимо
привести их к одной и той же системе координат. При этом экспериментальная
вертикальная координата точки на свободной поверхности жидкости, отсчитанная от вершины параболоида, будет равна
Z  Z ЭО  Z Э ,
где Z ЭО - вертикальная координата точки свободной поверхности жидкости при
R = 0, м.
Результаты вычислений координат Z и ZT, рассчитанных для одних и тех
же радиусов R, при которых проведены измерения, заносятся в таблицу 2.2.
Для каждой точки необходимо рассчитать относительную ошибку определения:
Z 
ZT  Z
 100% .
Z
Результаты вычислений Z также заносятся в таблицу 2.2.
На миллиметровой бумаге построить совмещенные графики зависимостей Z  f (R) и Z T  f (R) . Графики включаются в отчет по работе.
Форма и содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Задачи исследования.
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов
и их расшифровкой.
3. Результаты измерений, занесенные в таблицу 2.1.
4. Обработку результатов. Приводятся используемые для расчетов формулы с расшифровкой входящих в них величин. Результаты заносятся в таблицу 2.2.
5. Графики теоретического и экспериментального профиля свободной поверхности.
17
Контрольные вопросы
1. Дайте определения абсолютному и относительному покою жидкости.
2. Назовите известные Вам случаи абсолютного и относительного покоя
жидкости. Как направлено суммарное ускорение относительно свободной
поверхности в каждом случае?
3. Как выглядят поверхности равного давления для разных случаев покоя
жидкости? Как вычисляется давление в этих случаях?
4. Как определить давление в произвольной точке вращающейся жидкости?
Что общего в этой задаче и аналогичной для случая прямолинейного ускоренного движения сосуда с жидкостью?
5. При наличии заметных расхождений графиков Z и ZT попытайтесь найти
объяснение этому факту.
Приложение.
Таблица 2.1.
R, м
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Z, м
Таблица 2.2.
R, м
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Z, м
ZT, м
Z , %
Лабораторная работа № 3
Исследование режимов движения жидкости
Задачи исследования:
1. Визуальное наблюдение ламинарного и турбулентного режимов течения
жидкости, перехода одного режима в другой.
2. Определение верхнего и нижнего значений критического числа Рейнольдса, сопоставление его со статистическими данными.
18
При проведении работы необходимо обратить внимание:
1. На характер движения жидкости при ламинарном и турбулентном режимах течения.
2. На факторы, определяющие режим течения жидкости.
3. На размерности величин, входящих в расчетные формулы.
Описание экспериментальной установки
Принципиальная схема установки представлена на рис. 3. Конструкция
установки позволяет проводить визуальное наблюдение режима течения жидкости в вертикальной трубе и определить величины, необходимые для расчета
числа Рейнольдса, соответствующее установленному режиму.
Основной частью лабораторной установки является вертикальная прозрачная труба Т внутренним диаметром 1,76۰10-2 м. Верхняя часть трубы Т
присоединена к баку Б, который подключен к водопроводу с помощью крана
K1. Постоянный уровень воды в баке Б поддерживается трубкой холостого
слива ХС, через которую излишки воды уходят в канализацию. Нижняя часть
трубы Т соединена с мерным баком МБ через кран К2, служащий для регулировки расхода воды, протекающей через трубу Т. Мерный бак МБ снабжен водомерным стеклом и соединен с линией слива, которая для проведения измерений может быть перекрыта краном КЗ. Для предотвращения перелива мерного
бака в его верхней части имеется трубка холостого слива, соединенная с канализацией.
Возможность наблюдения режима движения жидкости в трубе Т обеспечивается введением в поток подкрашенной жидкости из бачка БК, который
снабжен для этой цели краном К4 и трубочкой небольшого диаметра.
Температура воды в опытах измеряется лабораторным термометром ТМ.
Порядок проведения исследования
1. Подготовить установку к работе.
a. Закрыть краны К2 и К4. Кран КЗ открыть.
b. Открыть кран K1 и дождаться заполнения бака Б до постоянного
уровня.
2. Провести визуальное наблюдение ламинарного, переходного и турбулентного режимов движения жидкости.
a. Приоткрыть кран К4 до появления облачка краски на выходе из
трубочки.
19
b. Медленно открывая кран К2 установить небольшую скорость течения жидкости в трубке Т. При этом осуществляется ламинарный
режим течения, характерным признаком которого является прямолинейность и устойчивость подкрашенной струйки. Необходимо
следить, чтобы скорость поступления красителя была близка к скорости воды в трубке Т, в этом случае подкрашенная струйка хорошо видна и не расплывается в стороны.
c. С помощью крана К2 увеличить скорость течения воды в трубке Т.
До определенного момента режим течения в трубке будет оставаться ламинарным. При достижении критической скорости ламинарный режим переходит в турбулентный. Признаком перехода является потеря прямолинейности струйки появление на ней волн.
d. При дальнейшем увеличении скорости жидкости возрастает степень турбулентности потока, струйка разрушается и подкрашенная
жидкость разносится по всему поперечному сечению трубки Т. Это
свидетельствует о наличии сильных поперечных пульсаций.
3. Произвести замеры необходимые для определения числа Рейнольдса при
ламинарном, переходном (при верхней и нижней критических скоростях
течения жидкости) и турбулентном режимах:
a. Замерить температуру воды по термометру ТМ.
b. Установить ламинарный режим течения (по п. 2b). Определить расход воды через сечение трубки Т объемным способом. Для этого
закрыть кран КЗ и по секундомеру засечь время набора воды в мерном баке от произвольного уровня до другого, большего на 5-10 см.
Измеренные величины занести в таблицу 1. Открыть кран КЗ для
опорожнения мерного бака.
c. Плавно увеличивая скорость течения воды в трубке Т добиться появления волнообразной формы струйки, что соответствует верхней
критической скорости, которая наблюдается при переходе от ламинарного режима течения жидкости к турбулентному. Провести замеры аналогично предыдущему пункту.
d. Установить развитый турбулентный режим и произвести замеры
аналогично пункту 3c.
e. Плавно открывая кран К2 установить нижнюю критическую скорость течения жидкости, то есть добиться появления ламинарной
прямолинейной струйки. Нижняя критическая скорость наблюдается при переходе от турбулентного режима течения к ламинарному.
Снова произвести замеры аналогично п. 3c.
4. Закрыть краны К1 и К4, прекратив подачу воды и красителя в установку.
Открыть краны К2 и К3 для слива воды.
ВНИМАНИЕ! Вблизи критической скорости режим течения особо чувствителен к толчкам и ударам, поэтому регулировку кранов надо производить аккуратно и плавно.
20
Рис.3. Принципиальная схема установки
21
Обработка экспериментальных данных
Результаты проведенных измерений позволяют определить численные значения числа Рейнольдса при различных режимах течения жидкости. Для каждого режима проводятся вычисления, результаты которых заносятся в таблицу 1.
1. Объем воды, прошедшей через сечение трубки Т за время ∆τ равен
W  S  y ,
2
где S = 0,019 м - площадь зеркала воды в мерном баке;
y - разница уровней ( в метрах ) по водомерному стеклу бака МБ за время ∆τ.
2. Определить расход воды через трубку Т
Q
W
,

3. Средняя скорость воды в трубке
V 
Q

,
где ω - сечение трубки, м2 (диаметр трубки d = 1,76.10-2 м). Так как сечение
трубки круглое, то ω =πd2/4.
4. По измеренной температуре определить кинематический коэффициент
вязкости воды

0,0178
,
10000  337t  2,2t 2
где t - температура воды, °С.
Для сокращения вычислений можно при определении воспользоваться
таблицей:
Таблица 3.1.
t, 0C
8
υ,×106, 1,39
м2/с
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1,35
1,31
1,27
1,24
1,21
1,18
1,15
1,12
1,09
5. Вычислить число Re. для каждого из режимов по формуле
Re 
V d

Форма и содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Задачи исследования
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов
и их расшифровкой.
3. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
4. Результаты измерений и вычислений, занесенные в таблицу 3.2.
22
5. Анализ результатов, содержащий сравнение полученных критических величин критерия Re с их статистическими, общепринятыми значениями.
Контрольные вопросы
1. Соотношение каких сил в потоке жидкости характеризуется критерием
Рейнольдса?
2. Приведите примеры ламинарного, турбулентного течений, наблюдающихся Вами в быту, в природе, в технике.
3. Как определить расход объемным способом?
4. Какое значение критического числа Рейнольдса - верхнее или нижнее целесообразно принять для оценки режима течения в практических задачах? Чему равно общепринятое значение Reкр ?
5. Как определяется число Рейнольдса для потоков с некруглым сечением?
Чему равно значение критического числа Reкр в этих случаях?
6. Что такое гидравлический радиус?
7. Закон вязкого трения Ньютона. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости, единицы их измерения.
Режим
t, 0C
∆y, м
∆τ, с
W
W, м3
Q, м3/с
V, м/c
υ, м2/с
Re
Ламинарный
Переходный
Турбулентный
Приложение
Таблица 3.2.
Переходный
23
Лабораторная работа № 4
Исследование законов сохранения энергии и сохранения массы
применительно к потоку жидкости.
Задачи исследования:
1. Освоить технику экспериментального определения гидродинамических
характеристик потока.
2. Получить наглядное представление о том, как закон сохранения энергии
определяет взаимосвязь параметров потока (по уравнению Бернулли)
3. Убедиться, что в разных сечениях совпадают значения скоростей, полученных по измерению скоростного напора и рассчитанных по уравнению
неразрывности.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
1. На постепенное обязательное снижение напорной линии вдоль потока.
2. На возможность подъема пьезометрической линии при переходе к сечению с малым скоростным напором.
3. На пропорциональность суммарных гидравлических потерь в канале скоростному напору.
Описание экспериментальной установки
Установка состоит из основного бака Б, напорного бака БН и канала переменного сечения К. Вода из основного бака подается насосом H1 в напорный
бак, откуда по каналу К и далее через кран K1 сливается в основной бак. Для
включения привода насоса на передней стенке установлен тумблер. Напор на
входе в канал поддерживается постоянной трубой холостого слива ХС. Расход
в канале регулируется краном K1. В пяти характерных сечениях канала установлены по две трубки: левая - для замера статистического напора (пьезометр,
например П4 в четвертом сечении), правая - для замера полного напора (трубка
Пито, например, ТП4 в том же сечении). Положение напорной линии можно
зафиксировать нитью Н, пьезометрической - нитью Hp. Канал имеет прямоугольное переменное сечение, ширина его постоянна, a = 0,01 м; высота канала b переменна, bmax = 0,03 м, bmin = 0,01 м. Для отсчета координаты в сечениях
1 и 5 установлены линейки, при этом за плоскость сравнения принята верхняя
крышка бака Б.
24
Рис.4. Принципиальная схема установки
25
Порядок проведения исследования
1. Включить насос, дождаться заполнения напорного бака, закрыть после
этого кран K1 (вращением маховика K1). В любой точке неподвижной
жидкости запас удельной энергии одинаков, поэтому показания всех пьезометров П и скоростных трубок ТП должны быть одинаковы. Показания
П и ТП занести в таблицу 4.1.
2. Приоткрыть кран K1 так, чтобы в узком сечении 3 разница показаний ПЗ
и ТПЗ составила около 0,05 м (5 см). Зафиксировать положение напорной
линии Н и пьезометрической линии Нp, для чего верхние каретки на
трубках ТП, а нижние каретки на трубках П установить по уровню воды в
трубках. Показания П и ТП занести в таблицу 4.1.
3. Плавно открывая кран K1, увеличить разницу показаний ПЗ и ТПЗ еще на
0,05 м. Установить новое положение напорной и пьезометрической линии, занести в таблицу 4.1. показания П и ТП.
4. Последующие режимы и измерения продолжать по п.3. Опыт прекратить,
когда будет достигнут минимальный уровень жидкости в пьезометре ПЗ.
Выключить насос, кран K1I оставить открытым для слива воды в основной бак Б.
Обработка и анализ экспериментальных данных
1. Определить скорость жидкости в сечениях 1, 3 и 5 на каждом режиме.
2
Поскольку
Vi
 H i  Hpi , то
2g
Vi  2 g ( H i  Hpi ) .
Результаты вычислений занести в таблицу 4.2.
2. Определить расход в сечениях 1, 3 и 5 по измеренной скорости
Qi  i  Vi
i  a  bi
Для сечений 1 и 5 i  max  a  bmax , в сечении 3 3  a  bmin
Результаты занести в таблицу 4.2.
3. В соответствии с уравнением неразрывности расход во всех сечениях на
фиксированном режиме должен быть одинаков, разброс значений Q возможен из-за погрешностей эксперимента. Определить на каждом режиме среднее значение расхода по измерениям в трех сечениях:
Qср 
Q1  Q3  Q5
3
Сравнить среднюю величину расхода на данном режиме с расходами в разных
сечениях и установить, в каком сечении погрешность определения расхода минимальна. В таблице 2 выделить этот наиболее близкий расход (взять в рамку,
пометить кружком цветным карандашом).
26
4. Определить гидравлические потери в канале между сечениями 1 и 5:
hw  H1  H 5
Величина потерь должна быть пропорциональна квадрату скорости (или квадрату расхода)
hw  КQ 2
Воспользовавшись значением Qcp , определить для каждого режима
К
hw
Qcp2
Данные вычислений занести в таблицу 4.2. Если в значениях К на разных режимах Вы улавливаете какую-то закономерность, попытайтесь объяснить еѐ.
(Помощь в такой попытке анализа может оказать критерий Рейнольдса).
Форма и содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Задачи исследования.
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов и их расшифровкой.
3. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
4. Результаты измерений (таблица 4.1.), вычислений (таблица 4.2.) и их анализ.
Контрольные вопросы
1. Что такое удельная энергия жидкости? Что подразумевается, когда используют термины "полный (гидродинамический) напор", "пьезометрический
напор"?
2. Какие дополнительные измерения надо было бы провести, чтобы определить в проведенном опыте гидравлический, пьезометрический и геометрический уклоны?
3. Как изменились бы показания П и H1, например, в сечении 5, если бы
поднять правый конец канала, установить его горизонтально?
4. Запишите уравнение Бернулли для потока. Каков энергетический смысл
этого уравнения? Что такое гидравлические потери?
5. Запишите уравнение неразрывности для потока. Какой закон природы
отражает это уравнение? Что такое средняя скорость?
6. Определите гидравлический радиус для узкого сечения канала. Приняв
вязкость воды υ = 10 Ст, определите число Рейнольдса в этом сечении. Какой
режим течения был получен в опыте?
27
Сечение
1
Режимы
Показания П1
ПТ1
П2
3
ПТ2
4
П3 ПТ3
П4
ПТ4
П5
ПТ5
1
2
3
4
5
Сечение
ω
Величины
Режимы
2
Приложение
Таблица 4.1.
5
1
V12
2g
V1 Q1
3
V32
2g
V3 Q3
5
V52
2g
Таблица 4.2.
Для всего канала
V5 Q5 Qcp
hw
K
1
2
3
4
5
Лабораторная работа № 5
Исследование потерь напора по длине
Задачи исследования:
1. Определение потерь напора по длине и коэффициента гидравлического
трения при установившемся движении жидкости в круглой трубе для
различных режимов еѐ течения.
2. Сравнение экспериментальных и расчетных значений коэффициента трения.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
1. На изменение величины потери напора по длине потока при увеличении
скорости течения жидкости.
2. На связь коэффициента гидравлического трения с режимом течения жидкости и относительной шероховатостью стенок трубы.
3. На размерности величин, входящих в расчетные формулы.
28
Рис.5. Принципиальная схема установки
Описание экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки представлена на рис.5. Конструкция установки позволяет исследовать зависимости потерь напора по длине потока и коэффициента гидравлического трения от скорости течения жидкости на
участке трубы Т, ограниченной точками присоединения пьезометров П1 и П2.
29
Подача воды в трубу т осуществляется из напорного резервуара НР, в котором с
помощью трубы холостого слива ХС1, поддерживается постоянный уровень
жидкости. Вода в напорный резервуар непрерывно подкачивается из нижнего
бака Б насосом Н через кран К1.
Расход воды и скорость ее течения в трубе Т устанавливаются краном КЗ,
расположенным на линии слива воды в мерный бак МБ, который снабжен водомерным стеклом. Для предотвращения перелива мерного бака в нем установлена трубка холостого слива ХС2.
Напор воды вначале и конце исследуемого участка трубы Т измеряется
пьезометрами П1 и П2. Температура воды определяется по термометру ТМ, который расположен за батареей пьезометров, сзади.
Тумблер и сигнальная лампочка включения насоса, а также краны K1, К2
и КЗ, необходимые для проведения исследований вынесены на переднюю панель установки.
Порядок проведения исследования
1. Подготовить установку к работе.
a. Открыть кран K1 и К2. Кран КЗ закрыть.
b. Включить насос и дождаться заполнения напорного резервуара HP.
c. Проверить правильность показаний пьезометров П1 и П2. При закрытом кране КЗ вода в трубке неподвижна и уровень воды в пьезометрах должен быть одинаков. Если один из пьезометров дает
большие показания, то это означает, что в нем или в его резиновом
шланге есть воздушная пробка. Для ее удаления необходимо открыть краник под соответствующим пьезометром и спустить из него воду с воздушными включениями.
2. Провести измерения, необходимые для определения потерь напора на
участке трубы Т и коэффициента гидравлического трения.
a. Приоткрыть кран КЗ так, чтобы разность уровней вода в пьезометрах П1 и П2 составляла (2,5... 3,0) 10-2 м.
b. Определить расход жидкости через трубу Т объемным методом.
Для этого необходимо закрыть кран К2 и засечь время повышения
уровня ∆y воды в мерном баке от произвольного до нового, большего на (3,0... 4,0) 10-2 м.
c. С помощью термометра ТМ определить температуру воды.
d. Занести в таблицу 5.2 показания пьезометров П1 и П2, разницу
уровней ∆y и время ∆τ повышения уровня в мерном баке, температуру воды t.
e. Открыть кран К2 для опорожнения мерного бака.
3. Провести аналогичные измерения при большей скорости течения воды в
трубке Т, для чего приоткрыть кран КЗ так, чтобы разность показаний
30
пьезометров П1 и П2 стала на (2,5... 3,0) .10-2 м больше, чем в предыдущем режиме.
4. Проводить измерения в соответствии с п. 3 до тех пор, пока кран КЗ не
будет полностью открыт.
5. Отключить насос и слить воду в нижний бак, для чего краны K1, K2 и КЗ
оставить открытыми.
Обработка и анализ экспериментальных данных
Результаты проведенных измерений позволяют определить потери напора
на участке трубы Т и коэффициент гидравлического трения при различных скоростях течения жидкости. Расчеты проводятся для каждого режима и их результаты заносятся в таблицу 5.3.
1. Потери напора на участие трубы Т, ограниченном точками присоединения пьезометров П1 и П2 можно определить как
hw  h1  h2 ,
где h1 и h2 - показания пьезометров П1 и П2 соответственно, м.
2. Объем жидкости, проходящей через сечение трубки Т за время Δτ, равен
W=S.Δy,
где S = 0,05 м2 – площадь зеркала воды в мерном баке;
Δy – разность уровней воды в мерном баке, м.
3. Расход воды через трубку Т.
Q
W
.

4. Средняя скорость воды в трубке Т равна
V 
Q

,
где ω – площадь живого сечения трубки Т,  
5. Число Рейнольдса
Re 
V d

d2
4
(d = 0,01 м), м2.
,
где υ – коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий от температуры. Величина υ может быть определена по эмпирической формуле Пуазейля:

0,0178
, м2/с.
2
10000  337t  2.2t
Для сокращения вычислений можно при определении воспользоваться
таблицей:
Таблица 5.1.
t, 0C
8
υ,×106, 1,39
м2/с
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1,35
1,31
1,27
1,24
1,21
1,18
1,15
1,12
1,09
31
6. Экспериментальный коэффициент гидравлического трения может быть
определен как:
э 
hw
,
l V2

d 2g
где l = 1 м – длина участка трубы Т между точками присоединения пьезометров П1 и П2; g - ускорение свободного падения, м/с2.
7. Расчетный коэффициент гидравлического трения
определяется по
эмпирическим формулам в зависимости от режима течения жидкости.
a. Re < 2320 - область ламинарного режима течения жидкости:
p 
64
Re
b. Re > 2320 - область турбулентного течения жидкости. При турбулентном режиме различают ряд областей, характеризующихся различными законами сопротивления: область гладкостенного течения,
зоны доквадратичного и квадратичного сопротивления. Однако, для
определения коэффициента гидравлического трения при турбулентном режиме движения жидкости для всех областей может быть использована обобщенная формула Альтшуля:

d
p  0,11  ( 
68 0.25
) ,
Re
где Δ = 0,08۰10-3 м - шероховатость внутренней стенки трубы, м;
d = 0,01 м - внутренний диаметр трубы.
Форма и содержание отчета
Отчет по лабораторный работе должен содержать:
1. Задачи исследования.
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов
и их расшифровкой.
3. Результаты измерений, занесенные в таблицу 5.2.
4. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
5. Результаты обработки экспериментальных данных и расчетные значения,
занесенные в таблицу 5.3.
6. Совмещенные графики зависимостей э  f (Re) и p  f (Re) , выполненные на миллиметровой бумаге.
Контрольные вопросы.
1. Почему потери напора в этой установке характеризуются лишь разностью
пьезометрических столбов?
32
2. Что такое гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые трубы?
Какова с этой точки зрения труба в проведенном исследовании?
3. Как надо было бы считать hw, если бы в установке труба располагалась
вертикально?
4. Что такое гидравлический уклон?
5. Можно ли считать коэффициент гидравлического трения коэффициентом
трения жидкости о стенки трубы?
Приложение
Таблица 5.2.
№
п./п.
1
2
3
4
h1.102 м
h2.102 м
Δy.102 м
t, 0C
Δτ, с
Таблица 5.3.
№
п./п
1
2
3
4
hw, м
3
W, м
V, м/с
Re
λэ
λp

d
Лабораторная работа № 6
Исследование коэффициентов местных потерь напора
Задачи исследования:
1. Экспериментальное определение коэффициентов местных потерь напора
для различных местных сопротивлений.
2. Установление зависимости коэффициентов местных потерь напора от
числа Рейнольдса.
3. Построение расходной характеристики диафрагмы.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
33
1. На изменение коэффициентов местных сопротивлений в зависимости от
числа Рейнольдса при ламинарном и переходном режимах.
2. На возможность использования любого местного сопротивления в качестве расходомера.
3. На связь между потерями напора и давления.
4. На размерности величин, входящих в расчетные формулы.
Описание экспериментальной установки
Настоящая работа выполняется на базе той же установки, на которой проводили исследование потерь напора по длине горизонтальной трубы (лабораторная работа № 5). Конструкция экспериментальной установки позволяет определить коэффициенты местных сопротивлений диафрагмы и резкого поворота на 900 и установить их зависимости от числа Рейнольдса.
Схема установки представлена на рис. 5.
Подача воды к исследуемым местным сопротивлениям осуществляется
через прямолинейный участок трубопровода Т из напорного резервуара НР, в
котором с помощью трубы холостого слива ХС1 поддерживается постоянный
уровень жидкости. Вода в напорный резервуар непрерывно подкачивается из
нижнего бака Б насосом Н через кран К1.
Местные сопротивления представлены двумя резкими поворотами на 900,
обозначенными на схеме РП1 и РП2 и диафрагмой Д.
Расход воды и скорость ее течения в трубопроводе Т устанавливаются
краном КЗ, расположенным на линии слива воды в мерный бак МБ, который
снабжен водомерным стеклом. Для предотвращения перелива мерного бака в
нем установлена трубка холостого слива ХС2.
Напор жидкости до и после сопротивлений РП1 и РП2 измеряется пьезометрами П2 и ПЗ, а напор до и после диафрагмы Д - пьезометрами П4 и П5.
Температура воды определяется по термометру ТМ, который расположен за батареей пьезометров, сзади.
Тумблер и сигнальная лампочка включения насоса, а также краны К1, К2
и КЗ, необходимые для проведения исследований вынесены на переднюю панель установки.
Порядок проведения исследования
1. Подготовить установку к работе, для чего:
a. Открыть краны KI и К2. Кран КЗ закрыть.
b. Включить насос и дождаться заполнения напорного резервуара HP.
c. Проверить правильность показаний пьезометров. При закрытом
кране КЗ вода в трубопроводе неподвижна и
уровень воды в пьезометрах должен быть одинаков. Если один из
пьезометров дает большие показания, то это означает, что в нем или
34
в его резиновом шланге есть воздушная пробка. Для ее удаления
необходимо открыть краник под соответствующим пьезометром и
спустить из него воду с воздушными включениями.
2. Провести измерения, необходимые для определения местных потерь напора и коэффициентов местных сопротивлений.
a. Приоткрыть кран К3 так, чтобы разность уровней воды в пьезометрах П1 и П2 составила (2,5..3,0).10-2м.
b. Определить расход жидкости через трубопровод Т объемным методом. Для этого необходимо закрыть кран К2 и засечь время повышения Δτ уровня воды Δy в мерном баке от произвольного до нового, большего на (3,0..4,0).10-2м.
c. С помощью термометра ТМ определить температуру воды.
d. Занести в таблицу 6.2. показания пьезометров П2, П3, П4 и П5,
разницу уровней Δy и время повышения Δτ уровня в мерном баке,
температуру воды t.
e. Открыть кран К2 для опорожнения мерного бака.
3. Провести аналогичные измерения при большей скорости течения воды в
трубопроводе Т, для чего приоткрыть кран К3 так, чтобы разность показаний пьезометров П1 и П2 стала на (2,5…3,0).10-2м больше чем в предыдущем режиме.
4. проводить измерения в соответствии с п.3 до тех пор, пока кран К3 не будет полностью открыт, или пока уровень жидкости в пьезометре П5 не
станет равным 0.
5. Отключить насос и слить воду в нижний бак, для чего краны К1, К2 и К3
оставить открытыми.
Обработка и анализ экспериментальных данных.
Результаты проведенных измерений позволяют определить потери на местных сопротивлениях и рассчитать коэффициенты их гидравлического сопротивления при различных скоростях течения жидкости. Расчеты проводятся для
каждого режима и их результаты заносятся в таблицу 6.3.
1. Потери напора на одном повороте трубопровода
hwpn 
1
 (h2  h3) ,
2
где h2 и h3 – показания пьезометров П2 и П3 соответственно, м.
2. Потери напора на диафрагме
hwД  h4  h5 ,
где h4 и h5 - показания пьезометров П4 и П5 соответственно, м.
3. Объем жидкости, прошедшей через сечение трубопровода за время Δτ равен:
W = S.Δy,
35
S = 0,05 м2 – площадь зеркала воды в мерном баке;
Δy – разность уровней воды в мерном баке, м.
4. Расход воды через трубопровод
где
Q
W
.

5. Средняя скорость воды в трубопроводе равна
Q
V 

,
где ω – площадь живого сечения трубопровода (d = 0,01 м), м2.
Так как сечение трубки круглое, то ω =πd2/4.
6. Число Рейнольдса
Re 
V d

,
где υ – коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий от температуры, м2/с. Величина υ может быть определена по эмпирической формуле Пуазейля:

0,0178
,
10000  337t  2.2t 2
где t – температура воды, 0С.
Для сокращения вычислений можно при определении воспользоваться
таблицей:
Таблица 6.1.
t, 0C
8
υ,×106, 1,39
м2/с
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1,35
1,31
1,27
1,24
1,21
1,18
1,15
1,12
1,09
7. Коэффициенты местных сопротивлений определяются следующим образом
a. для резкого поворота:  pn 
hWpn  2 g
Д 
b. для диафрагмы :
;
V2
hWД  2 g
V2
.
8. Коэффициент расхода диафрагмы определяется как
Д 
Q
 Д  2 g  hWД
,
где  Д - площадь проходного сечения диафрагмы, м2.
Диаметр отверстия dД = 0,65.10-2 м.
36
Форма и содержание отчета.
1. Задачи исследования
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов
и их расшифровкой.
3. Результаты измерений, занесенные в таблицу 6.2.
4. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
5. Результаты обработки экспериментальных данных, занесенные в таблицу
6.3.
6. Совмещенные графики зависимостей  pn  f (Re) и  Д  f (Re) .
7. Расходную характеристику диафрагмы, выполненную в виде графика зависимости Q  f ( hWД ) .
Контрольные вопросы
1. Как получить из уравнения Бернулли формулы вычисления, использованные в данной работе?
2. Какую информацию для практического применения можно извлечь из
графиков  pn  f (Re) и  Д  f (Re) ?
3. Как можно использовать местное сопротивление в качестве расходомера?
4. Как связаны между собой потери напора в местном сопротивлении и разница давлений до и после него?
5. Что характеризует коэффициент Кориолиса?
6. Трубка Пито и расходомер Вентури: принципиальные схемы и принцип
работы.
Приложение
Таблица 6.2.
№
п./п.
1
2
3
4
h2, м
h3,м
h4,м
h5,м
Δy,м
t,0C
Δτ,с
Таблица 6.3.
№
п./п
.
1
2
3
4
hWрn,
м
hwД,м
W, м3
Q,
м3/с
V, м/с
 pn
Д
Re
Д
37
Лабораторная работа № 7.
Определение коэффициентов скорости и расхода при истечении жидкости через малое отверстие и насадки.
Задачи исследования:
1. Экспериментальное определение коэффициентов скорости и расхода при
истечении через малое отверстие и насадки.
2. Сравнение коэффициентов скорости, определенных тремя различными
способами.
3. Сопротивление экспериментально определенных значений коэффициентов скорости и расхода с приведенными в литературе.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
1. На изменение дальнобойности струи при истечении из отверстия и насадка при одном и тем же напором.
2. На факторы, оказывающие влияние на значение коэффициентов скорости
и расхода.
3. На размерности величин, входящих в расчетные формулы.
Описание экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 6. Конструкция
установки позволяет определить коэффициенты скорости и расхода при истечении жидкости их отверстия и различных насадок. Установка состоит из основного бака Б1 из которого жидкость (вода) насосом Н через К1 подается в
напорный бак Б2. Для предотвращения перелива воды через края бака Б2 предусмотрена труба холостого слива ХС. Для установки насадка ОН на передней
стенке бака Б2 предусмотрено резьбовое отверстие. Уровень h свободной поверхности жидкости относительно оси отверстия (или насадка) определяется с
помощью шкалы Ш1. Истекающая из бака Б2 струя попадает в одну из секций
мерного бака Б3, подъем уровня в которой определяется по шкале Ш2. Для
слива воды из бака Б3 используются краны К2.
На боковой стенке бака Б2 укреплен кронштейн с мерными иглами И, с
помощью которых можно определить координаты траектории истекающей
струйки.
При выполнении работы исследуют:
a. Отверстие в тонкой стенке (рис. 6а), выполненное в массивной гайке. За
отверстием жидкость попадает в диффузор с углом раскрытия 600, что
обеспечивает гарантированный отрыв струи от стенки диффузора.
b. Внешний цилиндрический насадок (рис. 6б)
c. Внешний сходящийся насадок (рис. 6в). Проточная часть этого насадка
близка к коноидальной форме.
38
Рис.6. Разновидности насадков: а) отверстие в тонкой стенке;
б) внешний цилиндрический насадок;
в) внешний сходящийся насадок.
Принципиальная схема установки.
39
Тумблер и сигнальная лампочка включения насоса, а также краны К1 и
К2, необходимые для проведения исследований, вынесены на переднюю панель
установки.
Порядок проведения исследования
1. Под наблюдением лаборанта или преподавателя с помощью специального ключа установить в стенке бака Б2 гайку с отверстием ( рис. 6а).
2. Открыть краны K1 и К2. Включить насос тумблером.
3. После заполнения бака Б2 (до уровня 0,35 ... 0,4 м.) по шкале Ш1 отрегулировать краном K1 подачу насоса так, чтобы расход поступающий
в бак воды и расход истекающей через насадку были одинаковы. При
этом уровень воды в баке должен оставаться постоянным.
4. Убедиться, что регулировка расхода проведена точно, для чего в течении 1 ... 2 минут наблюдать за уровнем жидкости по шкале Ш1, если
он сохраняется постоянным, преступить к измерениям. Во время проведения измерений периодически контролировать уровень воды в баке
Б2.
5. Измерить напор воды h перед отверстием.
6. Определить координаты y верхней границы струйки, опуская измерительные иглы до касания острия иглы со струйкой. Координаты x для
каждой точки можно определить по размерам, приведенным на рис. 6.
Начало координат находится в сечении выхода струи их отверстия или
насадки.
7. Определить расход жидкости. Для этого закрыть кран К2 той секции,
куда поступает жидкость, и засечь время повышения уровня воды в
секции от произвольного до нового, большего на (3,0.., 4,0) .10-2м.
8. Краном K1 увеличить подачу воды в бак Б2 и заполнить его до уровня
превышающий на (6,0... 7,0).10-2м уровень h, установленный в предыдущих опытах.
9. Закрыть кран К1 и отключить насос. Измерить время опорожнения бака от уровня h1=h+0.05м до уровня h2=h-0,05м.
10.Результаты всех измерений занести в таблицу 7.1.
11.Приступить к исследованию характеристик внешнего цилиндрического насадка (рис. 6б). Для этого открыть краны К1 и К2, дождаться падения уровня в баке Б2 ниже гайки с отверстием, отвернуть ее специальным ключом и на ее место установить цилиндрический насадок.
Повторить действия и измерения по пп. 2…10.
12.Повторить работы по п.11, заменив гайку с цилиндрическим насадком
на гайку со сходящимся насадком (рис. 6в).
13.Отключить насос и слить воду в бак Б1, для чего краны К1 и К2 оставить открытыми. Вывести измерительные иглы в верхнее (нулевое)
положение.
40
Обработка и анализ экспериментальных данных.
Результаты проведенных измерений позволяют определить коэффициенты скорости и расхода при истечении жидкости тремя методами. Расчеты
проводят для каждого из насадков и результаты вычислений заносят в таблицу 7.2.
1. Объем жидкости, поступающей в секцию мерного бака за время Δτ, равен
W  S  y ,
2
где S = 0,05 м – площадь зеркала воды в секции мерного бака
Δy – разность уровней воды в мерном баке, м.
2. Расход воды
W
.

Q
3. Теоретическая скорость истечения для идеальной жидкости
VТ  2 gh ,
где h – напор жидкости, м.
4. Действительная скорость течения
V
Q
,
 
где  – коэффициент сжатия струи;ω – площадь выходного сечения насадка,
м2.
5. Коэффициент скорости при истечении из насадка
 
V
.
VT
6. Коэффициент расхода определяется как
       .
7. Коэффициент скорости по замеренным координатам траектории струи
i  
xi
2 yi  h
,
где xi, yi – координаты траектории струйки, м.
8. Средняя величина коэффициента скорости по точкам траектории

n
 ср  

i 1
n
i
.
В эксперименте n = 5, при осреднении допускается не принимать во внимание первые две точки, если 1 и  2  значительно (на 10 % и более) отличаются от остальных.
9. Коэффициент расхода, определяемый по замеренным координатам траектории
    ср    .
41
10.Коэффициент расхода, вычисляемый по результатам измерений, проведенных при опорожнении бака Б2
  
2 FБ ( h1  h2 )
 1    2 g
,
где FБ = 4,15.10-2 м2 – площадь зеркала воды в баке Б2.
11.Коэффициент скорости
  
 
.

12.Средняя величина коэффициента скорости, определенного тремя способами

       
3
.
13.Отклонения частных коэффициентов скорости от среднего значения
 
 100% ,

   
  
 100% ,

   
  
 100% .

 
Форма и содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Задачи исследования
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов
и их расшифровкой.
3. Результаты измерений, занесенные в таблицу 7.1.
4. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
5. Результаты обработки экспериментальных данных, занесенные в таблицу
7.2.
6. Анализ результатов исследования.
Контрольные вопросы
1. Почему действительная скорость истечения отличается от идеальной?
Чем характеризуют их различие?
2. Чем объясняется сжатие струи, вытекающей из отверстия?
3. Чем отличается истечение через отверстие от истечения через насадок?
42
4. Виды насадков. Коэффициенты скорости и расхода для них.
5. Как определить расход при истечении, если известен напор, площадь отверстия и коэффициент расхода?
6. Как используется уравнение Бернулли для вывода формулы скорости истечения из отверстия?
7. Чему равен гидравлический радиус для исследованного отверстия?
Результаты
измерений
E
Тип
насадка
h=const
Координаты
h, Δy, Δτ,
струи
м м
с
1 2 3 4 5
x
Отверстие
0,64
y
x
Цилиндрический
насадок
1
y
x
Сходящийся
насадок
1
y
Приложение
Таблица 7.1.
h=Var
h1,
м
h2,
м
Δτ1,
c
43
φ
Таблица 7. 2.
По траектории
μ'''
φ'''
δ''', %
μ''
φ''
φ5''
φ4''
φ3''
φ2''
φ1''
δ', %
μ'
φ'
По расходу
Определение коэффициентов скорости и расхода
По времени истечения
δ''', %
VT, м/с
V, м/с
Q, м3/с
Тип
насадка
Результаты
вычис лений
W, м3
отверстие
цилиндрич.
сходящийся
44
Лабораторная работа № 8.
Исследование явления гидравлического удара.
Задачи исследования:
1. Экспериментальное определение величины гидравлического удара и
скорости распространения ударной волны в напорном трубопроводе.
2. Оценка влияния демпфера на величину ударного повышения давления в
трубопроводе.
3. Сравнение экспериментальных и расчетных величин, характеризующих
давление гидроудара.
При выполнении работы необходимо обратить внимание:
1. На различие в характере изменения ударного давления в начале и конце
трубопровода.
2. На метод тарировки тензодатчиков для записи быстроизменяющегося
давления.
3. На положение демпферной емкости относительно перекрываемого сечения трубопровода.
Описание экспериментальной установки
Принципиальная схема установки представлена на рис. 7. Гидравлический
удар создается при резком перекрытии потока жидкости, движущейся в длинной трубе Т, для экономии места труба Т свернута в спираль большого диаметра. В начале и конце трубы установлена система кранов и аппаратура. Кран K1
помещен в начале трубы, кран КЗ - в конце ее. Вслед за краном КЗ установлен
быстродействующий затвор БЗ, приводимый в движение электродвигателем.
Для фиксации ударного давления установлены трубчатые датчики ТД1 (в начале трубы) и ТД2 (в конце ее) с наклеенными тензорезисторами, сигналы от которых через усилитель выводятся на осциллограф. Величина ударного давления
может быть зафиксирована также мембранным датчиком МД, сигнал от которого через рычажную систему передается для записи на вращающемся барабане
самописца.
Датчик МД можно отключить от системы краном К5. Для снижения величины гидроудара краном К4 к системе можно подключить пневмодемпфер ПД.
45
Рис. 7. Принципиальная схема установки
Для наглядной демонстрации гидроудара предназначен сливной (предохранительный клапан ПК, который через кран К2 можно подключить в начале ма-
46
гистрали. При превышении настроечного давления клапан открывается, и часть
воды из системы выбрасывается в прозрачную камеру.
Для тарировки показаний осциллографа и самописца используется тарировочный цилиндр ТЦ, подсоединенный к трубе четырехпозиционным краном
ТК.
Соединив гидроцилиндр с трубой и закрыв краны K1, К2, К4 можно поршнем гидроцилиндра создать в системе давление, фиксируемое манометром.
Этому давлению соответствуют определенные отклонения светового пятна на
экране осциллографа и иглы самописца. По этим данным устанавливается цена
одного деления (в атмосферах) на осциллографе и самописце.
При проведении опыта вода в трубу Т поступает из замкнутого напорного
бака Б2, заполненного водой и воздушной подушкой. Постоянный уровень воды в этом баке поддерживается трубой холостого слива ХС, подпитка бака Б2
производится насосом Н из сливной емкости Б1. Для измерения расхода используется мерный бак МБ, который можно опорожнить, открыв кран К6.
Все краны, используемые в установке - пробковые, проход жидкости через
пробку обозначен риской на головке крана.
Порядок проведения исследования
Работа на установке производится в присутствии лаборанта или преподавателя. Перед пуском установки краны К1,КЗ,К7 и ТК должны быть открыты для
прохода жидкости.
Для запуска установки в работу на пульте управления включаются тумблеры
подвода питания, привода насоса и кнопка привода быстродействующего затвора. Сигналом о том, что затвор открыт является загорание лампочки в правом верхнем углу пульта.
В процессе исследования производят:
 визуальное наблюдение появления гидроудара;
 измерение величины прямого гидроудара; -измерение величины демпфированного гидроудара;
 измерение величины непрямого гидроудара.
Визуально проследить проявление гидроудара можно следующим образом:
1. Закрыть краны К4 и К5, кран К2 открыть для подключения сливного клапана ПК, нажатием черной кнопки включить привод БЗ.
2. Рукояткой включения муфты быстродействующего затвора перекрыть
магистраль. Возникшим ударным повышением давления через сливной
клапан ПК будет выброшено в прозрачную камеру некоторое количество
воды. Красной кнопкой включить привод БЗ.
3. Для получения количественных характеристик явления гидроудара необходимо знать расход, идущий по трубе. Для измерений расхода кран К7
закрыть и по секундомеру засечь время подъема уровня в мерном баке.
Результаты измерений занести в таблицу.
47
4. Произвести измерения параметров .прямого гидроудара. Для этого краны
К2 и К4 закрыть, кран К5 должен быть открытым. Проверить наличие
чистой ленты из миллиметровой бумаги на барабане самописца. Включить осциллограф, который настроен в режиме ждущей развертки. Включить тумблер привода барабана самописца, включить двигатель привода
БЗ. Рычагом включения муфты БЗ перекрыть магистраль. Зафиксировать
размеры возникшей на экране осциллографа кривой ударного давления, и
ожидаемая картина изображения на экране приведена на рис. 8.
Рис. 8
Аналогичная картина с размерами Δyc и Δxc будет получена на ленте барабана самописца.
Результаты (Δy0, Δx0, Δyc и Δxc) занести в таблицу 8.1. Выключить мотор
БЗ и привод самописца. На барабан самописца установить новую ленту.
5. Произвести измерения параметров демпфированного гидроудара. Для
этого демпфер подключить к системе краном К4, затем произвести все
операции, как и в предыдущем опыте (см.п.п.3,4).
6. Произвести измерения параметров непрямого удара. Этот удар возникает
при замедленном перекрытии магистрали, в данном опыте. Это достигается поворотом маховика муфты БЗ вручную. Ясно, что для этой операции электродвигатель привода БЗ включать не следует, все остальные
действия выполняются так же, как и в предыдущих опытах (см.п.п. 3,4).
Поворот маховика производится примерно на 90° за 0,3-0,5 секунды с
помощью ручки, которая вставляется в специальные отверстия на маховике. О перекрытии магистрали свидетельствует погасшая лампочка в
правом верхнем углу пульта управления.
7. После окончания опытов необходимо взять на стенде и занести в протокол тарировочные данные для расшифровки записей самописца и осциллографа (масштабы Koy, Kox, Kcy и Kcx).
48
Обработка и анализ результатов измерений
В каждом из трех проведенных экспериментов обработку результатов
производят в следующем порядке, заполняя таблицу 8.2.
1. Определить начальную скорость воды в трубе, для чего: определить зафиксированный в мерном баке объем воды
W = 0,026.ΔZ , м3
(величина ΔZ подставляется в эту формулу в метрах);
определить расход воды
Q
определить скорость
V 
W
,

4Q
.
 d2
Здесь d = 0,01 м – внутренний диаметр трубы.
2. Определить скорость звука в трубе
C
CC
,
d EЖ
1 
 EСТ
где
d = 0,01 м,
δ = 0,002 м – толщина стенки трубы,
EЖ = 2.109 Па – модуль упругости воды,
EСТ = 2.1011 Па – модуль упругости стенки,
CC = 1425 м/с – скорость звука в неограниченном объеме воды.
3. Определить теоретическую величину прямого удара по формуле Жуковского.
p уд    V  C , Па
4. Определить экспериментально зафиксированную величину длительности
фазы гидроудара:
по осциллографу: p0  K oy  y0 , Па;
pC  K cy  yc , Па.
по самописцу:
Определить экспериментально зафиксированную величину длительности
фазы гидроудара:
по осциллографу:
Tфо  K ox  x0 , с;
по самописцу:
Tфс  K cx  xc ,с.
5. Определить расчетное значение длительности фазы удара
Tф 
2l
, с.
c
49
6. Сравнить расчетные и экспериментальные величины гидроудара и длительности его фазы, дать объяснения расхождению величин, если такое
имеется. По материалам опыта сделать выводы о сравнительной эффективности использованных мер борьбы с гидроударом.
Форма и содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Задачи исследования
2. Принципиальную схему установки с обозначениями основных элементов
и их расшифровкой.
3. Результаты измерений, занесенные в таблицу 8.1. В отчете подклеить одну из полученных на осциллографе диаграммы с обозначением вида удара.
4. Обработку результатов. Приводятся используемые для расчетов формулы
с расшифровкой входящих в них величин. Результаты вычислений заносятся в таблицу 8.2.
5. Анализ результатов (сходимость данных, сравнительная эффективность
использованных мер борьбы с гидроударом).
Контрольные вопросы
1. Какова физическая сущность процессов, приводящих к росту давления
при гидроударе? Почему процесс носит колебательный характер?
2. Какие виды гидроударов Вам известны? В чем их различие?
3. Почему меры против гидроудара редко применяются на газовых магистралях?
4. Какие меры эффективно снижают величину гидроудара?
5. Как определить экспериментально скорость звука в исследованной трубе?
6. Известны ли Вам случаи полезного применения явления гидроудара?
Приложение
Таблица 8.1.
Гидроудар
Прямой
Демпфированный
Непрямой
Самописец Осциллограф
XC
YC
X0
Y0
ΔZ, см
Δτ, c
50
Таблица 8.2.
Гидроудар W, Q,
3
м
м
с
3
расчет
V,
3
м
с
Параметры удара
осциллограф
самописец
C,
м
с
ΔP,
Tф,
ΔP0,
Tф0,
ΔPc,
Tфс,
Па
с
Па
с
Па
с
Прямой
Демпфированный
Непрямой
Стенд «Гидравлика и гидропривод»
Краткое описание стенда
Стенд предназначен для экспериментальных исследований:
- пластинчатого нерегулируемого гидронасоса;
- гидродвигателей (аксиально-поршневого нерегулируемого гидромотора и гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком;
- гидропривода с поступательным движением выходного звена;
- гидропривода с вращательным движением выходного звена.
Схема гидравлическая принципиальная стенда приведена на рисунке 1.
Основными исследуемыми гидромашинами являются пластинчатый насос HI,
гид- ромотор М и гидроцилиндр Ц1. Для создания нагрузки на валу гидромотора
используется шестеренный гидронасос Н2 с регулируемым дросселем ДР2
(дроссель ДР2 предназначен для изменения нагрузки на валу гидромотора). Для
создания нагрузки на штоке гидроцилиндра Ц1 используются гидроцилиндр
Ц2, шестеренный насос НЗ и регулируемый напорный гидроклапан КП2 (гидроклапан КП2 при проведении испытаний работает в режиме переливного клапана и служит для изменения нагрузки на штоке цилиндра), К направляющей и
регулирующей аппаратуре стенда (кроме названных выше устройств) относятся вентиль В1, предохранительный клапан КП, регуляторы расходов РР1 и
РР2, установленные соответственно в линии управления гидромотором М и
цилиндром Ц1, регулируемый дроссель ДР1, а также гидрораспределители Р1,
Р2 и РЗ. Вентиль В1 предназначен для изменения гидравлического сопротивле-
51
ния на всасывании насоса HI (используется при определении кавитационных
характеристик насоса). Регулируемый дроссель ДР1 используется при определении рабочих характеристик насоса Н1.
Для привода насосов Н1 и H3 на стенде установлены два электродвигателя Ml и М2.
В напорной линии насоса H1 установлен фильтр Ф.
Информационно-измерительная система стенда включает восемь манометров (МН1 - МН8), вакуумметр MB, два расходомера (мерный бачок Б2
с указателем уровня УУ и вентилем В2, скоростной расходомер РА), термометр Т, два частотомера ТХ1 и ТХ2, электронный секундомер, киловаттметр.
Концевые выключатели КВ1 и КВ2 предназначены для управления секундомером, используемым в автоматическом режиме для измерения времени выдвижения штока гидроцилиндра Ц1 (тумблер SA3 в положении "АВТ"). Время выдвижения штока цилиндра Ц1 используется в дальнейшем для определения скорости выдвижения штока гидроцилиндра. Цилиндр Ц1 установлен
снизу. Рабочий ход цилиндра Ц1- выдвижение штока.
Номинальное давление основного насоса Н1 - 6,0 - 6,3 МПа (контролируется по манометру МН1).
Напряжение питания электромагнитов гидрораспределителей - 24В (постоянный ток). Напряжение на концевых выключателях КВ1 и КВ2 -12В.
Стенд надежно заземлен.
Заправочная емкость гидробака Б1 - 65 - 70 дм3.
Рекомендуемые рабочие жидкости: минеральные масла МГЕ-46В,
МГ-ЗО У, М-8В.
52
Стенд «Гидропривод»
Краткое описание стенда «Гидропривод»
Стенд предназначен для экспериментальных исследований:
- пластинчатого нерегулируемого гидронасоса;
- гидродвигателей (аксиально-поршневого нерегулируемого гидромотора и гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком;
- гидропривода с поступательным движением выходного звена;
- гидропривода с вращательным движением выходного звена.
Схема гидравлическая принципиальная стенда приведена на рисунке 1.
Основными исследуемыми гидромашинами являются пластинчатый насос HI,
гид- ромотор М и гидроцилиндр Ц1. Для создания нагрузки на валу гидромотора
используется шестеренный гидронасос Н2 с регулируемым дросселем ДР2
(дроссель ДР2 предназначен для изменения нагрузки на валу гидромотора). Для
создания нагрузки на штоке гидроцилиндра Ц1 используются гидроцилиндр
Ц2, шестеренный насос НЗ и регулируемый напорный гидроклапан КП2 (гидроклапан КП2 при проведении испытаний работает в режиме переливного клапана и служит для изменения нагрузки на штоке цилиндра), К направляющей и
регулирующей аппаратуре стенда (кроме названных выше устройств) относятся вентиль В1, предохранительный клапан КП, регуляторы расходов РР1 и
РР2, установленные соответственно в линии управления гидромотором М и
цилиндром Ц1, регулируемый дроссель ДР1, а также гидрораспределители Р1,
Р2 и РЗ. Вентиль В1 предназначен для изменения гидравлического сопротивления на всасывании насоса HI (используется при определении кавитационных
характеристик насоса). Регулируемый дроссель ДР1 используется при определении рабочих характеристик насоса Н1.
Для привода насосов Н1 и H3 на стенде установлены два электродвигателя Ml и М2.
В напорной линии насоса H1 установлен фильтр Ф.
Информационно-измерительная система стенда включает восемь манометров (МН1 - МН8), вакуумметр MB, два расходомера (мерный бачок Б2
с указателем уровня УУ и вентилем В2, скоростной расходомер РА), термометр Т, два частотомера ТХ1 и ТХ2, электронный секундомер, киловаттметр.
Концевые выключатели КВ1 и КВ2 предназначены для управления секундо-
53
мером, используемым в автоматическом режиме для измерения времени выдвижения штока гидроцилиндра Ц1 (тумблер SA3 в положении "АВТ"). Время выдвижения штока цилиндра Ц1 используется в дальнейшем для определения скорости выдвижения штока гидроцилиндра. Цилиндр Ц1 установлен
снизу. Рабочий ход цилиндра Ц1- выдвижение штока.
Номинальное давление основного насоса Н1 - 6,0 - 6,3 МПа (контролируется по манометру МН1).
Напряжение питания электромагнитов гидрораспределителей - 24В (постоянный ток). Напряжение на концевых выключателях КВ1 и КВ2 -12В.
Стенд надежно заземлен.
Заправочная емкость гидробака Б1 - 65 - 70 дм3.
Рекомендуемые рабочие жидкости: минеральные масла МГЕ-46В,
МГ-ЗО У, М-8В.
Рис.1. Схема гидравлическая принципиальная стенда
54
Лабораторная работа № 9
Определение рабочих и кавитационных характеристик
пластинчатого насоса
Цель работы:
1. Изучение устройства пластинчатых насосов одно – и двухкратного действия;
2. Изучение технических показателей объемных насосов;
3. Изучение методики и экспериментальное определение рабочих и кавитационных характеристик насоса.
4. Изучение методики и экспериментальное определение кавитационных
характеристик насоса.
Порядок проведения исследования:
1. Определение рабочих характеристик.
Тумблер Р1 в положении "ВКЛ1", тумблер РЗ в положении "ВКЛ",
тумблер Р2 в положении "ВЫКЛ", вентиль В1 (установлен снизу на баке слева)
полностью открыт. Перед включением установки маховик управления регулируемым дросселем ДР1 повернут до упора по часовой стрелке (максимальное
проходное сечение дросселя). Опыты проводятся при различных настройках
регулируемого дросселя ДР1, При выполнении данной лабораторной работы
включается только электродвигатель Ml. В каждом опыте необходимо измерять:
- давления по приборам MB и МН1;
- частоту вращения вала насоса nн1 (для определения частоты вращения в
об/с необходимо показание частотомера nн1 делить на 2);
- мощность, подводимую к электродвигателю Ml (по киловаттметру 1
деление = 25 Вт);
-расход (с помощью расходомера РА и электронного секундомера, тумблер SA3 в положении "РУЧН.").
2. Определение кавитационных характеристик.
Тумблеры управления гидрораспределителя должны быть в том же положении, что и в п.1. С помощью регулируемого дросселя ДР1 установить дав-
55
ление в напорной линии насоса по манометру МН1, равное, например, 1 МПа.
При различных степенях закрытия вентиля В1 провести серию опытов. В каждом опыте измерять все величины, которые измерялись при определении рабочих характеристик (см. п.2.1).
В процессе определения кавитационных характеристик первоначальную настройку регулируемого дросселя ДР1 - не изменять.
Внимание: При входе в режим кавитации происходит "срыв" подачи
наcoca. При этом прекращается проток рабочей жидкости через насос и
ухудшается его охлаждение и смазка. Поэтому с целью предотвращения преждевременного выхода из строя насос не рекомендуется вводить в режим кавитации. Для этого необходимо следить за стрелкой расходомера: стрелка должна вращаться.
После завершения опытов по определению кавитационных характеристик необходимо открыть вентиль В1.
Обработка и анализ экспериментальных данных
Результаты проведенных измерений позволяют определить численные значения действительной подачи, коэффициента подачи, давления насоса, напора насоса, полезной мощности и КПД насоса.
1. Коэффициент подачи  равен
  QQ ,
и
где Q – фактическая подача насоса [ м
], Qи = 0,05  10  3 м с . - идеальная
3
3
с
подача насоса.
2.
Определить давление насоса
P  P  P [Па],
н
2
1
где P ,P соответственно давление на входе в насос и на выходе из насоса.
1
2
3.
Напор насоса равен
Нн 
Pн
g [м],
56
где Pн - давление насоса [Па];   800 кг 3 -плотность рабочей жидкости;
м
g  ускорение свободного падения.
4.
Полезная мощность насоса равна
N п  Q  Pн , [ Вт ].
5.
КПД насоса равен

н
Nп
,
Nн
где N н ,[ Вт ] – мощность, потребляемая насосом.
Форма и содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Краткий конспект, касающийся теории данного вопроса.
2. Результаты измерений, занесенные в таблицы 1.1 и 1.2.
3. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
4. Результаты обработки экспериментальных данных и расчетные значения,
занесенные в таблицу 1.3.
5. График зависимости Q  f Pн 
Контрольные вопросы:
1. Устройство пластинчатых насосов одно- и двукратного действия.
2. Опишите кратко технические показатели объемных насосов, которые
изучались в данной лабораторной работе.
3. Какова методика экспериментального определения рабочих характеристик насоса.
4. Что такое кавитация? Опишите негативные факторы сопутствующие
данному явлению.
57
Приложение
Таблица 1.1
№п/
п
Показ.
ДР1
1
2
3
4
5
Определение рабочих характеристик
МВ,
МН1, Част. вращ. вала
Nм1,
(МПа) (МПа) насоса nн1/2, об/с мощность
(Вт)
Расход
Q, (м3/с)
Таблица 1.2
Определение кавитационных характеристик
МВ,
МН1, Част. вращ. вала
Nм1,
(МПа)
(МПа) насоса nн1/2, об/с мощность
(Вт)
№п/п
положение В1
1
2
■-3
4
5
Расход
Q, (м3/с)
Таблица 1.3
N п
п
1
2
3
4
5

Pн , Па
Результаты расчета
Нн ,м
Nп ,
Вт
н
58
Лабораторная работа № 10
Определение характеристик гидродвигателей
Цель работы:
1. Изучение устройства гидроцилиндров и гидромоторов;
2. Изучение основных технических показателей и характеристик гидродвигателей;
3. Изучение методики и экспериментальное определение характеристик
гидроцилиндра и гидромотора.
Порядок проведения исследования:
1. Определение характеристик гидромотора.
Тумблер Р1 установить в положение "ВКЛ2.". Включить электродвигатель М1. Провести 2 - 3 серии опытов при различных настройках регулятора
расхода РР1, то есть при различных частотах вращения вала гидромотора (при
вращении маховика регулятора расхода РР1 по часовой стрелке расход жидкости, поступающий на вход гидромотора, увеличивается). При вращении вала
гидромотора вращается также и вал насоса нагрузки Н2. Уровень нагрузки на
валу гидромотора определяется настройкой регулируемого дросселя ДР2,
В каждой серии провести 5-6 опытов при различных настройках регулируемого дросселя ДР2 (при повороте маховика регулируемого дросселя по
часовой стрелке увеличивается площадь проходного сечения дросселя и нагрузка на валу гидромотора уменьшается).
В каждом опыте необходимо измерять:
- давления по манометрам МН6, МН7 и МН8;
- частоту вращения вала гидромотора nм;
- расход жидкости на выходе гидромотора (Q1 измеряется с помощью расходомера РА и электронного секундомера СЕК, при этом тумблер SАЗ
должен быть установлен в положение "РУЧН");
- расход утечек из корпуса гидромотора (Q2 измеряется с помощью мерного бачка Б2 с указателем уровня УУ и электронного секундомера).
2. Определение характеристик гидроцилиндра.
59
Тумблер Р1 установить в положение "ВКЛ1.", тумблер РЗ - в положение
"ВЫКЛ". Вывести маховик управления регулятором РР2 против часовой стрелки (настроить регулятор на минимальный расход). Включить электродвигатели
М1 и М2. Включить тумблер Р2 в положение "ВКЛ1.", при этом шток нижнего
цилиндра Ц1 начнет медленно выдвигаться. Если шток не выдвигается, то необходимо маховик управления регулятором РР2 медленно поворачивать по часовой стрелке с тем, чтобы добиться медленного выдвижения штока. Опыты по
определению характеристик гидроцилиндра Ц1 желательно проводить при низкой скорости выдвижения штока цилиндра Ц1, При этом увеличится время
опыта и легче будет производить необходимые измерения.
Опыты необходимо проводить при различных нагрузках на штоке цилиндра Ц1, что достигается путем изменения давления в поршневой полости
цилиндра Ц2. Изменение этого давления осуществляется путем изменения настройки клапана КП2 (при вворачивании регулировочного винта клапана давление (нагрузка) повышается).
При испытаниях гидроцилиндра Ц1 рекомендуется провести три опыта
(установить три уровня давлений по манометру МН5: 1, 2, 3 МПа). При установке тумблера Р2 в положение "ВКЛ2." происходит обратный ход (втягивание) штока гидроцилиндра Ц1. Измерение давлений (по манометрам МН2 МН5) осуществляется при выдвижении штока цилиндра Ц1 (нижний гидроцилиндр). Втягивание штока цилиндра Ц1 является холостым ходом. Для настройки желаемых режимов работы и приобретения необходимых навыков работы допускается многократное срабатывание цилиндра Ц1.
После выполнения всех опытов необходимо отключить питание электродвигателей М1 и М2.
Обработка и анализ экспериментальных данных:
Результаты проведенных измерений позволяют определить основные характеристики гидродвигателей (аксиально – поршневого нерегулируемого гидромотора и гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком).
1. Определение характеристик гидромотора.
60
Роторные ГМ характеризуются рабочим объемом, т.е. идеальным расходом
жидкости через ГМ за один оборот ротора Qu 
 м3  , где z - число рабочих
 с 
камер ГМ; k - кратность действия; Vk - объем рабочей камеры; n - частота вращения вала ГМ.
1.1. Объемный КПД ГМ равен 0 
тический расход 0 
Qu
, где Qu - идеальный расход; Q - факQ
Qu
Qu

Q Q  q ут
1.2. Перепад давлений на гидромоторе определяется
PГМ  P1  P2  Па  ,
где P1 и P2 , соответственно, давления на входе и на выходе.
1.3. Полезная мощность ГМ равна Nn  M   ,
где M - крутящий момент на валу гидромотора,
Нм;
 - угловая скорость вала,
с 1 .
Величина  определяется как   2n момент на валу ГМ равен
М
V0 PГМ  м
,
2
где V0  0, 005 103  м с  - рабочий объем гидромотора  м3  ;  м  0,82 - механиче

ский КПД ГМ.
1.4. Общий КПД ГМ равен   0  м
3
2. Определение характеристик гидроцилиндра.
2.1. Скорость движения штока гидроцилиндра равна
S м 
,
t  с
v
где S - ход поршня  м 
2.2. Число двойных ходов в секунду, без учета времени, затраченного на
переключения равно n 

4Q
 S D2  d 2

.
Форма и содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Краткий конспект, касающийся теории данного вопроса.
61
2. Результаты измерений, занесенные в таблицы 2.1 и 2.2.
3. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
4. Результаты обработки экспериментальных данных и расчетные значения,
занесенные в таблицу 2.3 и 2.4.
5. График зависимости
1.
2.
3.
4.
Контрольные вопросы:
Устройство гидроцилиндров, их виды.
Устройство гидромоторов, разновидность гидромоторов.
Что относится к основным техническим показателям и характеристикам гидродвигателей.
Какова методика экспериментального определения характеристик гидроцилиндра и гидромотора?
№№
1
1
2
3
4
5
№№
1
1
2
3
4
5
МН6 МН7
МН8
(МПа) (МПа) (МПа)
2
3
4
МН5 (МПа)
2
nм
(об/с)
5
МН2 (МПа)
3
Q1
(м3/с)
6
Приложение
Таблица 2.1
Q2
(м3/с)
7
МН3 (МПа)
4
Таблица 2.2
МН4 (МПа)
5
62
Таблица 2.3
0
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
№ п/п
v, м
1
2
PГМ , Па
3
4
5
6

Nn , Вт
7
8
9
10
11
12
Таблица 2.4
13 14 15
с
n
Построить график зависимости: nм = f(Q1); nм = f(Q2).
Лабораторная работа № 11
Исследование характеристик объемного гидропривода
с поступательным движением выходного звена
Цель работы:
1. Изучение устройства регулируемого гидропривода с поступательным
движением
выходного звена (с
дроссельным
принципом регулирования);
2. Экспериментальное определение характеристик гидропривода.
63
Порядок проведения исследования:
-Тумблер Р1 установить в положение "ВКЛ1.", тумблер РЗ в положение
"ВЫКЛ.".
-Включить электродвигатель М2 и установить с помощью клапана КП2
давление в поршневой полости гидроцилиндра Ц2 (по манометру МН5), равное
2 МПа;
-Включить электродвигатель М1 и при различных настройках регулятора
расхода РР2 провести 5-6 опытов. При проведении каждого опыта тумблер Р2
переключать в положение "ВКЛ1" При этом шток нижнего цилиндра Ц1 будет
выдвигаться, то есть будет происходить рабочий ход, в течение которого следует выполнить все необходимые измерения. Втягивание штока цилиндра Ц1 (холостой ход) обеспечивается при установке Р2 в положение "ВКЛ2.". Первый
опыт целесообразно начинать при минимальной скорости выдвижения штока
цилиндра Ц1, что достигается поворотом маховика управления регулятором
расхода РР2 против часовой стрелки. Во время проведения каждого опыта необходимо измерять:
- давления по приборам МВ, МН1, МН4 и МН5;
- время выдвижения штока цилиндра Ц1 t. Для измерения времени необходимо тумблер SАЗ переключить в положение "АВТ" и включить питание секундомера);
- мощность на входе электродвигателя Nм1 (по киловаттметру, 1 деление =
25 Вт);
Перед каждым измерением времени необходимо нажимать кнопку
"Сброс" и сбрасывать показание электронного табло секундомера.
Используя время выдвижения штока и зная ход штока, можно вычислить
скорость выдвижения штока гидроцилиндра Ц1. Нагрузку на штоке определяют, используя значения давлений, определенные по манометрам МН4 и МН5.
Используя значения скорости и нагрузки, вычисляется полезная мощность на
штоке цилиндра Ц1. Кроме того, вычисляется мощность, подводимая к гидроприводу (гидронасосу Н1), а затем определяется КПД гидропривода.
После выполнения всех опытов необходимо отключить питание электродвигателей М1 и М2.
64
Обработка и анализ экспериментальных данных:
Результаты проведенных измерений позволяют определить численные значения скорости выдвижения штока гидроцилиндра, нагрузки на штоке, полезной
мощности и КПД гидропривода с поступательным движением выходного звена.
1. Скорость выдвижения штока гидроцилиндра равна
vш  S , [ м ],
t
с
где S - ход штока, м ; t - время выдвижения штока гидроцилиндра, с .
2. Нагрузка на штоке гидроцилиндра определяется формулой
Fг  Pмн5  Pмн4 , [ Н ],
где Pмн4 и Pмн5 - значения давлений, определенные по манометрам
МН 4 и МН 5 , [ Па ].
3. Полезная мощность на штоке гидроцилиндра определяется по формуле
N пг  Fг  vш , [ Вт ],
где Fг - нагрузка на штоке гидроцилиндра, Н ; vш - скорость выдвижения
штока гидроцилиндра, м .
с
4. КПД гидропривода равен
 гп  N пг N ,
н
где N н - мощность на входе электродвигателя, Вт .
Форма и содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Краткий конспект, касающийся теории данного вопроса.
2. Результаты измерений, занесенные в таблицу 3.1.
3. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
4. Результаты обработки экспериментальных данных и расчетные значения,
занесенные в таблицу 3.2.
5. График зависимости vш  f Fг  .
Контрольные вопросы:
1. Что называется гидроприводом? Что такое объемный гидропривод?
65
2. Устройство регулируемого гидропривода с поступательным движением выходного звена.
3. Что такое дроссель? Принцип работы.
Приложение
Таблица 3.1
МВ
МН1
МН4
МН5
№№
t1 (c)
Nм1 (Вт)
(МПа) (МПа) (МПа)
(МПа)
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
№
п/п
vш
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Таблица 3.2
13 14
15
Fг
N нг
 гп
Построить графики зависимости: Nм1=f(t1)
Лабораторная работа №12
Исследование характеристик объемного регулируемого
гидропривода с вращательным движением выходного звена
Цель работы:
1. Изучение устройства объемного регулируемого гидропривода с вращательным движением выходного звена (с дроссельным принципом регулирования).
66
Порядок проведения исследования:
-Включить тумблер управления распределителем Р1 в положение
"ВКЛ2", регулятор расхода РР1 настроить на максимальный расход, что достигается поворотом маховика по часовой стрелке;
- Уменьшить сопротивление регулируемого дросселя ДР2 (достигается
поворотом маховика по часовой стрелке) и включить электродвигатель М1.
- Провести две серии опытов (при двух настройках регулятора расхода
РР1, то есть при двух значениях частоты вращения вала гидромотора). Первая
серия опытов проводится при максимально возможной частоте вращения вала
гидромотора, а вторая серия опытов проводится при уменьшенной примерно в
два раза частоте вращения. В каждой серии провести по 5 - 6 опытов. При переходе от одного опыта к другому необходимо увеличивать нагрузку на валу гидромотора (достигается путем увеличения сопротивления дросселя ДР2 поворотом маховика против часовой стрелки), нагрузку на валу гидромотора следует
изменять таким образом, чтобы избежать полной остановки его вала.
В каждом опыте необходимо измерять:
- давления по приборам МВ, МН1, МН6, МН7 и МН8;
- частоту вращения nм ;
- мощность, подводимую к электродвигателю Nм1 (по киловаттметру).
Для получения частоты вращения в об/с (с-1) показание цифрового табло
частотомера необходимо делить на 2. После проведения экспериментов необходимо отключить питание электродвигателя М1.
Обработка и анализ экспериментальных данных:
Результаты проведенных измерений позволяют определить численные значения полезной мощности и КПД гидропривода с вращательным движением выходного звена.
1. Полезная мощность гидропривода определяется по формуле
N пг  М г   г , [ Вт ],
где  г - угловая скорость вала гидромотора, с 1 ; М г - крутящий момент на
валу гидромотора, Н  м .
Величина  г определяется как
67
 г  2n ,
где n - частота вращения вала гидромотора, с 1 .
Крутящий момент на валу гидромотора определяется как
М
V0 PГМ  м
,
2
3
где PГМ - перепад давлений на гидромоторе; V0 = 0,05  10  3 [ м
];  м  0,82
с
2. КПД гидропривода равен
N

 пг
ГП
N
п
где N н - электрическая мощность, подводимая к насосу, Вт .
Форма и содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Краткий конспект, касающийся теории данного вопроса.
2. Результаты измерений, занесенные в таблицу 4.1.
3. Расчетные формулы с расшифровкой входящих в них величин.
4. Результаты обработки экспериментальных данных и расчетные значения,
занесенные в таблицу 4.2.
5. График зависимости МН1  f N пг , n  f 
.



ГП

Контрольные вопросы:
1. Устройство объемного гидропривода с вращательным движением выходного звена.
2. Что такое дроссельное регулирование?
3. Какие характеристики гидропривода были экспериментально определены Вами в данной работе?
Приложение
Таблица 4.1
МВ
МН1
МН6
МН7
МН8
nм
Nм1
№№
(МПа)
(МПа)
(МПа)
(МПа)
(МПа)
(об/с)
(Вт)
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
68
Продолжение табл. 4.1
3
4
5
№,п
п
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 4.2
9
10
г
Pг
Мг
N пг
 гп
Построить графики зависимости: Nм1=f(nм).
Список литературы
Основная литература
1. Лозовецкий В.В. Гидро- и пневмосистемы транспортно-технологических
машин [Электронный ресурс]: учебное пособие/ В.В. Лозовецкий. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 560 с. – ЭБС «Лань».
Дополнительная литература
1. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод [Текст]: Учеб: пособие
для студ. Высш. учеб. заведений / Под ред. С.П. Стесина. – М.: издательский
центр «Академия», 2005. – 336 с.
2. Кондратенко И.Ю. Гидравлика, гидропривод и гидросистемы [Текст]:
Учеб. пособие / И.Ю. Кондратенко, А.П. Новиков; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО ВГЛТА. – Воронеж, 2006. – 152 с. – Электронная версия в ЭБС
ВГЛТА.
69
Ирина Юрьевна Кондратенко
ГИДРАВЛИКА И ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОПРИВОДА.
ГИДРОПРИВОД И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.
Методические указания
к лабораторным работам для студентов
по направлениям подготовки: 15.03.01, 15.03.04
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
1 619 Кб
Теги
элементы, гидравлика, гидроприводы
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа