Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра теплоенергетики

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни «Стаціонарні машини»

для студентів усіх спеціальностей та форм навчання

Кривий Ріг 2011р.

Укладачі : Трегубов В.А., д-р техн. наук, професор

Замицький О.В., д-р техн. наук, професор

Бондар Н.В., ст. викладач

Відповідальний

за випуск: Замицький О.В., д-р техн. наук, професор

Рецензент: Кухарь А.С., к.т.н., доцент

Методичні вказівки призначені для виконання лабораторних робіт з дисциплін «Стаціонарні машини», «Нагнітачі та теплові двигуни», «Механічне обладнання та стаціонарні установки виробництв», «Стаціонарні машини гірничих підприємств», «Стаціонарні установки енергоємних підприємств» студентами усіх спеціальностей та форм навчання. Дані методичні вказівки містять загальні відомості про лабораторні установки, вимірювальні пристрої, хід виконання робіт та обробку результатів. Наведено вимоги до оформлення студентами звітів. У кінці кожноі з п'яти лабораторних робіт приведені контрольні питання, знання відповідей на які обов'язкові для захисту звіту. Подано список рекомендованої літератури.

Загальні відомості

Дані методичні вказівки містять інструкції до п'яти лабораторних робіт, що виконуються на діючих установках кафедри теплоенергетики. Роботи пов'язані з випробуваннями насосів, вентиляторів і компресорів; їх виконують шляхом зняття й наступної обробки результатів вимірів.

До виконання лабораторних робіт допускають студентів, що вивчили інструкції, що знають пристрій і правила експлуатації установок. Пуск установки виконує керівник занять після перевірки дотримання умов безпеки.

Для виконання лабораторної роботи групу студентів ділять на бригади, кожна з яких знімає показання одного з вимірювальних приладів або виконує необхідні операції. Функції бригад періодично змінюються. Результати вимірів узагальнюють у відповідні таблиці, а потім індивідуально обробляють та оформляють звіт. У звіті з лабораторної роботи неохідно приводити: мету, описи установки, суті проведених випробувань, розрахунки, таблиці результатів вимірів і обробки даних.

Керівник лабораторних занять виставляє оцінку за виконану роботу, враховуючи при цьому відповіді на контрольні питання та якість оформлення звіту.

Лабораторна робота № 1. ПАРАМЕТРИЧНІ ВИПРОБУВАННЯ НАСОСА

Мета роботи - побудувати індивідуальні експлуатаційні характеристики насоса.

1.1 Опис установки для проведення випробувань

Насосна установка, гідравлічна схема якої наведена на рис. 1.1, має насос 1 із приводним електродвигуном 2. До патрубка насоса, що підводить, приєднаний усмоктувальний трубопровід 18, опущений у водозбірник 19. На кінці усмоктувального трубопроводу 18 установлена прийомна сітка 21 зі зворотним клапаном 20. До напірного патрубка насоса приєднаний нагнітальний трубопровід 10, на якому змонтовані засувка 12, зворотний клапан 11, діафрагма 8 і пробковий кран 7. До усмоктувальної кришки насоса від бака 24 приєднаний водопровід 25 і вентиль 16 для заливання водою насоса перед пуском і патрубок з вентилем 14 та лійкою 13 для контролю заливання й виходу повітря. Для випуску води з нагнітального трубопроводу 10 у водозбірник 19 змонтована зливальна труба 5 з лійкою.Установка обладнана вакууметром 17 на усмоктувальному трубопроводі 18, манометром 15 на нагнітальному трубопроводі 10, діафрагмою 8 із вторинним приладом 9 для виміру витрат води.

Технічна характеристика установки

Насос ЦНС 38-88:
подача, м3/год	30
напір, м	100
потужність, кВт	13
ККД, %	63
припустима вакууметрична висота усмоктування при температурі t = =20С, м	8
кількість робочих коліс, шт	4
Двигун насоса:
потужність, кВт	15
частота обертання, об/хв	2950
Гідравлічні параметри:
- висота всмоктування, м	1,23
- висота нагнітання, м	1,6

Рис.1.1. Схема насосної установки

1.2 Послідовність виконання роботи

1. Заливають воду у насос, що випробовується, для чого відкривають вентилі 16 і 14. З появою води у воронці 13 ці вентилі слід перекрити.

2. Пробковим краном 7 перекривають нагнітальний трубопровід 10. При цьому засувка 12 повинна бути відкритою.

3. Запускають насосний агрегат і частково відкривають пробковий кран 7 для випуску повітря із трубопроводу 10, а потім його знову закривають.

4. Перший раз показання приладів і пристроїв знімають при закритому пробковому крані 7, а потім - при декількох фіксованих положеннях крана в процесі його відкривання.

Усі показання приладів і пристроїв слід знімати одночасно, за командою, після досягнення насосним агрегатом режиму, що встановився.

Результати вимірів занести в табл.1.1.

Таблиця 1.1 Результати випробувань насосної установки

№ п/п	Тиск, Рв	Тиск, Рм	Подача Q, м3/год	Напір Н, м.вод.ст.	Потужність, кВт	К.К.Д. насоса ,%
	кгс/см2	Па	кгс/см2	Па			Nэл	N	Nn
n.

1.3 Обробка результатів випробувань

Відповідно до даних табл.1.1. обчислюють наступні параметри роботи насоса.

1. Напір насоса, м. вод.ст.:

де Рм і Рв - тиск в усмоктувальному й нагнітальному патрубках, Па; густина рідини, = 1050 кг/м3; g - прискорення вільного падіння, g = 9,8 м/с2.

2. Корисна потужність, кВт:

,

де Q - подача, м3/год, Н - напір, м.вод.ст.

3. Споживана потужність, кВт:

,

де Nэл - потужність, що споживається електродвигуном, кВт; эл.дв. - ККД ел. двигуна, эл.дв. = 0,84.

4. ККД лабораторного насоса, %:

Результати обробки показань приладів і пристроїв слід звести в табл. 1.1.

За даними табл.1.1 будують експлуатаційну характеристику насоса, зразковий вид якої показаний на рис.1.2.

Рис.1.2 Експлуатаційна характеристика насоса

Контрольні питання

1. З якою метою випробовують насос?

2. З яких основних елементів складається установка, що випробовується?

3. Які прилади застосовують для випробувань?

4. Призначення манометра, вакуумметра й дифманометра.

5. Послідовність виконання досліджень.

6. Як визначити витрати води?

7. Як визначити потужність насоса?

8. Що називають дійсною характеристикою насоса?

поршневий компресор насос вентилятор

Лабораторна робота № 2 ПАРАЛЕЛЬНА РОБОТА НАСОСІВ

Мета роботи - перевірити в ході експерименту теоретичні положення паралельноі роботи двох насосів на спільну зовнішню мережу.

2.1 Описання установки для проведення досліджень

Насосна установка, гідравлічна схема якої наведена на рис.2.1, за пристроєм аналогічна тій, що використовувалась раніше (див.рис.1.1), але відрізняється наявністю двох однакових насосів типу ЦНС 38-88. На рис.2.I прийняті наступні позначення: 1, 2 - насосні агрегати; 3 - вакуумметри; 4 - манометри; 5 - засувки напірних трубопроводів; 6 - диференціальний манометр із діафрагмою; 7 - пробковий кран, 8 - засувки усмоктувальних трубопроводів.

Рис.2.1 Схема насосної установки

2.2 Послідовність виконання роботи

1. При відкритих 3 і закритих 5 засувках заповнюють водою усмоктувальні трубопроводи й внутрішні канали обох насосів. Запускають один з насосів і по досягненню стійкої частоти обертання двигуна відкривають засувку на нагнітальному трубопроводі.

2. За допомогою пробкового крана 7 установлюють робочий режим, передбачений завданням проведення досліджень. Региструють показання вакуумметра, манометра, видаткового дифманометра й ватметра при сталій роботі одного насоса (табл.2.1).

3. Включають другий насос при відкритій засувці його напірного трубопроводу. Региструють показання приладів при спільній роботі двох насосів на загальний трубопровід.

Таблиця 2.1 Результати випробувань насосної установки

№ пп	Робота насоса № 1	Спільна робота насосів № 1 і № 2
	Подача Qо, м3/год	Тиск, Ро	Напір Ho, м.в.ст	ПодачаQс, м3/год	Тиск	Напір Н, м.в.ст
		кгс/см2	Па			Рс1	Р с2
						кгс/ cм2	Па	кгс/ см2	Па
1.
n.

4. Закривають засувку на нагнітальному трубопроводі першого насоса, відключають його та реєструють показання приладів при роботі тільки другого насоса.

5. Повертаючи пробковий кран, установлюють інший опір зовнішньої мережі й повторюють випробування у тій самій послідовності.

2.3 Обробка результатів випробувань

Відповідно до наведених далі залежностей знаходять параметри робочих режимів установки при роботі одного насоса й спільній роботі обох насосів і заносять їх у табл. 2.1.

1. Подачу насоса визначають із показань самописа.

2. Напір при одиночній роботі насоса:

, м вод.ст.,

де Ро - тиск у нагнітальному патрубку, Па.

3. Напір при спільній роботі насосів:

, м вод.ст.,

де Рс1, Рс2 - тиск у нагнітальних патрубках насосів № 1 і № 2, Па.

4. Повний опір загальної для всіх випробувань ділянки напірного трубопроводу (постійна трубопроводу) визначають через подачу Q1 і напір Н1, які відповідають режиму роботи першого насоса в кожному з випробувань:

, с2/м5,

де Нг - геометрична висота подачі, м; Нг = 2,8 м; Q1 - подача, м3/с, Н1 - напір, м.

5. Розрахунок характеристики мережі проводять за формулою, у таблиці 2.2.

, м вод.ст.,

де Rт - опір трубопроводу, с2/м5, Q - подача, м3/с.

Величиною Qmax - задаються виходячи з максимального значення подачі в табл. 2.1., м3/с. Наприклад, Qmax = 0,015 м3/с при спільній роботі насосів.

Таблиця 2.2 Розрахунки характеристики мережі

	0	0,25Qmax	0,5Qmax	0,75Qmax	Qmax
Q	0
Q2	0
RтQ2	0
Н, м	2,8

6. Будують робочі характеристики для одиночної й спільної роботи насосів, рис.2.2. Тут же згідно зі знайденим для одного насоса значенням Rт будують дві характеристики трубопроводу.

Рис.2.2 Характеристика трубопроводу

За точками перетинань побудованих характеристик трубопроводів з характеристикою паралельно працюючих насосів оцінюють точність збігу фактичних (результати випробувань) і розрахункових режимів.

Контрольні питання

Що таке спільна робота насосів?

З якою метою з'єднують насоси паралельно?

Що таке зовнішня мережа насосної установки?

Послідовність виконання випробувань при паралельному з'єднанні двох насосів.

Аналітичне визначення характеристики зовнішньої мережі.

Які прилади застосовують для випробувань?

Як визначити режим роботи насоса?

Що таке робоча точка при паралельній роботі насосів?

Лабораторна робота № 3. АЕРОДИНАМІЧНІ ВИПРОБУВАННЯ ВІДЦЕНТРОВОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Мета роботи - одержати аеродинамічну характеристику відцентрового вентилятора при постійній швидкості обертання робочого колеса.

3.1 Опис установки для випробування вентилятора

Лабораторна установка, схема якої показана на рис.3.1., складається з електродвигуна 1, відцентрового вентилятора 2, що випробовується, камери всмоктування 3, дроселя 4, вимірювального колектора 5, решітки 6, мікроманометра відповідно камери всмоктування 7 і колектора 8, блоку керування двигуном, тахометра 9.

Рис.3.1 Схема вентиляторної установки

Режим роботи вентилятора змінюють дроселем. На установці використовується двигун постійного струму з регульованою кутовою швидкістю обертання, яким також можна змінювати режим роботи вентилятора.

Технічна характеристика елементів лабораторної установки

Випробовуваний вентилятор (тип Ц-4-70, № 8):
Діаметр робочого колеса, м	0.8
Частота обертання, w, рад/с	72
Подача, Q, м3 /с	3,3
Тиск, P, Н/м2	480
Потужність, N, кВт	2,0
Розміри вихідного перетину, м а b	0,56 0,56
Двигун вентилятора (тип ДП-41):
Напруга, U, В	220
Потужність, Ng, кВт Межі зміни швидкості, рад/с	16 0..120
Вимірювальний колектор: Діаметр, dk, м Коефіцієнт витрати, к	0,4 0,985
Дросель: Тип Кількість лопаток Кут повороту лопатки	Лопасний 4 0….90
Камера всмоктування: Dкам, м Довжина aкам, м	2,0 2,0

3.2 Послідовність виконання роботи

1. Підключають прилади згідно зі схемою випробування (рис.3.1).

2. При закритих дроселі й вихідному отворі вимірювального колектора включають вентилятор і при режимі його роботи, що встановився, (режим подачі дорівнює нулю) записують показання мікроманометрів, вольтметра, амперметра.

3. Змінюючи положення дроселя від повного закриття до повного відкриття, установлюють різні режими роботи вентиляторної установки й при режимах, що встановилися, записують показання всіх приладів (усього необхідно одержати шістъ-вісім режимів роботи).

4. Показання приладів під час випробувань і результати обчислених параметрів - у табл.3.1.

Звіт про роботу повинен містити схему установки, основні технічні показники елементів установки, протокол випробувань і обчислення всіх необхідних параметрів (табл. 3.1), детальне обчислення для одного робочого режиму з формулами й підстановкою в них числових значень.

Таблиця 3.1 Результати випробувань вентиляторної установки

№ п/п

Подача Q, м3/с

Тиск

Потужність

Напруга U, В

Сила струму I, А

ККД вентилятора,

у коллекторі Рк

у камері Ркам

Повний Р

Корисна Nп, кВт

На валу Nв, кВт

мм.вод.ст.

Па

мм.вод.ст.

Па

Па

1.

2.

3.

n.

3.3 Обробка результатів

1. Подачу вентилятора, обмірювану за допомогою вимірювального колектора й віднесену до середньої густини повітря й заданої швидкості обертання, визначають за формулою, м3/с

де dk - діаметр колектора, м; k - коефіцієнт витрати колектора; Рk - тиск у вимірювальному колекторі, Па; пов - густина повітря, пов = 1,27 кг/см3.

2. Повний тиск, що розвивається вентилятором, дорівнює сумі статичного й динамічного тисків, що вимірюються у камері всмоктування:

Р = Рст + Рдин, Па,

де Рст - статична складова тиску, Па; Рдин - динамічна складова тиску, Па; Рст = Ркам.

, Па;

- густина повітря за нормальних атмосферних умов; =1,2 кг/м3; - швидкість повітря в камері, м/с, тому що дуже мало, приймаємо Рдин = 0.

3. Потужність на валу вентилятора, Вт

,

де I - сила струму, А; U - напруга, В; - ККД двигуна, %.

Залежність ККД електродвигуна дв ДП-41 від сили струму I наведена в табл.3.2.

Таблиця 3.2 ККД електродвигуна

Найменування параметра	Числові значення
I, А	0	2	4	6	8	10	12	14	16
, %	0	15	28	39	48	56	62	68	73

4. Корисна потужність і ККД вентилятора відповідно будуть:

, кВт;, %.

5. Побудувати залежності: P = f(Q); Nп = f(Q); = f(Q).

Контрольні питання

Назвіть складові елементи установки для аеродинамічних випробувань вентилятора, їх призначення.

Як рухається повітря через проточну частину установки при випробуванні?

Як визначати повний тиск, що розвивається вентилятором?

Як визначати подачу вентилятора?

Як визначити корисну потужність і потужність на валу вентилятора?

Як виміряти частоту обертання вентилятора під час випробування?

Для чого призначений дросель в установці для випробування вентилятора?

Лабораторна робота № 4. ЗАКОНИ ПРОПОРЦІЙНОСТІ ТУРБОМАШИН

Мета роботи - оцінити в ході експерименту характер залежності параметрів робочих режимів вентилятора від частоти обертання робочого колеса.

При цьому повинні бути дотримані наступні закони пропорційності:

; ;

4.1 Опис установки для проведення випробувань

Випробування виконують на вентиляторній установці, опис якої наведено в підрозділі 3.1.

4.2 Послідовність виконання роботи

1. Перевіряють усі прилади згідно зі схемою випробування вентилятора (див. рис.3.1).

2. При закритому дроселі включають вентилятор, що випробовується, і встановлюють режим роботи вентилятора при швидкості обертання робочого колеса, орієнтовно 650...700 об/хв.

3. Лопатки дроселя встановлюють під кутом 30° (положення їx залишається незмінним на увесь час випробувань).

4. Записують показання мікроманометрів і тахометра.

5. Зменшують швидкість обертання робочого колеса орієнтовно на 50 об/хв і при новій швидкості знімають показання приладів.

Усього реєструють три-чотири робочі режими.

Результати показань приладів під час випробування й обчислення параметрів заносяться у табл.4.1.

4.3 Обробка результатів випробувань

1. Подачу вентилятора визначають за формулою, м3/с:

.

2. Повний тиск, що розвивається вентилятором, Па:

Р = Рст = Ркам.

Таблиця 4.1 Результати випробувань вентиляторної установки

Номер досліду	Показання мікроманометрів	Подача вентилятора Q, м3/с	Повний тиск Р, Па	Корисна потужність Nп, кВт	Частота обертання n, об/хв
	Вимірювального колектора, Рк	Камери всмоктування, Ркам
	Па	м.вод. ст	Па	м.вод. ст	Експ.	Теор.	Експ.	Теор.	Експ.	Теор.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1.
n.

3. Корисна потужність вентилятора, кВт:

Усі позначення й розмірності у наведених формулах відповідають прийнятим у лабораторній роботі № 3.

Індивідуальні характеристики турбомашин Q - Р при різних швидкостях обертання (1 - n1; 2 - n2; 3 - n3) наведені на рис.4.1.

За даними випробування заповнюють таблицю 4.1. для побудови кривих пропорційності тиска Р і потужності N за наступними рівняннями:

, м3/с; , Па; , кВт.

На підставі даних табл. 4.1 будують функціональні залежності Q=f(n); P=f(n); N=f(n) (теоретичні й експериментальні) (рис. 4.2).

Рис.4.1 Індивідуальні характеристики при різних швидкостях обертання

Рис.4.2 Криві пропорційності

Контрольні питання

1. Як змінюється подача вентилятора при зміні швидкості обертання робочого колеса?

2. Як змінюється тиск вентилятора при зміні швидкості обертання робочого колеса?

3. Як змінюється потужність вентилятора при зміні швидкості обертання робочого колеса?

4. Напишіть закони пропорційності й проаналізуйте їх.

5. При яких умовах закони пропорційності не виконуються?

6. Наведіть приклади використання законів пропорційності на практиці.

7. Чому лопатки дроселя під час випробування залишаються в одному положенні?

8. У якій послідовності слід виконувати дану роботу?

Лабораторна робота № 5. ПАРАМЕТРИЧНІ ВИПРОБУВАННЯ КОМПРЕСОРА

Мета роботи - визначити продуктивність і потужність компресора.

5.1 Опис установки для проведення випробувань

У компресорній установці, схема якої наведена на рис.5.1, основою є поршневий двоциліндровий одноступінчастий компресор 1 з електродвигуном 2 постійного струму. Між компресором і двигуном розміщений понижувальний редуктор.

Атмосферне повітря засмоктується через фільтр 3, стискується й надходить у повітрязбірник 5, який складається з двох циліндричних ємностей. Повітрязбірник 5 має трубопровід з вентилем 10 для з'єднання з атмосферою та запобіжний клапан 7. Для виміру параметрів компресорної установки передбачається манометр 6, термометр 8, тахометр 9 і ватметр 4.

Рис.5.1 Схема компресорної установки

Технічна характеристика компресора

Продуктивність, м3/хв	0,3
Тиск надлишковий, МПа	0,8
Частота обертання вала електродвигуна при U=550 В, об/хв	1100
Споживана потужність, кВт	2,7
Діаметр циліндра, мм	112
Хід поршнів, мм	92
Передаточне число редуктора	3,9
Місткість повітрязбірника, м3	0,05

5.2 Послідовність виконання роботи

1. При відкритому пробковому крані 10 включають компресор, регулюють частоту обертання двигуна й протягом 1...2 хв витримують холостий режим.

2. Реєструють по манометру 6 початковий тиск у повітрязбірнику 5, а також барометричний тиск і температуру повітря, що всмоктується.

3. Перекривають кран 10, одночасно включають секундомір і визначають час заповнення повітрязбірника до відповідного тиску.

4. Витримують цей режим протягом 1...1,5 хв і знімають показання манометра 6, термометра 8, тахометра 9 і ватметра 4.

5. Відкриванням крана 10 компресор переводять на холостий хід і виключають.

Зазначену процедуру випробувань для підвищення вірогідності повторюють до 3 разів. Результати вимірів заносять у табл.5.1.

Таблиця 5.1

№ п/п	Тиск у повітрязбірнику Рв, МПа	Час заповнення повітрязбірника , с	Температура повітря, Тв, К	Частота обертання вала компресора, nк, об/хв
1
2
Середнє

5.3 Обробка результатів вимірів

1. Робоча продуктивність компресора, м3/хв:

де Vв - обсяг повітрязбірника, м3; - час заповнення повітрязбірника, н = 1,27 м3/кг.

Густина повітря:

, кг/м3

де Рв - кінцевий тиск повітря в повітрязбірнику, МПа, R=287Дж/(кгК), Ра=0,1 МПа; Тв - температура повітря, К.

2. Теоретична продуктивність компресора, м3/хв:

де D - діаметр циліндра, м; S - хід поршня, м; z - число циліндрів; z=2, nк - частота обертання, об/хв.

Частота обертання вала компресора, об/хв:

де nдв - частота обертання вала електродвигуна, об/хв.

Результати обчислень зводять у табл.5.2.

Таблиця 5.2 Результати визначення продуктивності компресора

Продуктивність компресора, м3/хв
Робоча Qр =	Теоретична Qт =

Контрольні питання

1. Назвіть методи визначення продуктивності поршневого компресора.

2. Приведіть одиниці тиску в системі СІ.

3. Дайте визначення ступеня стиску компресора.

4. Приведіть одиницю температури в системі СІ.

5. Поясніть призначення тахометра, ватметра.

6. Поясніть призначення запобіжного клапана.

7. Наведіть послідовність виконання даної роботи.

Список рекомендованої літератури

Мурзін В.А., Цейтлін Ю.А. Рудничні пневматичні установки. Навчальний посібник для гірських вузів. - М.: Надра, 1965.

Черкаський В.М. Насоси, вентилятори й компресори. - М.: Энергоиздат, 1984. - 415 с.

Картавий Н.Г. Стаціонарні машини. - М.: Надра, 1981.

Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Гірська механіка. - М.: Надра, 1982.

Бирюков В.М. и др. Техническое обслуживание и текущий ремонт стационарного оборудования. - М.: Недра, 1988.

Размещено на Allbest.ru

...