Размещено на http://allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ульяновский государственный технический университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для лабораторных занятий студентов

Поршневые насосы

Направление подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»

Программа подготовки - бакалавриат

Форма обучения - очная

Ульяновск

2019



Содержание

1. Общие сведения о проведении лабораторных работ «Поршневой насос»

1.1 Устройство стенда

1.2 Меры безопасности

2. Лабораторная работа: Изучение принципа действия поршневого насоса

2.1 Теоретические основы

2.2 Экспериментальная часть

3. Лабораторная работа: Изучение характеристик подачи насоса в зависимости от давления нагрузки

3.1 Теоретические основы

3.2 Экспериментальная часть

4. Лабораторная работа: Изучение зависимости подачи насоса от частоты вращения вала насоса

4.1 Теоретические основы

4.2 Экспериментальная часть

5. Лабораторная работа: Измерение мощности, потребляемой приводом поршневого насоса, и вычисление КПД системы

5.1 Теоретические основы

5.2 Экспериментальная часть

6. Лабораторная работа: Снятие индикаторной диаграммы поршневого насоса и сравнение ее с теоретической

6.1 Теоретические основы

6.2 Экспериментальная часть

7. Общие сведения о проведении лабораторных работ «Рабочие процессы поршневого вакуумного насоса»

7.1 Устройство стенда

7.2 Описание программы «Вакуумный насос»

7.2.1 Запуск программы

7.2.2 Пункт меню «Характеристика насоса»

7.2.3 Пункт меню «Рабочий цикл»

7.2.4 Пункт меню «Выход»

7.2.5 Пункт меню «Перезапуск АЦП»

8. Лабораторная работа: Изучение конструкции и принципа работы поршневого вакуумного насоса

8.1 Теоретические сведения

8.2 Последовательность выполнения

9 Лабораторная работа: Изучение зависимости быстроты откачки от давления в емкости

9.1 Последовательность выполнения

10. Лабораторная работа: Изучение зависимости быстроты откачки от частоты вращения вала насоса

10.1 Последовательность выполнения

11. Лабораторная работа: Измерение геометрических параметров качающего блока насоса и вычисление теоретических характеристик

11.1 Теоретические сведения

11.2 Последовательность выполнения

12. Лабораторная работа: Изучение индикаторной диаграммы насоса

12.1 Последовательность выполнения

поршневого компрессора и замеры конструктивных размеров качающего блока

13. Изучение принципа действия поршневого компрессора и замеры конструктивных размеров качающего блока

13.1 Устройство поршневого компрессора

13.2 Порядок выполнения

14. Лабораторная работа: Изучение характеристик подачи компрессора в зависимости от давления нагрузки

14.1 Порядок выполнения

15. Лабораторная работа: Изучение зависимости подачи компрессора от частоты вращения вала привода

15.1 Порядок выполнения

16. Лабораторная работа: Измерение мощности, потребляемой приводом поршневого компрессора, и вычисление КПД системы

16.1 Порядок выполнения

17. Лабораторная работа: Снятие индикаторной диаграммы поршневого компрессора и сравнение ее с теоретической

17.1 Теоретические основы

17.2 Порядок выполнения



1. Общие сведения о проведении лабораторных работ «Поршневой насос»

Лабораторные работы проводятся в соответствии с данными методическими материалами, руководством по эксплуатации СГУ-НП-010- 5ЛР-01-ГЖ.000РЭ и инструкцией по работе с программой СГУ-НП-010-5ЛР- 01-ПК.001ПЗ

1.1 Устройство стенда

Конструкция стенда представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Стенд поршневой насос.

Стенд учебный СГУ-НПУ-015-5ЛР «Поршневой насос» включает в себя:

- бак 1 для рабочей жидкости со съемной крышкой, на дне бака установлен кран КР2 для слива жидкости;

- раму стенда 2 с регулируемыми винтовыми опорами 3;

- трубопровод 4 линии всасывания насоса;

- штуцер 5 с датчиком давления перед клапаном всасывания;

- клапан 6 всасывания;

- штуцер 7 с датчиком давления в рабочей камере;

- корпус качающего блока 8, выполненный из прозрачного материала;

- штуцер 9 с датчиком давления за клапаном нагнетания;

- клапан 10 нагнетания;

- направляющую 11 поршня из антифрикционного материала с уплотнительной манжетой;

- поршень 12 с блоком подшипников для соединения с шатуном:

- шатун 13;

-датчик 14 частоты вращения приводного двигателя;

- кривошип 15;

- приводной электродвигатель 16 постоянного тока;

- резервуар 17 (ЕМ), выполняющий функцию пневмогидравлического аккумулятора;

- кран 18 (КР1) для соединения резервуара 1 7 с атмосферой;

- расходомер счетчик жидкости 19 (СЖ), позволяющий измерять расход жидкости из резервуара в основной бак;

- дроссель (заслонку) 20 (ДР1) для регулировки сопротивления линии слива жидкости из резервуара в основной бак;

- плату АЦП 21, USB разъем для подключения платы к ПЭВМ расположен на правой стороне платы;

- блок 22 с контрольно-измерительной аппаратурой.

На блоке 22 установлены:

- цифровое табло 23, отображающее давление в резервуаре;

- цифровое табло 24, отображающее частоту вращения вала приводного двигателя;

- потенциометр 25, позволяющий регулировать частоту вращения вала приводного двигателя;

- тумблер 26 включения питания системы управления стенда, свечение светодиода над тумблером соответствует включенному состоянию;

- тумблер 27 включения питания приводного двигателя, свечение светодиода над тумблером соответствует включенному состоянию.

Гидравлическая схема стенда показана на рисунке 1.2.

1.2 Меры безопасности

Эксплуатация стендов должна производиться в соответствии с требованиями пожарной безопасности и требованиями ГОСТ 12.2.003-74 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности».

К обслуживанию стендов допускается персонал после ознакомления с руководством по эксплуатации СГУ-НП-010-5ЛР-01- ПК.000РЭ.

Запрещается производить ремонтные работы на подключенном к электросети стенде.

При работе и транспортировке стенда запрещается прикладывать внешние нагрузки на трубопроводы, измерительные приборы и бак, запрещена транспортировка стенда при наличии жидкости в баках.

Перед включением насоса убедиться в том, что:

- кран КР1 закрыт;

- стенд заправлен рабочей жидкостью;

- дроссель ДР1 открыт.



2. Лабораторная работа: Изучение принципа действия поршневого насоса

Цель работы: наглядное изучение устройства и работы поршневого насоса, последовательности перемещения элементов конструкции качающего блока: поршня, впускного и выпускного клапанов; расчет геометрического рабочего объема.

2.1 Теоретические основы

Схема устройства поршневого насоса приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Схема поршневого насоса

Поршневой насос состоит из рабочей камеры 3, образованной поверхностями корпуса насоса, поршня 6, клапана 2 линии всасывания 1 и клапана 4 линии нагнетания 5. Поршень 6 имеет возможность продольного перемещения по направляющей 7. При работе насоса поршень 6 совершает возвратно-поступательное движение под воздействием шатуна 8, который приводится в движение кривошипом 10, вращающимся вместе с валом 9 приводного двигателя.

Работа насоса происходит периодически в следующей последовательности:

- после достижения поршнем нижнего положения (рисунок 2.1) кривошип 10 через шатун 8 обеспечивает движение поршня 6 вверх, при этом объем рабочей камеры начинает увеличиваться и жидкость из линии всасывания через клапан 2 поступает в рабочую камеру, клапан 2 линии нагнетания при этом прижат к седлу и не пропускает жидкость из линии нагнетания в рабочую камеру ;

- после достижения поршнем верхнего положения (рисунок 2.1) кривошип 10 через шатун 8 обеспечивает движение поршня 6 вниз, при этом объем рабочей камеры начинает уменьшаться, и жидкость из рабочей камеры вытесняется через клапан 4 в линию нагнетания, клапан 2 линии всасывания при этом прижат к седлу и не пропускает жидкость из рабочей камеры в линию всасывания .

Гидравлическая схема стенда приведена на рисунке 1.2.

Диаметр поршня D_n=22 мм, ход поршня L=40 мм.

2.2 Экспериментальная часть

1. Изучить конструкцию поршневого насоса расположенного на стенде, сопоставить элементы, приведенные на схеме (рисунок 2.1), с элементами насоса.

2. Изучить конструкцию стенда и сопоставить ее элементы с гидравлической схемой (рисунок 1.2).

3. Полностью открыть дроссель ДР1, вращая его ручку в направлении против хода часовой стрелки.

4. Закрыть кран КР1.

5. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

6. Установить потенциометр регулировки частоты вращения вала приводного двигателя на середину диапазона.

7. Включить электропитание приводного двигателя тумблером «Насос». поршневой насос вакуумный откачка

8. Установить минимальную частоту вращения вала приводного двигателя, вращая рукоятку потенциометра в направлении против хода часовой стрелки.

9. Провести визуальные наблюдения движения поршня и клапанов.

10. Выключить электропитание приводного двигателя тумблером «Насос».

11. Рассчитать геометрический рабочий объем поршневого насоса:

q_н= , (см³/об)

12. Выключить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

13. Сделать выводы о связи движения клапанов насоса и его поршня.



3. Лабораторная работа: Изучение характеристик подачи насоса в зависимости от давления нагрузки

Цель работы: Экспериментальное изучение рабочих характеристик поршневого насоса в координатах давление нагрузки - подача.

3.1 Теоретические основы

Объемные гидромашины обладают жесткой рабочей характеристикой при условии поддержания постоянной частоты вращения вала электродвигателя, т.е. при изменении давления нагрузки подача изменяется незначительно.

3.2 Экспериментальная часть

1. Полностью открыть дроссель ДР1.

2. Закрыть кран КР1.

3. Включить ПЭВМ.

4. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

5. Запустить на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

6. Установить потенциометр регулировки частоты вращения вала приводного двигателя на середину диапазона.

7. Включить электропитание приводного двигателя тумблером «Насос».

8. В программе выбрать пункт «Характеристика насоса».

9. Вращением ручки потенциометра установить частоту вращения двигателя насоса 150±4 об/мин.

10. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

11. Увеличить давление в резервуаре ЕМ на 20 кПа, плавно закрывая дроссель ДР1.

12. Вращением ручки потенциометра скорректировать частоту вращения двигателя насоса до значения 150±4 об/мин.

13. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

14. Повторить действия по п. 11-13 до значения давления 120 кПа.

15. Сохранить график зависимости расхода насоса от давления и данные как файл.

16. В программе нажать кнопку «Очистить все данные».

17. Полностью открыть дроссель ДР1.

18. Повторить действия по п. 9-17 для частоты вращения 250±4 об/мин.

19. Закрыть на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

20. Выключить электропитание стенда тумблером «питание системы управления».

21. Рассчитать теоретическое значение расхода для частоты вращения 150 и 250 об/мин. Сравнить со значениями, полученными в ходе лабораторной работы. Сделать выводы.



4. Лабораторная работа: Изучение зависимости подачи насоса от частоты вращения вала насоса

Цель работы: экспериментальное получение зависимости подачи насоса от частоты вращения вала насоса.

4.1 Теоретические основы

Подача поршневого насоса при полном заполнении камеры при всасывании определяется его геометрическими параметрами и частотой вращения приводного вала:

Q=n·р·D_n²/4·L/10⁶ [л/мин],

где n - частота вращения, об/мин; D_п - диаметр поршня насоса, мм; L - ход поршня насоса, мм.

Таким образом, подача поршневого насоса будет зависеть от частоты вращения вала приводного электродвигателя, которая в свою очередь будет зависеть от нагрузки на двигатель (преодолеваемого момента сопротивления).

4.2 Экспериментальная часть

1. Полностью открыть дроссель ДР1. Закрыть кран КР1.

2. Включить ПЭВМ. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

3. Запустить на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

4. Установить потенциометр регулировки частоты вращения вала приводного двигателя на середину диапазона. Включить электропитание приводного двигателя тумблером «Насос».

5. В программе выбрать пункт «Характеристика насоса».

6. Вращением ручки потенциометра установить частоту вращения двигателя насоса 150±10 об/мин.

7. Установить давление в резервуаре ЕМ равным 50±5 кПа, плавно закрывая дроссель ДР1.

8. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

9. Вращаем ручки потенциометра увеличить частоту вращения двигателя насоса на 20 об/мин.

10. Настройкой дросселя ДР1 установить давление в резервуаре ЕМ равным 50±5 кПа.

11. В программе нажать кнопку «Добавить точку». Повторить действия до значения частоты вращения 250 об/мин.

12. Сохранить график зависимости расхода насоса от частоты вращения и данные как файл.

13. В программе нажать кнопку «Очистить все данные». Повторить действия для давления в резервуаре 100±5 кПа.

14. Закрыть на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

15. Выключить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

16. Рассчитать теоретическое значение расхода для частот вращения, реализованных в ходе лабораторной работы. Сравнить расчетные и экспериментальные значения расходов. Сделать выводы.



5. Лабораторная работа: Измерение мощности, потребляемой приводом поршневого насоса, и вычисление КПД системы

Цель работы: Экспериментальное определение мощности, потребляемой приводным электродвигателем насоса, определение полезной и затраченной мощности, вычисление КПД системы.

5.1 Теоретические основы

Полезной мощностью называют мощность, сообщаемую насосом подаваемой жидкости. Если подача Q выражена в м³/с, а давление создаваемое насосом P_Низб - в Па, то полезная мощность N_П, Вт, определяется по зависимости:

N_П=Q·P_Низб.

В рассматриваемой системе затраченная мощность, то есть мощность, подводимая к электродвигателю, определяется по зависимости:

N_З= I·U ,

где N_З- затраченная мощность, Вт, I- ток, подводимый к электродвигателю, А, U- напряжение, подводимое к электродвигателю, В.

Коэффициент полезного действия (КПД) определяется отношением полезной мощности к затраченной:

з = N_П/ N_З.



5.2 Экспериментальная часть

1. Полностью открыть дроссель ДР1.

2. Закрыть кран КР1.

3. Включить ПЭВМ.

4. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

5. Запустить на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

6. Установить потенциометр регулировки частоты вращения вала приводного двигателя на середину диапазона.

7. Включить электропитание приводного двигателя тумблером «Насос».

8. В программе выбрать пункт «Характеристика насоса».

9. Вращением ручки потенциометра установить частоту вращения двигателя насоса 150±4 об/мин.

10. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

11. Увеличить давление в резервуаре ЕМ на 20 кПа, плавно закрывая дроссель ДР1.

12. Вращением ручки потенциометра скорректировать частоту вращения двигателя насоса до значения 150±4 об/мин.

13. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

14. Повторить действия по п. 11-13 до значения давления 120 кПа.

15. Сохранить график зависимости КПД насоса от давления и данные как файл.

16. В программе нажать кнопку «Очистить все данные».

17. Полностью открыть дроссель ДР1.

18. Повторить действия по п. 9-17 для частоты вращения 250±4 об/мин.

19. Закрыть на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

20. Выключить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

21. Проанализировать характер зависимости КПД насоса от давления нагрузки и частоты вращения.

22. Сделать выводы.



6. Лабораторная работа: Снятие индикаторной диаграммы поршневого насоса и сравнение ее с теоретической

Цель работы: экспериментальное получение индикаторной диаграммы, сравнение полученной диаграммы с теоретической.

6.1 Теоретические основы

График изменения давления в цилиндре за один полный оборот кривошипа называется индикаторной диаграммой. На рисунке 5 показана такая диаграмма поршневого насоса.

Рисунок 5. Индикаторная диаграмма

При движении поршня снизу вверх (см. рис. 5) (процесс всасывания) давление в цилиндре насоса резко падает до давления всасывания Р_вс по линии аб. Из-за податливости стенок цилиндра и сжимаемости жидкости линия аб не вертикальна, а слегка наклонена и переходит затем в волнистую линию бв. Далее на всасывающей линии поддерживается постоянное давление и линия вг остается практически горизонтальной на протяжении всего хода всасывания. При обратном движении поршня (ход нагнетания) давление в цилиндре от Р_вс поднимается до давления Р_нагн по прямой гд, наклон которой влево от вертикали объясняется теми же самыми причинами, что и для линии аб. Начало сжатия жидкости сопровождается колебаниями давления в цилиндре (линия де). В дальнейшем давление Р_нагн остается неизменным на протяжении всего хода нагнетания (линия еа). При повторном рабочем цикле этот график будет повторяться.

6.2 Экспериментальная часть

1. Полностью открыть дроссель ДР1.

2. Закрыть кран КР1.

3. Включить ПЭВМ.

4. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

5. Запустить на ПЭВМ программу сбора и обработки информации «Поршневой насос».

6. Установить потенциометр регулировки частоты вращения вала приводного двигателя на середину диапазона.

7. Включить электропитание приводного двигателя тумблером «Насос».

8. В программе выбрать пункт «Рабочий цикл».

9. Вращением ручки потенциометра установить частоту вращения двигателя насоса 150±4 об/мин.

10. Плавно закрывая дроссель ДР1, установить давление в резервуаре ЕМ равным 50±5 кПа.

11. В программе нажать кнопку «Построить диаграмму».

12. Сохранить график и данные в файл. Записать название файла, давление нагнетания и частоту вращения в таблицу 2.5.1

13. Полностью открыть дроссель ДР1.

14. Повторить действия по п. 9-13 для частот вращения 180, 210 и 240 об/мин.

15. Повторить действия по п.9 -14 для давления 100±5 кПа.

16. Закрыть на ПЭВМ программу бора и обработки информации «Поршневой насос».

17. Выключить электропитание стенда тумблером «Питание системы управления».

18. Проанализировать полученные диаграммы. Сделать выводы о характере измерения давления в поршневой полости при различных частотах вращения и давлениях.

Таблица 2.5.1

Давление нагнетания, кПа	Частота вращения, об/мин	Имя файла



7. Общие сведения о проведении лабораторных работ «Рабочие процессы поршневого вакуумного насоса»

Лабораторные работы проводятся в соответствии с данными методическими материалами и руководством по эксплуатации РППВН-010-05ЛР-01ПК.000 РЭ.

7.1 Устройство стенда

Конструкция стенда представлена на рисунке 1.1. Пневматическая схема стенда приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 Стенд. Вид спереди

Стенд учебный РППВН-010-05ЛР «Рабочие процессы поршневого вакуумного насоса» включает в себя (рисунок 1.1):

- - основание 1, с опорами для установки стенда на стол;

- - действующий вакуумный насос 2, с установленным в головку блока цилиндров датчиком давления 3;

- - вентилятор 4 для дополнительного охлаждения качающего блока;

- - кнопку 5 для ручного управления секундомером;

- - дроссель 6 для регулировки сопротивления линии всасывания воздуха в вакуумируемую емкость;

- - разрезную модель вакуумного поршневого насоса 7 для изучения конструкции;

- - рукоятку 8 для вращения вала разрезной модели насоса;

- - коробчатую конструкцию 9 из алюминиевого профиля;

- - лицевую панель 10 с нанесенной на нее полимерной пленкой с изображением устройства насоса и пневматической схемы стенда;

- - кнопку 11 «Аварийный стоп» для отключения электропитания элементов стенда;

- - тумблер 12 включения питания системы управления;

- - тумблер 13 включения питания приводного двигателя насоса;

- - расходомер 14 (РМ);

- - электронный блок 15 управления и измерений;

- - автоматический выключатель 20.

На лицевой стороне электронного блока 15 управления и измерений размещены:

- - цифровое табло 16, отображающее показания датчика давления в вакуумируемой емкости по абсолютной шкале давлений;

- - цифровое табло 17, отображающее частоту вращения вала насоса;

- - рукоятку 18 для регулировки напряжения питания электродвигателя

- - цифровое табло 19, отображающее показания секундомера с ручным управлением.

Внутри коробчатой конструкции 9 размещены:

- - емкость ЕМ (ресивер) объемом I л с датчиком давления ДД;

- - блок питания электродвигателя насоса;

- - плата АЦП L-card Е-154, USB разъем платы АЦП выведен на тыльную панель коробчатой конструкции.

Рисунок 1.2. Схема пневматическая.

7.2 Описание программы «Вакуумный насос»

Программа «Вакуумный насос» предназначена для совместной работы со стендом РППВН-010-05ЛР «Рабочие процессы поршневого вакуумного насоса».

Работать с программой должен оператор, имеющий базовые навыки работы с персональным компьютером в операционной среде MS Windows 2000/XP/Vista/7/8.

Все файлы, записываемые программой, выбираются оператором, им же указывается их местоположение на жестком диске. Производители стенда и программы снимают с себя всякую ответственность в случае уничтожения важной информации по причине не квалифицированного использования программы. Запуск программы пользователем означает согласие пользователя с этим условием.

Программа предназначена для работы с операционными системами MS Windows 2000/XP/Vista/7/8. Программа устанавливается на компьютер простым копированием папки. Для работы программы необходимо установить драйвер для платы АЦП производства фирмы L-card, поставляемый в комплекте - файл lcomp.exe.

7.2.1 Запуск программы

При запуске программы на экране появляется окно, показанное на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 Окно программы при запуске

В зоне, обозначенной I (рисунок 1.3), расположено основное меню программы, позволяющее выбрать режим работы с программой, выйти из программы и произвести перезапуск АЦП.

7.2.2 Пункт меню «Характеристика насоса»

При выборе пункта меня «Характеристика насоса» на экране появится окно, показанное на рисунке 1.4.

В зоне 2 размещены текстовые поля в которых выводятся текущие значения измеряемых величин: абсолютного давления в емкости, быстроты откачки по расходомеру и частоты вращения вала насоса.

В зоне 3 размещено поле для графического отображения измеряемых величин.

Под графическим полем размещены кнопки, позволяющие сохранить графическую информацию как рисунок, или данные, по которым построен график, как текстовый файл. Выбор данных для отображения на графическом поле осуществляется с помощью разворачивающихся списков под графическим полем.

Рисунок 1.4. Рабочее окно «Характеристика насоса»

В зоне 4 расположены кнопки для добавления и удаления текущих значений параметров на поле 3. Добавление точек в массив сохраняемых и отображаемых на графике данных производится путем нажатия на кнопку «Добавить точку».

При необходимости добавленные точки можно удалить по одной (начиная с последней добавленной) путем нажатия на кнопку «Удалить точку», либо все собранные данные путем нажатия на кнопку «Очистить все данные».



7.2.3 Пункт меню «Рабочий цикл»

При выборе пункта меню «Рабочий цикл» на экране появится окно, показанное на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5. Рабочее окно «Рабочий цикл»

В окне, показанном на рисунке 1.5, в зоне 5 расположены текстовые поля, в которых отображаются давление всасывания (давление в емкости) и текущее значение вращения вала насоса.

В зоне 6 размещено поле для графического отображения зависимости давления в поршневой полости насоса от времени отсчитываемого от момента прохождения цилиндром нижней мертвой точки. Обновление данных осуществляется автоматически примерно один раз в две секунды.

В зоне 7 расположена кнопка, позволяющая построить индикаторную диаграмму насоса в координатах P-V (давление в поршневой камере в зависимости от объема над поршнем). Диаграмма строится по последнему измеренному циклу.

В зоне 8 размещено поле для графического отображения индикаторной диаграммы. Под графическим полем размещены кнопки, позволяющие сохранить графическую информацию как рисунок, или данные, по которым построен график, как текстовый файл.

7.2.4 Пункт меню «Выход»

Позволяет завершить работу с программой при этом появится запрос на подтверждения выхода из программы. В случае если нужно выйти следует нажать кнопку «ОК», в противном случае - кнопку «Отмена».

7.2.5 Пункт меню «Перезапуск АЦП»

Позволяет произвести остановку и запуск платы аналого-цифрового преобразования. Перезапуск платы не требуется при штатном режиме работы программы, однако в связи с тем, что работа платы требует постоянного получения данных программой от нее, в случаях, когда операционная система выполняет параллельную задачу (например, при запуске другой программы и т.д.) может происходить рассинхронизация программы и платы. Последствиями такой рассинхронизации является несоответствие данных, получаемых с датчиков программой, и данных, отображаемых индикаторами датчиков на стенде.



8. Лабораторная работа: Изучение конструкции и принципа работы поршневого вакуумного насоса

Цель работы: изучение устройства и работы поршневого вакуумного насоса на примере насоса с приводом от электродвигателя, наблюдение последовательности перемещения элементов конструкции качающего блока.

8.1 Теоретические сведения

Конструкция насоса представлена на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1. Устройство насоса

Основными элементами конструкции насоса являются:

- защитная крышка 1;

- клапан вытеснения 2;

- клапанная плита 3;

- штуцер 4 линии всасывания;

- уплотнение 5;

- клапан всасывания 6;

- цилиндр 7;

- уплотнение поршня 8;

- поршень с шатуном 9;

- подшипник 10;

- эксцентрик балансир 11;

- подшипник 12;

- постоянные магниты 13;

- держатели 14 токоподводящих подвижных контактов;

- коллектор 15 электродвигателя;

- передний кожух 16;

- передняя крышка 17;

- корпус 18 насоса;

- корпус 19 электродвигателя;

- ротор 20;

- токоподводящие подвижные контакты 21;

- задняя крышка 22 с подшипником;

- задний кожух 23.

Принцип работы насоса проиллюстрирован на рисунке 2.1.2.

При движении поршня вниз давление воздуха в поршневой полости меньше, чем в линии всасывания и чем атмосферное, поэтому клапан вытеснения закрыт, а клапан всасывания открыт. Осуществляется такт всасывания.



Рисунок 2.1.2. Принцип работы насоса

При перемещении поршня вверх давление воздуха в поршневой полости больше, чем в линии всасывания и чем атмосферное, поэтому клапан всасывания закрыт, а клапан вытеснения открыт. Осуществляется такт вытеснения.

8.2 Последовательность выполнения

1. Изучить конструкцию разрезной модели насоса, сопоставить элементы модели с элементами, изображенными на рисунке 2.1.1.

2. За дополнительную ручку, установленную на электродвигателе, привести вал двигателя во вращение, пронаблюдать движение элементов конструкции: поршня с шатуном и кривошипа.

3. Осуществить сопоставление тактов нагнетания и всасывания с изображением, приведенным на рисунке 2.1.2.



9. Лабораторная работа: Изучение зависимости быстроты откачки от давления в емкости

Цель работы: экспериментальное построение зависимости быстроты откачки от абсолютного давления в вакуумируемой емкости.

9.1 Последовательность выполнения

1. Включить электропитание стенда тумблером «Электропитание стенда». Включить ноутбук.

2. Запустить программу «Вакуумный насос».

3. Установить минимальное напряжение питания приводного двигателя, повернув регулировочную рукоятку против хода часовой стрелки до упора.

4. Включить приводной электродвигатель насоса.

5. Вращая регулировочную рукоятку, установить частоту вращения вала насоса 50+1 об/с (3000160 об/мин).

6. В программе выбрать режим работы «Характеристика насоса». В качестве отображаемых на графике параметров выбрать зависимость быстроты откачки от давления в емкости.

7. Полностью открыть дроссель ДР, вращая его рукоятку против направления хода часовой стрелки.

8. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

9. Частично закрывая дроссель уменьшить давление в емкости на 5 кПа. При необходимости скорректировать величину частоты вращения вала насоса до 50+1 об/с (3000+60 об/мин).

10. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

11. Повторить действия по п.9-10 до давления 30 кПа.

12. Установить минимальное напряжение питания приводного двигателя, повернув регулировочную рукоятку против хода часовой стрелки до упора.

13. Выключить приводной электродвигатель насоса.

14. Сохранить полученный график и данные.

15. Закрыть программу «Вакуумный насос».

16. Выключить электропитание стенда.

17. Проанализировать полученные данные, сделать выводы о зависимости быстроты откачки от давления в вакуумируемой емкости.



10. Лабораторная работа: Изучение зависимости быстроты откачки от частоты вращения вала насоса

Цель работы: экспериментальное построение зависимости быстроты откачки от частоты вращения вала насоса.

10.1 Последовательность выполнения

1. Включить электропитание стенда тумблером «Электропитание стенда». Включить ноутбук.

2. Запустить программу «Вакуумный насос».

3. Установить минимальное напряжение питания приводного двигателя, повернув регулировочную рукоятку против хода часовой стрелки до упора.

4. Включить приводной электродвигатель насоса.

5. Вращая регулировочную рукоятку, установить частоту вращения вала насоса 20±1 об/с (1200160 об/мин).

6. В программе выбрать режим работы «Характеристика насоса». В качестве отображаемых на графике параметров выбрать зависимость быстроты откачки от частоты вращения вала насоса.

7. Регулируя дроссель ДР, установить давление в вакуумируемой емкости равным 40 кПа. При необходимости скорректировать величину частоты вращения вала насоса до 20±1 об/с (1200±60 об/мин).

8. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

9. Увеличить частоту вращения вала насоса на 5 об/с (300 об/мин). Регулировкой дросселя ДР установить давление в вакуумируемой емкости равным 40 кПа. При необходимости скорректировать величину частоты вращения вала насоса.

10. В программе нажать кнопку «Добавить точку».

11. Повторить действия по п.9-10 до оборотов вала насоса 60 об/с (3600 об/мин).

12. Установить минимальное напряжение питания приводного двигателя, повернув регулировочную рукоятку против хода часовой стрелки до упора.

13. Выключить приводной электродвигатель насоса.

14. Сохранить полученный график и данные.

15. Закрыть программу «Вакуумный насос».

16. Выключить электропитание стенда.

17. Проанализировать полученные данные, сделать выводы о зависимости быстроты откачки от частоты вращения вала насоса.



11. Лабораторная работа: Измерение геометрических параметров качающего блока насоса и вычисление теоретических характеристик

Цель работы: научится определять расчетным путем характеристики вакуумного расчета по геометрическим параметрам.

11.1 Теоретические сведения

Теоретическая диаграмма процесса работы вакуумного насоса показана на рисунке 2.4.1. Поскольку в конструкции насоса всегда присутствует некоторый объем газа, который не вытесняется из поршневой полости, то процесс работы состоит из двух изобарных процессов и двух политропных. В случае высокой частоты работы наоса (быстрого сжатия газа в поршневой полости) политропные процессы близки к адиабатическим. Объем камеры, из которого не вытесняется газ (вредный объем) обозначен V_BP. Объем камеры, из которого вытесняется газ за один полный ход поршня, обозначен V_x. Давление вытеснения обозначено Р_в, давление всасывания - Р_вс.

Рисунок 2.4.1. Диаграмма процесса работы

Вредный объем V_BP определяется объемом поршневой камеры, остающимся над поршнем, т.е. V_BP = h_BP·S_П = h_BP · , где h_ВР - расстояние от поршня в верхней мертвой точке до клапанной плиты, D - диаметр поршня.

Объем, вытесняемый за один ход поршня, V_x =h_x·S_П = h_x·, где h_x - величина хода поршня от нижней мертвой до верхней мертвой точки, D - диаметр поршня.

Данные для контроля: диаметр поршня D=30 мм; ход поршня hx=13 мм; расстояние от поршня в верхней мертвой точке до клапанной плиты h_BР=2 мм.

11.2 Последовательность выполнения

1. На разрезной модели насоса произвести измерение диаметра поршня, хода поршня, расстояние от поршня в верхней мертвой точке до клапанной плиты.

2. Рассчитать вредный объем и объем, вытесняемый за один ход поршня.

3. Рассчитать значения объемов V1- V4 при давлении вытеснения Рв=Ю0 кПа и давлении всасывания РВС= 40 кПа для изотермического и адиабатического процессов сжатия и расширения газа. Считать, что процесс всасывания осуществляется при температуре 25°С. Записать результаты в таблицу 2.4.1.

4. Рассчитать плотности газа в точках цикла 1-4, записать результаты в таблицу 2.4.1.

5. Рассчитать массовый расход газа, обеспечиваемый насосом

G = n * (V₃ *₃ - V₁ * ₁,),

где n - частота вращения вала насоса, для частот вращения 20, 30, 40 и 50 об/с. Записать результаты в таблицу 2.4.1.

6. Рассчитать быстроту откачки Q=G/3 для каждого значения частоты вращения вала насоса. Записать результаты в таблицу 2.4.1.

7. Сравнить полученное значение быстроты откачки с данными, полученными в лабораторной работе №3. Объяснить причины расхождения теоретически рассчитанной быстроты откачки и экспериментальной.

Таблица 2.4.1 Результаты расчетов

Изотермические процессы	V1 ,см3	V2, см3	V3, см3	V4, см3
	T1, К	T2,К	T3,К	T4,К
	1, кг/м3	2, кг/м3	3, кг/м3	4, кг/м3
Адиабатические процессы	V1 ,см3	V2, см3	V3, см3	V4, см3
	T1, К	T2,К	T3,К	T4,К
	1, кг/м3	2, кг/м3	3, кг/м3	4, кг/м3
	n=20 об/с	n=30 об/с	n=40 об/с	n=50 об/с
G, кг/с
Q, л/мин



12. Лабораторная работа: Изучение индикаторной диаграммы насоса

Цель работы: экспериментальная запись диаграммы сжатия воздуха в насосе.

12.1 Последовательность выполнения

1. Включить электропитание стенда тумблером «Электропитание стенда». Включить ноутбук.

2. Запустить программу «Вакуумный насос».

3. Установить минимальное напряжение питания приводного двигателя, повернув регулировочную рукоятку против хода часовой стрелки до упора.

4. Включить приводной электродвигатель насоса.

5. Вращая регулировочную рукоятку, установить частоту вращения вала насоса 20±1 об/с (1200±60 об/мин).

6. В программе выбрать режим работы «Рабочий цикл».

7. Регулируя дроссель ДР, установить давление в вакуумируемой емкости равным 40 кПа. При необходимости скорректировать величину частоты вращения вала насоса до 20±1 об/с (1200±60 об/мин).

8. В программе нажать кнопку «Построить диаграмму». Сохранить диаграмму в файл.

9. Увеличить частоту вращения вала насоса на 5 об/с (300 об/мин). Регулировкой дросселя ДР установить давление в вакуумируемой емкости равным 40 кПа. При необходимости скорректировать величину частоты вращения вала насоса.

10. В программе нажать кнопку «Построить диаграмму». Сохранить диаграмму в файл.

11. Повторить действия по п.9-10 до оборотов вала насоса 60 об/с (3600 об/мин).

12. Установить минимальное напряжение питания приводного двигателя, повернув регулировочную рукоятку против хода часовой стрелки до упора.

13. Выключить приводной электродвигатель насоса.

14. Закрыть программу «Вакуумный насос».

15. Выключить электропитание стенда.

16. Проанализировать полученные данные, сделать выводы о виде диаграммы и соответствии ее теоретической из лабораторной работы №4.



13. Лабораторная работа: Изучение принципа действия поршневого компрессора и замеры конструктивных размеров качающего блока

Цель работы: наглядное изучение устройства и работы поршневого компрессора, последовательности перемещения элементов конструкции качающего блока, замеры основных геометрических параметров качающего узла, расчет по результатам замеров геометрического рабочего объема.

13.1 Устройство поршневого компрессора

Схемы, иллюстрирующие устройство поршневого компрессора, и разрезная модель компрессора размещены на передней панели короба 2 стенда.

Принципиальная пневматическая схема стенда с расшифровкой обозначений представлена на рис. 1.2

Рисунок 1.1 Пневматическая схема стенда

МН - Манометр;

ДР - Дроссель;

РМ - Расходомер.

Для предохранения компрессора и стенда от перегрузок и перегрева в состав стенда включены :

ДТ - реле температуры, которое отключает питание компрессора при превышении безопасной для работы температуры корпуса компрессора.

ДД - реле давления, которое отключает питание компрессора при превышении безопасного для работы давления в ресивере компрессора.

13.2 Порядок выполнения

1. Изучить конструкцию поршневого компрессора по плакатам и разрезной модели, расположенных на передней панели стенда.

2. Изучить конструкцию стенда и сопоставить ее элементы со схемой пневматической ( рисунок 1.1).

3. Измерить ход поршня L_П ( расстояние между верхним и нижним крайними положениями поршня компрессора), вращая маховик 4 вручную.

4. Рассчитать геометрический рабочий объем поршневого компрессора:

q_Н = , (см³/об)

D_П=30 мм, диаметр поршня компрессора.

5. Сделать выводы.



14. Лабораторная работа: Изучение характеристик подачи компрессора в зависимости от давления нагрузки

Цель работы: Экспериментальное снятие рабочих характеристик поршневого компрессора в координатах давление в ресивере (кПа) - объемный расход (л/мин).

14.1 Порядок выполнения

1. Включить питание стенда тумблером 6.

2. Открутить рукоятку дросселя ДР против часовой стрелки до упора.

3. Включить тумблер 8 в левое крайнее положение «Внешняя характеристика».

4. Вращая регулятор 9 по часовой стрелке, установить частоту вращения вала компрессора в диапазоне 50-60 об/с. Проконтролировать ее значение по табло 10.2 и записать в таблицу 1.2.1

5. Измерить значение давления в ресивере Р_Р( табло 10.3); и объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям Q_Н( табло 12). Записать значения в таблицу 1.2.1. измерения проводить при постоянной частоте вращения вала насоса.

6. Изменить давление в ресивере Р_Р (табло 10.3) до следующей величины из табл. 1.2.1, при необходимости скорректировать частоту вращения вала компрессора. Повторить измерения по пункту 5 для всех значений Р_Р.

7. Переключить тумблер 8 в среднее положение.

8. Переключить тумблер 6 в положение «Выкл».

9. Построить график зависимости Q_Н(Р_Р).

График может быть построен как вручную по данным таблицы 1.2.1, так и при помощи программы сбора и обработки данных установленных на ноутбук, входящий в комплект поставки стенда.

Для работы с программой следует подсоединить ноутбук к плате АЦП USB кабелем, запустить программу сбора и обработки данных и выбрать вкладку «Характеристика компрессора».

При работе с данной вкладкой нажатие кнопки «Добавить точку» приводит к считыванию текущих параметров компрессора и одновременному построению данной точки на графиках «Зависимость расхода от давления», «Зависимость оборотов двигателя от давления» и «Зависимость КПД от давления».

После изменения параметров работы стенда в соответствии с указаниями по выполнению лабораторных работ, кнопку «Добавить точку» следует нажать снова, после чего вновь построенная точка соединяется на графике с предыдущим отрезком.

На одноименных табло данной вкладки отображаются: давление в ресивере (кПа); расход воздуха(объемный) (л/мин); температура воздуха (); температура корпуса (); потребляемый ток (А); напряжение питания(В); обороты электродвигателя (об/мин).

10. Сделать выводы.

Таблица 1.2.1.

Давление в ресивере - РР,(кПа)	130…210	220…300	310…390	400…480	490..570
Давление в ресивере фактическое - РР,(кПа)
Частота вращения вала компрессора - nК,(об/с)
Объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям - QН, (л/мин)



15. Лабораторная работа: Изучение зависимости подачи компрессора от частоты вращения вала привода

Цель работы: Экспериментальное получение зависимости объемного расхода воздуха от частоты вращения вала компрессора при постоянном давлении в ресивере.

15.1 Порядок выполнения

1. Включить питание стенда тумблером 6.

2. Открутить рукоятку дросселя ДР против часовой стрелки до упора.

3. Включить тумблер 8 в левое крайнее положение «Внешняя характеристика».

4. Выставить напряжение питания электродвигателя в диапазоне из первой графы табл. 1.3.1.

5. Вращая рукоятку дросселя ДР по часовой стрелке, установить давление в ресивере Р_Р= 180…200 кПа.

6. Измерить значение частоты вращения вала компрессора, контролируя ее значение по табло 10.2, и объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям Q_Н (табло 12). Записать значения в таблицу 1.3.1.

7. Выставить напряжение питания электродвигателя в диапазоне из следующей графы табл. 1.3.1. Вращая рукоятку 11 дросселя ДР скорректировать значение давления в ресивере и повторить измерения по пункту 6.

8. Повторить измерения по п.п. 6 и 7 для всех значений напряжения из интервалов в табл.1.3.1. и записать в таблицу результаты.

9. Переключить тумблер 8 в среднее положение.

10. Переключить тумблер 6 в положение «Выкл».

11. Построить график зависимости Q_Н(n_К).

График может быть построен как вручную по данным таблицы 1.3.1, так и при помощи программы сбора и обработки данной установленной на ноутбук, входящий в комплект поставки стенда.

Для работы с программой следует подсоединить ноутбук к плате АЦП USB кабелем, запустить программу сбора и обработки данных и выбрать вкладку «Характеристика компрессора».

При работе с данной вкладкой нажатие кнопки «Добавить точку» приводит к считыванию текущих параметров компрессора и одновременному построению данной точки на графиках «Зависимость расхода от давления», «Зависимость оборотов двигателя от давления» и «Зависимость КПД от давления. После изменения параметров работы стенда в соответствии с указаниями по выполнению лабораторных работ, кнопку «Добавить точку» следует нажать снова, после чего вновь построенная точка соединяется на графике с предыдущей отрезком.

На одноименных табло данной вкладки отображаются: давление в ресивере (кПа); расход воздуха (объемный) (л/мин); температура воздуха (°С); температура корпуса (°С); потребляемый ток (А); напряжение питания (В); обороты электродвигателя (об/мин).

12. Сделать выводы.

Таблица 1.3.1.

Давление в ресивере (абсолютное) - РР (кПа)	180...200
Напряжение питания электродвигателя - U, (В)	2,5...5	5...7,5	7,5...10	10-13
Частота вращения вала компрессора - пк , (об/сек)
Объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям - QH , (л/мин)



16. Лабораторная работа: Измерение мощности, потребляемой приводом поршневого компрессора, и вычисление КПД системы

Цель работы: Экспериментальное получение зависимостей потребляемой мощности и КПД компрессора от давления в ресивере (нагрузки).

16.1 Порядок выполнения

1. Включить питание стенда тумблером 6.

2. Открутить рукоятку дросселя ДР против часовой стрелки до упора.

3. Включить тумблер 8 в левое крайнее положение «Внешняя характеристика». Выставить значение частоты вращения вала компрессора n_к=60.. .65 об/сек по табло 10.2.

4. Измерить объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям Q_H (табло 12), давления в ресивере Р_Р (табло 10.3), ток электродвигателя I (амперметр 9.1) и напряжение U (табло 10.1). Записать значения в таблицу 1.4.1.

Таблица 1.4.1.

Частота вращения вала компрессора- nK ,(об/с)	60...65
Давление в ресивере - РР, (кПа)	130...210	220...300	310...390	400...480	490...570
Давление в ресивере фактическое - РР(кПа)
Объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям - QН, (л/мин)
Напряжение - U, (В)
Ток электродвигателя - I,(А)
Полезная мощность - NП, (Вт)
Потребляемая мощность - Nпотр, (Вт)
КПД системы



5. Установить следующее значение давления в ресивере из табл. 1.4.1. и повторить действия по п.п. 4 и 5. Произвести замеры для всех давлений из табл. 1.4.1.

6. Переключить тумблер 8 в среднее положение.

7. Переключить тумблер 6 в положение «Выкл».

8. Рассчитать полезную мощность, отдаваемую компрессором

N_П=Q_H-P_AT^AEC,B_T;

Р_АТ^АБС - Атмосферное давление по абсолютной шкале, (Па).

9. Рассчитать потребляемую компрессором мощность

N_потр = U · I, Вт.

10. Рассчитать КПД компрессора

11. Построить графики зависимостей N_П=f(P_p); N_потр=f(P_p); ri = f(P_P).

График з = f(P_P) может быть построен как вручную по данным таблицы 1.4.1, так и при помощи программы сбора и обработки данной установленной на ноутбук, входящий в комплект поставки стенда.

Для работы с программой следует подсоединить ноутбук к плате АЦП USB кабелем, запустить программу сбора и обработки данных и выбрать вкладку «Характеристика компрессора».

При работе с данной вкладкой нажатие кнопки «Добавить точку» приводит к считыванию текущих параметров компрессора и одновременному построению данной точки на графиках «Зависимость расхода от давления», «Зависимость оборотов двигателя от давления» и «Зависимость КПД от давления.

После изменения параметров работы стенда в соответствии с указаниями по выполнению лабораторных работ, кнопку «Добавить точку» следует нажать снова, после чего вновь построенная точка соединяется на графике с предыдущей отрезком.

На одноименных табло данной вкладки отображаются: давление в ресивере (кПа); расход воздуха (объемный) (л/мин); температура воздуха (°С); температура корпуса (°С); потребляемый ток (А); напряжение питания (В); обороты электродвигателя (об/мин).

12. Сделать выводы.



17. Лабораторная работа: Снятие индикаторной диаграммы поршневого компрессора и сравнение ее с теоретической

Цель работы: Экспериментальное построение индикаторной диаграммы поршневого компрессора и сравнение ее с теоретической.

17.1 Теоретические основы

Идеальная P-V диаграмма построена в предположении:

1. Сжимается идеальный газ, т. е. отсутствует аэродинамическое трение (это приводит к тому, что процессы всасывания и нагнетания проходят при p=const).

2. Отсутствует вредный объём.

3. Пренебрегаем трением поршня.

Рис.2. Идеальная P-V диаграмма



0-1 - процесс всасывания при pi=const.

1-2- процесс сжатия; оба клапана закрыты; поршень движется влево:

В точке 2 открывается нагнетательный клапан и происходит процесс 2-3.

2-3- процесс сжатия при p₂=const; поршень движется влево:

В компрессоре процесс незамкнутый.

Процессы 0-1 и 2-3 - не термодинамические, т. е. в этих процессах параметры газов остаются постоянными, а изменяется только его количество.

В термодинамической диаграмме P-V изображается только процесс сжатия, т. к. он единственный является термодинамическим.

17.2 Порядок выполнения

1. Включить питание стенда тумблером 6.

2. Открутить рукоятку дросселя ДР против часовой стрелки до упора.

3. Подсоединить ноутбук к плате АЦП USB кабелем, запустить программу сбора и обработки данных и выбрать вкладку «Рабочий цикл».

При работе с данной вкладкой, нажатие кнопки «Построить диаграмму» приводит к считыванию параметров текущего цикла компрессора, т.е. одновременному построению индикаторной диаграммы (P-V диаграммы) и зависимости давления в рабочей камере от времени.

На одноименных табло данной вкладки отображаются: давление нагнетания (кПа) и количество оборотов электродвигателя (об/мин).

Включить тумблер 8 в правое крайнее правое положение «Рабочий цикл».

4. Вращая рукоятку дросселя ДР против часовой стрелки до упора, установить минимальное давление в ресивере, контролировать его значение по табло 10.

5. Выставить значение частоты вращения вала компрессора n_к=60...65 об/сек по табло 10.2.

6. Нажать кнопку «Построить диаграмму». Сохранить графики нажатием кнопки «Сохранить данные».

7. Устанавливая значения частоты вращения вала компрессора равными 50...55, 40...55 и 30...35 об/с, и повторить действия по п.п. 6 для каждого диапазона частот.

8. Переключить тумблер 8 в среднее положение.

9. Переключить тумблер 6 в положение «Выкл».

10. Проанализировать полученные графики и сделать выводы.

Размещено на Allbest.ru

...