УДК 621.1.016 (175.8)
Містять відомості, необхідні для виконання лабораторних робіт: короткі теоретичні відомості, опис лабораторних установок, методику обробки експериментальних результатів.
Укладачі: Ю.В. Менафова, ст. преп.,
С.А. Коновалова, асист.
Відп. за випуск А.П. Авдєєнко, проф.
Справжні методичні вказівки є навчально-методичним посібником для виконання лабораторних робіт з теплотехніки та теплоенергетиці студентами машинобудівних спеціальностей.
Мета лабораторного практикуму - закріплення теоретичних знань, отриманих студентами на лекціях, ознайомлення з конструкцією і принципом дії теплотехнічних пристроїв, придбання навичок експлуатації обладнання, визначення основних характеристик пристроїв.
На першому занятті зі студентами проводиться інструктаж з техніки безпеки.
При підготовці до кожної лабораторної роботи студенту необхідно:
вивчити теоретичний матеріал з відповідної теми за допомогою методичних вказівок і спеціальної літератури, зазначеної в списку літератури;
вивчити порядок проведення експерименту;
дати відповіді на всі контрольні питання;
оформити заготовку звіту (при відсутності заготовки звіту студент не допускається до виконання лабораторної роботи).
Заготівля звіту оформляється на окремих аркушах і повинна обов'язково містити назву роботи, мету роботи, схему лабораторної установки із зазначенням всіх її складових частин і таблиці, в які будуть заноситися результати вимірювань.
На занятті студенти здають теорію з відповідної теми, виконують лабораторну роботу, роблять необхідні розрахунки, будують графіки, якщо це необхідно, і обов'язково роблять висновки.
Правильно оформлений звіт в кінці заняття підписується викладачем.
Лабораторна робота 1
ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВІДЦЕНТРОВОГО ВЕНТИЛЯТОРА
Мета роботи
Вивчити будову та принцип роботи відцентрового вентилятора і визначити характеристики вентилятора. Знайти оптимальний режим роботи вентилятора.
Загальні відомості
Машини, призначені для стиснення газу або пари, називаютсякомпрессорамі. Залежно від конструктивного виконання і принципу роботи компресори діляться на поршневі, ротаційні, відцентрові і осьові.
Важливою якісною характеристикою компресорів є степеньповишенія давленія. рівна відношенню тиску газу за компресором Р2 до тиску газу перед компресором Р1:
Залежно від величини ступеня підвищення тиску компресори мають різне призначення. Прі = 1,0 ... 1,1 компресори називають вентиляторами, основне призначення яких полягає в переміщенні газів; прі = 1,1 ... 4,0 - нагнітачами або воздуходувками, а прі4,0 - власне компресорами.
Вентилятори - це повітродувні машини, що створюють певний тиск і службовці для переміщення повітря при втратах тиску у вентиляційній мережі не більше 12кПа.
Залежно від розвивається тиску вентилятори ділять на наступні групи:
низького тиску - до 1кПа з окружною швидкістю колеса 23 ... 55 м / с;
середнього тиску - 1 ... 3кПа з окружною швидкістю колеса 40 ... 100 м / с;
високого тиску - 3 ... 12кПа з окружною швидкістю колеса 100 ... 150 м / с.
Вентилятори низького і середнього тиску застосовують в установках загальнообмінної і місцевої вентиляції, для сушарок та печей. Вентилятори високого тиску використовують в основному для технологічних цілей, наприклад для дуття в вагранки, в агломераційних установках, для подачі повітря до форсунок, в фільтроочістітельних системах і в системах пневмопошти.
Найбільш поширеними є осьові і відцентрові вентилятори.
Вентилятори є розташоване в циліндричному кожусі лопатка колесо, при обертанні якого надходить в вентилятор повітря під дією лопаток переміщається в осьовому напрямку. Перевагами осьових вентиляторів є простота конструкції, можливість ефективного регулювання продуктивності в широких межах за допомогою повороту лопаток колеса, велика продуктивність, оборотність роботи. До недоліків відносяться відносно мала величина тиску і підвищений шум. Найчастіше ці вентилятори застосовують при малих опорах вентиляційної мережі (приблизно до 200Па), хоча можливе використання цих вентиляторів при великих опорах (до 1кПа).
Відцентровий вентилятор (рис.1.1) складається з робочого колеса 1 з лопатками 2, закріпленого на валу 3 електродвигуна (на малюнку електродвигун не показаний), вхідного або усмоктувального патрубка 4, нагнітального патрубка 5 і кожуха вентилятора 6.
Малюнок 1.1 - Схема відцентрового вентилятора
Принцип дії відцентрового вентилятора полягає в наступному. При обертанні робочого колеса 1 частки повітря захоплюються лопатками 2 в обертальний рух, при цьому на частинки повітря діють відцентрові сили, які спрямовані від центру до стінок кожуха 6. Таким чином, кожна частка повітря здійснює складний рух: з одного боку, рухається вздовж лопатки, а з іншого - обертається разом з робочим колесом навколо його осі. Так як частинки повітря рухаються від центру до стінки кожуха, то в центрі обертання і у всмоктуючому патрубку 4 створюється розрідження, тобто тиск повітря менше атмосферного тиску. Під дією різниці тисків у всмоктуючий патрубок надходять нові частинки повітря з навколишньої атмосфери. Таким чином, видаляється забруднене повітря від будь-якого джерела в машинобудівних, металургійних та інших цехах.
Частинки повітря, відкинуті від центру обертання до кожуха вентилятора, рухаються уздовж кожуха і потрапляють в нагнітальний патрубок 5. При цьому відбувається стиснення повітря, його тиск збільшується і стає більше атмосферного.
При постійній частоті обертання робота відцентрового вентилятора характеризується наступними параметрами:
об'ємний витрата переміщуваного газу - проізводітельностьV. м 3 / с;
перепад тисків ( "натиск"), що створюється вентилятором - різниця повних тисків на вході (у всмоктуючому патрубку) і на виході (в нагнітальному патрубку) вентилятора -ΔРв. па,
де
коефіцієнт корисної действіяη отношеніе потужності, необхідної для переміщення повітря, до потужності, що витрачається в дійсності вентилятором:
витрачена потужність вентилятора N в. Пн.
У відцентрових вентиляторів параметри V, ΔРв іNв пов'язані між собою, і зміна однієї з цих величин викликає зміна інших.
Графічні залежності ΔРв = f1 (V), N в = f2 (V), η = f3 (V) називаютхарактерістікамі вентилятора. Вони наочно відображають особливості роботи вентилятора і дозволяють підібрати для даного воздуховода найбільш економічний вентилятор. На підставі теоретичних розрахунків ці характеристики з достатньою точністю отримати не можна. Тому на практиці застосовують характеристики вентиляторів, отримані дослідним шляхом. На малюнку 1.2 показані типові характеристики відцентрового вентилятора при постійній частоті обертання робочого колесаn (об / хв).
Значення максимального ККД визначає вирішальне якість вентилятора - економічність. Продуктивність вентилятора, що відповідає максимальному ККД, називається оптимальною, а відповідний режим роботи вентилятора оптимальний.
Малюнок 1.2 - Повна характеристика вентилятора
Найбільш важливою є крива залежності між тиском і продуктивністю P-V - так називаемаяхарактерістіка тиску вентилятора (напірна характеристика). Для її визначення необхідно зробити виміри повного тиску на вході і виході вентилятора при різних значеннях продуктивності.
Повний тиск являє собою алгебраїчну суму статичного і динамічного тисків:
Статичний тиск - це різниця тисків газу всередині трубопроводу і навколишнього повітря. На вході в вентилятор статичний тиск менше атмосферного, тому має негативну величину. На виході вентилятора статичний тиск більше атмосферного і має позитивний знак.
Динамічне, або швидкісне тиск залежить тільки від швидкості руху газу і завжди позитивно. Визначається динамічний тиск за формулою
де ρ - щільність газу, кг / м 3;
ω - швидкість газу, м / с.
На практиці тиск в трубопроводі можна виміряти за допомогою U-подібного манометра і пневмометричні трубки.
При вимірі тиску рідинним U-подібним манометром яка вимірюється середа з давленіемРа з'єднується за допомогою металевої або гумової трубки з одним коліном манометра, а друге коліно - з атмосферою, яка має барометричний давленіеРб. Висота стовпа жідкостіh вимірює надлишковий тиск (рис 1.3, а)
Де ρ - щільність рідини, кг / м 3;
g - прискорення вільного падіння, м / с 2.
В якості робочої рідини найчастіше використовують воду або спирт. Точність вимірювання U-подібним манометром при правильному відліку рівнів рідини в трубках досить висока. Відлік показань рідинних манометрів наведено на рис.1.3, б, в.
Малюнок 1.4 - Визначення тиску і перепадів тиску за допомогою
Для визначення продуктивності вентилятора використовують пневмометричні трубки або дросельні пристрої -сужающіе пристрою. Звужують пристрої можуть бути використані для вимірювання витрати будь-яких однофазних середовищ, вони можуть бути встановлені в трубопроводах будь-якого діаметру; температура і тиск вимірюваного середовища можуть мати практично будь-яке значення. Дуже істотно, що градуировочная характеристика стандартних пристроїв звуження потоку може бути визначена розрахунковим шляхом.
У даній роботі для визначення витрати повітря застосовується дросельний прилад (витратомірного шайба). Принцип використання дросельних приладів для виміру витрати газу можна усвідомити за графіком розподілу тиску при установці в трубі діафрагми (рис.1.5)
Помістимо в трубопровід діаметром D діафрагму, що представляє собою шайбу з отверстіемd. і виміряємо тиск в трубопроводі до діафрагми і за нею. При звуженні трубопроводу швидкість повітря збільшується отω1 доω2. внаслідок чого за законом Бернуллі відбувається падіння тиску отР1 доР2. За діафрагмою швидкість повітря зменшується, а тиск зростає доР3. ноР3 <Р1 . то есть наблюдается перепад давления на шайбеPш=Р1-Р3 . который пропорционален квадрату скорости воздуха. Зная диаметрd отверстия шайбы, можно определить расход газа в кубических метрах за секунду:
де з - витратний коефіцієнт діафрагми. Для витратоміра, використовуваного в даній установці, з = 0,64 · 10 -2.
Малюнок 1.5 - Дроселювання газу діафрагмою і характер зміни
тиску при дроселюванні
Продуктивність вентилятора може регулюватися різними способами. Один з найбільш економічних способів - зміна числа обертів робочого колеса - не отримав до теперішнього часу широкого поширення через труднощів, пов'язаних зі зміною числа обертів електродвигуна. Найбільш широко використовують метод дроселювання заслінкою, що має низьку економічність. У даній роботі регулювання продуктивності буде виконуватися за допомогою заслінки, встановленої на вхідному патрубку.
Лабораторна установка (рис.1.6) складається з відцентрового вентилятора 1, асинхронного двигуна 2, всмоктуючого патрубка 3, заслінки 4, нагнітального патрубка 5, трубопроводу 6 і витратомірного шайби 7. Для вимірювання перепаду повного тиску на вході і виході вентилятора використовують вигнуті під прямим кутом пневмометричні трубки 8 і 9, закріплені у вхідному і нагнітальному патрубках і приєднані до U-подібному манометрі. Перепад статичного тиску на витратомірного шайбі вимірюють за допомогою прямих пневмометричні трубок 10 і 11, закріплених перпендикулярно трубопроводу до і після шайби 7 і підключених до манометру 12.