17551

Испытания шестерённого насоса

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Испытания шестерённого насоса Стенд для испытаний шестерённого насоса. Шестерённый насос 1 установлен на специальном стенде рис.1 Рис.1. Схема стенда для испытаний шестерённого насоса: 1 – насос; 2– приемный резервуар; 3 – дроссельн

Русский

2013-07-04

317 KB

40 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Испытания шестерённого насоса

  1.  Стенд для испытаний шестерённого насоса.

Шестерённый  насос 1 установлен на специальном стенде (рис.1),

Рис.1. Схема стенда для испытаний шестерённого насоса:

1 – насос; 2– приемный резервуар; 3 – дроссельный клапан; 4 – трёхходовой клапан; 5– мерный бак; 6 – клапан сливной; 7 – вакуумметр; 8–  манометр; 9 – электродвигатель;10 –  элекротахометр; 11 – рычаг весов; 12 – весы

где имеется приёмный резервуар 2, из которого насос всасывает масло. После насоса масло поступает через дроссельный клапан 3 по напорному трубопроводу к трёхходовому клапану 4, которым можно направлять масло либо в мерный бак 5, либо снова в приёмный резервуар 2, в зависимости от положения пробки клапана 4. После заполнения мерного бака при измерении производительности насоса масло из мерного бака 5 может сливаться через клапан 6. Шестерённый насос 1 приводится в действие от двигателя постоянного тока 9, который позволяет устанавливать любую частоту вращения приводной шестерни насоса путём изменения тока возбуждения. Двигатель установлен по схеме мотор-весов, при которой его реактивный момент измеряется с помощью усилия на рычаге 11, опирающегося на тарелку весов 12 (см. рис.1 и 2). Частота вращения электродвигателя определяется электротахометром 10. Измерение момента и частоты вращения позволяет определять потребляемую мощность насоса с высокой точностью. На стенде имеются манометр 8 и вакуумметр 7 для измерения давления на нагнетании и разрежения на всасывании при работе насоса.

Рис.2. Схема мотор-весов

Принципиальная схема шестерённого насоса показана на рис.3

Рис.3. Принципиальная схема шестерённого насоса: 1 – полость всасывания, 2 – полость нагнетания

6.1.1.Запуск и обслуживание шестерённого насоса.

Шестерённый насос относится к объёмным насосам. Как все объёмные насосы, он обладает так называемым «сухим всасыванием».  При сухом всасывании возможно подсасывание жидкости из бака, расположенного ниже среза приёмного патрубка при пустом (незаполненном жидкостью) всасывающем трубопроводе. В этом случае насос вначале откачивает воздух из приёмного трубопровода, а затем, когда столб масла подойдёт к рабочим органам, начинает перекачивать масло. Чтобы обеспечить сухое всасывание, перед началом работы шестерни насоса и внутренняя поверхность корпуса должны быть хорошо смазаны перекачиваемой жидкостью. В данном случае насос перекачивает масло, которое длительное время хорошо удерживается на шестернях и внутренних поверхностях корпуса после того, как выполнялась предыдущая работа. Соответственно проблема предварительной смазки насоса при его постоянной эксплуатации практически отсутствует. Если же насос длительно не эксплуатируется, то его перед началом работы заливают маслом через воронку 13 при закрытом клапане 14 на всасывании.  Клапаны 3 и 4 при заливке следует держать в таком положении, чтобы воздух мог свободно выходить из насоса.

Дроссель 3 перед пуском насоса должен быть полностью открыт, а кран 4 установлен в положение перепуска масла в приёмный резервуар.

После этого  запустить двигатель насоса и вывести его на заданные обороты. При нормальной работе насоса через несколько секунд после запуска должны установиться постоянные значения давления нагнетания и разрежения на всасывании.

Внимание! У всех объёмных насосов полное перекрытие нагнетательного трубопровода во время работы вызывает запредельный рост давления нагнетания, при котором или срабатывает предохранительный клапан 15, или останавливается двигатель при одновременной перегрузке всех деталей насоса и гидравлической арматуры перед дросселем. Поэтому работа насоса при полном закрытии нагнетательного трубопровода не допускается, а любое  частичное дросселирование нагнетательного трубопровода следует выполнять при одновременном внимательном контроле нагрузки двигателя и давления нагнетания.

Во время обслуживания при работе следует иметь в виду, что изменение производительности данного насоса обеспечивается регулированием частоты вращения двигателя. Изменение давления нагнетания (вследствие дросселирования) мало влияет на производительность насоса при постоянной частоте вращения.  Регулирование проходного сечения дросселя 3 позволяет изменять избыточное давление нагнетания насоса от минимального значения (близкого к 0) до предельно разрешённого (6 кг/см2 ).

6.2. Общие указания к выполнению работы.

Целью испытаний шестеренного насоса является получение фрагментов его характеристики в виде зависимостей L = f(Q) и η = f(L) (рис.4) для различных частот вращения шестерен. Выбор величины L в качестве аргумента при получении энергетической характеристики шестеренных  насосов объясняется малыми изменениями Q  в функции L при n = const для этих насосов. Кроме этих зависимостей практический интерес могут представлять зависимости  вида N = f(L) при разных частотах вращения (рис.5), которые также должны быть получены студентами при выполнении данной работы.

Для равномерного распределения экспериментальных точек по кривым L = f(Q) и η = f(L) при n = сonst (рис.4) можно использовать то обстоятельство, что L почти прямо пропорциональна pн. В этом случае для обеспечения нужной равномерности каждый последующий режим замеров должен отличаться от предыдущего на равную величину изменения давления нагнетания, которое следует заранее выбрать и затем устанавливать по манометру с помощью дроссельного клапана на нагнетании при работе насоса. Испытания должны проводиться каждой бригадой при одной-двух частотах вращения в описанной ниже последовательности.

                     а)                                                      б)

Рис.4. Фрагменты напорно-расходной (а) и энергетической (б) частей характеристики: n1 = 700 об/мин, n2 = 800 об/мин

Рис. 5. Зависимость мощности насоса от удельной работы и частоты вращения: n1 = 700 об/мин, n2 = 800 об/мин

Внимание!

1. Подача шестеренного насоса при постоянном напоре существенно зависит от температуры его деталей и температуры перекачиваемого масла. Для получения корректной   характеристики насоса указанные температуры желательно поддерживать постоянными во время испытаний.

2. При постоянной частоте вращения шестерен производительность насоса мало зависит от сопротивления на нагнетании, а значит, и от давления нагнетания. В связи с этим дросселирование на нагнетании не будет  существенно уменьшать производительность насоса, но  будет увеличивать давление нагнетания и приведёт к росту потребляемой мощности и увеличению нагрузок на детали насоса.  Избыточное дросселирование может приводить к перегрузкам и даже к остановкам двигателя. Это может произойти при медленном изменении положения пробки трёхходового крана, когда нагнетательный трубопровод в какой-то момент  будет перекрыт. Поэтому во избежание остановок двигателя следует переключать трёхходовой кран 4 рывком, как можно быстрее.

2. Порядок проведения испытаний.

1. Открыть полностью дроссельный клапан на нагнетательном трубопроводе. Установить заданную частоту вращения шестерен. Через 1-2 мин выполнить измерение расхода и замеры всех прочих параметров, указанных в табл.7. Для измерения расхода трёхходовым краном 4 направить масло в расходный бак 5, а клапан 6 закрыть. Далее измерить время заполнения бака от начального деления мерного стекла до конечного, установленного в соответствии с рекомендациями раздела 8. Замеры расходов объемным способом на всех режимах выполнять трижды.

Внимание! На этом и последующих режимах все измерения выполнять в то время, когда масло поступает в измерительный бак. На этом режиме насос получает дополнительное сопротивление на нагнетании, связанное с подключением вертикального участка трубопровода, направляющего масло в бак. Именно в это время следует поддерживать заданную частоту и давление нагнетания. В период, когда масло направляется трёхходовым краном в приёмный бак, а мерный бак опорожняется, не следует обращать внимание на  некоторое изменение давления нагнетания насоса и частоты вращения и выполнять их подрегулирование. Сделанное указание связано с конструктивными особенностями данного стенда.

2. Поддерживая заданную частоту вращения шестерен, установить давление нагнетания 1 кгс/см2с регулированием проходного сечения дроссельного клапана. Через 1-2 мин выполнить замеры так же, как и на предыдущем режиме. Все измерения выполнять в то время, когда масло поступает в измерительный бак.

3. При той же частоте вращения роторов установить давление 2 кгс/см2, выждать 1-2 мин, выполнить все замеры. Далее установить 3 кгс/см2 и т.д., до предельного, оговоренного руководителем, давления. Все измерения выполнять в то время, когда масло поступает в измерительный бак.

3. Вычисление основных параметров.

Все вычисляемые параметры заносятся в табличную форму, образец которой представлен в виде табл. 2. Образец заполнен результатами реальных испытаний данного компрессора в условиях лаборатории.

3.1.Определение мощности привода

где Рвес- усилие на тарелке весов при работе насоса, кг;

    Рст- усилие на тарелке весов при выключенном двигателе, кг;

      l - плечо рычага, м.

      n –  частота вращения, об/мин.

3.2. Определение удельной работы насоса

В соответствии с уравнением Бернулли удельная работа

где рн, рвс – абсолютные давление на нагнетании и всасывании насоса, Па;

ρж - плотность жидкости, кг/м3; Плотность дизельного масла ρм составляет около 895 кг/м3 .

g(zнzвс) – пьезометрическая составляющая удельной работы, Дж/кг;

(zнzвс) – расстояние по вертикали между центрами тяжести  сечений нагнетательного и всасывающего патрубков насоса, м;

cн,cвс– абсолютные скорости жидкости в нагнетательном и всасывающем патрубках, м/с.

Абсолютные давления вычисляются как сумма барометрического давления В и давления, измеренного манометром рман или вакуумметром рвак. При этом давление манометра принимается положительным, а вакуумметра – отрицательным. С учётом этого числитель в выражении для удельной работы можно представить следующим образом:

.

При работе с масляным насосом следует иметь в виду, что у него диаметр всасывающего и нагнетательного патрубков одинаков и их центры находятся на одинаковой высоте, располагаясь в горизонтальной плоскости. Соответственно скорости в сечениях парубков одинаковы, а пьезометрическая составляющая удельной работы отсутствует.

Тогда, с учётом всего сказанного, удельную работу насоса здесь можно вычислить по формуле:

Давления, измеренные приборами различных систем, должны фиксироваться в таблице измерений в своих единицах и переводиться в системные только в  таблице обработки результатов. При этом следует использовать следующие переводные соотношения:

1 кг/см2  = 98000Па;

1мм.рт.ст = 133,3 Па;

1мм.в.ст = 1кг/м2 = 9,8 Па.

3.3. Определение расхода жидкости

Дня измерения расходов жидкости на лабораторных стендах центробежного и шестеренного насосов используется объемный метод. На каждом из стендов имеется мерный бак, количество жидкости в котором определяется по шкалам мерных стекол. Зная время заполнения бака от одного деления шкалы до другого, находят производительность по формуле

где Vб – объем, заполняемый жидкостью между отмеченными делениями на мерном стекле, м3;

τзап  - время заполнения, с.

С целью обеспечения точных измерений рекомендуется задаваться целым числом делений на мерных стеклах для выбора Vб. Число делений выбирается в зависимости от режима испытаний. При малых расходах жидкости (большом сопротивлении дросселя) количество делений следует увеличивать. Максимальный объем заполнения Vб следует выбирать так, чтобы τзап было не менее 40…60с. Для шестерённого насоса, с учётом малого изменения его расхода от удельной работы при постоянной частоте вращения число делений бака для всех положений дросселя принимать постоянным и равным возможному максимуму. С уменьшением частоты вращения число делений может быть уменьшено с учётом рекомендаций по выбору τ.

Измерение расхода рекомендовано выполнять трижды с тем, чтобы исключить грубые ошибки (промахи) при измерениях. При таком подходе за основу для вычислений принимается один из двух близких по значению результатов. Существенно отличающийся результат отбрасывается.

3.4. Полезная мощность насоса при известном напоре и расходе жидкости вычисляется по формуле

где Q - м3/с; ρм = 895 кг/м3; L - Дж/кг.

3.5. Определение КПД насоса.

Все потери энергии в насосах характеризуются    коэффициентом полезного действия (КПД) насоса η. Поскольку указанный КПД принято раскладывать на составляющие коэффициенты, его иногда называют полным КПД

.

4. Оценка погрешности измерений.

 Для правильного построения графиков необходимо приблизительно оценить погрешности измерений. Все вычисляемые параметры заносятся в табличную форму, образец которой представлен в виде табл. 3. Образец заполнен результатами реальных испытаний данного компрессора в условиях лаборатории.

 4.1. Погрешность определения расхода определяется из таких соображений:

,

где ΔVб равно погрешности определения выделенного для замера объёма мерного бака Vб,

       Δτ  – погрешность определения времени заполнения выделенного объёма бака.

Ориентировочно ΔVб можно принять равным 0,2 деления на мерном стекле.

Погрешность определения времени  Δτ можно принять равным одному минимальному делению секундомера. Обычно Δτ = 0,2с.

Пример определения δQ. Пусть Vб = 8 делений, τ = 40с. Тогда

.

Абсолютная погрешность определения расхода

Δ Q = δQ × Q,

где Qрасход жидкости, соответствующий рассматриваемому замеру.

4.2.Погрешность определения удельной работы

В соответствии с формулой определения удельной работы

,

,

Абсолютная погрешность измерения манометром и вакуумметром определяется из выражения

,

где Kкласс точности прибора, рmax – предельное значение шкалы прибора.

Тогда

.

Плотность дизельного масла ρм составляет около 895 кг/м3 . Его величина изменяется в зависимости от марки, температуры, срока службы и некоторых других причин. Погрешность определения плотности  масла устанавливается в ходе специальных исследований, которые  нецелесообразно выполнять в этой лабораторной работе. В данном случае рекомендуется принимать δρм = 0,02.

Таким образом, в данной работе

.

При определении δL все величины необходимо привести к одной размерности.

Пример определения δL.

Пусть классы обоих приборов, K, равны 2,5, предельные значения шкал манометра и вакуумметра = 1×106Па  =50000Па, рман = 200000Па, рвак = 40000Па. Тогда

.

Соответственно

Δ L = δL × L.

 4.3. Погрешность определения полезной мощности

В соответствии с формулой для определения полезной мощности

.

В нашем примере

.

4.4.Погрешность определения мощности привода

.

.

Для рычажных лабораторных весов величина  может быть принята двум значениям одного деления шкалы весов, т.е. 20г. Тогда, к примеру, при Р вес =  1,2кг и при  Рст = 0,3кг

Погрешность определения длины рычага с помощью обычной рулетки приблизительно равна цене деления рулетки, делённой на длину рычага. Если l=0,7м, то

.

Погрешность определения частоты вращения должна устанавливаться с учётом класса точности тахометра. Учитывая особенности используемой лабораторной базы и нестандартного оборудования, применяемого в данном случае, можно приближённо принять δn = 0,01.

В предложенном примере погрешность определения мощности привода составит

.

4.5. Погрешность определения КПД

.

Для рассмотренного численного примера

.

Следует иметь в виду, что действительная величина погрешности экспериментальных данных может быть значительно ниже рассчитанной по предлагаемому методу, если при измерениях используются исправные приборы, а измерения проводятся тщательно и с пониманием сути работы. Кроме того, в данном случае работа строится на выполнении так называемых технических измерений параметров, обычно реализуемых в практическом техническом обслуживании механизмов. Для исследовательских целей точность измерений может быть повышена как за счёт использования более точных средств измерения, так и за счёт многократного повторения каждого измерения.

 5. Общие указания при выполнении графиков.

1.При построении графических зависимостей необходимо выбирать соотношение масштабов осей таким образом, чтобы «картинка» графика приближалась к квадрату или к прямоугольнику с соотношением сторон не менее 1: 3.

2. Абсолютный масштаб каждой шкалы выбирается по такой схеме:

Каждое деление шкалы может соответствовать либо 1, либо 2, либо 2,5, либо 5 единицам измерения параметра данной шкалы. Возможно также увеличение названных цифр в 10, 100, 100раз. Например, для шкалы расхода этот масштаб может быть выбран и записан в виде:  . Размерность масштаба имеет вид дроби, в числителе которой идёт единица измерения параметра, а в знаменателе – единица измерения длины оси. Экспериментальное значение параметра, делённое на выбранный масштаб, даёт длину отрезка на шкале при определении координаты точки. Цена деления должна быть на 0,5…1 порядка выше абсолютной погрешности измерения параметра оси. 3. Оси должны иметь равномерную разбивку шкал, а площадь будущего графика расчерчена прямоугольниками через разбивку этих шкал. Разбивка выполняется через 1; 2; 2,5;5 делений шкал или через числа делений, кратные указанным в 10n раз.

Соответственно цифровые подписи на шкалах идут только по линиям разбивки в виде ряда целых чисел. Например, в виде ряда 1,2,3,4,5, и т.д. или 2,4, 6,8,10 и т.д.,  или 5, 10, 15, 20, 25…Нули и запятые лучше не использовать, их выносить в виде общего множителя рядом с обозначением шкалы.

4. На подготовленной «шахматке» наносятся экспериментальные точки. Каждая точка обводится характерным геометрическим знаком – кружком, квадратом, ромбом, крестом, т.п.

5. Кривые зависимостей проводятся через построенные массивы точек с усреднением положения кривой на глаз. Окончательное положение кривых формируется с помощью лекала по предварительно построенным от руки тонким кривым. Возможно построение кривых с помощью стандартных компьютерных программ. Примеры оформления экспериментальных зависимостей приведены на рис. 4,5.

6. У каждого студента должна быть выполнена подготовка к проведению работы (в виде проекта отчёта) в следующем объёме:

1. В проекте отчёта указываются название работы и её задача.

2. Выполняется схема стенда с экспликацией.

3. Приводится принципиальный вид кривых, которые будут получены по экспериментальным данным.

4. Подготавливаются пустые таблицы измерений и обработки результатов.

5. Записываются все расчётные формулы для выполнения вычислений.

6. Записывается последовательность выполнения работы на стенде.

7. Каждый студент отчитывается по такой схеме:

1. Представляет заполненные таблицы (см. табличные формы 1…3).

2. Представляет построенные графики. На графиках расход масла выражать в л/мин. Прочие параметры – в системных единицах.  

3. Представляет численный пример обработки одного режима с формулами, подстановками, результатами и оценками погрешностей.

4. Отвечает на вопросы по особенностям характеристики объекта, по его устройству и способу возможного регулирования при обслуживании.

5. Отчёт выполняется на листах формата А4 или на страницах рабочей тетради, по согласованию с руководителем. Возможно использование печатного или ручного текста.

Все результаты обработки экспериментальных данных заносить в табличные формы, примеры которых даны ниже, в виде таблиц 1…3. Примеры заполнены реальными результатами, полученными при испытании шестерённого насоса.


 Перед таблицами должны быть приведены следующие данные: дата проведения испытаний, давление окружающего воздуха, температура окружающего воздуха , l–  длина рычага мотор-весов, м; Рст- усилие на тарелке весов при выключенном двигателе, кг; цена деления расходного бака (ЦРБ), л/дел; предельное значение шкалы манометра, кг/см2; предельное значение шкалы вакуумметра,  мм.рт. ст; цена деления шкалы тахометра (ЦДТ), об/мин/дел, классы точности измерительных приборов.

Таблица 1. (Пример) Результаты измерений параметров при испытании центробежного насоса от 12.12.06

В = 765мм.рт.ст. t = 16,5 оС

                           l =0, 410м, Рст = 0,33кг, ЦРБ = 5 л/дел, =10кг/см2, = 500мм рт. ст., ЦДТ= 2 об/мин/дел, Kман = 0,4, Квак = 2,5

режима

 

τ зап,,

 с.

V бака

pман

pвак

Р вес

n

Примечания

1

2

3

дел

кг/см2

дел

кг

дел

1

45,14

45,49

45,43

5

1

15,7

1,535

1600

 

2

45,85

46,09

46,08

5

2

15,1

1,675

1600

 

3

46,42

46,73

46,87

5

3

14,3

1,795

1600

 

4

43,64

45,62

45,14

5

4

14,2

1,93

1600

 

5

44,7

45,43

45,03

5

5

14,1

2,09

1600

 

6

51,43

50,53

50,12

5

1

11,5

1,315

1400

 

7

48,09

50,1

50,5

5

2

12,1

1,5

1400

 

8

47,78

49,4

49,1

5

3

12,2

1,65

1400

 

9

50,54

50,16

50,68

5

4

11,3

1,765

1400

10

49,06

50,15

50,35

5

5

11,5

1,92

1400

Примечание:

В колонке τ зап таблицы1 второй и третий столбцы содержат максимально близкие результаты. Результат первого столбца отличается от первых двух на величину,  которая превышает разность значений первого и второго столбцов более, чем на порядок. Такой результат можно считать грубой ошибкой (промахом) и исключить из обработки.

Результаты испытаний подписывает преподаватель или учебный мастер.

    Таблица2. (Пример) Результаты обработки данных при испытаниях шестерённого насоса.

режима

pн

pв

V бака

τ зап ср

Q

Q

L

Nп

Р вес- Рст

N

η

n

Примечания

 

Па/1000

Па/1000

л

с

м3

л/мин

кДж/кг

кВт

кг

кВт

%

об/мин

 

1

98

41,9

0,025

45,46

0,0005

33,00

98,05

0,048

1,205

0,406

11,9

800

 

2

196

40,3

0,025

46,085

0,0005

32,55

196,04

0,095

1,345

0,453

21,0

800

 

3

294

38,1

0,025

46,8

0,0005

32,05

294,04

0,141

1,465

0,493

28,5

800

 

4

392

37,9

0,025

45,38

0,0006

33,05

392,04

0,193

1,6

0,539

35,9

800

 

5

490

37,6

0,025

45,23

0,0006

33,16

490,04

0,242

1,76

0,592

40,9

800

 

6

98

30,7

0,025

50,325

0,0005

29,81

98,03

0,044

0,985

0,290

15,0

700

 

7

196

32,3

0,025

50,3

0,0005

29,82

196,04

0,087

1,17

0,345

25,3

700

 

8

294

32,5

0,025

49,25

0,0005

30,46

294,04

0,134

1,32

0,389

34,4

700

 

9

392

30,1

0,025

50,42

0,0005

29,75

392,03

0,174

1,435

0,423

41,2

700

10

490

30,7

0,025

50,25

0,0005

29,85

490,03

0,218

1,59

0,468

46,6

700

Таблица3. (Пример) Результаты вычислений погрешностей параметров, полученных  при испытаниях шестерённого насоса.

режима

δQ

ΔQ

δL

ΔL

δNп

ΔNп

δN

ΔN

δη

Δη

Примечания

 

%

м3/час

%

кДж/кг

%

кВт

%

кВт

 

%

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63058. Назначение и устройство компьютера 496.78 KB
  Тип урока: Изучение нового материала. Предварительная подготовка учащихся: материал изученный на предыдущих уроках информатики; подготовка сообщений Предварительная подготовка учителя...
63062. Психология критического мышления 2.72 MB
  Критическое мышление — это, прежде всего, творческое мышление. В книге Дайаны Халперн природа критического мышления раскрывается с точки зрения его развития и предлагаются эффективные приемы его формирования. Эти подходы созвучны идеям развивающего обучения, где, в первую очередь, нужно «учить мыслить», в том числе «мыслить о смысле», «мыслить о своем мышлении»