Gidravlika_i_ghidromiekhanizatsiia_s.kh_._protsiessov__Praktikum

вой зоны, и соответственно, уменьшает сопротивление движению, тем самым увеличивает пропускную способность. Поэтому наибольшее значение коэффициента расхода µ имеет коноидальный насадок, у которого вихревая зона отсутствует. Однако практическое применение коноидальных насадков ограничено ввиду сложности изготовления.

В пределах вихревой зоны у цилиндрических и конических расходящихся насадков площадь сечения потока меньше площади потока на выходе из насадка, поэтому в соответствии с уравнением Бернулли давление в вихревой зоне будет меньше давления среды, в которую происходит истечение. Для насадка Вентури наибольшее понижение давление наблюдается в сечении С–С (рисунок 3.16), где оно уменьшается на величину (0,75–0,8)γН.

Если давление в вихревой зоне насадка понизится до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре, то поток оторвется от стенок насадка (так называемый второй режим истечения).

Наибольший коэффициент расхода µ имеют насадки при оптимальном соотношении размеров l = (3–4)d. Например, при меньшей длине цилиндрического насадка поток не всегда будет устойчиво заполнять все сечения насадка; при большей длине возрастает доля потерь напора по длине. В обоих случаях коэффициенты µ, φ уменьшатся.

Насадки, имеющие длину свыше оптимальной, рассчитываются как короткие трубопроводы.

При течении жидкости через весьма малые отверстия и капилляры в результате уменьшения действующего проходного сечения со временем снижается расход вплоть до полного его прекращения, физико-химическое явление заращивания канала слоем неподвижной жидкости называется облитерацией канала. По этой причине диаметр отверстия жиклеров и дросселей не должен быть меньше 0,2–0,4 мм.

Цилиндрические насадки применяются для увеличения пропускной способности отверстия. Конические расходящиеся — для уменьшения кинетической энергии потока на выходе (отсасывающие трубы гидротурбин). Конические схо-

111

дящиеся, и в особенности коноидальные насадки, применяются в устройствах для получения компактной струи жидкости, имеющей большую кинетическую энергию: соплаактивныхтурбин, дождевальныхаппаратов, гидромониторовит. п.

Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре

При опорожнении резервуара уменьшается действующий напор и, следовательно, расход вытекающей жидкости.

Расчетное время вытекания жидкости из открытого резервуара (р1=р2, т. е. Н = ∆z), имеющего постоянную площадь Sр, горизонтального сечения, определяется по формуле:

t =V / Qср ,	(3.56)
где V — объем вытекшей жидкости;
Qср — средний расход жидкости за время истечения.
Qср = (Q1 +Q2 )/ 2 ,	(3.57)

где Q1, Q2 — расходы в начале и конце опорожнения данного объема. Очевидно, что

Q1 +Q2 = мS 2g ( H1 + H2 ),

(3.58)

где Н1, H2 — действующие напоры в начале и конце опорожнения. Определение времени опорожнения резервуара на величину Н1 – Н2

для рассмотренных условий можно производить также по развернутой формуле:

t =	2S р	( H1 − H2 ),	(3.59)
	мS 2g

Закономерности истечения жидкости при переменном напоре используются при расчете времени опорожнения (наполнения) резервуаров, в том числе дозирующих устройств систем автоматического регулирования.

112

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой:

а) измерить и записать в таблицу 3.20 размеры отверстий на выходе из устройств для истечения;

б) изучить порядок снятия отсчетов, место их записи в таблицах, доложить об этом преподавателю и получить разрешение на запуск установки.

2. Установить в рабочее положение заданное устройство для истечения, запустить установку, вывести ее на рабочий режим и, убедившись, что он установился (уровень воды в баке поддерживается постоянным), измерить и записать в таблицу 3.20:

а) величины, необходимые для измерения расхода жидкости объемным методом: Sм.б — площадь дна мерного бака, h — наполнение мерного бака, t — время наполнения мерного бака;

б) диаметр dс сжатого сечения струи жидкости, вытекающей из круглого отверстия.

3.Определить и записать в таблицу 3.20: а) действующий напор Н; б) расход жидкости;

в) опытное значение коэффициента расхода µ по формуле (3.52); г) опытное значение коэффициента сжатия ε по формуле (3.50), для насадков

принять ε = 1; д) опытное значение коэффициента скорости φ по формуле (3.53);

е) коэффициент гидравлического сопротивления ζ, используя формулу (3.54); ж) справочные значения коэффициентов µ, ε, φ.

4.Определить и записать в таблицу 3.20:

а) величину опорожняемого объема V;

б) средний расход за время опорожнения Qср по формулам (3.57) и (3.58); значение коэффициента µ — и площадь устройства для истечения S взять по данным эксперимента из таблицы 3.20;

в) расчетное время опорожнения данного объема по формуле (3.56).

113

5. Начертить в крупном масштабе, соблюдая основные пропорции, схемы истечения через исследованные насадки и отверстие, показать их основные размеры и линии тока.

Таблица 3.20 — Sм.б =		, γ =	, ∆z =			, H =		, dc =	, Sc =
Устройство для	d S h	V	t Q			µ		ε	φ	ζ
истечения				оп		спр оп		спр оп	спр оп	спр

Малое круглое отверстие

Внешний

цилиндрический

насадок

Конический сходящийся насадок

Конический

расходящийся

насадок

Коноидальный

насадок

114

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

4.1 Лабораторное занятие «Конструкция и параметры динамических насосов»

Центробежные насосы

Центробежные насосы по классификации относятся к лопастным динамическим насосам.

У динамических насосов рабочая камера, в которой происходят преобразование энергии в гидравлическую, постоянно свободно соединяется со входом из насоса. Поэтому, если наливать жидкость в верхний патрубок неработающего, отдельно стоящего насоса, то она практически беспрепятственно будет вытекать из нижнего.

Лопастные насосы воздействуют на жидкость при помощи лопастей, которыми снабжены рабочие органы насоса.

Название центробежный указывает направление, по которому перемещается жидкость в рабочем органе насоса: по радиусу от оси насоса («бежит от центра»).

Консольные насосы, тип К или КМ, ГОСТ 22247–76

Маркировка, область применения.

В настоящее время используется маркировка в соответствии с ГОСТ 22247–76. Она состоит из букв и цифр, например КМ 20/30–УЗ, где обозначено:

К— консольный, рабочее колесо закреплено на конце вала вне зоны, защемленной подшипниками, т. е. на консоли;

М — моноблочный. Если исполнение обычное, то буква М отсутствует; 20 — подача насоса, м3/ч; 30 — напор, м;

У — для районов с умеренным климатом;

115

3 — для работы в закрытых помещениях без регулируемых климатических условий.

Насосы по требованию заказчика могут выполняться с уменьшенным диаметром рабочего колеса. В этом случае после числа, указывающего напор насоса, ставятся буквы а или б.

Консольные насосы типа К или КМ нашли самое широкое применение в сельском хозяйстве, в промышленности, на транспорте, в городском хозяйстве для небольших стационарных и передвижных установок. Они применяются в системах водоснабжения, а также в качестве циркуляционных установок в системах центрального отопления жилых районов, мастерских, животноводческих ферм и других объектов.

Консольные насосы предназначены для перекачивания питьевой и промышленно-хозяйственной воды с содержанием примесей не более 0,05 % по массе, размеры загрязняющих частиц не должны превышать 0,2 мм. Температура воды должна быть в пределах от 4 до 85 °С. Насосы могут применяться для перекачки и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности. По специальному заказу изготавливаются насосы для перекачки жидкости, имеющей температуру до 105 °С. Не допускается перекачивать жидкость, содержащую волокнистые материалы.

Консольные насосы в сравнении с другими имеют меньшую стоимость при достаточно высокой надежности.

Основныеэлементыконструкцииконсольныхнасосов

Основным рабочим органом консольного насоса (рисунок 4.1) является рабочее колесо 3, закрепленное на валу шпонкой и гайкой. Рабочее колесо выполнено из двух дисков, между которыми расположены криволинейные лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения. Передний диск в центре имеет входное отверстие, задний диск у больших насосов — разгрузочные отверстия для выравнивания давления, действующего на диски.

116

117

Рисунок 4.1 — Насос типа К:

1 — крышка с подводящим патрубком; 2 — корпус насоса; 3 — рабочее колесо; 4 — щелевые уплотнения; 5 — сальниковая х.б. набивка; 6 — защитная втулка;7 — крышка сальника; 8 — опорная стойка

В результате чего уменьшается осевое усилие, действующее на подшипники. Для снижения количества жидкости, поступающей из области высокого давления в зону низкого, применены щелевые уплотнения 4, которые представляют собой уплотняющие пояски вокруг входного и разгрузочных отверстий на рабочем колесе, а также уплотняющие кольца, запрессованные в примыкающих к колесу деталей насоса. Щелевые уплотнения повышают объемный КПД насоса.

Рабочее колесо помещено в корпусе насоса 2, который одновременно выполняет роль спирального отвода воды, заканчивающегося напорным патрубком. Насос поставляется с напорным патрубком, направленным вверх, но в случае необходимости патрубок может быть повернут в любое положение через 90°.

Вкорпусе сделаны отверстия для залива и выпуска воды. При повороте корпуса эти отверстия надо сделать в новом месте. Корпус насоса закрывается крышкой, которая отлита из чугуна совместно с подводящим (всасывающим) патрубком 1. С противоположной стороны корпус крепится к опорной стойке 8 или к опорному кронштейну (в зависимости от заводаизготовителя).

Вопоре установлены также два шариковых подшипника, в которых крепится вал. Шариковые подшипники смазываются консистентными смазками 1–13 или литолом, у некоторых насосов — моторным маслом.

Некоторые маломощные насосы могут быть снабжены только одним шариковым подшипником, установленным в стойке. В этом случае подшипник, установленный со стороны колеса, является подшипником скольжения и представляет собой бронзовую втулку. Этот подшипник смазывается перекачиваемой жидкостью. Для чего в корпусе имеется канал, соединяющий напорную полость насоса с опорной втулкой.

Для предотвращения утечки жидкости через щель между валом и корпусом предусмотрено сальниковое уплотненнее. Оно состоит из корпуса, отлитого заодно с корпусом насоса, крышки 7, затягиваемой болтами, уплотни-

118

тельного кольца и хлопчатобумажной сальниковой набивки 5, которая выполнится из колец, соединенных по косому срезу. Кольца поворачиваются по отношению друг другу на угол 120º.

Для предотвращения износа вала на него одевается защитная втулка 6. Крышка затягивается таким образом, чтобы через сальник для его охлаждения и смазки протекало 15–20 капель жидкости в минуту. У насосов, имеющих рабочее колесо с разгрузочными отверстиями, сальниковое уплотнение находится в зоне разрежения, т. е. через него возможен прорыв воздуха в рабочее колесо и прекращение подачи. Поэтому в среднюю часть сальника подается по специальному каналу (на рисунке 4.1 не показан) из камеры высокого давления вода, которая создает гидравлическую завесу и предотвращает попадание воздуха, обеспечивает смазку и охлаждение сальника. Вал насосов типа К соединяется с валом двигателя через упругую муфту или с помощью шкива, если используется ременная передача.

Насосы типа КМ (рисунок 4.2) — консольные моноблочные отличаются от насосов типа К тем, что не имеют своего вала, опорной стойки и подшипников. Детали насосов типа КМ монтируются на фланце и валу 5 электродвигателя. В гидравлическом отношении насосы типов К и КМ одинаковы.

Моноблочные насосы занимают меньше места, они удобнее при монтаже и эксплуатации, но требуют двигатель специального исполнения: с удлиненным валом.

119

120

Рисунок 4.2 — Насос типа КМ:

1 — рабочее колесо; 2 — крышка с подводящим патрубком; 3 — гайка; 4 — сальниковая х.б. набивка; 5 — вал; 6 — крышка сальникового уплотнителя; 7 — фонарь для крепления насоса к электродвигателю; 8 — шпонка