Обработка экспериментальных данных

 

1. Определить количество электрической энергии (кВт·ч), подве-денное к нагревателю и затраченное на нагрев воды:

                                                                               (1.5)

где п – число оборотов диска электросчетчика за время , шт.;

.                                           (1.6)

2. Определить количество теплоты (Дж), полученное водой:

.                            (1.7)

3. Вычислить значение теплового эквивалента электрической  энер-гии (Дж/кВт·ч).

                                               .                       (1.8)

4. Повторить опыт при новом значении , , , заданных пре-подавателем.

Полученные данные занести в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты экспериментальных измерений

номер эксперимента	, ^оС	, ^о C	, число оборотов диска электросчетчика	, с
1
2
…
n

5. Определить среднее значение теплового эквивалента электри-ческой энергии.

6. Определить погрешности найденного в опыте значения коэф-фициента теплового эквивалента электрической энергии и табличного значения (%):

                                         .                           (1.9)

7. Сделать вывод по работе.

Контрольные вопросы

 

1. Дайте   определение    теплового   эквивалента   электрической

 энергии.

2. Какие виды эквивалентов вы знаете?

3. Понятие о килокалории.

4. Первый закон термодинамики для изолированных систем.

5. Первый закон термодинамики для отрытых систем.

6. Понятие о полной внутренней энергии.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Построение индикаторной диаграммы поршневого компрессора

 

Цель работы: познакомиться с работой поршневого компрессора, построить его индикаторную диаграмму, рассчитать показатели политропы процессов расширения и сжатия.

 

Теоретическая часть

 

Компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия и нагнетания газа. Они являются одним из основных элементов газотур-бинных двигателей, холодильных установок и т.п.

По принципу действия компрессоры разделяют на объемные и лопаточные.

В объемных компрессорах повышение давления газа происходит в результате принудительного уменьшения его объема. К объемным относятся поршневые, ротационные и винтовые компрессоры.

В лопаточных компрессорах давление газа увеличивается от действия инерционных сил, возникающих при вращении колеса компрессора. Иначе их называют турбокомпрессорами и разделяют на центробежные и осевые.

Поршневые компрессоры используют для сжатия до больших давлений (0,5; 1,0; 5,0; 10,0; 20,0 МПа и выше) при невысоких производительностях. Турбокомпрессоры, напротив, предназначены для подачи больших количеств газа при сравнительно невысоких давлениях (0,15–1,5 МПа).

На рисунке 2 изображена схема одноцилиндрового поршневого компрессора простого действия.

Он состоит из цилиндра 1, снабженного охлаждающей рубашкой 2, передвигающегося в нем поршня 3. Поршень соединен шатуном 4 с коленчатым валом 6 компрессора через кривошип 5 и совершает возвратно-поступательное движение. В крышке цилиндра имеются клапаны: всасывающий 7 и нагнетательный 8.

Поршень имеет два крайних положения, называемые верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ). Расстояние между этими положениями, умноженное на площадь поршня F, называется рабочим объемом компрессора:

                                                 .                            (2.1)

 

1 – цилиндр компрессора; 2 – охлаждающая рубашка; 3 – поршень;

4 – шатун; 5 – кривошип; 6 – коленчатый вал;

7 – всасывающий клапан; 8 – нагнетательный клапан

Рисунок 2 – Схема одноцилиндрового компрессора

Объем между крышкой цилиндра и ВМТ поршня называют вредным пространством. Обозначают его . Величина вредного пространства составляет . Отношение объема вредного пространства к рабочему объему называют относительным объемом вредного пространства:

                                                  . (2.2)

Из-за вредного пространства производительность компрессора уменьшается.

Совокупность процессов, происходящих в любой работающей поршневой машине, изображает так называемая индикаторная диаграмма. Ее получают с помощью особого прибора – индикатора. В настоящей работе для этой цели используется специальная установка.

Индикаторная диаграмма представляет собой замкнутый контур, состоящий из ряда отдельных процессов, каждый из которых дает графическое изображение характера изменения давления и объема рабочего тела в различные периоды работы машины. Длина индика-торной диаграммы дает в некотором масштабе объем, описываемый поршнем при его ходе из крайнего положения в другое.

Индикаторная диаграмма поршневого компрессора представлена на рисунке 3.

 

1–2 – сжатие рабочего тела; 2–3 – выталкивание сжатого газа;

3–4 – расширение оставшегося во вредном пространстве сжатого газа;

4–1 – всасывание рабочего тела (воздуха или другого газа)

Рисунок 3 – Индикаторная диаграмма компрессора

Опишем работу поршневого компрессора, используя его индика-торную диаграмму.

При движении поршня от НМТ впускной клапан 7 закрыт и воздух, имеющийся в цилиндре, сжимается. В точке 2 давление в цилиндре оказывается равным давлению воздуха в нагнетательном патрубке. Однако давление в цилиндре повышается дополнительно, что обеспечивает открытие клапана 8 и выталкивание воздуха в нагнетательный  патрубок  (в воздушный  ресивер  с  давлением  Р₂). По мере приближения поршня к ВМТ скорость его движения уменьшается, перепад давлений между цилиндром и ресивером также уменьшается, и при достижении ВМТ давление в цилиндре и ресивере сравнивается.

При движении поршня в обратном направлении давление в цилиндре падает, клапан 8 закрывается и воздух, сжатый в объеме V_с вредного пространства, расширяется (процесс 3–4).

В точке 4 давление в цилиндре оказывается равным давлению Р ₁ окружающей среды, и при дальнейшем движении поршня в цилиндре образуется некоторое разряжение, обеспечивающее открытие впускного клапана 7 и всасывание воздуха в цилиндр из окружающей среды. В точке 1 впускной клапан закрывается и при обратном движе-нии поршня сжимается новая порция воздуха.

 

Экспериментальная часть

Принципиальная схема установки приведена на рисунке 4.

1 – двухпоршневой компрессор; 2 – манометр; 3 – вакуумметр;

4 – кран; 5 – колесо; 6 – шкала; 7 – стрелка колеса компрессора

Рисунок 4 – Схема экспериментальной установки

Установка для построения индикаторной диаграммы состоит из двухпоршневого компрессора 1, манометра 2, вакуумметра 3 и крана 4.

Привод компрессора осуществляется вручную с помощью колеса 5. Для определения хода поршня компрессора служит шкала 6. Положение поршня в цилиндре указывает стрелка 7, закрепленная на колесе.

Цифры на крышке компрессора показывают номера цилиндров: 1 – первый цилиндр; 2 – второй цилиндр.

Буквы и цифры ВМТ 1, НМТ 1, ВМТ 2 и НМТ 2 обозначают нахождение поршней компрессора в верхней и нижней мертвых точках.

Так, если стрелку колеса компрессора совместить с отметкой ВМТ 1, то при этом поршень первого цилиндра находится в верхней мертвой точке.

Если стрелку колеса компрессора совместить с отметкой НМТ 1, то поршень первого цилиндра находится в нижней мертвой точке

Обозначения с цифрой два показывают положение поршня второго цилиндра.

 

Порядок выполнения работы

 

Сначала определяют момент открытия всасывающего клапана. Для этого устанавливают стрелку колеса компрессора против риски ВМТ 2 и покачивая колесо компрессора по часовой стрелке, по началу отклонения стрелки вакуумметра от нулевого положения определяют момент открытия всасывающего клапана. Расстояние, которое проходит при этом поршень, определяют по углу от риски ВМТ 2 до найденного момента открытия клапана.

После этого определяют разряжение, создаваемое компрессором. Для этого устанавливают стрелку колеса компрессора против риски ВМТ 2 и делать резкий оборот колесом. По показанию вакуумметра 3 определяют разряжение, создаваемое компрессором.

Затем определяют давление, которое создает компрессор. Предварительно нужно найти момент открытия нагнетательного клапана.

При этом необходимо перекрыть кран 4, установить стрелку колеса компрессора против риски НМТ1 и, резко покачивая колесо компрессора по часовой стрелке, по началу отклонения стрелки манометра 2 от нулевого положения, установить момент открытия нагнетательного клапана.

После этого опять устанавливают стрелку колеса компрессора против риски НМТ1 и резко делают оборот колесом. По показанию манометра определяют давление, создаваемое компрессором.

Углы начала открытия всасывающего и нагнетательного клапанов, разряжение и давление, создаваемое компрессором, определяют 3–4 раза.

Результаты измерений необходимо занести в таблицу 2 и рассчитать средние значения полученных величин за пять измерений.

 

 

Таблица 2 – Результаты экспериментальных измерений

Номер измерения	Момент открытия всасывающего клапана, º	Ход поршня до начала открытия всасывающего клапана, мм	Показания вакуумметра, Па	Момент открытия нагнетательного клапана, º	Ход поршня до начала открытия нагнетательного клапана, мм	Показания манометра, Па
1
2
…
n