Послідовність виконання роботи

 

1. За допомогою викладача або лаборанта ознайомитися з установкою і виміряти різницю від штуцерів манометра і вакуумметра до рівня рідини в баці.

2. Поступово відкривати допоміжний вентиль, залити водою насос і закрутити вентиль.

3. Закрутити пусковий вентиль 7.

4. Включити електродвигун.

5. Поступово, відкручуючи пусковий вентиль 7 на одну третю (або півоберта), виміряти показники манометра P_м і вакуумметра P_в.

6. За допомогою секундоміра виміряти час проходження стрілкою водоміра 8 n поділок його шкали (ціна поділки 10^-3м³).

7. Збільшивши подачу насоса, повторити операції, викладені в пунктах 5 і 6 п’ять разів.

8. Закрутити пусковий вентиль 7.

9. Виключити електродвигун.

10.За формулою (10.4) розрахувати теоретичний напір Н_Т. Для цього показання манометра і вакуумметра перевести з технічних атмосфер (кГ/см²) в Па.

11.Розрахувати подачу насоса за формулою:

Q = n 10^-3/t, м³/с.

12.Враховуючи відношення (10.6), за формулою (10.5) розрахувати дійсний напір насоса Н, м.

13.За формулою (10.7) знайти корисну потужність насоса N_к.

14.Прийнявши визначене значення ККД електродвигуна за формулою (10.8) розрахувати повну потужність, яка використовується насосом.

15.За формулою (10.10) знайти загальний ККД насоса η.

16.Результати розрахунків занести в таблицю1 і за її даними побудувати робочі характеристики насоса.

17.За результатами роботи зробити висновки.

 

Таблиця 1

 

Число вимірювань	Рм, Па	Рв, Па	НТ, м	Н, м	t, c	Q, м^3/с	Nк, Вт	Nn, Вт	η, %

 

Контрольні запитання

 

1. Які Ви знаєте робочі характеристики насоса?

2. Що таке теоретичний напір насоса? Як розрахувати напір насоса?

3. Як визначається корисна потужність і ККД насоса?

4. Запишіть рівняння Бернуллі і поясніть його зміст?

5. Як запустити і зупинити відцентровий насос?

6. Які недоліки і переваги роботи відцентрового насоса Ви знаєте?

7. За яким принципом і як працює відцентровий насос?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

Випробування моделі активної гідравлічної турбіни

 

Мета роботи:	Ознайомитися з гідравлічними турбінами, зняти та розрахувати характеристики моделі активної турбіни.
Прилади та обладнання:	Стенд з моделлю активної гідравлічної турбіни, секундомір, штангенциркуль, мірна посудина.

Теоретичні відомості

 

Гідравлічна турбіна відноситься до гідравлічних машин динамічної дії. Гідротурбіна — це машина, у якій робочий механізм одержує енергію від рухомої рідини і перетворює її на механічну енергію вала, причому енергія рідини на вході в турбіну завжди більша, ніж на виході. Це означає, що у гідравлічних турбінах проходить процес, обернений тому, що має місце в насосах.

Гідравлічні турбіни за принципом роботи поділяться на:

- активні;

- реактивні.

В активних турбінах вода з великою швидкістю виходить через один або декілька соплових насадок у вигляді струменів, які вдаряються об лопатки відкритого робочого колеса і надають йому обертання. До таких турбін належать ковшові турбіни (рис.5.10). Турбіна складається з робочого колеса 7, закріпленого на валу 8 вище рівня води. Колесо обертається в повітрі, й тільки частина лопаток взаємодіє з водою. Вода подається на робочі лопатки 6 по трубопроводу 2 через сопло 1. Робоче колесо складається з диска, по колу якого закріплені робочі лопатки. Кожна лопатка виконана у вигляді напівсфер, розділених ножем 5. Робоче колесо встановлене в корпусі таким чином, що ножі співпадають з віссю струменя. При натіканні на лопатки струмені розділяються ножем на дві частини. Кожна з частин обтікає свою напівсферу, діючи на лопатки з деякою силою F. У залежності від діаметра робочого колеса загальна кількість лопаток коливається від 12 до 40.

Рис.11.1. Ковшова турбіна

 

Потужність, яку розвиває турбіна, регулюють зміною подачі води через сопло. Для цих цілей застосовують голку 2, яка дозволяє змінювати або повністю перекривати вихідний переріз сопла.

У реактивних турбінах потенціальна енергія тиску рідини використовується більшою мірою, ніж кінетична. У таких турбінах робоче колесо повністю занурене в рідину. Швидкість потоку рідини перед входом на робоче колесо при великому напорі порівняно невелика, тому потенціальна енергія, що використовується в реактивних турбінах, завжди більша від кінетичної. До реактивних турбін належать: осьові, діагональні та радіально-осьові.

Спожита потужність гідравлічної турбіни залежить від напору і витрат рідини. Спожита потужність N_сп визначається:

N_сп=ρgНQ,

де Н – напір рідини; Q – витрати рідини.

Але не вся потужність напору, що передається валу, є корисною. Це обумовлюється втратами енергії у самій турбіні, що впливають на ККД:

,

,

де – корисна потужність гідравлічної турбіни.

Для прісної води при ρ=1000кг/м³ корисна потужність визначається як:

N_к=9,8HQ η_т.

Ця формула широко застосовується для проектування ГЕС та для розрахунків гідравлічних турбін.

 

Опис лабораторної установки

 

Лабораторна установка є панеллю 1, на якій змонтована діюча модель активної турбіни 2 (Рис. 11.2). До неї по трубопроводу 3 з вентилем 4 подається вода під напором Н. Тиск води фіксується манометром 5. Для визначення крутного моменту на валу турбіни діаметром d на стенді встановлено динамометр 6 з регулятором 7. Число обертів вала турбіни визначається тахометром 8. Для визначення витрат води використовується мірна посудина 10 і секундомір. Відпрацьована вода з турбіни за допомогою шлангу 9 подається в зливну посудину 11.

 

Рис. 11.2.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Ознайомитися з лабораторною установкою за допомогою викладача чи лаборанта.

2. Штангенциркулем виміряти діаметр вала робочого колеса моделі турбіни d, м.

3. Відкрити вентиль 4 так, щоб надлишковий тиск P_Н, який показує манометр 5, складав приблизно 0,2 ат (кГ/см²). Перевести його в Па.

4. За допомогою секундоміра виміряти час t заповнення мірної посудини 10 об’ємом V та розрахувати витрати рідини Q, м³/с.

5. Тахометром 8 виміряти число обертів вала турбіни в об/хв та перевести їх в об/с.

6. Динамометром 6 заміряти силу F гальмування вала турбіни. Для цього регулятор динамометра 7 повернути так, щоб вал турбіни припинив обертатися, та розрахувати крутний момент:

7. Дослід повторити ще 4 рази змінюючи положення вентиля 4.

8. За формулою:

N_K=M_KP 2πn.

розрахувати корисну потужність турбіни.

9. За формулою:

розрахувати напір води, де ρg = γ = 9,8 10³ н/м³ – питома вага води.

10. Із співвідношення:

N_з = γ Q H,

розрахувати затрачену потужність, або потужність потоку.

11. Розрахувати коефіцієнт корисної дії за формулою:

η = N_K / N_з .

12. Результати вимірювань та розрахунків записати в таблицю1.

 

Таблиця 1

 

№№	n, об/хв	Рн, Па	Fн, Н	Мкр, Н м	Nк, Вт	Н, м	Nз, Вт	t, с	Q, м^3/с

 

13. За даними таблиці побудувати характеристики турбіни:

Q = f₁ (H); N = f₂ (H); η = f₃ (H).

Контрольні питання

 

1. Як класифікуються гідравлічні турбіни?

2. Які робочі характеристики турбіни Ви знаєте?

3. Як визначити напір у метрах за показниками манометра?

4. Яким чином вимірюється крутний момент на валу моделі гідротурбіни?

5. Що таке потужність потоку, корисна потужність та ККД турбіни?

 

Тестові завдання з курсу „Гідростатика і гідродинаміка”.

Модуль 1

1. Основне рівняння гідростатики:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

2. Підвищення абсолютного тиску над атмосферним є:

1) вакууметричний тиск;

2) манометричний тиск;

3) барометричний тиск.

3. Здатність рідини змінювати свій об’єм при зміні тиску називають:

1) пружністю;

2) стисливістю;

3) в’язкістю;

4) температурним розширенням.

4. Силу тиску на плоску вертикальну стінку визначають:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

5. Коефіцієнт кінематичної в’язкості має розмірність:

1) м²/с;

2) Па;

3) м/с;

4) Па∙с.

6. Для вимірювання надлишкового тиску застосовують:

1) п’єзометри;

2) вакуометри;

3) барометри;

4) термометри.

7. Відношення площі живого перерізу до змоченого периметру називають:

1) геометричним радіусом;

2) гідравлічним радіусом;

3) елементарною струминкою рідини.