Описание лабораторной установки.
Лабораторная работа
Определение расхода рабочего тела в трубопроводе
Цель работы.
Определение расхода рабочего тела в трубопроводе методом дросселирования и с помощью пневмометрических зондов.
Основные теоретические положения.
Дросселированием называется понижение давления жидкости, газа или пара в трубопроводе путем введения дополнительного (местного) гидродинамического сопротивления. Источником этого сопротивления обычно служит сужение потока с последующим его расширением. Дросселирование применяется для измерения и регулирования расхода рабочего тела, а также для регулирования его давления на участке трубопровода. Измерение осуществляется посредством расходомеров, дросселирующий элемент которых имеет постоянную площадь проходного сечения, а регулирование - дроссельными клапанами с переменной площадью проходного сечения. Задачей измерительного дросселирования является создание разности давлений, характеризующей скорость или расход рабочего тела в трубопроводе. Эта разность давлений Р1 - Р2 = DР, называемая перепадом, измеряется дифференциальным манометром, градуировка которого может быть выполнена непосредственно в объемных или весовых единицах (л/с, кг/с, м3/час и т. д.).
Измерительные дросселирующие органы выполняются в виде кольца (шайбы или диафрагмы), конической насадки особого профиля-сопла, или двух сходящихся вершинами усеченных конусов - трубы Вентури.
|
|
|
При переходе потока из трубы с поперечным сечением F1 через дросселирующий орган сечение потока уменьшается, а его скорость увеличивается от начального значения V1 до величины V2 (рис. 1). При этом давление в потоке падает с величины Р1 до Р2 Приближенное соотношение между этими параметрами выражается уравнениями, вытекающими из законов неразрывности струи и сохранения энергии, что позволяет, измерив Р1 и Р2, найти V2 , а, следовательно, определить расход жидкости или газа. Для несжимаемой жидкости, при отсутствии потерь на трение и др., на участке между сечениями F1 и F2 справедливы выражения:
 |
где: r - плотность жидкости, кг/ м3 ;
V1, V2 - средние скорости потока в соответствующих сечениях, м/с
Площадь поперечного сечения сжатой струи обычно выражается через сечение дросселирующего органа F0:
F2 = m F0 ( 3 )
где: m - коэффициент сужения струи.
|
|
|
 |
Для труб и дросселирующих органов круглого сечения
где : D и d - диаметры трубопровода и дросселирующего органа, м .
 |
На основании этих уравнений теоретическая скорость в сечении F2 в рассматриваемом случае будет:
В реальных условиях вязкость жидкости и трение ее о стенки трубы и дросселирующего органа вызывают некоторую потерю давления, и действительная средняя скорость жидкости в сечении F2 будет:
 |
где: l - поправочный коэффициент.
Секундный массовый расход рабочего тела определяется выражением:
G = r V F [ кг/с ] ( 8 )
 |
Подставив в формулу ( 8 ) значение F2 и V2 из формул ( 3, 6 ) , получим:
[кг/с] (9)
плотности и вязкости среды, диаметра дросселирующего устройства и трубопровода, а также шероховатости стенок. Основным фактором, определяющим величину коэффициента расхода дросселирующего органа заданной геометрической формы, является число Рейнольдса:
 |
где : n - коэффициент кинематической вязкости, м2/с .
 |
Расчет коэффициента расхода осуществляется по специальным графикам, одним из параметров которых является Re. Для сжимаемой жидкости или газа (в случае, когда F1 велико по сравнению с F2) массовый расход определяется по формуле:
|
|
|
где: k - показатель адиабаты. Если F1 и F2 близки по величине, то должна быть внесена поправка, определяемая по гидравлическим справочникам.
Для газов пользуются также формулой, сходной с формулой для несжимаемых жидкостей :
[кг/с] (12)
где : e - поправочный коэффициент, учитывающий влияние сжимаемости газа. Чем меньше V2, тем ближе к единице значение e. Приведенные уравнения действительны для скоростей потоков в сечении F2 , меньших скорости звука.
В результате измерения расхода дросселирующими устройствами часть давления среды, протекающей по трубопроводу, теряется, и оно на выходе оказывается меньшим, равным Р3. Потеря давления dР = Р1 - Р3 зависит от типа измерительного устройства. Наименьшие потери дает труба Вентури, однако она занимает много места и поэтому не всегда применима.
Для обеспечения правильности измерений без специальной тарировки дросселирующие устройства устанавливаются только на прямых, свободных от арматуры, участках трубопроводов длиной не менее 10D впереди и 5D сзади измерителя.
|
|
|
Более точно можно измерить расход рабочего тела в трубопроводе с помощью гидрометрической или пневмометрической трубки (зонда).
Гидрометрической (пневмометрической) трубкой называется устройство для измерения давления и скорости жидкости или газа. На рис. 2 показан способ измерения давлений в потоке при помощи двух трубок. Трубка 1, направленная перпендикулярно линиям тока, измеряет статическое давление РСТ. Трубка 2, называемая трубкой Пито, параллельна линиям тока, она измеряет сумму статического давления и скоростного напора РСТ + РД. Скоростной напор или динамическое давление
 |
Сумма РСТ + РД называется полным давлением РП или давлением торможения.
Немецкий ученый Людвиг Прандтль усовершенствовал трубку Пито, совместив измерение полного и статического давления в одном приборе. Трубка Прандтля состоит из двух концентрически расположенных трубок (рис. 3). Отверстие внутренней трубки направлено навстречу текущей жидкости или газу, через него измеряется полное давление. Внешняя трубка сообщается с потоком посредством отверстий, просверленных в стенке, и служит для измерения статического давления. Если обе трубки соединить с дифференциальным манометром, то показанная им разница давлений даст динамическое давление или скоростной напор:
РД = РП - РСТ (14)
Зная динамическое давление, плотность рабочего тела и площадь сечения, можно из формулы (13) найти скорость рабочего тела в трубопроводе:
Рис.3. Трубка Прандтля
Массовый расход рабочего тела в трубопроводе находится по формуле (8) .
Описание лабораторной установки.
Для выполнения лабораторной работы используется часть турбинного стенда, описание которого помещено в работе [ 1 ]. На рис. 4 показан участок напорного трубопровода 5, в котором установлена стандартная расходомерная диафрагма 6, пневмометрические трубки 1, 2, измеряющие перепад давления на диафрагме, трубки 3, 4, измеряющие статическое и полное давление в сечении трубопровода. Указанные трубки соединены резиновыми шлангами с верхними концами соответствующих стеклянных трубок Р1, Р2, Р3, Р4 на манометрическом щите 7. Трубки манометрического щита присоединены к емкости с водой 8. По уровню воды в стеклянных трубках рассчитывается давление рабочего тела в трубопроводе. Уровень жидкости в трубке РО является нулевым и соответствует атмосферному давлению.
Рабочим телом в установке является воздух, нагнетаемый электровоздуходувкой ЭВ2. Воздуходувка состоит из центробежного вентилятора 9, который приводится во вращение электродвигателем 10. Запуск и остановка электродвигателя осуществляется с помощью магнитного пускателя 11 и кнопочного поста 12. Магнитный пускатель подсоединен к электрической сети трехфазного тока 380 в, 50 гц. Расход воздуха в трубопроводе регулируется клапаном К3.
Порядок выполнения работы.
Работа на установке производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации турбинного стенда [1]. Перед началом работы все клапаны стенда должны быть закрыты. Подготовив протокол испытаний, кнопкой “Пуск” включают воздуходувку ЭВ2. В течение времени выхода вентилятора на установившийся режим работы следует не отходить от кнопочного поста и быть готовым к немедленному выключению электродвигателя кнопкой “Стоп” в случае появления в установке посторонних шумов и вибрации.
Убедившись в нормальной работе установки, открывают клапан К1, направляющий воздух из напорного трубопровода через стенд для продувки плоских решеток турбинного профиля в помещение. Постепенно открывая клапан К3, записывают для каждого из семи положений клапана отсчет уровня жидкости в трубках манометрического щита h0, h1 ... h4 и температуру воздуха в трубопроводе.
Закончив замеры уровней, выключают кнопкой “Стоп” воздуходувку ЭВ2, записывают величину атмосферного давления Ра, внутренний диаметр трубопровода и расходомерной диафрагмы.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 118; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!