Визначення гідростатичного тиску

Потужність насоса визначається по формулі

     (1)

де G_v - об'ємна продуктивність насоса, м³/с; Р - напір насоса, Па; h- коефіцієнт корисної дії насоса, що враховує об'ємні втрати (витоку рідини через внутрішні зазори конструкції) - h_v, втрати тиску усередині насоса h_г - гідравлічний ККД, втрати механічні (тертя в механізмі) - h_м. Повний ККД являє собою добуток окремих його складових h = h_v h_г h_м

Чисельні значення ККД для відцентрових насосів: гідравлічний ККД h_г = 0,8...0,9; об'ємний ККД h_v = 0,9...0,98; механічний ККД h_м= 0,85...0,97; повний ККД насоса h = 0,6...0,85

При роботі насоса від електричної  мережі повний ККД варто помножити на електричний ККД.

Рис. 1. Гідравлічна характеристика відцентрового насоса

Гідравлічною характеристикою  насоса називається залежність його напору від продуктивності. Ця залежність будується графічно при випробуваннях насоса й приводиться в його паспорті. На рис. 1 наведена типова гідравлічна характеристика відцентрового насоса, що складається із трьох сполучених в одній графічній площині залежностей: Р=f(G_v); N= f(G_v); h=f(G_v).

При цьому на осі ординат  нанесені відразу три масштабних сітки (Па, Вт і % ), по осі абсцис відкладаються  значення витрати в м³/с.

З розгляду наведених  типових кривих випливає, що:

1. Зі збільшенням витрат потужність безупинно росте.

2. ККД насоса з ростом продуктивності спочатку росте, переходить точку максимуму й починає падати. Очевидно, що максимум повинен відповідати оптимальним умовам роботи насоса (звичайно їм відповідають розрахункові значення напору й витрат).

3. Експлуатація насоса доцільна в діапазоні значень витрат, близьких до зони з максимальним ККД.

2. Опис експериментальної  установки.

Установка (рис. 2) складається з відцентрового насоса 1, сполученого з електродвигуном 9. Рідина, що знаходиться в ресивері 5, надходить на всмоктування в насос, після чого направляється в нагнітаючий трубопровід. Тиск на лінії всмоктування регулюється вентилем 2 і контролюється мановакууметром 6. Витрата рідини фіксується за показниками водомірного лічильника 4 і змінюється за допомогою регулюючого вентиля 3. Перепад тисків при регулюванні витрати в системі визначається по манометрах 7 і 8. Частота обертання вала відцентрового насоса змінюється за допомогою лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) 12, в електричну схему якого включені вольтметр 11 і амперметр 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схема експериментальної установки

3. Результати вимірів.

№	V, м3	t, с	U, В	I, А	P1, кгс/см2	P2, кгс/см2	P, Па	N, Вт	G, м3/с	h

4. Обробка результатів  вимірів.

4.1. Тиск, що розвивається насосом:

Р=Р₂+Р₁ (Па)     (2)

4.2. Повний ККД насосу:

      (3)

4.3. Потужність насосу:

N=U×I (Вт)      (4)

Будують графіки залежності Р = f(G), N = f(G), h= f(G).

 

4. Контрольні запитання

 

1. Визначення насосу.
2. Класифікація насосів.
3. Що відносять до параметрів насосу?
4. По яким параметрам вибирається насос?
5. Принцип дії відцентрового насосу.
6. Закони пропорційності відцентрового насосу.
7. Характеристики насосу.
8. Способи регулювання продуктивності відцентрового насосу.

РОЗДІЛ «ГІДРОМЕХАНІКА»

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

«ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ОСАДЖЕННЯ ТВЕРДИХ ЧАСТИНОК ПІД ДІЄЮ СИЛИ ТЯЖІННЯ»

 

Ціль роботи : визначити  дійсну й теоретичну швидкість осадження  частинок

 

1. Теоретичні відомості

У харчових виробництвах часто виникає завдання розділення суспензій на складові частини. Основним методом розділення грубих суспензій є метод відстоювання. Сутність відстоювання в тому, що суспензія, що перебуває в апараті або рухається в ньому з малою швидкістю, розділяється на складові частини під дією сили тяжіння. Відстоювання відбувається за законами вільного падіння тіл у середовищі, що робить опір їхньому руху.

Основним показником, що характеризує процес відстоювання, є швидкість осадження. Швидкістю  осадження називають швидкість  рівномірного руху частинок під дією сили тяжіння й протидіючої сили опору середовища.

Для ламінарного режиму осадження частинок швидкість осадження можна визначити, використовуючи рівняння Стокса.

, м/с,     (1)

де d_ч - діаметр частинок, м; r_ч - густина матеріалу частинок, кг/м³; r_с - густина середовища, кг/м³; m_с - динамічна в'язкість середовища, Па^.с.

 

2. Опис установки

Установка (рис. 1) складається  із трьох скляних трубок 1, заповнених різними рідинами: гліцерином, касторовим маслом і соняшниковою олією. На поверхні кожної трубки нанесені мітки, що позначають початок і кінець шляху осадження частинок. Як частинки використовують сталеву, алюмінієву і капронову кульки 2. Трубки закріплені в обертовій рамі 3.

 

Рис.1. Схема установки

1 - трубки, 2 - кульки, 3 - рама, 4 - станина

 

3. Таблиця вимірів

 

Середовище – матеріал осадження	Висота осадження, h, м	Час осадження, t, c
Гліцерин – алюміній
Касторове масло – сталь
Соняшникова олія – капрон

 

4. Обробка результатів вимірів

1. Розраховують дійсну швидкість  осадження кульок:

, м/с      (2)

2. Розраховують число  Архімеда:

    (3)

Якщо Ar < 3,6, тоді для розрахунку теоретичної швидкості осадження використовують Формулу Стокса

, м/с    (4)

Якщо Ar >3,6, тоді для знаходження теоретичної швидкості осадження використовують метод Лященко.

Знаючи Ar, користуючись залежністю (додаток 1), знаходять числове значення , з якого визначають швидкість осадження:

, м/с     (5)

Порівнюючи дійсну швидкість  осадження  , отриману з дослідних даних, з розрахунковою w_0, знаходимо поправочний коефіцієнт, що враховує відхилення дійсного процесу осадження від теоретичного

      (6)

5. Характеристика твердих частинок і рідин

 

Матеріал частинок	Густина частинок rч, кг/м3	Діаметр частинок dч, м	Середовище (рідина)	Густина середовища rс, кг/м3	В'язкість mс, Па с
Алюміній	2700	3 10-3	Гліцерин	1240	0,870
Сталь	7850	2 10-3	Касторове масло	950	0,725
Капрон	1400	2,5 10-3	Соняшникова олія	825	0,047

6. Контрольні запитання.

 

1. Що таке швидкість осадження ?
2. Від чого залежить швидкість осадження твердих частинок під дією гравітаційних сил?
3. Як визначити швидкість осадження твердих частинок дослідним шляхом?
4. Як визначити швидкість осадження твердих частинок розрахунковим шляхом?
5. Для чого необхідно визначати швидкість осадження твердих частинок?
6. Приведіть формулу Стокса.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

«ВИПРОБУВАННЯ НАДЦЕНТРИФУГИ»

Ціль роботи: вивчити  процес осадження твердих частинок суспензії під дією відцентрової сили; визначити фактор розділення центрифуги; визначити максимальну продуктивність центрифуги для даного продукту

1. Теоретичні відомості

Швидкість осадження  твердих частинок під дією гравітаційних сил невелика, вона падає в міру зменшення розміру твердих частинок і різниці густини обох фаз, а також з ростом в'язкості рідкого середовища. Збільшення швидкості процесу можливо в полі відцентрової сили. При обертанні рідини в центрифугах на неї діє гравітаційна сила , a також відцентрова сила

     (1)

де  – відцентрове прискорення; w– кутова швидкість обертання частинки, r – радіус обертання частинки. На практиці w²×r>> g, тому процес осадження у центрифугах розглядають під дією тільки відцентрової сили. Для розділення рідких неоднорідних систем у відцентровому полі застосовують машини, які називають центрифугами. Основний робочий орган центрифуги – барабан. Барабани відстійних центрифуг повинні бути суцільними, щоб затримувати на своїй поверхні частинки дисперсної фази. Інтенсивність розділення характеризують фактором розділення. Для відцентрового поля фактор розділення

      (2)

Фактор розділення показує, у скільки разів відцентрове прискорення більше прискорення вільного падіння. Всі центрифуги по величині фактора розділення класифікують на дві групи: нормальні (фактор розділення К_ц< 3000) і надцентрифуги (К_ц>3000).

При ламінарному режимі швидкість осадження у відцентровому полі

     (3)

2. Опис установки

Надцентрифуга призначена для безперервного очищення рідини під дією відцентрової сили (рис. 1).

Барабан 7 підвішений всередині масивної литої станини 6 на струні 4, з'єднаний з аеродинамічним підшипником 3, і приводиться в обертання через привод ний ремінь 2 від електродвигуна 1. Суспензію підводять у барабан через живильну трубку 8 і розподіляють рівномірним шаром по стінках. Під дією відцентрової сили частинки осідають на стінках барабана, а фугат відводять через закраїни барабана в зливальний лоток 5. Для видалення осаду надцентрифугу зупиняють і знімають його зі стінок барабана лопаткою з нержавіючої сталі.

3. Таблиця вимірів

№	Показник	Позначення
1	Висота барабана	h, м
2	Внутрішній діаметр барабана	dвн, м
3	Діаметр закраїн барабана	dз, м
4	Довжина шару осаду	, м
5	Час збору освітленої рідини	, с
6	Кількість освітленої рідини	V, м3
7	Частота обертання барабана	n, об/хв

4. Обробка результатів вимірів

При розділенні суспензії в центрифугах частинки дисперсної фази роблять складний рух: вони разом з потоком рухаються уздовж барабана зі швидкістю w, і одночасно під дією відцентрової сили по радіусу барабана. Для повного розділення суспензії необхідно, щоб час осадження частинки був менше або рівним часу перебування її в барабані

       (4)

Час осадження частинки t_о розраховують, допускаючи, що він повинен бути рівним часу проходження найменшою частинкою шляху, рівного довжині шару осаду l. Для цього визначають швидкість руху суспензії уздовж барабана по рівнянню витрат:

      (5)

де V_c – витрата рідини в центрифузі, м³/с; t - час збору освітленої рідини, с.

Швидкість руху рідини уздовж барабана, м/с:

;       (6)

Де площа поперечного перерізу барабана:

      (7)

Час осадження:           (8)

Швидкість осадження:        (9)

Розраховують максимально  можливу продуктивність центрифуги:

;       (10)

      (11)

Знаходять фактор розділення

       (12)

Де r – радіус обертання частинки, м:

      (13)

5. Контрольні запитання

 

1. Конструкція та принцип дії центрифуги.
2. Обладнання, яке використовується для розділення в полі відцентрових сил.
3. Як працює циклон та гідроциклон?
4. Що таке фактор розділення?
5. Від чого залежить фактор розділення?
6. Від чого залежить швидкість осадження в полі відцентрових сил?
7. Переваги відцентрового осадження перед гравітаційним.