Методика проведения работы

1. Проверяем исправность привода, стрелки динамометра устанавливаем ее в нулевое положение.

2. Замеряется свободный конец пружины динамометра .

3. Включается электродвигатель.

4. Пружина динамометра оттягивается до тех пор, пока стрелка не займет нулевое положение.

5. Замеряют свободный конец пружины динамометра , , , соответствующий различным числам оборотов мешалки.

6. Отключают электродвигатель.

7. Шнур привода перекидывается на другой шкив, и опыты повторяют для другого числа оборотов вала мешалки.

 

Рис.4.1 Схема установки.

1 - мотор-редуктор; 2 - сосуд с мешалкой; 3, 4, 5, 6 - шкивы;

7 - указатель смешивания; 8 - указатель нуля.

Обработка опытных данных

1 мм смещения пружины соответствует усилию 4 грамма. Зная фактическое перемещение свободного конца пружины, определяем силу натяжения пружины:

 

F= ( - )  (4.5)

 

Плечо этой силы натяжения на динамометре _д = 75 мм, рабочий момент на валу мешалки:

 

М_кр=F· _д (4.6),  (4.7)

 

где: i_i - передаточное число;

D₀ - диаметр шкива на валу мешалки, D₀ =38 мм;

D_i - диаметр шкивов на валу двигателя, мм;

Размеры шкивов: D₁ = 38 мм; D₂ = 52 мм; D₃ = 66мм.

Рассчитывается число оборотов вала мешалки, если число оборотов двигателя равно n_д = 1410 об/мин.

 

n_i=  (об/с) (4.8)

 

Мощность на валу мешалки определяется по формуле:

 

N = М_кр·2π n_i (4.9)

 

где: n - число оборотов вала мешалки, об/с.

Подсчитаем число Рейнольдса для перемешивания по формуле:

 

 (4.10)

 

Подсчитаем число Эйлера по формуле:

 

 (4.11)

 

Расчеты аналогичны для каждого числа оборотов. Далее строим график зависимости: Е u_M = f ( Re_Ц) в логарифмической системе координат, где получаем прямую, соответствующую исходному числовому значению: Е u_M = C · ( Re_Ц) - ^m.

Тангенс угла наклона дает значение показателя m, а отрезок, отсекаемый на оси ординат, - значение lgC, из которого получают значение С.

Подставляя значение коэффициентов С и m, получают критериальное уравнение и определяют потребляемую мощность N.

 

4.5 Контрольные вопросы

1. Роль процесса перемешивания в химической технологии.

2. Как определить мощность на валу?

3. Физический смысл числа Рейнольдса и Фруда при перемешивании.

4. Физический смысл критерия мощности Еu.

5. Как определяется коэффициенты С и m?

 

Лабораторная работа № 5

 

Определение характеристик центробежного вентилятора

 

Цель работы: Построение экспериментальных характеристик вентилятора и сети и определение параметров рабочей точки.

 

Теоретическая часть

Работа центробежного вентилятора при постоянном числе оборотов характеризуется следующими величинами:

1 - производительностью Q, м³/с;

2 - создавае6мым давлением (напором) H, н/м² или DР, мм вод. ст.;

3 - затрачиваемой мощностью N, Вт;

4 - коэффициентом полезного действия h, %.

У центробежных вентиляторов величины Q, DР, h связаны между собой и изменение одной из них вызывает изменение остальных. Графические зависимости DР = f ( Q), N = f ( Q), h = f ( Q) называются характеристиками вентиляторов.

На основании теоретических расчетов эти характеристики с достаточной точностью построить нельзя. Поэтому на практике применяют характеристики вентиляторов, полученные опытным путем. Типичные характеристики центробежного вентилятора при некотором постоянном числе оборотов n₁ показаны на рисунке 5.1 При другом числе оборотов n₂ характеристики вентилятора будут другими. Изменение величин Q, DР, N определяется при этом следующими приближенными соотношениями:

 

 (5.1)

 

Характеристики вентиляторов служат для исследования их работы в различных условиях и для подбора вентиляторов при проектировании вентиляционных установок.

Если по какому-либо трубопроводу или каналу (сети) проходит газ, то, как известно, давление Н_С, теряемое газом при прохождении его через трубопровод (сеть) расходуется на сообщение скорости газу (DР_СК), на преодоление трения и всех местных сопротивлений сети (DР_ТР + DР_МС), на преодоление гидростатического давления - высоты подъема (DР_ПОД) и на преодоление разности давлений в пространствах всасывания и нагнетания (DР_ДОП):

 (5.2)

 

где: l - коэффициент трения;

L - длина трубопровода, м;

d - диаметр трубопровода, м;

x - коэффициент местного сопротивления;

w - скорость потока, м/с;

r - плотность газа, кг/м³.

Подставив в уравнение (5.2) значение скорости из уравнения расхода:

 

 (5.3)

 

получим:

 

 (5.4)

 

где: Q_С - расход газа, проходящего через трубопровод (сеть), м³/с;

f - площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Обозначая ,  получим следующее уравнение характеристики сети:

 

 (5.5)

 

Рис.5.1 Характеристики центробежного вентилятора.

 

Это уравнение выражает зависимость между расходом проходящего по трубопроводу газа Q_C и потерей давления в сети Н_С, идущей на преодоление всех гидравлических сопротивлений трубопровода (сети).

При DР_ПОД = 0 и DР_ДОП = 0 второе слагаемое правой части уравнения (5.5) обращается в ноль и кривая характеристики сети H_C = aQ_C² будет проходить через начало координат.

Когда вентилятор работает на сеть, то Q = Q_C и Н = Н_С, так как вентилятор создает такое давление DР_С, которое расходуется на преодоление полного сопротивления сети Н_С.

Если на график характеристик вентилятора Q - H, Q - N, Q - h нанести кривую характеристики сети Q_С - H_С (в том же масштабе, что и Q - H), то можно найти так называемую рабочую точку А, для которой Q = Q_C и Н = Н_С и определить все характеристики вентилятора при работе его на данную сеть. Положение рабочей точки дает возможность судить об экономности использования вентилятора в данных условиях.

Описание установки

 

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 5.2.

Установка состоит из центробежного вентилятора 1, смонтированного на одном валу с электродвигателем постоянного тока 2. Электродвигатель постоянного тока дает возможность легко изменить с помощью реостатов 11, 12 число оборотов вентилятора.

К вентилятору присоединены трубы: всасывающая 3 и нагнетательная 4 одинакового диаметра (внутренний диаметр d = 220 мм). На входном участке всасывающей трубы имеется плавный раструб 5, на котором установлена сетка 6 для предохранения от всасывания в трубопровод посторонних предметов.

В выходном отверстии нагнетательной трубы установлена диафрагма переменного сечения 7, позволяющая плавно изменять площадь выходного отверстия и, следовательно, изменять сопротивление нагнетательного трубопровода. Реостаты 11 и 12 служат для пуска и изменения числа оборотов электродвигателя. На щите электродвигателя и на трубопроводах установлены следующие контрольно-измерительные приборы:

1 - тахометр 13 для определения числа оборотов вентилятора;

2 - вольтметр 8 и амперметр 9 для определения напряжения и силы постоянного электрического тока;

3 - трубки Пито 14 и 15, снабженные дифференциальными манометрами 16 и 17.