ОПД.Р.03 ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

ОПД.Ф.08 ГИДРОГАЗОДИНАМИКА

Лабораторные работы по гидравлике

Методические указания

для инженерных специальностей

Уфа 2010

УДК 378.147: 627.84

ББК 74.58: 30.123

А53

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета механизации сельского хозяйства (протокол № 1 от 27январяарта 2010 г.)

Составитель: профессор Алмаев Р.А.

Рецензент: профессор Юхин Г.П.

Ответственный за выпуск: и.о.заведующего кафедрой

природообустройства, строительства и гидравлики

Мустафин Р.Ф.

г. Уфа, БГАУ, кафедра природообустройства, строительства и гидравлики

Лабораторная работа №1

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКОСТИ

Общие сведения

В лабораторной практике и производственных условиях измеряют следующие параметры: уровень, давление и расход жидкости.

Измерение уровня. Простейшим прибором является стеклянная трубка, соединенная с нижним концом с открытым резервуаром, в котором определяется уровень. В трубке и резервуаре, как в сообщающихся сосудах, положение уровня жидкости будет одинаковым.

Широкое применение получили поплавковые уровнемеры (в топливных баках, групповых автопоилках, различных технологических резервуарах). Рабочий орган прибора – поплавок - следует за измерением уровня жидкости, и соответственно меняются показания по шкале. Механическое перемещение поплавка (первичного датчика) вверх-вниз может быть преобразовано в электрический сигнал посредством реостата или катушки индуктивности и зафиксировано вторичным прибором. В этом случае возможна дистанционная передача показаний.

Из приборов, основанных на косвенных методах определения искомой величины, наибольший интерес представляет емкостный уровнемер. В нем в качестве датчика используется металлический электрод, покрытый тонким слоем изоляции из пластмассы. Система электрод-жидкость-резервуар при подключении тока образует конденсатор, емкость которого зависит от уровня жидкости. К недостаткам емкостных датчиков относят значительную зависимость показаний от состояния изоляции электрода.

Измерение давления. По назначению различат приборы для измерения атмосферного давления (барометры), избыточного давления (манометры – при р_изб> 0 и вакуумметры - при р_изб< 0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры).

По принципу действия различают приборы жидкостные и пружинные.

В жидкостных приборах измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости, высота которого служит мерой давления. Отличается простотой конструкции пьезометр, представляющий собой вертикальную стеклянную трубку, соединенную нижним концом с местом

измерения давления (рис.1.1а).

а) б)

Рисунок 1.1 Жидкостные приборы:

а) пьезометр;

б) U – образная трубка

Величина давления в точке подключения определяется по высоте h подъема жидкости в пьезометре: р=rgh, где r - плотность жидкости.

Пьезометры удобны для измерения небольших избыточных давлений – порядка 0, 1-0, 2 ат. Функционально шире возможности у двухтрубных U – образных приборов (рис.1.1б), которые используются в качестве манометров, вакуумметров и дифференциальных манометров. Стеклянную трубку прибора можно заполнить более тяжелой жидкостью (например, ртутью). Жидкостные приборы имеют относительно высокую точность, применяются для технических измерений, а также градуировки и проверки других типов приборов.

В пружинных приборах измеряемое давление воспринимает упругий элемент (трубчатая пружина, мембрана, сильфон), деформация которого служит мерой давления. Широко распространены приборы с трубчатыми пружинами. В таком приборе нижний открытый конец трубки овального сечения (рис.1.2а) жестко закреплен в корпусе, а верхний (закрытый) конец свободен в пространстве.

Под действием давления среды трубка стремится разогнуться (если р> р_ат) или, наоборот, еще более согнуться (если р< р_ат). В показывающих приборах упругий элемент, перемещаясь, воздействует через передаточный механизм на стрелку и по шкале ведется отсчет измеряемого давления. В приборах с дистанционной передачей показаний механическое перемещение упругого элемента преобразуется в электрический (или пневматический) сигнал, который регистрируется вторичным прибором.

а) б)

в)

Рисунок 1.2 Пружинные приборы:

а) с трубчатой пружиной;

б) сильфонный; в) мембранный

;

По классу точности приборы с трубчатыми одновитковыми пружинами делят на:

- технические (для рядовых измерений – класс точности 1, 5; 2, 5; 4, 0);

- образцовые (для точных измерений – класс точности 0, 16; 0, 25; 0, 4; 0, 6; 1, 0);

- контрольные (для проверки технических приоров – класс точности 0, 5 и 1, 0).

Класс точности указывается на циферблате прибора; он характеризует предельную ошибку прибора в % от максимального значения шкалы при нормальных условиях (t=20°C, р=760 мм.рт.ст.).

Измерение расхода. Наиболее простой и точный метод определения расхода жидкости – объемный с использованием мерного сосуда. Измерение сводится к регистрации времени Т наполнения сосуда с известным объемом W. Тогда расход Q=W/Т. В производственных условиях в качестве измерителей количества жидкости W применяют различные объемные и скоростные счетчики (крыльчатые и турбинные). Метод позволяет определить осредненные во времени значения Q.

а) б) в)

Рисунок 2.5 Счетчики жидкости:

а − объемный с овальными шестернями; б − ротационный;

в − скоростной с крыльчатой вертушкой

Для измерений мгновенных расходов в напорных трубопроводах применяют различные типы расходомеров (рис.1.4). Удобны для

измерений расходомеры с сужающими устройствами. Принцип действия прибора основан на создании в потоке с помощью сужающего устройства (например, диафрагмы) перепада статических напоров и его измерения дифференциальным манометром (рис.1.4б). Расход жидкости определяется по тарировочному графику Q = f(h) или по формуле:

Q = mАÖ 2gh, (2.2)

где m – коэффициент расхода сужающего устройства;

h – показание дифференциального манометра;

А – постоянная расходомера;

где D – диаметр трубопровода;

d – диаметр отверстия сужающего устройства.

а) б)

в)

Рисунок 1.4 Расходомеры жидкости:

а) постоянного перепада давления (ротаметр);

б) переменного перепада давления

(с сужающим устройством – диафрагмой);

в) индукционный

Цель работы

Ознакомиться с устройством, принципом действия и эксплуатацией приборов для измерения уровня, давления и расхода жидкости; усвоить методику тарирования расходомеров.

Прядок выполнения работы

1.3.1 Используя учебную литературу, методические указания, плакаты и натурные образцы приборов, ознакомиться с методами измерения уровня, давления и расхода жидкости. Принципиальные схемы и краткое описание основных приборов следует привести в отчете по лабораторной работе.

1.3.2 На опытной установке выполнить измерение давления величиной р=0, 4 кгс/см² (0, 01 МПа) пьезометром с ценой деления шкалы 5 мм, а также пружинными приборами с максимальным значением шкалы 1 кгс/см² (0, 1 МПа) и классом точности 0, 16 и 0, 6. Дать сравнительную оценку погрешности измерений.

1.3.3 На опытной установке выполнить определение расхода воды с помощью мерного бака. Контроль времени изменения уровня воды в диапазоне от 0 до 10 см (цена деления шкалы 1 мм) осуществляется секундомером.

Оценить погрешность определения расхода с учетом ошибок измерений времени и уровня.

1.3.4 На опытной установке выполнить тарирование расходомера с сужающим устройством (или ротаметра) и построить тарировочный график.

1.3.5 На стендах испытания насоса и безбашенной водокачки ознакомиться (под руководством преподавателя) с монтажом и правилами эксплуатации пружинных приборов для измерения давления, скоростных счетчиков количества жидкости, расходомеров различного типа.

1.3.6 По литературным источникам ознакомиться с проверкой технических приборов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Можно ли с помощью стеклянной трубки осуществлять контроль за изменением уровня жидкости в закрытом резервуаре (с избыточным давлением на сводной поверхности)?

2. Какое давление (абсолютное, избыточное) в точке подключения пьезометра характеризует высота h на схеме рис.1.2а?

3. Чем конструктивно отличаются манометр и вакуумметр пружинного типа?

4. Достаточна ли точность измерения давления величиной 5 кгс/см² (0, 5 МПа) пружинным прибором с максимальным значением шкалы 40 кгс/см² (4 МПа) при классе точности 2, 5?

5. В чем заключается объемный метод определения расхода жидкости?

6. Поясните суть методов определения расхода жидкости расходомерами: а) постоянного перепада давления; б) переменного перепада давления?

7. Как устроен и работает индукционный расходомер?

8. Для чего и как производится тарирование расходомеров?

Лабораторная работа №2

123 4