|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Механизмы, устройства и системы и их эксплуатация
Учебное пособие По лабораторному практикуму Министерство транспорта Российской Федерации КРЫМСКИЙ ФИЛИАЛ ФГБОУ ВПО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф. УШАКОВА»
КАФЕДРА СПЕЦИАЛЬНЫХ ДИСЦИПЛИН
Д.О. Владецкий, В.И. Зеленский
Судовые Вспомогательные Механизмы, устройства и системы и их эксплуатация
Учебно-методическое пособие Для курсантов дневного и заочного обучения
г. Севастополь УДК 532
Авторы
Заведующий кафедрой специальных дисциплин Крымского филиала ГМУ им. адм. Ушакова кандидат технических наук Д.О. ВЛАДЕЦКИЙ, доцент кафедры фундаментальных дисциплин Крымского филиала, кандидат технических наук В.И. ЗЕЛЕНСКИЙ
Пособие рассмотрено и утверждено на заседании кафедры Специальных дисциплин протокол № ____ от «___» __________ 2013 г.
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским Советом ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова в качестве учебно-методического пособия
Д.О. Владецкий, В.И. Зеленский Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства и их эксплуатация. – Новороссийск: МГА имени адм. Ф.Ф. Ушакова, 2013. – 92 с.
Пособие предназначено для курсантов дневной и студентов заочной форм обучения специальностей: - 180.403 «Эксплуатация судовых энергетических установок» - 180.404 «Эксплуатация судового электрооборудования и автоматики»
Рецензент
к.т.н., доцент Харченко Андрей Николаевич, доцент кафедры «Эксплуатации морских судов и сооружений» СевНТУ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Вспомогательные механизмы, устройства и системы являются неотъемлемой частью главных энергетических установок судов различного назначения. От них во многом зависят технико-экономические качества судна, безопасность его плавания, а также надежность обслуживания и работы энергетической установки. Для привода в действие вспомогательных механизмов расходуется значительная часть вырабатываемой на судне энергии. На транспортных судах суммарная мощность вспомогательных механизмов составляет 10…15 % мощности главных двигателей, а на промысловых и специальных судах – до 35%. Современные суда располагают большим разнообразием этих механизмов, среди которых главными по количеству и назначению являются насосы и вентиляторы. Для их освоения и правильной эксплуатации молодым специалистам наряду с теоретическими знаниями необходима основательная практическая подготовка. Поэтому дисциплина «Судовые вспомогательные механизмы, устройства и системы» ставится в ряд важнейших профилирующих дисциплин подготовки специалистов судомехаников. При изучении этой дисциплины в соответствии с программой большое внимание уделяется проведению лабораторных работ. Это объясняется тем, что при ходе их выполнения курсанты получают навыки эксплуатации, практическое изучение работы механизмов и опыт проведения их испытаний. Основной учебной целью данного лабораторного курса является закрепление теоретических знаний, конструкций и работы судовых гидромашин, систем и приборов, используемых в их исследовании, а также подготовка студентов к лабораторным занятиям и выполнению работ. В пособии даны методические указания по выполнению шести лабораторных работ, в том числе: Работа № 1 Изучение конструкции судовых лопастных насосов Работа № 2 Методы и приборы измерения рабочих параметров гидромашин. Градуировка дроссельного расходомера. Работа № 3 Энергетические испытания лопастного насоса Работа № 4 Кавитационные испытания лопастного насоса Работа № 5 Энергетические испытания центробежного вентилятора Работа № 6 Испытания вентиляторной системы Количество и наименование работ, выполняемых курсантами, зависит от формы обучения, рабочей программы и специальности. Методические указания по выполнению лабораторных работ выполнены по единой форме. Вначале излагается цель работы приведены основные теоретические сведения, помогающие наряду с лекционным материалом усвоить необходимые для выполнения той или иной работы теоретические сведения; далее - описание конструкции лабораторной установки, используемой для проведения экспериментов, методов и приборов с помощью которых определяются экспериментальные данные и расчетные формулы. С целью облегчения подготовки к выполнению и защите работы в конце указаний к каждой из них приведены контрольные вопросы.
1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПРИБОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО СВМ
Лабораторные работы по курсу судовых вспомогательных механизмов и системам выполняются на двух установках лаборатории «Гидромеханики»: - Универсальной аэродинамической лабораторной установке (УЛУ); - Гидравлической установке с вихревым насосом (ГЛУ). На УЛУ выполняются работы №2, № 5 и №6, а также ряд работ указания по выполнению которых не включены в это пособие: Работа № 7 «Построение совместной характеристики при последовательной работе двух нагнетателей»; Работа № 8 «Построение совместной характеристики при параллельной работе двух нагнетателей»; Работа № 9 «Исследование способов регулирования лопастных нагнетателей». Эти работы выполняются курсантами факультативно, внеурочное время. Использование для проведения лабораторных работ по курсу «СВМ» (разделы судовые гидравлические машины и системы) аэродинамической установки вместо традиционных насосных объясняется общностью основных свойств и закономерностей течения капельных жидкостей и газов (воздуха) при низких давлениях и рабочих процессов нагнетателей (насосов и вентиляторов), а также рядом ее преимуществ перечисленных ниже: 1. Установка может быть размещена в любой учебной аудитории (не требует канализаций и водонепроницаемых полов помещений лаборатории). 2. Значительно упрощается конструкция уплотнения соединений труб, дренажных устройств и других элементов, что позволяет доверить выполнение и монтаж стендов курсантам. 3. Отпадает необходимость в ёмкостях. 4. В 800 раз уменьшается потребляемая мощность в связи с чем, не требуется силовой электросети трехфазного электрического тока напряжением 380 В. 5. Частота вращения рабочего колеса нагнетателей в виду малой мощности легко может изменяться с помощью терристорных регуляторов. Схема УЛУ дана на рис. 1. К входному патрубку вентилятора 1 присоединена всасывающая труба 3 Ø 125 мм с устройством для измерения статического давления на входе в вентилятор и дисковым дроссельным затвором 6. К фланцу выходного патрубка крепиться переходной патрубок 4а с прямоугольного сечения 125 х 100 мм на окружность диаметром Ø 105 мм устанавливается или непосредственно за вентилятором или за патрубком 4а. Установка оснащена сменными регулирующими шайбами 5 с отверстиями диаметром 91, 76 или 51 мм и дисковым затвором, с помощью которых может регулироваться производительность вентилятора. Напорный трубопровод может состоять из трех последовательных устанавливаемых труб 6, 11, 11а и 14. Труба 4 – основная измерительная труба диаметром 105 мм длиной 2 м с устройствами: а) для отбора осредненного по четырем точкам статического давления 7 на выходе из вентилятора, в середине длины трубы и на конце; б) измерения осредненного полного напора потока с помощью двух интегральных трубок полного напора 26, термометра с термопарой 22 и 22а. На конце трубы может устанавливаться расходомерная диафрагма 8 с трубкой Пито 27, используемая при проведении энергетических испытаний вентиляторов. Статическое давление в сечениях труб отбирается с помощью штуцеров в 4-х точках по окружности и усредняется с помощью кольцевых трубок. Измерение среднего статического давления по окружности сечений и использование двух объединенных интегральных трубок, расположенных взаимно перпендикулярно, выполнено для уменьшения погрешности измерения статического и полного давления в трубе из-за возможной неравномерности потока по окружности. Для комплекции трубопроводной сети (лабораторная работа № 6) имеются колено для поворота потока на 90о 13, колено для поворота потока на 45о 13 а, внезапное расширение трубы 15, поворота трубы на 180о, 15б конический диффузор 12, а также плавно расширяющийся патрубок 12 а. Регулирование режима работы нагнетателя производится дроссельными шайбами 5 или дроссельным затвором 6. Для определения плотности рабочей жидкости (воздуха) в лаборатории имеется психрометр с вентилятором 21, измеряющий относительную влажность воздуха φ. Для измерения температуры потока воздуха служит мультиметр 22 с термометром 22 а. Для определения мощности на валу вентилятора при энергетических испытаниях вентилятора используется амперметр 19 и вольтметр 20 или ваттметр 23, измеряющие мощность, потребляемую электродвигателем. Частота вращения рабочего колеса измеряется ручным тахометром 24. При проведении лабораторных работ по исследованию параллельной и последовательной работы лопастных гидромашин, стенд укомплектован вторым вентилятором 28, соединяемым с основным вентилятором трубами параллельно или последовательно. Последовательное соединение двух вентиляторов может использоваться так же при проведении работ по исследованию трубопроводной системы для увеличения скорости движения потока в трубопроводе.
Так как давление в трубопроводе установки во время проведения экспериментов не превышает 200 мм водяного столба, а число точек измерения велико, в состав стенда введен батарейный жидкостный микромовакуунометр 16 с наклонными, стеклянными или силиконовыми прозрачными трубками (угол наклона трубок которых а 6о, 11о30’ и 30о соответственно sin a = 0, 1, 0, 21 и 0, 5). На щите микроманометра может быть установлено двенадцать измерительных трубок. Батарейный микроманометр имеет бочок для манометрической жидкости с площадью горизонтального сечения 20000 мм2. Заполняется бочок подкрашенной дистиллированной водой (рж=1000 кг/м3) или спиртом (ржсп=800 кг/м3). Измерительные трубки соединяются с дренажными штуцерами отбора статического давления на трубах прозрачными силиконовым импульсными трубками 17 диаметров 4 мм. Для измерения разности давлений служит дифференциальный жидкостных микроманометр с U-образной наклонной трубкой 5. На гидравлической установке (ГЛУ) выполняются работы № 2, № 3 и № 4. В состав установки входят: - вихревой насос типа «Спрут», - приемно-расходная емкость, - измерительные приборы: механический манометр и мановакууметр, амперметр, вольтметр, ваттметр, стеклянный и лазерный термометры, - трубы и регулировочные краны. Схему и описание установки смотри в указаниях к работе № 3 (схема – рис. 3.1).
2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ КУРСАНТАМ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Перед приходом на лабораторное занятие курсант должен изучить вводную часть к очередной лабораторной работе, дополнив эти практические сведения материалом соответствующих лекций и чтением раздела рекомендованной литературы. Далее курсант должен ознакомиться с устройством лабораторной установки (стенда), используемыми приборами и методикой проведения эксперимента, а также изучить формулы, применяемые для расчетов. Для получения допуска к проведению лабораторной работы необходимо: - иметь заранее подготовленную текстовую часть отчета, включающую: титульный лист с названием работы, цель работы, краткие теоретические сведения, схему лабораторной установки и форму таблицы результатов измерений и расчетов; - знать теоретические основы по теме выполняемой работы; - знать порядок выполнения опытов. Во время защиты лабораторной работы преподаватель проверяет правильность полученных курсантом результатов. По каждой работе должен выполняться отчет, который должен содержать: а) титульный лист с обязательным указанием названия работы; б) цель работы; в) принципиальную схему установки, с показом используемых приборов; г) все относящиеся к работе формулы; д) результаты наблюдений и последующих вычислений, сведенные в таблицы (протоколы результатов испытаний); е) требуемые в соответствии с задачами работы графики, выполненные на миллиметровой бумаге или листах в клетку. На каждом графике с кривыми, выражающими результаты изменений, должны быть даны: а) номер работы, к которой относится данный график; б) название зависимости, выраженной данной линией; в) разные линии должны отличаться одна от другой различными обозначениями нанесенных точек; г) объяснения обозначений нанесенных точек; д) если графики не прикреплены к отчету, тогда на каждом из них должны быть указаны фамилия курсанта и номер группы. На осях координат должны быть указаны: а) масштаб оси, который выражается цифрами, поставленными на крупных делениях сетки, допускаются только масштабы 1, 2 и 5, умноженные на 10, в целых степенях. б) наименование нанесенных величин и указание единиц, в которых они выражены, писать необходимо вдоль оси с наружной стороны, причем вдоль оси ординат следует писать; в) все точки, полученные с использованием опытов, должны наноситься особыми знаками, ясно обозначенными; г) кривые должны быть проведены плавно пройти через возможно большее количество точек. Рекомендуемая форма оформления титульного листа представлена ниже.
3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Во избежание поражения электрическим током: - не следует прикасаться к корпусам нагнетателей; - не следует без разрешения преподавателя включать и выключать лабораторные стенды. 2. В случае короткого замыкания или дымления электропроводов или электродвигателей нагнетателей быстро отключить нагнетатель из розетки, при возгорании применить огнетушитель, имеющийся в лаборатории, действуя по инструкции, которая должна быть изучена в начале лабораторного курса во время инструктажа по ТБ. 3. Не следует становиться в струю воздуха на выходу из УЛУ, скорость воздуха в этом месте может достигать 40…50 м/сек. Это может привести к травме глаз. 4. Когда на полу разлита вода, пол становиться скользким. В этом случае перемещаться по лаборатории следует осторожно. 5. Запрещается бросать какие-либо предметы в струю воздуха на входе в всасывающую трубу УЛУ, это может привести к поломке нагнетателя или травме человека, стоящего вблизи конца выходной трубы. 6. Не следует совершать неосторожных резких движений вблизи щита батарейного микроманометра, пьезометров и дифференциальных жидкостных манометров, чтобы не разбить стеклянные трубки и не порезаться стеклом.
4 ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Задача любых измерений – определенные значения физических величин. Точно решить эту задачу нельзя из-за неизбежных погрешностей измерений. Теорией ошибок разработаны способы оценки точности измерений, зависящие от характера измерений, которые могут быть прямыми и косвенными, однократными и многократными. Прямыми называют непосредственно измерение, косвенными – определение искомой величины по результатам измерений других величин, связанных с искомой функциональной зависимостью. Погрешности измерений, т.е. разности между измеренными и истинными значениями измеряемой величины могут быть систематическими (т.е. одинаковыми во всех измерениях) и случайными. К систематическим относятся прежде всего приборные погрешности, к случайным – погрешности наблюдений. Систематические погрешности учитываются путем поверки приборов и внешние поправок в результаты измерений. При известном классе точности прибора К % (см. лабораторную работу № 3) максимальная погрешность ∆ max определяется по формуле
где N – предельное значение шкалы прибора. Наиболее распространенной характеристикой точности измерений является среднеквадратичная погрешность Ϭ ∆ . Для однократного прямого измерения она равна
При многократном измерении, которое позволяет повысить точность измерений, в качестве наиболее вероятного значения измеряемой величины Х принимается среднее арифметическое значение
где - сумма значений всех повторяемых измерений; n – число измерений величины Х. Среднее арифметическое отличается от истинного значения измеряемой величины на величину абсолютной погрешности ∆ Хср, которая зависит от величины абсолютных погрешностей ∆ i отдельных измерений
В качестве приближенных оценок абсолютных погрешностей измерений пользуются отклонениями результатов этих измерений от среднеарифметического из этих результатов
Е= Хi - Хср
В теории ошибок доказывается, что средняя квадратичная погрешность линейной функции независимых аргументов равна корню квадратному из суммы квадратов произведений средних квадратичных погрешностей аргументов на коэффициенты при этих аргументах, т.е. средняя квадратичная погрешность среднего арифметического:
Оценка точности косвенных измерений
Косвенные измерения сводятся к измерению независимых величин А, В, С… связанных с искомой величиной функциональной зависимостью R = f (A, B, C…) Если X, Y, Z… результаты измерений величин А, В, С…, а ∆ Х, ∆ Y, ∆ Z – абсолютные погрешности этих измерений (∆ Х = Х - А, ∆ Y = Y - В, ∆ Z = Z – С…). В теории ошибок рекомендуется в качестве приближенного результата косвенного измерения величины R принимать значение функции f при значениях аргументов, равных результатам измерений величины R принимать значение аргументов, равных результатам измерения величин А, В, С…, т.е.
R = f (X, Y, Z …)
При этом погрешность принятого результата ∆ U =U – R выражается разностью
∆ U = f (X, Y, Z …) – f (Х - ∆ Х, Y - ∆ Y, Z - ∆ Z)
Так как погрешности ∆ Х, ∆ Y, ∆ Z – остаются при измерениях неизвестными, точность измерений оценивается средней квадратичной погрешностью Ϭ U. Точность косвенного измерения удобно оценивать с помощью относительной средней квадратичной погрешности равной отношению средней квадратичной погрешности к измеряемой величине
Если функция R = f (A, B, C…) – линейная вида R = aA + bB +…+nN, где a, b…n – некоторые постоянные числа, то точность величины R оценивают средней квадратичной погрешностью Ϭ
Если функция вида R = K ∙ Aa ∙ BB ∙ …∙ NN точность измерения R определяют по формуле
Выше изложена методика определения погрешности косвенных измерений, получающаяся из-за неточности измерения исходных величин при помощи приборов (Ϭ fизм). При испытании нагнетателей причиной погрешности результата может быть также некоторая нестабильность режима работы нагнетателя из-за нестабильности частоты вращения, которая к тому же измеряется с точностью не превышающей точность тахометра. Таким образом, средняя квадратичная погрешность косвенного измерения
, где Ϭ fнест - средняя квадратичная погрешность косвенного измерения из-за нестабильности режима работы нагнетателя. Величина Ϭ fнест определяется по уравнению
, где Ϭ nнест – средняя квадратичная абсолютная нестабильностно частоты вращения n. В первом приближении Ϭ nнест может быть принята равной средней квадратичной погрешности тахометра Ϭ n.
Пример 1. Определить погрешность измерения подачи дроссельным расходомером, при использовании результатов его тарировки. Подача определяется по уравнению где С – постоянная расходомера (результат тарировки) ∆ Н – падение статического напора в расходомере.
Средняя квадратичная погрешность одиночного измерения с учетом нестабильности определяется по уравнению
Подача насоса пропорциональна частоте вращения, поэтому
Пример 2. Определить погрешность измерения напора насоса. Напор насоса Н определяется по уравнению
Т.к. напор насоса пропорционален квадрату чистоты вращения, то
а суммарная средняя квадратичная погрешность напора
Пример 3. Вычислить погрешность измерения к.п.д. нагнетателя η
Средняя квадратичная одного замера к.п.д.
РАЗДЕЛ II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторная работа № 1 Изучение конструкции судовых лопастных насосов
1. Цель работы
1. Изучение устройства центробежных и вихревых насосов характерных конструктивных типов, их функционального назначения и исполнения основных узлов и деталей, порядка сборки и разборки машин. 2. Определение геометрических, кинематических и гидродинамических параметров основного рабочего органа-рабочего колеса насоса путем выполнения индивидуального задания.
2. Общие указания
Перед посещением лаборатории необходимо хорошо изучить и усвоить указанные вопросы по материалам лекций, данной инструкции к лабораторной работе, а также по литературным источникам (1, 2, 3, 4 и 5). Обратить особое внимание на современную терминологию и принятые обозначения типов насосов. Измерение геометрических параметров выполнять с помощью металлических линеек (с точностью ± 0, 5 мм) и штангенциркуля (с точностью 0, 05 мм). С такой же точностью выполнять схемы и планы скоростей, указывать принятые масштабы.
Как правило, это одноступенчатые насосы. Отличаются характерной компоновкой: рабочее колесо с односторонним входом располагается на консоли ротора, установленного на двух опорах. Такие насосы имеют осевой подводящий патрубок, что упрощает присоединение всплывающей линии, а так же облегчает доступ к рабочему колесу при осмотре и ремонте. Один из таких типов насосов предназначенный для подачи воды и других неагрессивных жидкостей с температурой до 105°С, представлен на рис. 1.1 Основными деталями насоса являются: корпус 2, крышка корпуса 1, рабочее колесо 4, вал 9 и опорная стойка 10. Корпус насоса представляет собой чугунную отливку, внутренняя полость которой выполнена в виде спирали, заканчивающейся диффузорным напорным патрубком. Напорный патрубок располагается под углом 90° к оси насоса и в зависимости от условий монтажа и эксплуатации может быть повернут вместе с корпусом на 90, 180 и 270°.
 Крышка корпуса 1 отливается из чугуна заодно с входным патрубком 17. Рабочее колесо 4-чугунное, состоит из ведущего и ведомого дисков, связанных между собой цилиндрическими или пространственными лопастями. Крутящий момент передается рабочему колесу посредством шпоночного соединения, на валу рабочее колесо закреплено с помощью гайки 5. Ведущий диск имеет несколько разгрузочных отверстий 15 для выравнивания давления по обе стороны входной воронки колеса. В месте выхода вала из корпуса установлено сальниковое уплотнение. Оно состоит из корпуса сальника 6, крышки сальника 8, просаленной хлопчатобумажной набивки 7 и кольца гидравлического уплотнения 13. Жидкость поступает в кольцо гидравлического уплотнения через отверстие в корпусе из напорной полости насоса. Переднее уплотнение рабочего колеса - щелевое, образуется за счет зазора между цилиндрической поверхностью на наружной стороне входной воронки рабочего колеса и кольцевой выточки в корпусе. Со стороны заднего диска рабочего колеса также имеется щелевое уплотнение по цилиндрической поверхности разгрузочной воронки. При износе щелевых уплотнений сменяются защитные кольца 14 и 16. Величина радиального зазора обычно не превышает 0, 2...0, 4 мм. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 1001; Нарушение авторского права страницы
