Методическое пособие 420
.pdfФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра ракетных двигателей
163-2017
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
клабораторным работам по дисциплине «Конструирование агрегатов ЖРД»
для студентов специальности 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (специализация «Проектирование жидкостных ракетных двигателей») очной формы обучения
Часть 1
Воронеж 2017
1
Составители: д-р техн. наук Г.И. Скоморохов, канд. техн. наук Д.П. Шматов, канд. техн. наук А.А. Гуртовой
УДК 629.78.064
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Конструирование агрегатов ЖРД» для студентов специальности 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (специализация «Проектирование жидкостных ракетных двигателей») очной формы обучения. Ч. 1 / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Г.И. Скоморохов, Д.П. Шматов, А.А. Гуртовой. Воронеж, 2017. 48 с.
Методические указания содержат краткие теоретические сведения, схемы лабораторных установок и общие требования к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Конструирование агрегатов ЖРД». Компьютерная версия лаборатории предназначена для имитационного выполнения лабораторных работ с целью выработки навыков измерения параметров агрегатов, устройств и систем ЖРД, обработки получаемых результатов, закрепления основных теоретических положений дисциплины.
Издание соответствует требованиям ФГОС ВО, предназначено для студентов 5 курса очной формы обучения.
Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле
KonstrAgrGRD-2017.pdf.
Табл. 11. Ил. 23. Библиогр.: 9 назв.
Рецензент д-р техн. наук, проф. А.В. Кретинин
Издаётся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2017
2
Содержание |
|
Введение |
3 |
Титульный лист журнала для выполнения лабораторных работ |
4 |
Лабораторная работа № 1. Параметрические испытания центробежного насоса |
6 |
Лабораторная работа № 2. Кавитационные испытания центробежного насоса |
13 |
Лабораторная работа № 3. Параметрические испытания шестерённого насоса |
21 |
Лабораторная работа № 4. Определение характеристик гидропривода |
|
с объёмным регулированием………………….. |
26 |
Лабораторная работа № 5. Испытание гидропривода поступательного движения |
|
с дроссельным регулированием……………………………………………… |
32 |
Лабораторная работа № 6. Работа 6. Испытание гидродинамической передачи |
39 |
Лабораторная работа № 7. Экспериментальное изучение прямого гидравличе- |
|
ского удара в напорном трубопроводе |
40 |
Библиографический список |
45 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Конструирование агрегатов ЖРД» является одной из основополагающих инженерных дисциплин при подготовке специалистов направления подготовки 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей», профиль подготовки – «Проектирование жидкостных ракетных двигателей».
Компьютерная версия лаборатории предназначена для имитационного выполнения лабораторных работ с целью выработки навыков измерения параметров гидравлических агрегатов, устройств и систем ЖРД, обработки получаемых результатов, закрепления основных теоретических положений дисциплины. Обработка результатов измерений и вычисления параметров эксперимента выполняются в табличной форме по формулам и уравнениям, приведенным в практикуме для соответствующей работы.
Компьютерная лаборатория гидравлических машин и гидроприводов включает в себя лабораторные стенды для испытания насосов и гидроприводов:
стенд для параметрических испытаний центробежных насосов;
стенд для испытания объемных насосов;
стенд для кавитационных испытаний центробежных насосов;
стенд для испытаний регулируемого объемного гидропривода вращательного действия;
стенд для испытаний регулируемого гидропривода возвратно-поступательного действия с последовательно включенным дросселем;
стенд для испытания регулируемого гидропривода возвратно–поступательного действия с параллельно включенным дросселем;
установку для испытаний гидродинамической муфты;
Установку для определения параметров гидравлического удара.
Все перечисленные выше установки и стенды являются компьютерной версией существующего на кафедре оборудования и состоят из мультипликационного изображения стенда на экране дисплея и математической модели рабочего процесса испытуемого агрегата, гидромашины или гидропривода.
Методика выполнения лабораторных работ в оболочке виртуальной лаборатории с применением компьютерной версии лаборатории сводится к следующему:
Обратиться к программам “HYDLAB.EXE” и выбрать выполняемую лабораторную работу. Войти в меню настройки лабораторной установки, ознакомиться при необходимости с информацией по лабораторному стенду и произвести выбор постоянных параметров лабораторной установки.
Включить режим выполнения лабораторной работы, произвести измерения необходимых параметров и внести полученные данные в таблицу протокола.
Выйти из программы, обработать результаты измерений, построить необходимые графики и характеристики, сделать вывод по выполненной лабораторной работе.
Оформить лабораторную работу, ответить на контрольные вопросы и представить её к защите преподавателю.
Методические указания соответствует требованиям ФГОС ВО, предназначены для студентов 5 курса очной формы обучения.
4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ (ФГБОУ ВО «ВГТУ»)
Факультет машиностроения и аэрокосмическокой техники Кафедра «Ракетные двигатели»
ЖУРНАЛ
для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Конструирование агрегатов ЖРД»
Выполнил(а) студент(ка) |
|
|
гр. __________ |
_________________________________ |
|
|
Подпись, дата |
ФИО |
Руководитель |
|
|
д-р техн. наук, проф. |
___________________Г.И. Скоморохов |
|
|
Подпись, дата |
ФИО |
Нормоконтролер |
__________________________________ |
|
|
Подпись, дата |
ФИО |
Защищена _________________Оценка
_________________дата
Воронеж 20___
5
Лабораторная работа № 1 Параметрические испытания центробежного насоса
Цель работы:
1)Изучить работу насосной установки с центробежным насосом;
2)Освоить методику параметрических испытаний центробежного насоса;
3)Провести параметрические испытания и получить графическую характеристику центробежного насоса.
Краткие теоретические сведения. Лопастные насосы представлены в современной промышленности тремя основными типами – центробежные, осевые и диагональные насосы. Широкое распространение их объясняется достаточно высоким коэффициентом полезного действия, компактностью и удобством комбинирования их с приводными двигателями.
В настоящей работе рассматриваются устройство и работа центробежного насоса 2К- 6, схема которого приведена на рисунке 1.1.
Основным элементом центробежного насоса (рисунок 1.1) является рабочее колесо 1, состоящее из двух дисков, соединенных изогнутыми лопастями. Жидкость по всасывающему трубопроводу 2 поступает в центральную часть рабочего колеса и под действием центробежных сил движется по межлопастным каналам к его периферии. Увеличивающееся к выходному патрубку - отводу 3 – поперечное сечение спирального канала приводит к плавному снижению большой скорости, полученной жидкостью на выходе из рабочего колеса, до нормальной скорости в отводе 3 и далее в нагнетательном трубопроводе.
Рисунок 1.1 – Одноступенчатый центробежный насос
Внутри корпуса центробежного насоса может быть установлено одно или несколько рабочих колес. Соответственно, центробежные насосы делятся на одно - и многоступенчатые. В многоступенчатых насосах для повышения напора жидкость, выходящая из первого рабочего колеса, поступает на второе рабочее колесо, затем на третье и т.д. Общий напор, создаваемый многоступенчатым насосом, приблизительно равен сумме напоров, приобретенных жидкостью в каждом рабочем колесе.
В данной работе проводятся параметрические испытания с целью определения технических показателей (параметров) и характеристик центробежных насосов.
Рабочие характеристики представляют собой зависимость напора, создаваемого насосом, мощности на валу насоса и полного КПД от подачи (производительности) насоса. Все
эти зависимости представляются в виде кривых на одном графике при постоянном числе
6
оборотов рабочего колеса.
Работа насоса характеризуется следующими основными техническими показателями:
подачей - Q, напором - H, мощностью - N, коэффициентом полезного действия - , частотой вращения - n и ∆ д - допускаемым кавитационным запасом.
На рисунке 1.2 представлена паспортная графическая характеристика центробежного насоса К 8/18 при частоте вращения – 48 с-1 (2900 об/мин), жидкость вода - =1000 кг/м3. Консольные насосы К 8/18 предназначены для перекачивания воды с pH = 6 - 9 и других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности. Размер твердых включений до 0,2 мм с объемной концентрацией не более 0,1%.
Характеристика насоса: Подача - 8 м3/час; Напор - 18.00 м; Частота вращения - 2900 (48) об/мин (сек-1); Максимальная потребляемая мощность - 1.20 кВт; Допускаемый кавитационный запас - ∆ д = 3.80 м, не менее; Масса насоса - 32 кг.
Рисунок 1.2 – Графическая характеристика насоса К 8/18 при частоте вращения – 48 с-1 (2900 об/мин), плотность жидкости (вода) - =1000 кг/м3
Описание установки. Для испытания насосов используются установки с открытой или закрытой циркуляцией жидкости. На рисунке 1.3 приведена виртуальная лабораторная установка открытого типа. Она состоит из центробежного насоса 1 с электродвигателем, всасывающего трубопровода 2 с обратным клапаном, напорного трубопровода 3 с задвижкой 4, напорного резервуара и контрольно-измерительной аппаратуры 5, 6 и 9-11.
7
Рисунок 1.3 - Схема лабораторного стенда для испытания центробежного насоса
Контрольно-измерительная аппаратура служит для замера подачи (диафрагма 5 и ртутный дифференциальный манометр 6), давления на выходе из насоса (манометр 7), вакуума на входе в насос (вакуумметр 8), крутящего момента на валу насоса (балансирный электродвигатель с рычагом 9 и весами 10) и частоты вращения вала электродвигателя (тахометр 11).
Порядок выполнения работы и обработка опытных данных:
1.Обратиться к программе “HYMLAB.EXE”, войти в главное меню и выбрать выполняемую лабораторную работу. Войти в меню настройки лабораторной установки, ознакомиться с информацией по лабораторному стенду и произвести выбор постоянных параметров лабораторной установки или марки испытуемых гидравлических машин.
2.Установить начальное положение задвижки и при заданном режиме работы насоса, когда (Q = 0), снять показания дифференциального манометра 6, манометра 7, вакуумметра 8, весов 10 и тахометра 11.
3.Создать не менее восьми различных режимов работы насоса с помощью задвижки 4, обеспечивая различную подачу вплоть до Qmax. При каждом режиме снимать показания приборов, перечисленных в п. 2. Результаты замеров записать в таблицу 1.1.
4.Используя результаты измерений, полученные опытным путем, вычислить параметры, необходимые для построения напорной и энергетической характеристик насоса:
Подача насоса Qон - по формуле
он = , ⁄ , (1.1)
8
где С - постоянная диафрагмы, , |
|
; |
|
h - перепад давлений по |
дифманометру - 6, мм. рт. ст. |
||
|
⁄ |
|
Напор насоса Нон - по формуле (2.2)
он = м в + м + м в ,
в которой средние скорости движения жидкости в напорном и всасывающем трубопроводах вычисляются по формулам:
н = |
он |
; |
в = |
он |
, |
(1.2) |
|
|
нв
где Qоп- подача насоса, м3/с;
dн, dв,-диаметры напорного и всасывающего трубопроводов, м.
в - вакуумметрическое давление, измеренное пружинным манометром записывается со знаком минус (-).
Так как диаметры всасывающего и напорного трубопроводов равны, то н = в.
Мощность потребляемая насосом Nоп - по формуле:
он = = ( − ) |
он |
, Вт |
(1.3) |
|
где М- крутящий момент на валу насоса, Н м;
- угловая скорость вала насоса, рад/с; F- показания весов, н;
F0 - показания весов при отключенном насосе, н; L - длина рычага, м;
nон - частота вращения вала насоса, об/мин.
Поскольку при каждом режиме работы частота nон может отличаться от номинальной nн, опытные величины подачи Qон, напора Нон и мощности Nон необходимо привести к величине nн по формулам подобия:
= |
он |
н |
; |
= |
он |
н |
; |
= |
он |
н |
(1.4) |
он |
он |
он |
Если nон= nн , то Q = Qон; H = Hон; N = Nон.
Полезную мощность насоса вычислить по формуле (2.14). |
|
|||||||
|
|
н |
|
|
|
|
. |
(1.5) |
КПД насоса |
|
полезной мощности и мощности насоса, вычислить по |
||||||
формуле (2.15) |
- отношение |
|
= |
|
= |
|
|
|
|
|
= |
н |
. |
|
|
(1.6) |
|
|
|
|
|
|
5. По данным таблицы 1.1 построить графические зависимости испытуемого центробежного насоса:
= ( ), = ( ) , = ( ) .
Результаты вычислений занести в таблицу 1.1.
9
Таблица 1.1 - Результаты измерений и вычислений
Положение задвижки- А |
|
Измеряемые параметры |
|
|
|
Рассчитываемые параметры |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pм, |
pв, |
h, |
F, |
nон, |
Hон, |
Nон, |
Nн, |
Qон, |
H, |
N, |
Q, |
|
|
|
|
||||||||||||
|
мм. |
об/м |
, |
||||||||||
|
Па |
Па |
рт. |
H |
ин |
М |
кВт |
кВт |
Л/С |
м |
кВт |
л/с |
% |
|
|
|
ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные контрольные вопросы
1)Что называется характеристикой насоса?
2)Что такое идеальная подача насоса подача, и как она определяется?
3)Что такое мощность насоса и полезная мощность?
4)Какие потери учитывает КПД насоса и его связь с другими КПД?
5)Как изменяются подача, напор и мощность насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса?
10