Методическое пособие 420

ФГБОУ 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

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»

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

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:

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:

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:

Если nон= nн , то Q = Qон; H = Hон; N = Nон.

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

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