Гидро- и пневмотранспорт в сельском хозяйстве.

Методические указания по выполнению лабораторных работ

По дисциплине ОП.05 Основы гидравлики и теплотехники

Специальность 35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Короча 2017

Разработаны на основе рабочей программы учебной дисциплины «Основы гидравлики и теплотехники», разработанной на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – ФГОС) базового уровня подготовки по специальности среднего профессионального образования (далее СПО) 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства»

Организация-разработчик: ОГАПОУ СПО «Корочанский СХТ».

Разработчики:

Бельченко В.В. – преподаватель ОГАПОУ СПО «Корочанский СХТ»

Содержание

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5

Лабораторная работа № 6

Список используемых источников

Введение

Цели лабораторного практикума – закрепление студентами материала лекционного курса, развитие навыков самостоятельной работы с приборами при проведении теплотехнических экспериментов, обучение методам определения теплофизических свойств рабочего тела и проведению расчетов, а также умению делать выводы на основании полученных результатов.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Правила работы в лаборатории.

Находясь в лаборатории, студент обязан строго соблюдать правила техники безопасности. В целях обеспечения безопасности при проведении испытаний двигателя студенты перед выполнением первой работы должны пройти инструктаж по технике безопасности и противопожарным мерам. Инструктаж регистрируется в специальном журнале с росписью каждого студента о том, что он ознакомлен с правилами и обязуется их выполнять. Студенты, не прошедшие инструктаж, к выполнению лабораторных работ не допускаются. Включение лабораторных стендов разрешается только в присутствии обслуживающего персонала или преподавателя после проверки готовности студента к работе. При выполнении лабораторных работ следует соблюдать инструкции по эксплуатации измерительных приборов и оборудования.

Лабораторная работа №1

«Расчёт силы гидростатического давления, расход жидкости, скорости истечения»

Цель работы:ознакомление с измерением давления,приборами для измерениядавления и методикой определения погрешностей эксперимента

Оборудование: пьезометр

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с приборами и на основании показателей произвести расчет

2.Написать вывод о проделанной работе

Теоретические сведения

Гидростатика изучает явления в относительно покоящихся сплошных средах, когда касательные напряжения можно принять равными нулю. В этом случае жидкость (газ) в результате действия массовых и поверхностных сил находятся в напряженном состоянии, характеризующемся в каждой точке нормальными напряжениями сжатия:

где ∆P – действующая на площадку нормальная сжимающая сила, обусловленная силой поверхностного натяжения.

К покоящейся жидкости применим закон изотропии нормальных напряжений, открытый в середине XVII в. французским математиком и физиком Паскалем. По закону Паскаля три нормальных напряжения, приложенные к трем взаимно перпендикулярным площадкам, произвольным образом ориентированным в пространстве, равны между собой:

p_x = p_y = p_z = p_n .

Общее значение нормальных напряжений в данной точке, взятое со знаком минус, принято называть давлением в этой точке и обозначать буквой р:

Данное положение справедливо лишь для жидкости, находящейся в равновесии, поэтому это давление называют гидростатическим. Знак минус указывает, что нормальное напряжение

Приложенное к поверхности давление мысленно выделенного объема направлено в сторону, противоположную орту внешней нормали n к поверхности, ограничивающей выделенный объем, т. е. внутрь этого объема.

Давление р представляет собой физический скаляр, так же, как плотность, температура и др., и зависит только от координат точки, в которой оно рассматривается в данный момент времени.

Давление в газе (и в жидкости при нормальных условиях), где не может быть растяжений, всегда положительное; в условиях абсолютного вакуума (р = 0) в жидкости возможны растягивающие напряжения.

Давление измеряется в системе СИ в паскалях (Па): 1 ПА = 1 Н/м². Эта единица измерения довольно мала и используется для выравнивания лишь очень малых величин давления , на практике применяют производные от паскаля величины: килопаскали (1 кПа = 10³ ПА) и мегапаскали (1 МПа = 10⁶ Па). В технике давление измеряют в паскалях, барах, атмосфе-рах, миллиметрах ртутного и водяного столба и др.:

1 атм = 10⁴ кгс/м² = 1кгс/см² = 9,81 · 10⁴;

1 мм вод. ст. = 9,81 Па;

1 мм рт. ст. = 133,3 Па;

1 бар = 10⁵ Па.

Лабораторная работа №2

«Подбор центробежных насосов по каталогу для испытания»

Цель работы:подобрать центробежный насос по каталогу для испытания.

Оборудование: каталог центробежных насосов

Порядок выполнения работы

1. С помощью каталога выбрать центробежный насос (ИР-1)

2. Ознакомится с характеристиками, выбранного оборудования и законспектировать общие сведения о нем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Написать вывод о проделанной работе.

Теоретические сведения

Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им механической энергии.

Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей гидравлических машин. Они применяются для наружного водоснабжения (в том числе и противопожарного) населенных пунктов и предприятий, внутреннего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, для подачи воды на пожаротушение автонасосами, мотопомпами, для подачи воды и огнетушащих составов в установках пожаротушения, в системах смазки, топливоподачи и гидропривода пожарных автомобилей и для многих других целей. Насосы подразделяются на две основные группы: объемные и динамические. Объемными называются насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объёма камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. Динамическими называются насосы, в которых под воздействием гидродинамических сил перемещается с камерой (незамкнутом объеме) жидкость, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. К ним относятся струйные и лопастные насосы.

Весьма наглядной является классификация насосов по принципу действия, вне зависимости от вида перемещаемой жидкости (рис. 1).

Действие объемных насосов основано на изменении потенциальной энергии перемещаемой жидкости, а струйных и лопастных - на изменении кинетической энергии.

Рисунок 1- Классификация насосов

Контрольные вопросы

1. Что такое насос?

2. Какие группы насосов существуют?

3. По какому принципу классифицируются насосы?

Лабораторная работа №3

«Испытание центробежных насосов»

Цель работы:провести испытание выбранного центробежного насоса

Оборудование: центробежный насос, установка для испытаний ЦН.

Порядок выполнения работы

3.  Выявить зависимости напора Н, мощности N, и КПД η насоса от расхода Q

при постоянной частоте вращения рабочего колеса n = const.

4. Построить рабочие характеристики насоса по опытным данным.

Теоретические сведения

Характеристикой центробежного насоса называется графическое изображение зависимости напора H, потребляемой мощности N и коэффициента полезного действия η насоса от подачи Q при постоянной частоте вращения.

Описание экспериментальной установки

Установка для испытания центробежных насосов (рис. 1) ЛСИЦН-1 представляет собой рамную конструкцию, на которой смонтированы: два циркуляционных (центробежных) насоса UPC 25-60, пульт управления, система трубопроводов с запорной арматурой и напорный бак. Для измерения подачи и определения напора в систему трубопроводов встроены расходомер и датчики давления.

На панели пульта управления размещены клавиши включения-отключения установки и насосов; дисплеи ваттметра и расходомера.

Рис. 1 Установка для испытания центробежных насосов:

а) внешний вид установки; б) гидравлическая схема установки

1, 3 – насосы UPC 25-60; 2, 5, 8, 12, – вентили; 4 – пульт управления; 6 –

датчик давления (манометр); 9 – рама; 10 – расходомер; 11 – датчик давления

(мановакуумметр); 13 – трубопровод; 14 – напорный бак; 15 – термометр

Контрольные вопросы

1. Что такое характеристика центробежного насоса?

2. Изобразить гидравлическую схему установки.

Лабораторная работа №4

«Расчёт и подбор вентиляторов по каталогу по производительности и мощности»

Цель работы:произвести расчёт и подбор вентиляторов по каталогу по производительности и мощности

Оборудование:каталог вентиляторов, вентилятор.

Порядок выполнения работы

1. Подобрать вентилятор по таблице

2. Выполнить расчет производительности и мощности вентилятора

3. Написать вывод о проделанной работе.

Теоретические сведения

Рассчитываем при наличии только тепловыделений. Принимаем общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию с равной кратностью на вытяжку и приток. Проектом предусматривается изготовление воздуховодов из пластика. Оборудование и материалы, предусмотренные в проекте, имеют пожарные и гигиенические сертификаты РК. Вентиляция обеспечивает допустимые величины показателей микроклимата в соответствии с требованиями СН РК.

1. Объёмный расход удаляемого воздуха вытяжной вентиляцией летом ,V_с в м³:

где t_нл – средняя температура наружного воздуха по июлю t_нз = 30⁰С.

ρ – плотность воздуха в летний период при средней температуре по июлю,

ρ = 1,1 кг/м³.

С_В – теплоёмкость воздуха в летний период при средней температуре по июлю с_В = с₃₀⁰ = 0, 025·10³ Дж/кг· град.

2. Объёмный расход удаляемого воздуха вытяжной вентиляцией зимой ,V_с в м³:

(2)

где t_нз – средняя температура наружного воздуха по январю t_нз = - 30⁰С.

ρ – плотность воздуха в зимний период при средней температуре по январю,

ρ = 1,35 кг/м³.

С_В – теплоёмкость воздуха в зимний период при средней температуре по январю с_В = 0, 025·10³ Дж/кг· град.

3. Составляем схему приточной и вытяжной вентиляции для цеха в соответствии с размерами помещения L·B·H. Ориентируемся на упрощённые схемы рис.3. и рис. 4. Определяем длины магистральных воздуховодов и ответвлённых воздуховодов.

Рис 3. – Схема вытяжной вентиляции

Рисунок 4 – Схема приточной вентиляции

4. Определяем оптимальный диаметр магистрального воздуховода

d_м = К_г · V_с^0,42 (3)

где К_г = 0,35 – коэффициент расхода (коэффициент Лобачёва) для воздушно-газовых сред. Принимаем по ГОСТ d_м= d_у.

5. Основной расход равномерно делим на на 10 -12 ответвлённых расходов (V_сi)

(4)

6. Определяем оптимальный диаметр каждого ответвлённого воздуховода

d_i = К_г · V_сi^0,42 (5)

7. Рассчитываем средние скорости воздуха в магистральных (w_м ) и ответвлённых

(w_i ) воздуховодах:

и (6)

8. Определяем потери давления на магистральном трубопроводе (Δр_м) в Па.

Δр_м = ρ·g·h_м = ρ·g·(h_ℓ+ h_м) = ρ· [(λ· ℓ_м / d_м + Σξ)· w_м² / 2] (7)

Σξ – сумма К.М.С. на участке магистрального воздуховода.

Λ – коэффициент Дарси для воздуховодов при доказанном турбулентном режиме; λ = 0,020.

9. Определяем потери давления на ответвлённом трубопроводе (Δр_i) в Па.

Δр_i = ρ·g·h_i = ρ·g·(h_iℓ+ h_iм) = ρ· [(λ· ℓ_i / d_i + Σξ)· w_м² / 2] (8)

Σξ – сумма К.М.С. на участке магистрального воздуховода.

Λ – коэффициент Дарси для воздуховодов при доказанном турбулентном режиме в воздуховодах; λ = 0,020.

10. Полные потери давления на участке вентилятор – магистральный воздуховод – ответвлённый воздуховод (Δр_о) в Па

Δр_о = Δр_м + Δр_i (9)

11. Рассчитываем мощность электродвигателя вентилятора (N) в кВт

(10)

где η – средний рабочий КПД центробежного вентилятора с учетом запаса мощности; η = 0,50.

12. По таблице 12 или по специализированному каталогу подбираем тип (центробежный или осевой) и марку вентилятора по подаче вентилятора (V_ч) в м³/ч, избыточному давлению (Δр_о) в Па и полной мощности (N) в кВт.

13. Аналогично рассчитываем и подбираем приточный вентилятор.

14. Выясняем кратность воздухообмена (К) и сверяем с рекомендуемой (9).

(11)

где V_ц – объём помещения цеха, м³;

L – длина цеха, м;

B – ширина цеха, м;

H – высота цеха, м.

В среднем для цехов пищевых предприятий с отсутствием или незначительным выделением пыли кратность составляет К= 2 – 4.

(12)

где d_В – удельное влагосодержание воздуха в цехе в г/кг;

d_Н – удельное влагосодержание наружного воздуха в г/кг (отдельно для условий лета и зимы);

ρ–средняя плотность воздуха в цехе и наружного в кг/м³ (отдельно для условий лета и зимы).

Таблица 13- Вентиляторы центробежные

Лабораторная работа №5

«Сельскохозяйственное водоснабжение и гидромелиорация»

Цель работы: изучить сельскохозяйственное водоснабжение и гидромелиорацию.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с основными понятиями

2. Ответить на контрольные вопросы

Теоретические сведения

Системой водоснабжения называется совокупность объединенных в технологическую линию машин, оборудования и инженерных сооружений, предназначенных для забора, перекачки, улучшения качества, хранения, регулирования подачи и подачи воды от водоисточника к местам ее потребления под необходимым напором.

Необходимо изучить схемы сельскохозяйственного водоснабжения, их отличительные особенности, ознакомиться с природными и искусственными источниками водоснабжения, способами передачи воды, особенностями конструкции водозаборных сооружений. Знать требования, предъявляемые к качеству питьевой воды. Уяснить понятия «норма водоснабжения» и «режим водопотребления». Уяснить понятия коэффициентов суточной и часовой неравномерности водопотребления. Уметь определять среднесуточный и часовой расходы воды.

Уяснить назначение, типы и особенности устройства водонапорных башен. Уметь определять высоту водонапорной башни и регулирующий объем напорного резервуара. Необходимо ознакомиться с методикой подбора насосов. Изучить особенности полевого и пастбищного водоснабжения.

  Гидромелиорации – это комплексы долговременных мероприятий, обеспечивающих регулирование водно - воздушного режима почв в соответствии с предъявляемыми требованиями. Осуществляются они посредством оросительных, обводнительных и осушительных систем (в зависимости от требуемого вида гидромелиораций).

Ознакомиться с особенностями орошения земель, методами обводнения и осушения, возможностями их технической реализации.

Контрольные вопросы

1. Каковы виды систем и особенности сельскохозяйственного водоснабжения?

2. Изобразите одну из схем сельскохозяйственного водоснабжения.

3. Поясните алгоритм подбора погружного насоса?

4.  Что понимается под нормой водоснабжения?

Лабораторная работа №6

Гидро- и пневмотранспорт в сельском хозяйстве.

Цель работы:ознакомится с основными понятиями и схематично изобразить гидро – и пневмоустановку.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с основными понятиям

2. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Гидро- и пневмотранспорт – это комплексы устройств и оборудования, предназначенные для перемещения продуктов сельскохозяйственного производства, веществ и материалов посредством жидкости или воздуха. Если несущей средой является жидкость, то такой транспорт является гидравлическим, если несущая среда – газ – пневматическим.

Необходимо знать устройство и принцип работы гидро- и пневмотранспортных установок, предназначение их составных частей, типовые схемы данных установок для транспортирования и раздачи кормов, удаления навоза.

Контрольные вопросы

1. Что такое гидро- и пневмотранспорт?

2. Изобразите принципиальную схему одной гидро- или пневмотранспортной установки. Поясните ее состав и принцип работы, функциональное предназначение составных элементов.

3. Каковы достоинства гидро- и пневмотранспорта?