Министерство общего и профессионального образования российской федерации
Тверской государственный технический университет
Кафедра «гидравлики, теплотехники и гидропривода
В.С. Карелин, е.Н. Коноплёв
по прикладной гидромеханике,
гидравлическим машинам и
гидроприводам
(на правах рукописи)
Тверь, 2003
Содержание
стр.
Введение. Компьютерная версия лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов…………………………………………..4
1. Назначение и состав компьютерной версии лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов………………….5
2. Методика выполнения лабораторных работ в оболочке виртуальной лаборатории………………………………………………………………… ...8
Раздел 1. Прикладная Гидромеханика
Работа 1.1. Измерение гидростатического давления и экспериментальное подтверждение закона Паскаля……….……………………….14
Работа 1.2. . Определение опытным путем слагаемых уравнения Д. Бернулли при установившемся неравномерном движении жидкости в напoрном трубопроводе…..……………………..22
Работа 1.3. Экспериментальная иллюстрация ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости, определение законов сопротивления и критического числа Рейнольдса………….…………………………………………..30
Работа 1.4. Изучение гидравлических сопротивлений напорного трубопровода с определением коэффициентов гидравлического трения по длине и местных сопротивлений…………………………….……………38
Работа 1.5. Изучение истечения жидкости через малые отверстия в тонкой стенке и насадки при постоянном напоре в атмосферу………………………………………………………..47
Работа 1.6 Экспериментальное изучение прямого гидравлического удара в напорном трубопроводе………………………………………...55
Раздел 2. Гидравлические машины и гидроприводы
Работа 2.1. Параметрические испытания центробежного насоса………….60
Работа 2.2. Кавитационные испытания центробежного насоса……………68
Работа 2.3. Испытания нерегулируемого объемного насоса ………….…....................................................................................................…77
Работа 2.4. Определение характеристик гидропривода с объемным регулированием….…………..…………………………….…….90
Работа 2.5. Испытания гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием…………………………………….……...….99
Работа 2.7. Испытания гидродинамической передачи………………..…..120
Библиографический список…………………………………………………131
ВВЕДЕНИЕ.
Компьютерная версия лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов
Эксперимент является неотъемлемой частью гидравлических исследований. Особенно большое значение эксперимент приобретает при рассмотрении задач, связанных с таким движением жидкости, которое не поддаётся теоретической схематизации. Например, для потоков в некоторых местных сопротивлениях и в каналах гидравлических машин.
При изучении таких курсов как «Гидромеханика», «Гидравлика и гидропривод», «Гидравлика, гидро- и пневмопривод», «Механика жидкости и газа», «Гидравлика, гидрология и гидрометрия», «Основы гидропривода строительных и мелиоративных машин» весьма важно ознакомить студентов на практике (в лабораториях) с методикой экспериментальных гидравлических исследований напорных трубопроводов и гидротехнических сооружений, конструкциями насосов, гидроприводов и методами их испытаний. Для этой цели в основном и предназначен предполагаемый лабораторный практикум.
Выполнение описанных в практикуме пятнадцати лабораторных работ по гидравлике, гидравлическим машинам и гидроприводам, позволяет студентам глубже понять физическую сущность основных законов гидромеханики, получить реальное представление о возможностях гидромашин и гидроприводов для механизации и автоматизации производственных процессов и технологий в области избранной ими специальности, а также разобраться в принципах работы гидромашин и гидроприводов и освоить методы их испытаний в соответствии с требованиями государственных стандартов.
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ КОМПЬЮТЕРНОЙ ВЕРСИИ ЛАБОРАТОРИИ ГИДРОМЕХАНИКИ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН И ГИДРОПРИВОДОВ.
Компьютерная версия лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов предназначена для имитационного выполнения лабораторных работ при изучении дисциплин «Гидромеханика», «Гидравлика и гидропривод», «Основы гидропривода строительных и мелиоративных машин», «Гидравлика, гидро-пнвмопривод» с цель выработки навыков измерения параметров гидравлических устройств и систем, обработки получаемых результатов, закрепления основных теоретических положений дисциплины.
Лаборатория гидромеханики включает в себя одну лабораторную установку по разделу гидростатики для демонстрации закона Паскаля, и пять лабораторных установок по разделу гидродинамики: установка для изучения составляющих уравнения Д. Бернулли, установка для изучения режимов течения вязких жидкостей в трубах, стенд для экспериментального изучения гидравлических потерь в местных сопротивлениях и по длине, установка для изучения истечения жидкости через отверстия и насадки, установка для изучения явления гидравлического удара в трубах.
Все вышеприведенные установки представляют собой компьютерные версии существующих на кафедре «Гидравлика, теплотехника и гидропривод» лабораторных установок и состоят из мультипликационного изображения действующей установки на экране дисплея и математической модели изучаемого физического процесса, управляющей содержанием экрана.
Программа позволяет имитировать измерения параметров физического процесса с помощью применяемых в практике гидравлического эксперимента приборов, таких как пьезометры, манометры, вакуумметры для измерения гидростатического напора, трубки Пито и датчики скорости для измерения скоростного напора, мерные емкости и секундомеры для определения объемного расхода жидкости. В процессе компьютерного эксперимента программа воспроизводит случайное отклонение измеряемого параметра, что дает возможность оценить точность измерений методами статистического анализа.
Методики выполнения лабораторных работ в оболочке компьютерной лаборатории практически совпадают с теми же приведенными в разделе 1 настоящего практикума и предусматривают изучение теории физического явления, ознакомление с устройством и принципом действия экспериментальной установки, формулирование целей, задач и порядка выполнения работы. Обработка результатов измерений и вычисления параметров эксперимента выполняются в табличной форме по формулам и уравнениям, приведенным в практикуме для соответствующей работы.
Компьютерная лаборатория по разделу гидромеханики реализована в виде исполняемого программного файла “HYDLAB.EXE” под операционную систему DOS6.. Из главного меню программы осуществляется выбор выполняемой работы, получение информации о программе и выход из неё. После выбора выполняемой работы программа предоставляет доступ пользователя к меню настройки лабораторной установки, информации о ней и выполнению лабораторной работы в диалоговом режиме.
Компьютерная лаборатория гидравлических машин и гидроприводов включает в себя три лабораторных стенда для испытания насосов: стенд для параметрических испытаний центробежных насосов, стенд для испытания объемных насосов и стенд для кавитационных испытаний центробежных насосов и четыре стенда для испытаний гидроприводов: 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 и установку для испытаний гидродинамической муфты. Все перечисленные выше установки и стенды являются компьютерной версией существующего на кафедре оборудования и состоят из мультипликационного изображения действующего стенда на экране дисплея и математической модели рабочего процесса испытуемой гидромашины или гидропривода, управляющей содержанием экрана.
Программа позволяет имитировать работу гидравлических машин в различных режимах, выполнять измерения параметров их работы таких как напор (давление), подача(расход), крутящий момент, число оборотов, мощность и др. Измерение указанных параметров осуществляется на стенде измерительных приборов куда поступает информация непосредственно с модели лабораторного стенда. При этом программа генерирует случайные отклонения измеряемых величин в интервалах наблюдаемых при испытании реальных гидромашин.
Методики выполнения лабораторных работ в оболочке компьютерной лаборатории гидравлических машин и гидроприводов соответствуют приведенным в разделе 2 описаниям и рекомендациям для физических испытаний гидромашин и гидроприводов. В целом эти методики предусматривают изучение физической сущности рабочего процесса испытуемого устройства, ознакомление с устройством и принципом действия испытательного стенда, формулирование цели и порядка выполнения испытаний, измерение и вычисление параметров работы устройства и построение рабочих характеристик в соответствии с нормами и правилами определенными в ГОСТе – 6134-71.
Компьютерная лаборатория гидравлических машин и гидроприводов реализована в виде исполняемого файла “HYMLAB.EXE” под операционную систему DOS6. . Из главного меню программы производится выбор выполняемой работы, получение информации о программе и выход из неё. После выбора лабораторной работы программа переходит в настроечное меню, где осуществляется выбор испытуемой гидравлической машины (марка центробежного или объемного насоса) или состав гидропривода (марка насоса гидромотора или гидроцилиндра). Программа предоставляет возможность провести испытания десяти различных марок центробежных насосов и пяти марок объемных насосов, пятнадцати объемных гидроприводов различного состава и пяти типоразмеров гидродинамических муфт. В настроечном меню предусмотрена информационная поддержка по каждой лабораторной работе и диалоговый режим выполнения испытаний, а также режимы перехода к выполнению новой лабораторной работы и выхода из программы.
. 1.2 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ В ОБОЛОЧКЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ
Методика отработки лабораторной работы с применением компьютерной версии лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов сводится к следующему:
В соответствии с выполняемой работой в разделах 1 или 2 настоящего руководства выбирается описание работы
Выполняется изучение теоретических основ выбранной работы, ознакомление с описанием и принципом действия лабораторной установки или стенда, целью и порядком выполнения экспериментов, формой таблицы для записи и обработки получаемых данных, основными расчетными формулами и контрольными вопросами.
Выполняется подготовка протокола выполняемой работы по следующей форме:
Номер и название лабораторной работы. Фамилия, И. О. и No группы исполнителя
Теоретическая часть.
Схема экспериментальной установки и ее состав.
Цель и порядок выполнения работы (заполняется после проведения экспериментов на установке или стенде).
Результаты измерений и вычислений. Форма таблицы принимается в соответствии с формой приведенной в руководстве по выполняемой работе.
Основные расчетные формулы. Приводятся формулы необходимые для расчета таблицы.
Вкладыш из миллиметровой бумаги для графического представления результатов работы.
Вывод по работе. Заполняется после полного завершения и обработки работы и представляет самостоятельную оценку и анализ проведенного исследования.
Письменные ответы на контрольные вопросы.
Обратиться к программам “HYDLAB.EXE” или “HYMLAB.EXE” войти в главное меню и выбрать выполняемую лабораторную работу. При необходимости ознакомиться с информацией о программе. Войти в меню настройки лабораторной установки, ознакомиться при необходимости с информацией по лабораторному стенду и произвести выбор постоянных параметров лабораторной установки или марки испытуемых гидравлических машин.
Включить режим выполнения лабораторной работы или испытания гидромашин, произвести измерения необходимых параметров и внести полученные данные в таблицу протокола. Повторить измерения в других режимах с цель получения достаточного количества данных для анализа изучаемого явления или построения характеристик гидравлических машин и гидроприводов.
Выйти из программы, обработать результаты измерений, построить необходимые графики и характеристики, сделать вывод по выполненной лабораторной работе и представить её к защите преподавателю.