РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ І МЕТОДИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Обладнання та методика досліджень дисипативного нагрівання рідин в
гідравлічній системі з рециркуляцією
Виконання експериментальних досліджень з метою визначення теплового балансу
замкнутих гідравлічних систем з рециркуляцією здійснювали на експериментальному
стенді, принципова схема якого представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Принципова схема експериментального стенду: 1 – персональний
комп’ютер; 2 – лічильник електроенергії; 3 – регульований насос;
4 – трубопровід; 5 – запобіжний клапан; 6 – бак; 7, 10, 13 – температурні
датчики; 8 – витратомір; 9, 14 – вузли трубопроводу з датчиками;
11 – модельний осередок; 12 – діафрагма; 15 – пристрій для створення пульсацій;
16 – датчик тиску; 17, 18, 23, 24 – нормалізатори сигналів; 19,
21 – камери для вимірювання статичного тиску; 20, 22 – манометри;
25 – аналого-цифровий перетворювач.
Додаткова мета проведення експериментів полягала у виявленні впливу
гідравлічних пульсацій на приріст температури рідини у трубопроводі.
В зв’язку з тим що підвищення температури рідкого середовища в каналі
гідросистеми, внаслідок дисипації кінетичної енергії потоку, має невелике
значення, було прийнято рішення для збільшення величини дисипативного
нагрівання застосувати місцевий гідравлічний опір виконаний у вигляді
діафрагми, який під’єднувався до трубопроводу в складі модельного осередку
(рис. 2.2).
Рис. 2.2. Конструкція модельного осередку: 1 – діафрагма; 2 – прокладки;
3 – фланці.
Гідравлічна система експериментального стенду (рис. 2.1) була утворена
трубопроводом 4 внутрішнім діаметром 16·10-3 м. До складу системи входили також
теплоізольований бак 6 об’ємом 0,35 м3, запобіжний клапан 5, модельний осередок
11 із діафрагмою 12 та вимірювальні прилади. Під час досліджень нагрівання
рідини в пульсуючому потоці для створення гідравлічних пульсацій, до
гідросистеми додатково під’єднувався спеціальний пристрій 15. Циркуляцію
робочих рідин, в якості яких використовували водопровідну воду та 25% водний
розчин гліцерину, по трубопроводу забезпечував регульований насос 3 марки АХИ
3/80-0,4-В-М-У2. Функцію приводу насосу при роботі з водою та водогліцериновим
розчином виконували асинхронні електричні двигуни потужністю 5,5 кВт та 7,5 кВт
відповідно. Усі металеві частини стенду були теплоізольовані шаром мінеральної
вати.
У процесі експериментальних досліджень значення напору та втрати тиску
визначали за показами манометрів 20, 22 марки МТИ з ціною поділки 5 кПа.
Вимірювання об’ємної витрати робочої рідини через систему проводили
витратоміром 8 марки КВ-2,5 із ціною поділки 0,5·10-4 м3. Установка лічильника
витрати рідини відбувалась згідно технічних умов указаних у паспорті [102].
Енергетичні затрати електричного двигуна насоса на прокачування рідини по
системі визначали за показами лічильника електричної енергії 2 марки
СА4-И672М із ціною поділки 72 кДж.
Для фіксації пульсацій тиску в гідросистемі використовували датчик тиску 16
марки IPT-600. Температурні вимірювання виконувалися платиновими термометрами
опору 7, 10, 13 марки HEL-705, що встановлювалися відповідно у теплоізольований
бак 6 та у вузли 9, 14 трубопроводу. Аналоговий сигнал із температурних
датчиків та датчика тиску подавався через нормалізатори сигналів 17, 18, 23, 24
на вхід АЦП 25, а потім у цифровому вигляді в пам’ять персонального комп’ютера
1.
Тривалість експериментів контролювалась автоматично таймером програмного
забезпечення АЦП. Опис програмного забезпечення наведено у додатку В. Аналіз
похибок вимірювань теплотехнічних та електричних величин представлено у додатку
Д.
Експериментальні дослідження проводили за наступною методикою.
Перед початком експерименту теплоізольований бак 6 (рис. 2.1) заповнювали
підігрітою до температури 20±1 °С робочою рідиною. При запуску насоса 3 рідина
починала циркулювати по трубопроводу гідравлічної системи, до якої було
підключено модельний осередок 11 із діафрагмою 12. За допомогою об’ємного
регулювання в гідравлічній системі варіювали витрату рідини змінюючи тим самим
і величину втрат тиску на діафрагмі 12. При цьому для кожної величини втрат
тиску, використовуючи вимірювальну систему, фіксували відповідне значення
температури.
Гідравлічні пульсації у трубопроводі на місцевому гідравлічному опорі
створювали спеціально розробленим пристроєм 15, в основу роботи якого було
покладено принцип генерування коливань потоку при натіканні швидкісного
струменя рідини на порожнину циліндричного резонатора (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Пристрій для створення пульсуючого потоку: 1, 2 – штуцера для подачі
та відведення робочої рідини; 3 – трубчастий резонатор; 4 – місце під’єднання
манометра.
Амплітуда та частота коливань потоку регулювалася зміною швидкості струменя
рідини, що направлявся соплом 1 на вхід у порожнину резонатора 3. Після
проходження ділянки сопло-порожнина робоча рідина виходила з генератора
коливань через канали 2 і направлялася по трубопроводу в бак.
Створювані в трубопроводі пульсації тиску фіксували датчиком марки IPT-600.
Додатковим конструктивним параметром генератора коливань, зміна якого впливає
на значення амплітуди та частоти є довжина циліндричного резонатора. Тому в
експериментах використовували резонатори різної довжини: 144·10-3 м, 239·10-3 м
та 718·10-3 м, які відповідали основним частотам порожнистого об’єму: 2500 Гц,
1500 Гц та 500 Гц. Діаметр усіх резонаторів був рівний 5·10-3 м.
Створений експериментальний стенд та обладнання, що використовувалось під час
досліджень, дозволяло варіювати:
– числа Рейнольдса Re стаціонарної та пульсуючої течії р
- Київ+380960830922