Файл: Фонарев, А. Л. Гидромеханизация и гидротранспорт рыбы.pdf

поворота точки отбора давления устанавливались па расстоянии (8— 10) калибров выше и 50 калибров ниже 'местного сопротивления.

Потери напора на трение до и после местного сопро­ тивления (hWl, hw„) или измерялись во время опыта не­

посредственно (за участком стабилизации потока для внезапного сжатия и поворота), или находились (внезап­ ное расширение) по материалам предыдущих опытов 19]. В первом случае данные эксперимента (/t„v Л,„„) конт­

си (0 ^ й ^ 4 0 ).

Перед проведением опытов с гидросмесями местные сопротивления ‘испытывались на однофазной жидкости. Результаты этих опытов совпали с классическими дан­ ными [33], [35]. О точности экспериментов можно также судить по малому разбросу точек и многократному по­ вторению его результатов при испытаниях на гидросмеси.

Результаты экспериментов. Многочисленные опыты по внезапному расширению гидросмеси со взвешенным твердым компонентам полностью подтвердили теорети­ ческое решение (III.8). При различных расходных ско­ ростях и концентрациях гидросмеси, которые во время опытов изменялись в несколько раз, коэффициент мест­ ного сопротивления и для однофазной жидкости, и для гидросмеси имел одну и ту же величину [31]. Подобный результат получен и при испытаниях местного сопротив­ ления на легкой и тяжелой гидросмесях [31].

Таким образом, теоретическое решение (Ш .8) и экс­ перимент позволяют сделать вывод о том, что при нали­

чии в жидкости твердого компонента (у,п^ 1 ) процесс вихреобразования в местном сопротивлении не изменя­ ется. Путем визуальных наблюдений, кино- и фотосъем­ ки (рис. 16) для трех местных сопротивлений с коэффи­ циентом расширения 8,12, 4,0, 1,78 получены размеры вихревой зоны [31]. Взаимосвязь между коэффициентом местного сопротивления и длиной вихревой зоны для ци­ линдрического трубопровода имеет следующий вид:

£в.р.=0,175 -Тв, (111.21)

где /в= / в:£>2 — безразмерная длина вихревой области;

68

Длина вихревой области по 'материалам 'фотосъемки

внезапном сжатии гидросмеси со взвешенным твердым компонентом, по сравнению с однофазной жидкостью, ее гидравлические потери значительно возрастают [31]. Причина этого явления указана выше.

Опыты с местными сопротивлениями, у которых сте­ пень сжатия 0,123 и 0,250 показали, что на £ оказывает решающее влияние только концентрация гидросмеси, ко­ эффициент местного сопротивления от расходной скоро­

сти ( 2 ^ о ^ в ) м/сек не изменяется вообще, а сог влияет на его величину незначительно.

По результатам эксперимента уточнены уравнения

(III.14), (III.15) и (II 1.22). Оказалось, что коэффици­ ент а, входящий в эти уравнения, зависит только от объ­ емной 'Концентрации гидросмеси. При (0,10^/г^0,40) его средняя величина равна:

а— 1,0.

Если концентрация гидросмеси меньше 0,10 (O^/esC ^ 0,10), коэффициент местного сопротивления однофаз­ ной жидкости и гидросмеси имеет одну и ту же величи­ ну. В связи с этим в общем случае при /г^0,10

e = T r ^ r - t l “ ^ - ° ' 10^ - (IIL23)

И, наконец, об одном экспериментальном факте. Он имеет место также при внезапном сжатии. Пристенный слой твердого компонента, уменьшая проходное сечение узкой части местного сопротивления, значительно ухуд­ шает условия для движения основного потока. В связи с этим для каждой расходной скорости существует пре­ дельная концентрация (предельная нагрузка), выше ко­ торой жидкость не в состоянии транспортировать твер­ дые частицы. Для степени сжатия 0,250 и расходной ско­ рости 7 м/сек наибольшая величина объемной концент­ рации равна 0,45 (£т ах=0,45) [31].

Водорыбные смеси

Методика проведения эксперимента. Гидравлические характеристики местных сопротивлений на водорыбиой

70

смеси определялись на экспериментальной установке, описание которой приведено в работах [9], [10].

В качестве объектов исследования '.приняты местные сопротивления, которые ранее испытывались на гидро­ смеси со взвешенным твердым компонентом; внезапное расширение с коэффициентом расширенный 3,62, внезап­ ное сжатие со степенью сжатия 0,276 и поворот на угол

90° (о = 9 0 °).

Для визуализации потока местные сопротивления из­ готовлялись из органического стекла. Технология изго­ товления этих местных сопротивлений описана в рабо­ тах [31], [36].

Диаметры широкой и узкой частей внезапного рас­ ширения и внезапного сжатия составляли 100 мм и 52,5 мм, диаметр поворота — 100 мм. Так как гидравли­ ческие .потери на трение в оцинкованных трубах этих диаметров определены'нами ранее [9], была .возможность осуществить контроль при обработке результатов экспе­ римента с местными сопротивлениями.

Обработка результатов эксперимента проводилась по уравнениям (Ш .22), (III.23) и (Ш .24). Во время опы­ тов измерялись разность пьезометрических напоров (hg), гидравлические потери на трение (hWi), расходная ско­

рость гидросмеси (Vi) и ее температура.

Точки отбора давления устанавливались на расстоя­ нии (10— 15) калибров до и 50 калибров за местным со­ противлением.

Потерн напора на трение выше и ниже местного со­ противления (hWi, hw,) во время опыта измерялись не­

посредственно (за участком стабилизации потока), а их результаты контролировались по данным [9].

Опыты с местными сопротивлениями проводились в

Перед проведением опытов с водорыбными смесями местные сопротивления испытывались на однофазной жидкости. Результаты этих опытов совпали с классиче­ скими данными [33]. О точности экспериментов можно также судить по малому разбросу точек и многократно­ му повторению его результатов при 'испытаниях на гид­ росмеси.

Результаты экспериментов. Многочисленные опыты по внезапному расширению водокилечной смеси полно-

71

стыо подтвердили теоретическое решение (III.8). При различных расходных скоростях и концентрациях гидро­ смеси, которые во время опытов изменялись в несколько раз, коэффициент местного сопротивления и для одно­ фазной жидкости, и для водорыбной смеси имел одну и ту же величину [9], [36].

Мы видим, что опыты по внезапному расширению гидросмеси со взвешенным твердым компонентом и .водо­ рыбной смеси позволяют сделать и второй не менее важ­ ный вывод, .вытекающий из теоретического решения (III.8). Если относительный удельный нес гидросмеси

близок к единице (у7П= 1 ), форма и размеры твердого компонента не оказывают влияния на величину гидрав­ лических потерь в местном сопротивлении.

Визуальные наблюдения и 'киносъемка позволили со­ поставить движение рыбы и частицы .полиэтилена внутри вихревой зоны [36]. Если из-за взаимодействия вихрей движение твердой частицы часто носит случайный харак­ тер (особенно при 'Малых концентрациях), то рыба и внутри вихревой зоны в основном совершает направ­ ленное движение. Под воздействием обратных токов по­ давляющее большинство рьгб перемещается в сторону стенки и торца местного сопротивления, .не изменяя при этом своей ориентации в пространстве. Исключение со­ ставляют некоторые особи, 'которые при малой концент­ рации гидросмеси располагаются вдоль боковой поверх­ ности кольцевого вихря.

Результаты испытания поворота (а = 90°) па водо­ рыбной смеси не внесли ничего нового в ранее сделанные выводы. При одинаковых расходных скоростях гидрав­ лические местные потери у однофазной жидкости и у гид­ росмеси (вне зависимости от величины ее объемной кон­ центрации) оказались равными. Таким образом, выводы, которые вытекают из теоретического решения (III.8), и результаты опытов с внезапным расширением водорыбного потока и поворотом с качественной стороны со­ впали.

Так как поворот является частным случаем колена, у которого радиус закругления равен нулю, то для водо­

рыбного потока (ут ^ 1 ) решение (Ш .8) можно распро­ странить на колено с различными геометрическими ха­ рактеристиками.

72

Рис. 19. Расчетная и экспериментальная зависимости

^пс(А) для водорыбной смеси при со2 = 0,276, D ~\00m.u

ои видно, что форма и геометрические размеры твердого компонента влияют на величину гидравлических местных потерь (1П.23, III.25).

Расчет местных гидравлических сопротивлений для водорыбных смесей

В общем случае гидравлические местные 'потери раз­ личных водорыбных смесей можно рассчитать по извест­ ному уравнению (III.17). Для наиболее распространен­ ных местных сопротивлений рыбоводов (поворотов и ко­ лен) безразмерные коэффициенты водорыбной смеси « однофазной жидкости численно равны. Их величина, в зависимости от геометрических характеристик, приведе­ на в работе [33].

При входе водорьпбной смеси из безграничного прост­ ранства в трубопровод о острыми кромками коэффициант местного сопротивления, как об этом указывалось выше, зависит только от объемной концентрации гидро­ смеси. Для любых значений k его можно найти по фор­ муле (III.25).

Гл а в а IV

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

РЫБОНАСОСОВ

Как известно, любая насосная установка состоит из насоса и сети — системы трубопроводов, обслуживающей

75

насос. Гидравлические характеристики сети рыбопроводов и методы их расчета изложены m предыдущих разде­ лах этой работы. В главе IV приведен теоретический ана­ лиз основных параметров центробежных рыбонасосов на

гидросмеси (у,„^1), результаты их испытания на воде, водорыбных смесях и :методы улучшения их эксплуата­ ционных параметров.

Попутно отметим, что именно центробежные рыбона­ сосы типа РБ являются основными гидромеханизмами рыбной промышленности. Они широко используются как при добыче, так и при выгрузке и транспортировке рыбы.

Одновременно приводятся рабочие характеристики на воде и вихревого насоса «Юнитек А-50».

Первые сведения о рабочих характеристиках центро­ бежных рыбонасосов изложены в работах [37], [в]. В ра­ боте [37] дано описание результатов испытания центро­ бежного насоса марки 4НФ (прототипа рыбонасоса ти­ па РБ) на воде и водобумажной массе. 'Опыты проводи­ лись при 960 об/мин, 1430 об/мин и концентрации (0 < < £ < 0 ,0 3 1 1 ).

Рабочие характеристики рыбонасосов РБ-100 и РБ-150 приведены ,в работе [8]. Здесь изложены резуль­ таты первых испытаний этих рыбонасосов на воде и срав­ нительные испытания на некоторых водорыбных смесях. Более обширный материал по рабочим характеристикам рыбонасосов типа РБ содержит атлас лаборатории ме­ ханизации обработки рыбы ВНИРО [38].Он издан отде­ лом научно-технической информации института в 1970 г.

А. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Так как экспериментальная установка описана нами ранее [9], [10], остановимся на методике испытания ры­ бонасосов. Методика испытания рыбонасоса на воде об ­ щепризнанная [39]. Перед рабочими опытами рыбонасос и гидравлическая система освобождались от воздуха, продувался дифференциальный манометр, проверялась нулевая отметка индикатора динамометра.

Рабочий опыт .проводился при n=oonst, / в= const. Во время опыта для различных режимов работы рыбо­ насоса* измерялись вес воды (Go), продолжительность

* Режим работы рыбонасоса на воде изменялся регулировочной задвижкой, установленной па нагнетательной линии сети.

76

опыта (т), напор рыбонасоса (И), напряжение ( U), ток питания (/) электродвигателя постоянного тока ПН-100.

Методика 'испытания рыбонасоса на гидросмеси близ­ ка к методике его испытания па воде. Во время опыта число оборотов электродвигателя (п), ток возбуждения (Iв) и концентрация гидросмеси .поддерживались посто­ янными.

Чтобы исключить дополнительное травмирование ры­ бы, регулировочная задвижка при испытаниях рыбонасо­ са на гидросмеси отсутствовала. Изменение режима ра­ боты рыбонасоса в этой серии опытов осуществлялось за счет увеличения гидравлических потерь ;на трение в сети, т. е. путем уменьшения диаметра труб (52,5 s^HOO) мм на всасывающей и нагнетательной линиях экспериментальной установки.

Помимо данных, о которых уже упоминалось выше, при испытании рыбонасоса на гидросмеси измерялись ее вес ( G) и вес твердого компонента (GT).

По весу гидросмеси, GT, весу воды и продолжительно­ сти опыта определялась производительность рыбона­ соса и величина объемной расходной концентрации. Так как удельные веса компонентов водорыбной смеси близ­ ки друг к другу, то

где Q — производительность рыбонасоса;

k — объемная расходная концентрация гидросмеси.

■Напор рыбонасоса измерялся ртутным, дифференци­ альным .'манометром. Для увеличения точности отсчета дифференциальный манометр наклонялся под углом 30° к горизонту. .По показаниям дифференциального мано­ метра напор рыбонасоса определялся так:

hg=-^--h'g м .р.с.,

или в метрах водяного столба

77