Жұмыс мақсаты - білімгерлерді гидравлика лабороториясымен, стендтердің орналасуымен, қондырғылардың қолданылу мақсатымен, оларды сумен қамту жолдарымен, әр түрлі параметрлерді анықтау үшін қолданыдалатын құралдармен жәнеолардан есеп алу тәсілдерімен таныстыру.
Лаборатория - оқыту тәжірибелерін, бақылау сынақтарын, ғылыми - зерттеу жұмыстарын жүргізуге жабдықталған бөлме.
Жоғары оқу орындарындағы лабораториялық дәрістер, білімгерлердің теориялық алған білімдерін ғылыми - зерттеу немесе тәжірибе жүргізу арқылы ұштау, өлшеу құралдарын пайдалана білу мақсатында жүргізіледі.
Оқыту лабораториясындағы негізгі қондырғы - түптік еңестігін өзгертіуге болатын, ұзындығы және көлденең қимасы әртүрлі гидравликалық науалар. Лабораторияда, сонымен қатар, престер, арын шығындарын есептеуге керек гидравликалық кедергілер (диффузор,конфузор,кран,жуан және жіңішке құбырлар), сұйық қозғалыс режімдерін зерттеуге арналған және гидравликалық соққы құбылысын тудыратын қондырғылар болады.
Лаборатория, өтімі секундына жүздеген литрге жететін су мөлшерін тұтынады. Бұндай су мөлшерін қалалық су құбыры желісінен алу мүмкін емес, сондықтан лабороторияның сумен қамтылуы арнайы су жинаушы резервуар, насос(сорғы), арынды бак, тәжірибелік қондырғыларарқылы тұйықталған цикл бойынша іске асырылады.
Лабораториялық жұмыстарды жүргізу үшін қажетті арын, тәжірибе қондырғысынан 1,5-7,0 м жоғары (зерттеу сипатына байланысты) орналасқан арынды бактармен қамтамасыз етіледі. Арынды бактар суағарлар жүйесімен жабдықталады
1. Өлшеу құралдары
1.1 Су деңгейін және биіктік белгісін анықтауға арналған құралдар
1.1.1 Пьезометр (1.1, 1.2,- суреттер) сұйық арыны өлшенетін резервуарға жалғанатын шыны түтік.Түтіктің жоғары жағы ашық, атмосферамен жалғасады. Резервуардағы және түтіктегі сұйықтыңеркін бет қысымы болғандықтан, шкала бойынша түтіктегі сұйық деңгейі анықталады.
1.1 – сурет
1.2 – сурет
1.3 – сурет
Шкаланың нөл белгісі, деңгейдің есебі, басталатын биіктікте орналасады. Құралдың негізгі жүйелік қателігі, су өлшеу түтігін толтыратын сұйықтың капиллярлығымен түсіндіріледі. Су үшін Δh=30/d мм-ге тең.Капиллярлықтың әсерін төмендету үшін ішкі диаметрі - мм-ден кем емес, деңгей өлшейтін түтікшелерді алған жөн. Кәдімгі шкаладағы есеп алу дәлдігі - 1мм.
1.1.2 Өлшеу инесі (1.3 - сурет), кремальер және тісті рейка көмегімен оны тік бағытта жылжытуға болатын, шланганың (1) төменгі жағына бекітілген инеден (2) тұрады. Инені керек жерде орнату тұғырық (3) арқылы іске асады. Штанга бойымен миллиметрлік шкала түскен. Нониус көмегімен (дәлдігі 0,1 мм-ге дейін) есеп алынады.Кремальер (4) арқылы өлшеу инесін сұйықтың еркін бетіне түсіріп, нониус бойынша сандық мәне табылады. Қателік инегізінен, иненің ұшына сұйықтың жабысып қалуынан болады.
1.1.3 Қалтқылы деңгей өлшегіш (1.4 - сурет) - тік штанга (1) бекітілген қалтқыдан (2) тұрады. Штангаға бекітілген көрсеткіш шкала (3), қалтқының орналасу биіктіген, яғни су жиегінің еркін бетінде, немесе арнайы сұйықты тыныш күйге келтіретін шахтада орналастырылады. Егер тәжірибе кезінде су жиегі тербелісте болса, деңгей жағдайынан мәнін алу үшін - лимниграф (1.5- сурет) қолданылады. Лимниграф, блок (1) арқылы түсірілген тросқа (2)
Бектіліген қалтқыдан (3) тұрады.Қалтқы, су деңгейі өлшенетін шкала (5) - пен жалғанған камерада (4) орналасады.
1.2.1 Пружиналар манометр (1.6- сурет) - шеңбер бойымен иілген жұқа қабырғалы түтікшенің (1) ұшы жағына рычаг (2) арқылы стрелка орнатылған. Қысымның әсерімен түтікше деформацияланып, стрелка шкала бойымен жылжиды, қысымның шамасын, [кг/см 2 ] көрсетеді. Түтікшенің материалына, формасына және размеріне байланысты пружиналар манометрлер [0,5...10 000]кг/см 2 аралығындағы қысымды өлшей алады. Олар көбінесе үлкен қысымдарды өлшеуге пайдаланылады.
1.2.2 Пьезометр (1.7- сурет) - жоғарғы жағы ашық, тік жағдайда бекітілген шыны түтікше (1). Түтікшенің төменгі жағы қысым өлшеу орынымен жалғастырылады. Диаметрі 1-2 мм тесікті пьезометрлік түтікке қосу өте мұқият орындалу қажет және ағын қозғалысына көлденең болуы керек. Жалғастыру түтікшесіндегі ауа кран (2) арқылы міндетті түрде шығарылуы тиіс.
1.4 - сурет
1.5 - сурет
Кез - келген А нүктесіндегі артық қысым мәні төмендегі байланыстылықпен анықталады
(1.1)
мұндағы: ρ - сұйық тығыздығы;
h 1 - құралдың нөлдік деңгейінен А нүктесіне дейінгі тереңдік;
h - пьезометр көрсетуі.
1.2.3 Вакууметр (1.8-сурет) - жоғарғы жағы қысым өлшенетін нүктеге жалғасқан шыны түтікше. Түтікшенің төменгі жағы сұйыққа толтырылған ыдысқа (2) түсірелді. Ыдыстың беті ашық . Вакууметр - бір атмосфераға жетпей тұрған қысымды өлшеуге қолданылады.
Жабық кеңістіктегі өлшенетін қысым мәні төмендегі байланыстылықпен анықталады
(1.2)
мұндағы: һ - түтікшедегі сұйықтың көтерілу биіктігі;
ρ - сұйықтың тығыздығы.
1.2.4 U - кейіпті мановакуумдар (1.9 - сурет) біршама деңгейге дейін сұйықпен толтырылған U - тәрізді шыны түтік.
Түтіктің бір жағы қысым өлшенетін орынмен, ал екінші жағы атмосферамен жалғасқан.Жалғастыру түтікшесінен ауаны шығару және құралды істен шығару үшін үш сатылы кран (2) пайдаланылады. Егер, сұйық ішіндегі өлшенетін қысым Р көтерілсе, онда сол жағындағы сұйық деңгейі түседі де оң жағындағы сұйық деңгейі көтеріледі. Егер қысым, атмосфералық қысымнан төмен болса, онда U - дың сол жағындағы сұйық көтерледі де, оң жақтағы сұйық деңгейі түседі. Құрал, деңгей биіктіктерінің айырмасын (һ) (атмосфералық қысымнан артық, немесе кем екендігін көрсетеді.
(1.3)
Оң мәнді болса артық қысымды, теріс мәнді болса вакуумды көрсетеді. Сұйықтың кез келген А нүктесіндегі артық қысым
(1.4)
1.2.5 Дифференциалды манометр - сұйық кеңістігдегі екі нүкте арасындағы қысым айырмасын өлшеу үшін қолданылады. 1.10 - суретте үлестік салмағы γ р сұйықпен толтырылған U- тәрізді шыны түтікшеден тұратын манометр схемасы келтірілген. Түтікшенің екі жағы екі нүктеге жалғанады. Ауаны шығару үшін крандар (2) ортанылады. Қысымдардың екі түрлілігінен, U - тәрізді түтікшедегі сұйық қозғалады. Сұйық деңгейлерінің айырмашылығы
(1.5)
болады.
1.2.6 Диффенренциалды пьезометр (1.11 - сурет) - төменгі жақтарды қысым өлшенетін нүктелерге жалғанған екі (1 және 2) шыны түтікшелерден тұрады. Түтікшелердің жоғарғы жақтары бір - бірімен және ауа кетіретін құбыршамен жалғанады. Құралдағы ауаны шығару үшін үш сатылы крандар (4) орнатылған. Қысымдар әсерінен түтікшелердегі сұйық h 1 = P 1 / ρg және h 2 = P 2 / ρg биіктіктерде тұрақтайды. Егер Z 1 = Z 2 болса, онда қысымдар айырмасы болады,
(1.6)
1.3.1. Қалтқылар, ағынның жоғарғы бетіндегі жылдамдықты анықтау және ақпанның траекториясын алу үшін қолданылады. Ағынның бір нүктесіндегі немесе қажет тереңдіктегі жылдамдықты анықтауға арналған тереңдік қалтқылары сирек қолданылады. Беттік қалтқылар ағаштан, парафиннен, қағаздан және де басқа материалдардан жасалынады. Қалтқылардың қозғалысы фотоаппарат көмегімен пленкаға түсіріледі.
1.3.2 Гидроматериалық түтік (1.12 - сурет) ағын нүктелеріндегі жергілікті жылдамдықтарды өлшеу үшін қолданылады. Оның жұмыс істеу принципі төмендегідей: шамалы иілген түтіктің бір ұшын сұйыққа, ал екінші ұшын атмосфераға бағыттаса, түтіктегі сұйық h 2 биіктікке көтеріледі.Ағын нүктесіндегі толық қысым болады.
(1.7)
мұндағы: ρ - сұйық тығыздығы;
V - ағын жылдамдығы;
P 1 - нүктедегі статикалық қысым.
Статикалық қысымды - пьезометрлік түтікпен өлшеуге болады, онда
(1.8)
немесе
(1.9)
Көбіне екі түтік бір құрал «Гидрометриялық түтік» құрайды. Гидрометриялық түтіктер түрі, конструкциясы әртүрлі болып келгенімен, жұмыс істеу принциптері бірдей. Құрал (1.13 - сурет) сұйық ағынына еңгізілген гидрометриялық түтікшеден (2) дифференциалды пьезометрден тұрады. Шыны түтікшелердің төменгі жақтары үшөтпелі крандармен (3) жабдықталып , резіңке шлангтар арқылы, гидрометриялық түтікше штуцерлерімен жалғанады. Шыны түтікшелердің жоғарғы жағы, ауа сорылатын түтікпен (5) кран (4) арқылы жалғанады. Шыны түтікте (2) нониус қозғалатын (дәлдігі 0,1мм) шкала бөлінділері бар.
Түтіктің дәл көрсетуіне, ескеру үшін , есептеу формуласына түзету коэффициенті «К» еңгізіледі.
(1.10)
«К» коэффициентінің мәні тәжірибе жүзінде анықталады. Кейде гидрометриялық түтікті өлшеу инесімен бір штангаға қосып құрастырады. Бірнеше бағыттағы жылдамдықтардың өлшеу үшін сумен (мүмкін болса ыстық сумен) жуады. Гидрометриялық түтікшенің түп жағын тыныш тұрған сұйыққа түсіріп, крандар(3), (4) және түтікше (5) арқылы ауа сорылады. Резіңке шлангтерді кезек - кезек қыса отырып, гидрометриялық түтікшедегі ауа шығарылады. Құралда ауаның жоқтығын және оның жұмысқа даярлаған, тыныш кұйдегі су деңгейінің екі түтікте де бір биіктікке көтерілгенін байқаймыз.
1.4.1 Көлемдік бактер көмегімен өтімді өлшеу.Лаборотория жағдайында жиі қолданылатын, ең қарапайым және дәлірек, өтімді өлшеу тәсілдері - көлемдік және салмақтық тәсілдер. Көлемдік тәсілде, сұйық, өлшеу багіне ағады, бактің толу уақыты секндомермен анықталады. Сұйықтың өтімін есептеу төмендегі байланыстылықпен табылады
(1.11)
мұндағы: W 1 және W 2 - тәжірибе басындағы және соңындағы алынған бактегі сұйық көлемдері:
T 1 және T 2 - тәжірибе басындағы және соңындағы секундомер көрсетуі.
Егер, сұйықтың өтімін анықтау үшін салмақ тәсілі қолданылатын болса, онда өтім сұйық салмағы (G) мен сұйықтың меншікті салмағы бойынша анықталады. Бұл жағдайда өтім төмендегі теңдікпен анықталады.
(1.12)
Жіберілетін қателіктерді төмендеті үшін, сыйымдылығы үлкен және толу уақыты көптеу болатын жағдайды қарастырады. Бұндай өлшеу тәсілінің кемшіліктері:
1) сұйықтың атмосфераға еркін ағып шыққанда ғана қолдануға болатындығы;
2) бейқалыпты қозғалыс кезінде қолданудың мүмкін еместігі;
3) ауқымды сиымдылықтарды қолдануды қажет ететіндігі және үлкен өтімдерді өлшеуге мүмкіндіктің жоқтығы.
1.4.2. Өтімді суағармен өлшеу. Бұл тәсіл - өте кең қолданылатын тәсіл, әсіресе өтім мәні үлкен болғанда. Өтім Ǫ < 100 л/с болғанда, үшбұрышты жұқа қырлы суағар (Томсон суағары) қолданылады. Ондағы су өтімі төмендегі байланыстылықпен анықталады.
(1.13)
Үлкен өтімдерді өлшеу үшін (Ǫ < 100 л/с) жұқа қырлы тікбұрышты және трапециялы суағарлар қолданылады. Тікбұрышты және трапециялы суағарлардағы өтім.
(1.14)
мұнда: m 0 - суағар түріне байланысты өтім коэффициенті;
Н- суағардағы судың тереңдігі;
b - суағардың түпкі ені;
Чиполетти (трапеция формалы) суағары үшін Q = 1,86 b H 3/2 . Лабораторияда қолданылатын суағарларды алдын - ала тарировка (тереңдігіне байланысты өтімдерді табу қисығы) жасап қояды, яғни Q = f ( H ) тұрғызылады. Өтім мәнін қисық бойынша анықтауға болады. Өтімдерді өлшеу үшін еркін ақпалы, суға көмілмеген суағарларды қолдану ұсынылады.
1.4.3. Сұйық өтімін, өтім қимасын бірнеше бөлікке бөліп табы әдісі. Бұл әдіс бойынша ағының өтім қимасын бірнеше бөліктерге бөліп, олардың ауырлық орталықтарындағы жергілікті жылдамдықтарды U 1 , U 2 және U 3 өлшейді. Ағын өтімі төмендегі байланыстылықпен анықталады.
(1.15)
мұндағы: F i - бөлік ауданы;
V i - осы бөліктің ауырлық орталығындағы жылдамдық.
Есептеу дәлдігі, бөліктердің саны көбейіп олардың ауданы кішірейгенде, өсе түседі.
1.4.4. Тарлыған қондырғылар көмегімен өтімді өлшеу - диафрагмалар (тарылтуға арналған қондырғы), бағыт бергіш құрылғылар, Вентури құбыры арқылы көтеріп - түсіруге негізделген (1.14 - сурет) Қималардағы статикалық арындар айырмасы
(1.16)
Сұйық өтімі төмендегі теңдеумен анықталады
(1.17)
мұндағы: ω т - тарылған жердегі өтім қимасының ауданы;
μ - тарылған құрылғының өтім коэффициенті.
Бақылау сұрақтары