Аналіз робочого процесу напрямних апаратів багатоступеневих відцентрових насосів з метою визначення кількісних безрозмірних критеріїв. Оцінка можливості оптимізації їх конструкцій за якістю сформованої структури течії на виході з робочого колеса.
Аннотация к работе
Даний підхід передбачає формування конструктивної схеми насоса із типових елементів, склад і кількість яких обирається з умови забезпечення вимог технічного завдання на проектування, і, як наслідок, скорочення кількості конструктивних виконань насосних агрегатів для підвищення серійності виробництва останніх. При побудові моделі робочого процесу гідродинамічних насосів потрібно враховувати вплив структури течії, сформованої на виході з елементів ПЧ на роботу один одного. У багатоступеневих насосах відвідні пристрої (відводи робочого колеса, що входять до складу проміжних ступенів) забезпечують перетворення реальної течії рідини за робочим колесом у вісесіметричну, тим самим створюючи умови для сталої течії в колесі наступного ступеня, змінюють момент швидкості потоку рідини та перетворюють кінетичну енергію потоку, що виходить з колеса, в енергію тиску та підводять рідину до вихідного патрубка. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідних робіт кафедри прикладної гідроаеромеханіки Сумського державного університету відповідно до науково-технічної програми Міністерства освіти і науки України та реалізована при виконанні держбюджетних науково-дослідних робіт (замовник Міністерство освіти і науки України): «Наукові основи технічного забезпечення енергозберігаючих технологій в гідропневмосистемах» (№ держреєстрації 0103U000769, підрозділ 1.2), «Дослідження нетрадиційних шляхів перетворення енергії в рідинах і газах та створення на їх основі прогресивного обладнання для гідропневмосистем» (№ держреєстрації 0106U001935, підрозділ 3.2, пункт 4.5.2), а також в рамках госпдоговірної роботи СУМДУ (замовник ВАТ «Лівгідромаш»): «Разработка теоретических чертежей рабочих органов к насосу ЦНС 180», контракт №80.13.71.06 від 01.08.2006 р. апарат багатоступеневий відцентровий насос Основні задачі дослідження: визначити особливості структури течії на виході з робочого колеса багатоступеневого відцентрового насоса;Даний підхід передбачає формування конструктивної схеми насоса з типових елементів, склад і кількість яких обирається з умови забезпечення вимог технічного завдання на проектування, і, як наслідок, скорочення кількості конструктивних виконань складових насосних агрегатів для підвищення серійності виробництва останніх. У багатоступеневих насосах лопатеві відводи (НА) забезпечують перетворення реальної течії рідини за РК у вісесіметричну, тим самим створюючи умови для сталої течії в колесі наступного ступеня, змінюють момент швидкості потоку рідини та перетворюють кінетичну енергію потоку, що виходить з колеса, в енергію тиску та підводять рідину до РК, забезпечуючи прийнятну структуру течії. Основним висновком з аналізу результатів робіт, які не суперечать загальним даним, є наявність нерівномірної структури течії за відцентровим колесом. Задачами експериментальних досліджень було: визначення особливостей структури течії на виході з РК ВЦН у діапазоні коефіцієнта швидкохідності ns = 69-100, а саме розподіл кутів виходу течії й абсолютних швидкостей течії, її колових та меридіанних складових у вихідному перерізі відцентрових коліс; В якості граничних умов задавались: умова прилипання на всіх твердих стінках (швидкість дорівнює нулю), розподіл всіх складових швидкості у вхідному перерізі, масова витрата Gi (і - кількість каналів РК) через один канал РК, на виході - повний статичний тиск р0 (оскільки тиск входить до рівняння лише у вигляді перших похідних, зазначаємо його значення лише на одній границі).Основі результати та висновки: Традиційний розгляд ПЧ як одного цілого, і як наслідок, окреме проектування та виробництво кожного насоса, зумовлює нерентабельність проектування та виробництва насосів. Блочно - модульний підхід передбачає формування конструктивної схеми насоса із типових елементів, склад і кількість яких вибирається з умови забезпечення вимог технічного завдання на проектування, і, як наслідок, скорочення кількості конструктивних виконань насосних агрегатів для підвищення серійності виробництва останніх. Проведений аналіз літературних джерел, присвячених дослідженням течії рідини в ПЧ ВЦН, показав наявність значної нерівномірності розподілу кутів виходу течії та абсолютних швидкостей на виході з РК за шириною колеса. За допомогою розрахункового дослідження були виявлені особливості, характерні для РК ВЦН, розподілу гідродинамічних параметрів течії рідини за РК, що дозволило визначити граничні умови у вхідному перерізі НА, як самостійного елементу ПЧ в рамках блочно-модульного проектування. Проведений критеріальний аналіз окремих ділянок НА та НА в цілому дозволив визначити безрозмірні критерії оцінки якості роботи та зазначити функціональний звязок між ними, на основі чого доповнена і розширена методика кількісного аналізу НА з урахуванням взаємодії окремих його елементів та з РК на стадії проектування нових конструктивних виконань та аналізу роботи існуючих.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої задачі підвищення ефективності проточних частин ВЦН за рахунок проектування напрямного апарату з урахуванням взаємодії усіх його елементів через сформовану структуру течії на виході з кожного та мінімізації втрат в ньому. Основі результати та висновки: Традиційний розгляд ПЧ як одного цілого, і як наслідок, окреме проектування та виробництво кожного насоса, зумовлює нерентабельність проектування та виробництва насосів. В умовах широкого використання ВЦН виникає потреба великої кількості різних насосів для забезпечення необхідних параметрів за умови невеликої потреби в кожному з них зокрема. Блочно - модульний підхід передбачає формування конструктивної схеми насоса із типових елементів, склад і кількість яких вибирається з умови забезпечення вимог технічного завдання на проектування, і, як наслідок, скорочення кількості конструктивних виконань насосних агрегатів для підвищення серійності виробництва останніх.
Проведений аналіз літературних джерел, присвячених дослідженням течії рідини в ПЧ ВЦН, показав наявність значної нерівномірності розподілу кутів виходу течії та абсолютних швидкостей на виході з РК за шириною колеса. Ця нерівномірність зумовлена робочим процесом ВЦН і повинна буди врахована при проектуванні НА насоса.
Проведено співставлення даних розрахункового та фізичного експериментів за дослідженням робочого процесу в РК ВЦН, що підтвердило адекватність компютерної моделі РК та можливість застосування математичного моделювання за допомогою програмних засобів на стадії проектування ПЧ лопатевих насосів.
За допомогою розрахункового дослідження були виявлені особливості, характерні для РК ВЦН, розподілу гідродинамічних параметрів течії рідини за РК, що дозволило визначити граничні умови у вхідному перерізі НА, як самостійного елементу ПЧ в рамках блочно-модульного проектування. Виявлена картина течії є нерівномірною, що зумовлено нерівномірністю розподілу колової складової абсолютної швидкості. Нерівномірність розподілу гідродинамічних параметрів течії майже вирівнюється лише на відстані r/r2 = 1,08 від вихідної кромки РК. Існуючі рекомендації щодо вибору геометрії вхідних ділянок НА дають нам значення D3/D2 = 1,02 - 1,05. З огляду на це при конструюванні вхідних ділянок НА необхідно враховувати вплив нерівномірності структури течії, сформованої на виході з РК, на роботу НА, а значить і ПЧ.
Проведений критеріальний аналіз окремих ділянок НА та НА в цілому дозволив визначити безрозмірні критерії оцінки якості роботи та зазначити функціональний звязок між ними, на основі чого доповнена і розширена методика кількісного аналізу НА з урахуванням взаємодії окремих його елементів та з РК на стадії проектування нових конструктивних виконань та аналізу роботи існуючих.
Застосування розроблених рекомендацій до проектування НА дозволило підвищити показники енергоефективності ПЧ ВЦН. Для проміжного ступеня ВЦН 180 з коефіцієнтом швидкохідності ns = 69 було отримано підвищення к.к.д. в робочій точці на 2,5%.
Застосування методики чисельного моделювання впливу роботи РК на роботу НА та проміжного ступеня загалом дозволило запропонувати вдосконалену геометрію вхідних ділянок НА ВЦН.
Результати дисертаційного дослідження впроваджені на виробництві ВАТ «Лівгідромаш» та у навчальному процесі СУМДУ.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА
1. Евтушенко А.А., Неня А.В. Деление вихревых течений на составляющие и их использование в насосостроении. - Харьков : Издат- во ИПМАШ, 2006 г. - №4, т. 9. - С. 58 - 64.
2. Евтушенко А.А., Карапузова М.В., Неня А.В. Результаты определения характеристики рабочего колеса как самостоятельного элемента центробежного насоса. Всеукраинский научно-технический журнал Промышленная гидравлика и пневматика. - Вінниця : Вид-во ВДАУ, 2007г. - №2 (16). - С. 40 - 43.
3. Євтушенко А.О., Карапузова М.В., Неня А.В. Вплив структури течії між основними елементами проточної частини на показники якості лопатевого насосу. Вісник СУМДУ. - Суми : СУМДУ, 2007 р. - №1. - С. 28 - 35. - (Технічні науки).
4. Евтушенко А.О., Луговая С.О., Неня А.В. Оптимизация геометрии проточной части насосной ступени с использованием результатов расчетного эксперимента. Вестник Восточноукранского национального университета им. В.Даля. - Луганск, 2007 г. - №3 (109), ч.2. - С. 174 - 180.
5. С.О. Луговая, А.В. Неня, И.Б. Твердохлеб. Расчет усовершенствованных направляючих аппаратов многоступенчатых лопастных насосов. Всеукраїнський науково - технічний журнал Промислова гідравліка та пневматика. - Вінниця : Вид- во ВДАУ, 2008 г. - №2 (20). - С. 36 - 40.
6. Вертячих О.В., Карапузова М.В., Неня В.Г., Неня А.В. Гідродинамічні аспекти блочно-модульного конструювання проточних частин насосів гідродинамічного принципу дії на ділянці «вихід з робочого колеса - вхід у відвід» Вісник Національного технічного університету України «КПІ» К.: НТУУ «КПИ». - 2007 г. - № 54. - С. 25 - 33.