Шнекові багатоступеневі насоси: методика розрахунку, показники якості - Автореферат

Шнекові багатоступеневі насоси: методика розрахунку, показники якостіЗастосування осьових проточних частин з профільованою лопатевою системою в багатоступеневій, у кількості декількох сотень ступенів, компоновці ускладнено через не технологічність створеного на їх основі насосу в цілому. У насособудуванні шнекові робочі колеса знайшли застосування в якості осьової ступені, що встановлюється перед основними робочими органами насосу для підвищення його антикавітаційних якостей. Метою роботи є розробка науково обгрунтованих рекомендацій по проектуванню малогабаритних осьових насосних ступенів, що складаються зі шнека постійного кроку та статорного апарату зі спрощеною формою лопаткової системи, включаючи визначення енергетичних характеристик ступені на робочих режимах за умов відсутності кавітації, з наступною перевіркою встановлених положень на дослідному зразку багатоступеневого насосу. Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні задачі: - виконати теоретичний аналіз впливу геометрії шнеку на рівень енергетичних якостей ступені з формулюванням рекомендацій щодо вибору основних геометричних параметрів колеса при проектуванні шнекової ступені на максимальний ККД та їх наступною експериментальною перевіркою; Предмет дослідження - робочий процес, методика розрахунку та показники якості малогабаритної осьової ступені, що складається зі шнеку постійного кроку в якості робочого колеса та статорного апарату зі спрощеною формою лопаткової системи, призначеної для роботи в багатоступеневій компоновці в умовах відсутності кавітації.У першому розділі розглянуто області застосування, особливості робочого процесу, методи проектування та розрахунку існуючих конструкцій насосних робочих колес з лопатями, закрученими по гвинтовій лінії, викладена постановка задачі дослідження, обгрунтовано вибір обєкту, способів та засобів його проведення, описано експериментальний пристрій та методику проведення експерименту, приведено оцінку похибок вимірюваних величин. Огляд результатів експериментальних досліджень структури течії в 11 шнеках постійного кроку та 4 шнеках перемінного кроку зі слабко зігнутими лопатями (Думов В.І., Єршов Н.С., Лакшмінараяна, Дель Валле, Оффінгер, Тертен та ін.) засвідчив, що картина течії в шнеці залежить від величини режимного параметру , який представляє собою відношення поточної осьової швидкості потоку у вхідному перерізі шнеку до осьової швидкості при нульовому куті атаки, а також геометричних розмірів колеса. Розглянуті відомі аналітичні та чисельні методи розрахунку енергетичних характеристик і полів течії в шнеках на бескавітаційних режимах роботи, починаючи з методик на основі спрощених умов радіальної рівноваги і рівняння Ейлера (Міролюбов І.В., Думов В.І., Захаров О.В., Боровський Б.І., Щербатенко І.В. та ін.) і закінчуючи тривимірними вязкими теоріями (Лакшмінараяна, Момот В.Є.). Теоретичним шляхом отримано вираз для знаходження по відомим робочим параметрам ( - подача, м3/с, - частота обертання, об/хв) і радіальним розмірам вхідної ділянки колеса ( - зовнішній діаметр шнека, м, - втулкове відношення) величини осьового ходу гвинтової лінії шнека, що забезпечує при осьовому вході потоку збіг розрахункової подачі з оптимальною за ККД: , де , , - коефіцієнти ( - кут атаки на вході в шнек на середньому діаметрі, - кут установки лопаті на середньому діаметрі). Результати експериментальної перевірки існуючої емпіричної залежності максимально досяжного ККД шнека від коефіцієнта його діаметра (Овсянников Б.В., Петров В.І., Чебаєвський В.Ф. та ін.) на конструкції шнекової ступені, у якій лопаткова система статорного апарату спроектована за умови безвідривної течії, а робоче колесо має оптимальні значення густоти лопатевої решітки і кута атаки, дозволяють рекомендувати її для визначення величини втулкового відношення на початковій стадії проектування шнекової ступені багатоступеневого осьового насоса.Патентно-інформаційний огляд підтвердив, що поняття про шнекову ступень багатоступеневого лопатевого насосу, яка складається зі шнеку постійного кроку та статорного апарату, у теорії насособудування відсутнє. Огляд літератури засвідчив, що при роботі на режимі максимального ККД розподіли осьових швидкостей уздовж радіуса і відносної швидкості вздовж ширини міжлопатевого каналу шнека близькі до рівномірних, і енергетичні характеристики шнека в цьому випадку можуть бути розраховані на основі двовимірної моделі течії рідини в його лопатевій системі. Побудовано фізичну модель течії рідини і розглянуто робочий процес шнекової ступені багатоступеневого осьового насоса при відсутності зворотних струмів на вході і поворотних струмів на виході з колеса. У рамках двовимірної моделі течії рідини в шнеку і статорному апараті запропоновано спосіб розрахунку теоретичного напору шнекової ступені, що використовується в багатоступеневій збірці.

Основний зміст роботи