Зміна напірної та енергетичної характеристик високообертового динамічного насосу під впливом в"язкості середовища, що перекачується - Автореферат

Іншим видом поправок враховується вплив на характеристику насоса значної зміни частоти обертання його ротора. Результати розрахунків за існуючими поправками, які враховують зміну частоти обертання ротора насоса, мало узгоджуються як між собою, так і з реальними характеристиками насосів. Окремо слід відзначити зростаючу тенденцію використання насосів з усе більш високими частотами обертання їх ротора. вивчити питання особливостей застосування формул теорії подібності для перерахунку робочих характеристик насосів з малорозмірними робочими колесами у випадку переходу їх з роботи на воді до перекачування середовищ з високою вязкістю; розробити уточнену методику перерахунку робочих характеристик відцентрових насосних ступенів з малорозмірними робочими органами при високій частоті обертання їх ротора з води на рідину з високою вязкістю.Невизначеність у виборі необхідної методики перерахунку енергетичних параметрів насосів, які розглядаються, з води на високовязку рідину приводить до експлуатації існуючого насосного устаткування на неоптимальних режимах. Пряме їх використання, стосовно насосів з малорозмірними робочими колесами, дає похибки у розрахунках (в середньому 30%), що неприйнятні для сьогоднішньої практики експлуатації насосного обладнання, яке розглядається. Питання ускладнюється тим, що підвищення частоти обертання ротора насоса діє в протилежному напрямку відносно впливу на його робочу характеристику, в порівнянні зі зменшенням діаметру робочих коліс та зростанням вязкості середовища, яке перекачується. В результаті розгляду фізичної природи течії високовязкої рідини в міжлопатевому каналі робочого колеса відцентрового насоса констатується - в заданих умовах вплив сил інерції та вязкості на величину основних параметрів насоса є приблизно однаковим. На підставі існуючих виразів для визначення числа Рейнольдса отримано залежність, яка додатково враховує вплив геометричних параметрів робочого колеса насоса на характер режиму течії рідини в його проточній частині: , (1) де геометричний коефіцієнт, що враховує основні геометричні параметри виходу робочого колеса (a2 - кут виходу потоку рідини із колеса в абсолютній системі координат, град.; b2 - кут виходу потоку рідини із колеса у відносній системі, град.; y2 - коефіцієнт стиснення потоку рідини лопатями колеса на його виході; b2 - ширина колеса на виході, м).У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача створення концептуально нової методики прогнозування робочих характеристик відцентрових насосів, які перекачують високовязкі рідини, мають малорозмірні робочі органи та працюють з підвищеними частотами обертання їх ротора. За результатами виконаної роботи зроблено наступні висновки: проведено інформаційно-аналітичний огляд джерел за темою дисертації та встановлено, що існуючі методики перерахунку робочих характеристик насосів гідродинамічного принципу дії з води на високовязку рідину (n=10 . . Встановлено, що при перекачуванні зазначеної рідини домінують сили вязкого тертя, що не дозволяє нехтувати критерієм Рейнольдса при використанні формул теорії подібності для розрахунку робочої характеристики насоса.

Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача створення концептуально нової методики прогнозування робочих характеристик відцентрових насосів, які перекачують високовязкі рідини, мають малорозмірні робочі органи та працюють з підвищеними частотами обертання їх ротора. Базова структура перерахункових формул енергетичних параметрів за даною методикою прийнятна для всіх відцентрових насосів, які працюють в вищезазначених умовах. Отримані науково-методичні результати, спрямовані на підвищення енергоефективності промислових гідравлічних мереж (в першу чергу нафтогазового комплексу), дозволяють досягти ефекту в техніко-економічних показниках.

За результатами виконаної роботи зроблено наступні висновки: проведено інформаційно-аналітичний огляд джерел за темою дисертації та встановлено, що існуючі методики перерахунку робочих характеристик насосів гідродинамічного принципу дії з води на високовязку рідину (n=10 . . . 200 ССТ) мають суто емпіричний характер і дають достатньо прийнятну точність розрахунків тільки у випадку використання середньо розмірних (150 D2 450,мм) робочих коліс при стандартній (1000 n 3000, об/хв) частоті обертання ротора насоса. У випадках D23000 об/хв похибки розрахунків за існуючими методиками суттєво перевищують допустимі межі;

запропонована фізична модель течії високовязкої рідини в проточних каналах малорозмірної насосної ступені. Встановлено, що при перекачуванні зазначеної рідини домінують сили вязкого тертя, що не дозволяє нехтувати критерієм Рейнольдса при використанні формул теорії подібності для розрахунку робочої характеристики насоса. Визначено найбільш прийнятну форму обчислення числа Рейнольдса стосовно проточної частини відцентрового насоса, який перекачує високовязку рідину;

зясовано, що масштабний ефект, який кількісно характеризується співвідношенням зовнішніх діаметрів робочих коліс натурного та модельного насосів, у випадку зменшення натурного робочого колеса по відношенню до модельного проявляється у зміні режиму течії середовища, яке перекачується, від турбулентного до ламінарного. Зроблено висновок - структура коефіцієнтів перерахунку характеристик насоса з води на високовязку рідину повинна базуватись на залежностях, які описують ламінарний режим течії рідини;

встановлено, що суттєва зміна частоти обертання ротора насоса є вагомим, але не домінуючим фактором відносно її впливу на робочу характеристику насоса. Збільшення частоти обертання веде до зменшення розмірів робочого колеса при фіксованих параметрах насоса. В цих умовах зростання вязкості рідини, яка перекачується, веде до зменшення числа Рейнольдса і відповідних змін робочої характеристики насоса;

виявлено, що збільшення вязкості середовища, яке перекачується, веде до немодельних змін величини внутрішніх механічних втрат енергії в проточній частині насоса. Як наслідок, при зміні частоти обертання ротора насоса потужність, яка споживається насосом, що працює на високовязкій рідині, змінюється по степеневому закону, як і у випадку перекачування технічно чистої води, але з показником степені менше трьох;

виведено структурні вирази перерахункових коефіцієнтів подачі, напору, потужності та ККД на підставі диференційного розгляду змін основних видів втрат енергії у відцентровій насосній ступені при її переході з води на високовязку робочу рідину. Встановлено їх взаємозвязок за допомогою однорідних емпіричних коефіцієнтів;

створено експериментальний стенд, який дозволяє отримувати робочі характеристики насосних ступенів, що працюють на рідині зі змінною вязкістю та в діапазоні частот обертання їх ротора до 10000 об/хв. З його допомогою отримано нові експериментальні дані, які розкривають особливості змін енергетичних параметрів розглянутого насосного устаткування під впливом факторів високої вязкості, високої частоти обертання та малорозмірного виконання відцентрових насосних ступенів;

розроблено напівемперічну методику перерахунку напірної та енергетичної характеристик відцентрових насосів з води на високовязку рідину з урахуванням фактора впливу високої частоти обертання їх ротора. Проведено її експериментальну перевірку на насосних ступенях заглибних насосних агрегатів типорозмірного ряду ЭЦН. Надані рекомендації стосовно вибору прийнятих типорозмірів насосних агрегатів для максимально ефективного їх використання в попередньо встановлених умовах;

результати дослідження впроваджені на промислових підприємствах України (ВАТ"ВНДІАЕН" (м. Суми), Охтирське НГВУ ВАТ "Укрнафта", ЗАТ "НВО "Гідромаш") та в навчальному процесі СУМДУ.

Список опублікованих праць здобувача

Антоненко С.С., Твердохлеб И.Б. Экспериментальный стенд для исследования рабочего процесса нефтяных турбонасосных агрегатов // Программа и тезисы докладов юбилейной научн.-технич. конф. "Гидроаэромеханика в инженерной практике". - Киев: НТУУ"КПІ". - 1998. -С.46- 47.

Антоненко С.С., Твердохлеб И.Б. Влияние вязкости жидкости на параметры турбонасосного агрегата // Вестник НТУУ "КПИ":Машиностроение, 1999. - Вып.35. - С. 84-88.

Боровский Б.И., Твердохлеб И.Б., Антоненко С.С. Влияние параметров турбинной ступени на выбор привода турбонасосного агрегата // Вестник НТУУ "КПИ", Машиностроение. - К., 2000. - Вып. З 8, Т.2. - С. 41 - 43.

Антоненко С.С., Евтушенко А.А., Ткачук Ю.Я. Усовершенствование методики пересчета рабочей характеристики динамического насоса с воды на высоковязкую жидкость // Збірник наукових праць. "Удосконалення турбоустановок методами математичного і фізичного моделювання". - Харків: ІПМАШ ім. А.М. Підгорного НАН України, 2000. - С. 453-457.

Антоненко С.С., Евтушенко А.А., Ткачук Ю.Я. Полуэмпирическая методика пересчета рабочей характеристики малогабаритного динамического насоса с воды на высоковязкую жидкость // Збірник наукових праць КДТУ "Техніка в сільскогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація".-Кіровоград: КДТУ, 2000. -Вип. 7. - С. 70-74.

Антоненко С.С.,.Евтушенко А.А., Ткачук Ю.Я. Определение числа Рейнольдса при пересчете характеристик центробежных насосов с воды на высоковязкую жидкость // Вестник Национального технического университета "Харьковский политехнический институт". -Харьков: НТУ "ХПИ", 2001.- Выпуск 129. Ч.1. - С.380-385.

Антоненко С.С. Экспериментальное исследование влияния вязкости перекачиваемой среды на рабочую характеристику насосной ступени с малоразмерным рабочим колесом // Вестник НТУУ "КПИ". - Киев: ММІ НТУУ "КПІ", 2002. - Том 2. - С. 123 - 126.

Антоненко С.С. Прогнозирование рабочих характеристик нефтяных насосов ряда ЭЦН на основе анализа трехфакторного влияния условий их эксплуатации // Збірник наукових праць. "Удосконалення турбоустановок методами математичного і фізичного моделювання". - Харків: ІПМАШ ім. А.М. Підгорного НАН України, 2003. - С. 552 - 557.

Размещено на .ru