Введение к работе
Актуальность темы.
Диссертация посвящазтся одной из важнейших проблем в области насосостроен,.л- созданио динамических нагнетателей с высокими давлениями и малыми подачами. Диапазон подачС 0,6-25)'10~3 м3/с , давлений 0,1-8,0 НПа, КПД- 10-60?
Современное производство сироко использует сложные технологические процессы,в которых необходимо перекачивать различные жидкости с небольшими подачами и высокими давлениями С непрерывные процессы получения продукта, подача реагентов в химические аппараты, перекачивание сжиженных газов,непрерывное разделение фаз перекачиваемой жидкости.системы охлаждения и лр.). Отсюда и возникяев потребность в насосах с высокими напорами и малыми подачами,т.е. насосах низкой быстроходности Cfl$<ttO). Необходимость в такого рода насосах неоднократно отмечалась в материалах технических совещаний и на научно-технических конференциях по гидромаииностроениэ., Например, на Всесоюзных научно-технических конференциях по гидре-машиностроении в г.Сумы в 1975г.,и 1368г., в г.Саратове в 1989г.
В репенкях -этих конференций по проблема! и направления!.* разви
тия гидромашиностроения отражены результаты работы ю создание ма
лорасходных насосов к калечены ватееЯЕке направления развития в
этой области: "*"
L Создание диааккчеслих насосав с давлениями до 25 МПа. 2. Разработка насосов с пониженным уровнем шума. 1, исследование рабочего процесса микронасоеоз для автономных транспортный объэктоз. Ц. Рлзработка нового насосного оборудования для установок по охране
окруэсаяаей с рады и др. Наиболее экономичными из насосов с кал шеи подачами и высокими давлениями считазтея оо^емныа насосы(КПД которых достигает 75-90/5. Однако конструктивные особенности их таковы,что приводят к ряду ограничений их прпнеиенид вследствие сложности методов регулирования подачи и давления,повыаенных давлений перед уплотнением,наличия пар трения или элементов неталлического контакта движущихся и неподвижных деталей,наличия клапанов или распределителей с допусковими загорели. Применение вихревых насосов тоже ограничивается наличием яа-стких допусков на торцовые зазоры,малым КПД и низкими кавитациоини-ми .качествами. Обычный центробежный насоо при fls<:40 имеет слишком низк-Ч КПД и поэтому серийно на выпускается. В связи с указан-
ным выше было предложено разработать новый насос динамического типа - черпаковий.
По сравнении с обычными центробежными насосами черпаковые насосы имеот следующие преимущества: более высокие напор и КПД при низких коэффициентах быстроходности (П$ <25 ),только одно уплотнение, расположенное на всасывавшей стороне, отсутствие допусковых зазоров в проточной части, простую конструкцию. Осэвые и радиальные силы невелики и могут быть уравновешены. Черпаковые насосы занимают сравнительно узкую область по коэффициенту быстроходности (5
Однако применение таких насосов позволит либо существенно сократить расход знзргии на эксплуатацию насосов,либо заменить слоккые конструкции более простыми и надежными, с удобными способами р гу-лированчя, что,в целом, и определяет актуальность нового научного направления и имеет больное практическое значение. Ііддь работы. Создать основы теории рабочего процесса и методику расчета насосов черпакового типа. Установить основные соотношения размеров в проточной части насоса и их" связь с его характеристиками: напора, мощности, КЦД, кавитационного запаса в функции от расхода.
Основные задачи исследования.
L. Установить теоретические зависимости основных параметров насоса-расхода, напора и мощности - от величин, определяющих поток внутри вращающегося корпуса и от геометрических соотношений проточной части в установившемся и неустановившемся процессе работы насоса.
-
Определить радиальнае и осевп силы, действующие на ротор насоса.
-
Разработать методы расчета поля скоростей и давлений в потоке вокруг тела черпака и формы поверхности черпакового отвода.
*». Определить влг-ние размеров и параметров на КПД насоса, диапазон
применимости и перспективные направления технического- развития
черпак'мых насосов. .
-
Определить оптимальные соотнесения размеров проточной части, а также коэффициенты и параметри, гходяиие в уравнения рабочего процесса. ' -
-
Разработать научно-методические материалы и практические рекомендации по расчету* и проектированию новых конструкций насосов
летоды исследования» Использовалась теоретические и зхсперименталь-
?
ные методы исследования течения вязкой несжимаемой жидкости. При выводе теоретических зависимостей применялись уравнения гидромеханики: изменения моментов количества движения, потенциально течений, пограничного слоя, Бернуллігв установиввемся и неустановившемся движении. Для подтверждения теоретических выводов проводились исследования на экспериментальных и опытно -промышленных моделях в лабораторних и производственных условиях. В основу изучения явлений в насосе положен принцип анализа экспериментальных характеристик и их сравнение с данными расчета.
Научная новизна работы отражается в следующих положениях:
I.Впервые получены уравнения напорных и мощностных характеристик
для трах схем передачи энергии перекачиваемой жидкости:гладкими
стенками,торцевими лопатками и струйным вводом жидкости по закры
тым радиальным каналам ьо вращающийся корпус. '
Анализ этих уравнения позволил определить оптимальные условия ра
боты насоса.
2.Впервые разработана математическая модель обтекания черпакового
отвода во вращающемся заполненном «идко'стьн корпусе,которая ис
пользуется для определения поля скоростей и давлений на внешнэй
поверхности черпакового отвода, коэффициентов сопротивления про
филя Сх ', Сх и их связи с размерами и формой поверхности отвода.
З.Впервыэ составлен баланс энергии черпакового насоса расчетным и
экспериментальным путем с достаточно хорошей сходимостью,устано
влены экспериментально основные соотношения размеров,а также за
висимости размеров и параметров насоса от коэффициента быстроход
ности fl-.
^'.Впервые определены расчетные зависимости для радиальных и осевых
сил и даны методы их уравновешивания. 5.Разработана методика расчета оптимальных геометрических размеров и характеристик черпакового насоса удовлетворительно подтвергда-вщаяся опытом.'
Практическая значимость и реализация результатов работы i.-Вылолненные исследования позволяет рассчитывать чорпаковые насосы в широкой диопазоне задания рабочих параметров без дополнительного эксперимента с высокой достоверность!) результата. 3.Применение черпакових насосоэ в области 5<Д5<25 взамен некоторых центробежных насосов типа "Х",конденсатных "КС",секционных "Ц>к ' и "ЦНСГ"приведет либо к увеличению КПД и уменьшению установленной мощности,либо к замене сложных многоступенчатых конструкций насосов с большим габаритом и массой на более простые, удобные для
регулирование параметров и надежные в эксплуатации.
3.Разработан и внедрен в производство черпаковый насос типа НЧ-5/І70 для станций заправки автотранспорта сжиженным пропан- бутаном ( взамен бензина ) с целью уменьшения вредных выбросов в выхлопных газах. Насосы этого типа выпускаются Катайским насосным заводом в количестве 260-350 шт. в год.
*».Другим направлением развития внедрения черпакових насосов является создание процессных машин: насосов-разделителей и дистилляторов типа МНР-8, МНР-9, МНР-10, МНР-ІІ и МРД-І для систем жизнеобеспечения летательных долговременных объехтов.
Эти насосы выпускаются опытными заводами ВНИИГидромаш и НИИХИММАП! небольшими партиями.
5.Созданы и внедрены в производство насосы для систем охлаждения электронной аппаратуры большой мощности.в г.Нижний Новгород завод ЭЛЕКТРОМАШ, и насосы для технологического процесса получения кислорода в Конструкторском бюро по электрохимическому машиностроению, г. Москва.
Суммарный экономический эффект от внедрения насосов черпакового типа составляет 3.352.357 руб. в год в ценах 1585г. Положения, выносимые на защиту
На защиту д. .сертации выносятся следующие основные положения,которые
сформулированы и доказаны з работе.
1.Целесообразность к перспективность расширенного применения нового. типа насоса, а также конструктивных его изменений, защищенных авто скими свидетельствами.
2.Уравнения напорной и моїдностной характеристик для трех схем подео-да жидкости" во вращающиеся корпус в установившемся процессе работы черпакового насоса.
3.Метод расчета поля скоростей и давлений в потоке на внешней поверх ности черпакового отвода,который дает возможность найти связь мея-ду формо" пове-хкости отвода и коэффициентами сопротивленияСх иС^.
*».Расчетный и экспериментальный методы определения составляющих баланс, г .ргий в насосе и получение зависимостей для основных соотношений размеров и безразмерных параметров насоса от коэффициента быстроходности П,и числа Рейнольдса f?e .
5.Методика расчета оптимальных геометрических размеров черпакового насоса, радиальных и осевых сил «действующи на ротор насоса, к. его характеристик.
Апробации работы
OcKOiiuue положения диссертации вопли в труды и докладывались на сле-
дувших научно-технических конференциях:
на Всесопзнои научно-технической конференции "Проблемы и направления развития гидромашиностроения", г.Суки, 1978г., на специализированных научно- технических советах бо БНЛИГИЛРОМЛІ в 1979,1981, 1962 гг., в Московском авиационном институте при кафедре С50<Сснетеи жизнеобеспечения на летательных обгзктах) в 1983г. и на семинаре проф. Овсянникова Б.В."Насосные агрегаты для двигательных установок летательных аппаратов" в ГЭ9чг.,.ча научно-технических конференциях во Всесоюзном заочном политехническом кнституте(ВЗЛй) в 1982,1983,
І9Є4,І9Є5,І9Є6,ІР87гг.
Публикации. Основные положенні диссертации изложены п 33 печатных работах,которые состоят из одной монографии,двух брошюр,двух учебных пособий,13 авторских свидетельств и 15 статей. Кроме того, по гене диссертации имеется IS научно-технических отчетов. Объем работы. .Диссертация состоит из зведення, пяти глас, заключения, списка использованной литературы, включавшего наименование работ советских- и зарубежных авторов и приложения« Обкий объем диссертации 390с, в т.ч. 225с. машинописного текста, ПО рис., 'чЭ табл. а приложения на 28с.
