Исследование и основы проектирования радиального насоса трения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Русецкая, Галина Владимировна

• Русецкая, Галина Владимировна
• кандидат технических наук
• 1996

Оглавление диссертации кандидат технических наук Русецкая, Галина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ

1.1. Анализ эффективности насосов объемного типа при перекачивании вязких жидкостей

1.2. Анализ эффективности динамических насосов при перекачивании вязких жидкостей.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ РАДИАЛЬНОГО НАСОСА ТРЕНИЯ, ОБОСНОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ И КОНСТРУКЦИИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА.

2.1. Принцип работы радиального насоса трения.

2.2. Обоснование геометрии проточной части радиального насоса трения

2.3. Геометрия радиального сечения рабочего колеса.

2.4. Обоснование конструкции рабочего колеса радиального насоса трения.

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА РАДИАЛЬНОГО

НАСОСА ТРЕНИЯ

3.1. Расчет прямого потока в рабочем колесе.

3.2. Расчет обратного потока в рабочем колесе.

3.3. Расчет обратного потока утечек.

3.4. Метод расчет характеристики радиального насоса трения

3.5. Метод расчета радиального насоса трения

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ РАДИАЛЬНОГО

НАСОСА ТРЕНИЯ

4.1. Описание экспериментальной установки.

4.2. Методика проведения эксперимента

4.3. Результаты испытаний радиачьного насоса трения

4.4. Обоснование целесообразности использования радиального насоса трения на водном транспорте.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и основы проектирования радиального насоса трения»

Необходимость осуществления операции перекачивания вязких жидкостей возникает на водном транспорте при перегрузочных работах на танкерах и нефтеперекачивающих станциях, в системах топливоподачи судовых энергетических установок, а также при дноуглубительных работах. При этом главной задачей является выбор типа насоса, который смог бы обеспечить работоспособность насосной установки на планируемой жидкости. Целесообразность применения того или иного типа насоса для перекачивания вязкой жидкости диктуется прежде всего технико-экономическими соображениями. Поэтому одним из основных критериев при выборе насоса является вязкость перекачиваемой жидкости, изменение которой существенным образом отражается на эффективности применяемого насоса.

Основной же проблемой, возникающей при перекачивании вязких жидкостей, является низкая эффективность применяемых в настоящее время насосов.

Получившие распространение объемные роторные насосы шестеренные и винтовые) сложны, имеют большую удельную массу и стоимость. Эти недостатки особенно существенны при больших подачах. Этим объясняется стремление использовать центробежные насосы специальной конструкции. Особенности ее сводятся к тому, чтобы снизить отрицательное влияние сил трения на потери энергии и напор насоса. Но при некоторых значениях коэффициента быстроходности (п5<60н-70) и числа Рейнольдса (Яе<2 • 104) к.п.д. центробежного насоса, несмотря на конструктивные меры, приближается к значению к.п.д. насосов трения, принцип работы которых основан на использовании работы сил трения. Среди таких насосов трения наиболее универсальным, способным перекачивать вязкие жидкости с абразивными включениями, является осевой шнековый насос. Однако повышение напора у этих насосов связано, главным образом, с необходимостью увеличения длины шнека, что делает насос нетехнологичным. Эти обстоятельства определяют актуальность проблемы создания экономичного универсального насоса, способного перекачивать вязкую жидкость с абразивными включениями.

Решению проблем, связанных с перекачиванием вязких жидкостей, посвящены экспериментальные и теоретические исследования, отраженные в работах многих ученых: М.Д.Айзенштейна, Н.Н.Арефьева,П.И.Беломестнова,

A.М.Грабовского, К.Ф.Иванова, В.А.Кутыркина, А.А.Левина, Н.В.Лукина,

B.И.Миссюры, В.И.Рудницкого, М.Х.Садекова, Г.И.Сизова, Д.Я.Суханова, О.Н.Цабиева, И.А.Чиняева, С.В.Щавлева, Г.Шенкеля, А.А.Шеянова, В.С.Щурова и других авторов.

В их трудах разработаны фундаментальные положения рассматриваемого вопроса, предложены конструктивные методы, направленные на решение отмеченных проблем. Но предлагаемые варианты решения можно считать лишь предпочтительными, и проблема создания экономичного универсального насоса для перекачивания вязких жидкостей является актуальной.

В связи с этим предлагается возможный вариант решения указанной проблемы - инверсия осевого шнекового насоса в радиальный, позволяющая устранить недостатки осевого шнекового насоса и получить радиальный насос трения, предназначенный в качестве судового для перекачивания вязких жидкостей.

Цель работы: проведение исследований, разработка основ проектирования радиального насоса трения, предназначенного для перекачивания вязких жидкостей, содержащих абразивные включения.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: на основании теоретических исследований получить математические модели для определения напора насоса в зависимости от подачи, и от вязкости перекачиваемой жидкости; на основании экспериментальных исследований проверить правомерность разработанных математических моделей и эффективность применения радиального насоса трения для перекачивания вязких жидкостей.

Методы исследования. Основой теоретических исследований являются: теория гидродинамики вязкой жидкости, теория насосов применяемых для перекачивания вязких жидкостей, методы вычислительной математики.

Научная новизна работы заключается в теоретическом исследовании принципа работы и характеристики в границах теории течения ньютоновской жидкости, в обосновании геометрии проточной части и конструкции рабочего колеса, в разработке алгоритма расчета радиального насоса трения.

Практическая ценность работы состоит в создании радиального насоса трения, на котором подтверждена экономическая эффективность и малая металлоемкость по сравнению с другими типами насосов, применяемыми при перекачивании вязких жидкостей с абразивными включениями, в получении энергетических характеристик радиального насоса трения, подтвердивших правомерность разработанных математических моделей, в данных рекомендациях по применению предложенных конструкций радиального насоса трения.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, проведенные в работе, докладывались и обсуждались на научно-практической конференции, посвященной 150-летию Волжского пароходства (Н.Новгород, ВГАВТ, 1994), на научно-технической конференции, посвященной 300-летию Российского флота (Н.Новгород, ВГАВТ, 1996).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Она содержит 154 страницытекста, 45 рисунков, 4 таблицы, список литературы, включающий 63 наименования, и 2 приложения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Русецкая, Галина Владимировна, 1996 год

1. Абдурашитов А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М., Тенгенгольц С М . Насосы и компрессоры. - М.: Недра, 1974. - 294 с.

2. Азаров Б.М., Аурих X., Дичев Технологическое оборудование пищевых производств. - М.: Агропромиздат, 1988. - 463 с.

3. Айзенштейн М.Д. Центробежные насосы для нефтяной промышленности. - М.: Гостопиздат, 1957. - 363 с.

4. Алексеев СВ. , Егоркин А.А., Нонезов Р.Г., Цыганкова Н.С Дисковый насос (варианты). Авторское свидетельство СССР N 1139890, 1985.

5. Арефьев Н.Н. Течение вязкопластичной жидкости в плоской бесконечной и^ели со скольжением. - Тр./НИИВТ, 1991, вып. 254, с. 8-15.

6. Арефьев Н.Н. Круговое течение вязкопластичной жидкости между дисками. - Тр./ВГАВТ, 1993, вып. 267, с.24-26.

7. Балденко Ф.Д. Одновинтовые насосы и гидродвигатели. - М, 1987. - 40 с. (Обзорная информация) ЦИНТИ Химнефтемаш. Серия ХМ-4. Насосостроение.

8. Беломестное П.И. Дисковый насос. Авторское свидетельство СССР N 1681057, 1991.

9. Белосельский Б.С. Топочные мазуты. - М.: Энергия, 1978, - 256 с.

10. Вахмянин В., Государев М. Перевозки нефтепродуктов в большегрузных составах. - Речной транспорт, 1980, N 8, с.10-11. П. Войткунский Я.Н. и др. Гидромеханика. - Л.: Судостроение, 1982. -455 с.

11. Волчков Н.Н., Волчков В.Н. Насосы для молока и молочных продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 208 с.

12. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. - М.; Наука, 1972. - 870 с.

13. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник njui машиностроительных ВУЗов./Башта Т.М., Руднев С С , Некрасов В.В. и др. -М.: Машиностроение, 1982. - 429 с. l.-il

14. Головина Н.В. Новые насосы зарубежных фирм. - М., 1987. Вып 2.- 5 с. (Экспресс-информация) ЦИНТИ Химнефтемаш. Серия ХМ-4.

15. ГОСТ 24026-80 Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения.

16. Грабовский A.M., Иванов К.Ф., Цабиев О.И. Основы расчета напорной характеристики дискового насоса для перекачивания вязких жидкостей. - Изв. ВУЗов: Строительство и архитектура. 1976, N 3, с. 156-160.

17. Детали машин. Учебник для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1972. - 250.

18. Жнвотовский Л . С , Самойловская Л.А. Лопастные насосы дл51 абразивных гидросмесей. - М.: Машиностроение, 1978. - 223 с.

19. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.

20. Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. - М.: Машиностроение, 1975. - 335 с.

21. Кутыркин В.А. Оптимизация работы насосных установок нефтеперекачивающих станций и танкеров. Учебное пособие для слушателей ФПК НТР. - Горький: ГИИВТ, 1978. - 115 с.

22. Кутыркин В.А. Теория разгрузки нефтеналивных судов. Тр./ГИИВТ, 1979, вып. 168, с.3-52.

23. Кутыркин В.А. Теоретические основы выгрузки высоковязких нефтепродуктов из речных судов. - Дис. докт. техн. наук. - Горький, 1979. -362 с.

24. Кутыркин В.А., Постников В.И. Специальные системы нефтеналивных судов. Справочник. М.: Транспорт, 1989. - 192 с.

25. Лаханин В.В., Сацкий А.Г. Насосные установки морских танкеров. - Л.: Судостроение, 1976. - 160 с.

26. Лиманчук С П . Насосы д.тя перекачивания высоковязких нефтепродхктов. М., 1987. Вып. 2 (67). - 10 с. (Экспресс-информация) / Министерство морского флота, В/О Мортехинформреклама. Серия предотвращение загрязненш! морской среды.

27. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Наука, 1970. - 904 с.

28. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - М. - Л.: Машиностроение, 1966. - 364 с.

29. Лукин Н.В. Исследование кавитационных свойств грунтовых насосов. - Тр./ГИИВТ, 1984, вып. 207, с. 3-19.

30. Лукин Н.В. Расчет прямого потока вязкой жидкости в шнековом нагнетателе. - Тр./НИИВТ, 1991, вып. 254, с. 12-23.

31. Лукин Н.В., Русецкая Г.В. Новый насос для вязких жидкостей. Материалы научно-практической конференции, посвященной 150-летию Волжского объединенного речного пароходства. Н.Новгород, 1994, с. 71

32. Мисюра В.И., Овсянников Б.В., Присняков В.Ф. Дисковые насосы. - М.: Машиностроение, 1986. - 110 с.

33. Михайлов А. К., Малюшенко В. В. Конструкция и расчет центробежных насосов высокого давления. - М.; Машиностроение, 1971. -302 с.

34. Новые насосы зарубежных фирм. М., 1987, вып. 2 (Экспресс- информация). ЦИНТИ ХИМНЕФТЕМАШ. Серия ХМ-4 Насосостроение. Зарубежный опыт.

36. Постников В., Сизов Г. Эффективность внедрения погружных центробежных насосов на танкерах. - Речной транспорт, 1967, N1, с. 18-19.

37. Пфлевдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. - М.: Машгиз, 1960. - 682 с.

38. Рабей И.Л., Сизов Г.И., Вадецкий А.Ф. Речные нефтеналивные суда и их техническая эксплуатация. - М.: Транспорт, 1984. - 240 с.

39. Рудницкий В.И. Возможности использование! серийного гидрооборудования в силовых установках малогабаритных земснарядов. Материалы юбилейной научно-технической конференции по дноуглубительному флоту. ГИИВТ, 1967, с. 15.

40. Сизов Г.Н., Аристов Ю.К., Лукин Н.В. Судовые насосы и вспомогательные механизмы. Учебное пособие для ВУЗов водного транспорта. - М.: Транспорт, 1982. - 303 с.

41. Сизов Г.Н. Характеристики центробежных насосов при перекачивании вязких нефтепродуктов. - Речной транспорт, 1967, N12, с. 31-33.

42. Сизов Г.Н. Речные нефтеперекачивающие установки. - М.: Недра, 1969. - 264 с.

43. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. - М.: Гостехиздат, 1955. - с.

44. Справочник по серийным речным судам. Т.2. Сухогрузные теплоходы, танкеры, рефрижераторы. - М.: Транспорт, 1973. - с.

45. Справочник по серийным речным судам. Т.7. Сухогрузные теплоходы, танкеры и рефр1-гжераторы. - М.: Транспорт, 1981. - с.

46. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. - М.: Машгиз, 1960. - 462 с.

47. Суханов Д.Я. Работа лопастных насосов на вязких жидкостях. - М.: Машгиз, 1952. - 34 с.

48. Чиняев Н.А. Насосные установки танкеров и плавучих нефтестанций. - М.: Транспорт, 1968. - 112 с.

49. Чиняев Н.А. Судовые вспомогательные механизмы

50. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. - Л.: Госз'дарственное научно-техническое издательство химической литературы, 1962. - 466 с.

51. Щавлев С В . Повышение эффективности грузовых центробежных насосов речных танкеров при выгрузке вязких нефтепродуктов.: Дис. канд, техн. наук. - Горький, 1987. - 203 с. 1.';4

52. Щуров B.C. Повышение эффективности энергетических установок танкеров и нефтестанций при использовании подпорных насосов.; Дис. канд. техн. наук.- Горький, 1983.- 173 с.

53. Юодвалкис И.А. Фрикционный насос. Авторское свидетельство СССР N1044827, 1983.

54. Яременко О.В. Испытания насосов. - М.: Машиностроение , 1976. - 224 с.

55. Disc pump. Cytmical Engineering Progress, 1989, v 85 N3, p90.

56. Games L. Redd., William P. Stadig Disc pump design handles difficult slurries. Chemical Processing, 1988, v 51 N5, p 119-120 (U.S)

57. Кубояма Нобуеси. Дисковый насос. Патент Японии N 59-58374, 1985.

58. Мах I. Guith. Rotary disc sluri^ y pump. U.S.Patent number 4, 773, 819, 1988.

59. Sanytary centrifugal pump sticky liquids. Design News, 1985, v 41, N24, p 24-27.

60. Squires P.H. Screw - Extruder Pumping Efficiency - SPE loumal, 14, N5, 24 (1958). Патент Великобритании N8334605, 1983.