Обоснование рациональных геометрических параметров и режимов работы соосно установленных рабочих колес многоступенчатого центробежного вентилятора для горной промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Подболотов Сергей Владимирович

• Подболотов Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Подболотов Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ существующих конструкций нагнетательных установок

1.2 Принцип действия и основные элементы вентиляторов

1.3 Параметры работы вентиляторов

1.4 Существующие способы и средства регулирования вентиляторов

1.4.1 Совместная работа центробежных вентиляторов на общую сеть

1.4.2 Многоступенчатые конструкции центробежных вентиляторов

1.5 Энергоэффективность и гидравлические потери

1.6 Центробежная вентиляторная установка с соосным расположением

рабочих колес

Цель и идея работы. Постановка задач исследований

ГЛАВА 2 ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА ТЕКУЧЕГО В ВЕНТИЛЯТОРАХ

2.1 Движение потока текучего в рабочем колесе

2.2 Движение потока текучего в корпусе

2.3 Методология определения основных геометрических и кинематических параметров рабочего колеса центробежной вентиляторной установки с соосным расположение рабочих колес для условий горной промышленности

2.4 Алгоритм выбора геометрических и кинематических параметров центробежной вентиляторной установки с соосным расположением рабочих колес

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ВЕНТИЛЯТОРНАЯ УСТАНОВКА С СООСНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ КОЛЕС

3.1 Методика расчёта и проектирования центробежного вентилятора с соосным расположением рабочих колес

3.2 Обоснование рациональных геометрических параметров центробежной вентиляторной установки с соосным расположением рабочих колес

3.2.1 Выбор значений входных и выходных углов наклона лопаток

3.2.2 Густота лопаточной решетки (наружного и внутреннего рабочих колес)

3.2.3 Ширина рабочих колес

3.2.4 Отношение диаметров D2/D1 и D4/D3

3.3 Обоснование рациональных режимов работы вентилятора

3.4 Влияние геометрических размеров и режимов работы на величину энергообмена

3.5 Расчет гидравлических потерь в центробежном вентиляторе с соосным расположением рабочих колес

3.6 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Задачи экспериментального исследования

4.2 Создание экспериментальной модели центробежного вентилятора с соосным расположением рабочих колес

4.3 Методика проведения и результаты экспериментальных исследований

4.4 Сравнительный анализ проектируемой установки с соосным расположением рабочих колес с реальной моделью нагнетательной установки ГД-20-500

4.5 Определение показателей достоверности и погрешности экспериментальных измерений

4.6 Анализ полученных результатов исследований

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных геометрических параметров и режимов работы соосно установленных рабочих колес многоступенчатого центробежного вентилятора для горной промышленности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Стратегической целью государственной политики в сфере недропользования является максимально рациональное использование топливо-энергетических ресурсов. В настоящее время на горнодобывающих предприятиях Российской Федерации сохраняется высокая доля затрат в себестоимости продукции на энергоресурсы (до 40%). Большая энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых во многом объясняется масштабами используемого оборудования и его техническим совершенством.

Наиболее энергоёмким и в то же время широко используемым оборудованием на горных предприятиях с подземным способом добычи являются вентиляторные установки, основным назначением которых значится искусственное проветривание горных выработок и создание нормальных условий работы.

Центробежные вентиляторы составляют значительную часть вентиляторных установок, используемых на предприятиях горнодобывающей промышленности. Высокая энергоемкость данных типов установок предъявляет особые требования к их эксплуатации и обеспечению оптимального режима.

Совершенствование конструкций центробежных вентиляторов идет по пути дальнейшего увеличения их удельной мощности, в расчете на тонну добываемых минеральных ресурсов, при одновременном ужесточении требований к энергоэффективности, надежности и ремонтопригодности. Решение этих проблем сопровождается применением принципов многокаскадности, модульности, усложнением геометрических форм и т.д.

Анализ работы применяемых центробежных вентиляторов на подземных рудниках выявил значительные недостатки в их работе. Данные недостатки проявляются в виде узкого диапазона эффективной работы, низкой энергоэффективности работы на нерасчетных режимах, наличия конструктивных элементов с высокими гидравлическими потерями (переводных каналов, направ-

ляющих устройств и спрямляющих устройств), а также низким КПД применяемого оборудования.

В настоящее время для устранения указанных недостатков многие исследователи идут по пути совершенствования конструктивных элементов вентиляторов (корпуса, рабочих колес, направляющих, регулирующих устройств) либо систем привода. Однако следует отметить, что подобные усовершенствования позволяют лишь незначительно повысить эффективность работы установок данного типа. Для расширения эффективной области эксплуатации вентиляторных установок в условиях технологического процесса требуется поиск новых путей и методов обоснования геометрических параметров и режимов работы вентиляторов в шахтных условиях.

Одним из таких решений является исследование принципа, заложенного в основе работы осевых вентиляторов, а именно в многоступенчатых конструкциях, где движение воздушной массы осуществляется напрямую, от колеса к колесу без применения промежуточных переводных каналов, направляющих и спрямляющих устройств.

В центробежных вентиляторах данный подход может быть реализован на основе применения многоступенчатых конструкций с соосным расположением рабочих колес.

Исходя из общности внутренних процессов, происходящих в осевых и центробежных установках, можно утверждать, что применение предлагаемого конструктивного решения положительно повлияет на эффективную работу центробежных вентиляторов.

Отсутствие на данный момент методик расчета параметров многоступенчатых центробежных вентиляторов с соосным расположением рабочих колес, а также соответствующих экспериментальных исследований не позволяет качественно и количественно оценить энергоэффективность работы вентиляторных установок с указанным конструктивным исполнением.

Таким образом, научная задача по обоснованию рациональных геометрических параметров и режимов работы соосно установленных рабочих колес шахтного многоступенчатого центробежного вентилятора является актуальной.

Целью работы является обоснование рациональных геометрических параметров и режимов работы соосно установленных рабочих колес шахтного многоступенчатого центробежного вентилятора, обеспечивающих повышение его энергоэффективности.

Идея работы. Повышение энергоэффективности системы вентиляции подземных горных выработок достигается на основе использования многоступенчатых конструкций с соосным расположением рабочих колес, исключающих промежуточное торможение потока воздуха в неподвижных элементах корпуса вентилятора, за счет подбора рациональных геометрических параметров и режимов работы соосно расположенных рабочих колес.

Метод исследования - комплексный, включающий методы математического анализа, гидродинамики и методы теории надежности и обработки статистических и экспериментальных данных исследований в лабораторных условиях.

Положения, выносимые на защиту:

- соосное расположение рабочих колес в многоступенчатых конструкциях центробежных вентиляторов позволяет снизить гидравлические потери энергии не менее чем на 23% за счет исключения систем переводных каналов, направляющих и спрямляющих аппаратов.

- рационально выбранные соотношения режимов работы и геометрических параметров обеспечивают повышение энергоэффективности работы центробежного вентилятора с соосным расположением рабочих колес в среднем на 56%, что подтверждено расчетами по разработанной методике.

- установленные экспериментальным путем обобщённые напорно-расходные, мощностные характеристики и кривые КПД центробежного вентилятора с соосным расположением рабочих колес.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- в разработке математической модели процесса энергообмена в межлопаточном пространстве соосно расположенных рабочих колес с учетом взаимного влияния режимов их работы;

- в обосновании методики расчета параметров многоступенчатых центробежных вентиляторов с соосным расположением рабочих колес, позволяющей производить выбор их геометрических и режимных параметров;

Достоверность научных положений выводов и рекомендации подтверждается корректным использованием известных теоретических и экспериментальных данных, результатами выполненных экспериментальных исследований на специально спроектированных стендах, удовлетворительной сходимостью полученных теоретических данных с экспериментальными, расхождение которых не превышает 10%.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- разработана модификация нагнетательной вентиляторной установки с соосным расположением рабочих колес, для условий обогатительного производства горнодобывающего предприятия;

- разработана методика проектирования многоступенчатых конструкций центробежных вентиляторов с соосным расположением рабочих колес, для использования в учебном процессе.

- научное и практическое значение работы подтверждено ее выполнением при поддержке гранта Президента РФ МД-3602.2021.1.5.

Реализация работы. Результаты исследований приняты к внедрению в ООО «Объединенная сервисная компания» для практической реализации при разработке технического задания по модернизации вакуумно-дутьевых установок агломерационных машин (Акт внедрения ООО «ОСК» от 10.10.2018).

Кроме того, основные положения и рекомендации внедрены в лекционные курсы дисциплин «Методические принципы и решения при проектировании ГМ и СУ», «Моделирование рабочих процессов ГМ и О», «Машины и оборудование непрерывного транспорта», входящих в учебный план магистров направления подготовки 15.04.02 - Технологические машины и оборудование и

студентов специальности 23.05.01 - Наземные транспортно-технологические средства (Акт внедрения от 17.10.2018).

Личный вклад соискателя состоит в анализе и обобщении результатов выполненных исследований, формулировании цели и задач исследований; разработке математической модели по определению рациональных геометрических и режимных параметров работы центробежных вентиляторов с соосным расположением рабочих колес; проведении полного цикла натурных экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Чтения памяти В. Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2014 - 2017 гг.); «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования (г. Магнитогорск, 2014 - 2020 гг.); конференции-конкурсе студентов выпускного курса (г. Санкт-Петербург, 2012, 2014 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 2 статьи в журналах, включенных в перечень изданий, рекомендованным ВАК РФ, 2 статьи в изданиях, рецензируемых международными реферативными базами данных Scopus и Web of Science, 1 монография, 3 статьи в сборниках РИНЦ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 104 наименований и 3 приложений.

Автор диссертации выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, проф. А.Д. Кольге, а также сотрудникам кафедры горных машин и транспорт-но-технологических комплексов МГТУ им. Г.И. Носова за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

Актуальной задачей эффективной экономики является рациональное использование энергетических ресурсов. Решение этой задачи связано с повышением энергетической эффективности и осуществлением энергосберегающих мероприятий при производстве, передаче, распределении и преобразовании электрической энергии в другие виды энергии в зависимости от особенностей тех или иных технологических производств. Для достижения этих целей требуется разработка эффективных мер в области энергетики, электроснабжения и электропривода.

Под энергетической эффективностью технологического процесса понимается минимально допустимое количество энергии, необходимое для производства продукции заданного качества при соблюдении норм техники безопасности [1]. Повышение энергетической эффективности, исключающее избыточный расход энергии, связано с научно-техническим обоснованием норм расхода энергии в принятой технологии производства и разработкой новых технологий, обеспечивающих снижение удельного потребления энергии и повышающих качество продукции. Разработка методов и средств повышения эффективности использования энергии требует анализа существующих технологий и режимов работы оборудования.

В РФ проблема энергоэффективности и энергосбережения стоит особенно остро из-за высокой удельной энергоемкости основных технологических производств. Несмотря на принятый в 2009 г. закон РФ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности», реальное снижение энергоемкости производства происходит низкими темпами. Это в значительной мере связано с недостаточной развитостью комплексного подхода к решению проблемы.

Горнодобывающая отрасль является одним из самых энергоемких видов производств. Главные потребители в данной отрасли - нагнетательные уста-

новки по перемещению газообразных сред. Расход электроэнергии ими составляет порядка 30-40 % от общего энергопотребления предприятия в целом, при этом на вентиляторные установки приходится % энергопотребления от указанного значения [2].

Традиционные области их использования - пневматические установки (передача энергии с помощью сжатого воздуха), вентиляция (подача свежего воздуха для проветривания горных выработок и рабочих мест).

1.1 Анализ существующих конструкций нагнетательных установок

По принципу действия нагнетательные установки делятся на машины исполнители и машины двигатели (рисунок 1.1). Машины исполнители подводят энергию к потоку газа. Машины двигатели преобразуют энергию потока в механическую работу. Рабочие процессы машин исполнителей и машин двигателей подчиняются одним и тем же физическим принципам, описываются одинаковыми уравнениями, но диаметрально противоположны [3-7].

Рисунок 1.1 - Классификация нагнетателей По числу ступеней подразделяются на одно- и многоступенчатые. По основному направлению движения рабочего тела - на осевые, центробежные, центростремительные и диагональные (рисунок 1.2).

-I а

Рисунок 1.2 - Типы нагнетателей по направлению движения рабочего тела Вентиляторные установки осевого и радиального типа получили наибольшее распространение на горнодобывающих предприятиях. Применение тех или иных типов вентиляторов диктуется условиями производства [8]. Специфика работы в горной промышленности и высокие требования к энергоэффективности определили характерные места использования осевых и радиальных вентиляторов .

Сравнение типов вентиляторов представлено в таблице 1.1 [9].

Таблица 1.1 - Сравнительная таблица различных типов вентиляторов

Параметр Тип вентилятора

сравнения Осевой Центробежный Центростремительный Диагональный

Отличительная Движение рабо- Движение ра- Движение рабочего Промежуточный

особенность чего тела парал- бочего тела от тела от периферии к тип между осе-

лельно оси вра- центра к пери- центру вой и радиаль-

щения ферии ной

Величина степени До 2 До 12 До 6 До 5

сжатия

Максимальная ве- 0,92 0,85 0,88 0,9

личина КПД

Уровень КПД при Низкий Приемлемый Приемлемый Приемлемый

малых расходах рабочего тела

Уровень КПД при Снижение КПД Существенное Существенное паде- Снижение КПД

использовании незначительно. падение КПД ние КПД из-за разво- незначительно.

многоступенчатой Конструктивных из-за разворота рота потока. Значи- Конструктивных

схемы расположе- сложностей нет потока. Значи- тельное увеличение сложностей нет.

ния рабочих колес тельное увели- диаметральных и осе- Хорошо согла-

чение диамет- вых размеров суются с осевы-

ральных и осе- ми ступенями

вых размеров

1.2 Принцип действия и основные элементы вентиляторов

Принцип работы всех представленных выше вентиляторов основан на силовом взаимодействии лопатки с обтекающим ее потоком. Под действием гидроаэродинамических сил, возникающих при обтекании лопастей, в потоке текучего создается силовое поле и часть механической энергии, развиваемой двигателем, передается потоку текучего.

Генерированная энергия обуславливает появление разности давлений, под действием которой жидкость движется по проточной части и внешней сети.

Гидравлическая схема (рисунок 1.3) вентиляторов состоит из трех основных узлов: подвода 1, рабочего колеса 2, отвода 3 и 4. Положительное приращение энергии в потоке происходит только в рабочем колесе, а у остальных элементов проточной части - отрицательное, вследствие потери в них напора.

Рисунок 1.3 - Схемы вентиляторов и графики преобразования энергии в их проточной части: а - осевого типа; б - радиального (центробежного) типа; 1,11,Ш,1У,У - промежуточные сечения вентиляторных установок;

Нст.к - статическое давление; Нск.к - динамическое давление; И - полное давление на входе; И - полное давление на выходе.

В рабочем колесе происходит преобразование механической энергии привода в энергию движения перекачиваемой жидкости.

Для формирования потока к рабочему колесу и направления от выходного сечения колеса к выходному отверстию вентилятора, а также для преобразования скоростной энергии в давление применяют подводящие и отводящие устройства. К ним относятся подводы, направляющие аппараты, безлопаточные кольцевые каналы (плоские диффузоры) и спиральные кожухи.

1.3 Параметры работы вентиляторов

Основными параметрами, характеризующими работу вентиляторных установок, являются: напор, подача, мощность, КПД и коэффициент быстроходности.

Энергоэффективность работы любого вентилятора отражает коэффициент полезного действия и коэффициент быстроходности [7].

КПД - отношение полезной мощности Ып к мощности вентилятора Ы:

N дреИ 1 = . (1.1) N 102 ( }

КПД характеризует суммарные потери энергии в установке. В свою очередь, КПД в зависимости от вида потерь подразделяется на гидравлический, объемный и механический. Гидравлический КПД - отношение полезной мощности вентилятора к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений. Объемный КПД Т1об - отношение полезной мощности вентилятора к сумме полезной мощности и мощности, теряемой с утечками. Механический КПД 11мех выражает долю механических потерь.

Коэффициент быстроходности - характеризует конструктивные особенности серии подобных вентиляторов и делает возможность подбора в заданных условиях, применяя соотношение подобия. Используя соотношения теории подобия для вентиляторов, можно получить выражение

П = 3. (1.2)

н34

При заданной частоте вращения п коэффициент быстроходности п увеличивается с ростом производительности Q и уменьшением напора И [10].

1.4 Существующие способы и средства регулирования вентиляторов

Рабочие органы вентиляторов рассчитывают для определенного сочетания подачи, напора и частоты вращения, причем размеры и форму проточной части выбирают таким образом, чтобы гидравлические потери при работе на этом режиме были минимальными. В процессе эксплуатации вентиляторов, по причине изменяющихся условий производства, режимы работы могут изменяться. Для получения новых требуемых параметров, развиваемых вентилятором, прибегают к их регулированию (настройке).

Все известные методы регулирования в зависимости от характера воздействия на регулируемые параметры подразделяются на простые, сложные и комбинированные [10]. В основе работы простых способов регулирования лежит изменение значений геометрических параметров. В основе работы сложных способов лежит изменение гидродинамических свойств потока текучего.

Комбинированные способы представляют собой комбинацию простых и сложных способов регулирования.

По плавности регулирования [10,11] данные методы также можно классифицировать на два типа:

- методы ступенчатого (дискретного) регулирования;

- методы плавного регулирования.

По способу регулирования методы могут быть разделены на следующие виды (рисунок 1.4).

Методы регулирования режим од работы

Изменение параметров нагнетателей

изменение частоты вращения рабочего колеса(РК) изменение отбельных сечений проточной части, поборот лопаток или отбельных частей РК, изменение напрабления потока на бхобе в РК, применение многоступенчатых конструкций.

Изменение параметроб сети

дросселирование.

перепуск части текучего во бсасыбающю линию, использование совместной роботы нагнетателей

Рисунок 1.4 - Методы регулирования

Наиболее часто используемыми являются методы плавного регулирования (рисунок 1.5), т.к. именно они позволяют изменять характер напорно-расходной характеристики без остановки агрегата.

Методы регулирования режимов работы (по плавности регулирования!

Методы ступенчатого регулирования

Методы плавного регулирования

изменение отдельных сечений проточной части, поворот лопаток или отдельных частей РК, изменение направления потока на входе в РК, использование совместной работы нагнетателей.

дросселирование,

перепуск части текучего во всасывающю линию, - изменение частоты вращения РК.

Рисунок 1.5 - Разделение методов регулирования по плавности изменения

развиваемых параметров

Методы ступенчатого регулирования требуют остановки вентилятора и его дальнейшей настройки. Их применение в основном обосновано большими масштабами увеличения развиваемых вентилятором параметров.

Получаемые графики напорно-расходных характеристик в зависимости от применяемого способа регулирования представлены на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Графики напорно-расходных характеристик: а - дроссельное регулирование; б - регулирование перепуском; в - частотное регулирование Как видно из представленных кривых, самым энергоэффективным способом регулирования является регулирование изменением частоты вращения. Использование двух других способов регулирования является экономически несовершенным, т.к. при их использовании наблюдается значительное снижение КПД установок [12,13].

1.4.1 Совместная работа центробежных вентиляторов на общую сеть

В настоящее время достаточно активно практикуется совместная работа двух или нескольких типов вентиляторов на одну общую сеть. При проектировании различных систем, в которой предполагается работа одной установки, зачастую возникает необходимость получения различных развиваемых вентилятором параметров. В случаях, когда требуемые параметры (производительность и давление) не могут быть достигнуты одной установкой, прибегают к работе нескольких вентиляторов на одну сеть (совместная работа). На горнодобывающих предприятиях данная необходимость возникает при изменении технологии производства, а также при увеличении протяженности горных выработок и числа работающих людей и машин. [14,15].

Выбор варианта совместной работы определяется значениями производительности и давления, а также условиями работы.

На данный момент, существует два основных способа работы установок на одну сеть: последовательная и параллельная работа.

При последовательной работе установок (рисунок 1.7) через ряд установленных машин идет один и тот же поток воздуха. При данном варианте работы производительность остается на прежнем уровне, поскольку количество проходящего текучего определяется производительностью первой установки, а давление будет определено как сумма давления.

5

6

сШ

Рисунок 1.7 - Последовательная работа: а - на один став, в одной точке; б - на один став, в различных точках; в - на один став сосредоточенно; г - на один став рассредоточено

0,1 = 0,2, нш = Нв1 + Не2. (1.3)

При параллельной совместной работе (рисунок 1.8) вентиляторных установок развивается одинаковое давление, тогда как количество текучего определяется как сумма развиваемых производительностей.

Рисунок 1.8 - Параллельная работа: а, б - на один став; в - на разных ставах

= 0,1 + 02,Нв1 = Не2. (1.4)

При совокупном использовании рассмотренных выше вариантов работы вентиляторных установок (рисунок 1.9), сеть нагнетания разбивается на определенное количество отдельных участков. Расчет суммарных значений производительности и давления для каждого участка производится индивидуально.

Рисунок 1.9 - Комбинированная работа: а - на разных ставах; б - на ставах различного функционального назначения При использовании различных вариантов работы установок важным является проведение оценки качества работы вентиляторов, поскольку при отсутствии сбалансированного подхода работа установок происходит в неустойчивом режиме, либо с низким значением КПД.

На данный момент при проведении оценки качества работы установок на практике используются графические методы исследований [16]: - метод суммарных характеристик;

- метод приведенных характеристик;

- метод активизированных характеристик сети.

Анализ последовательной совместной работы

Оценка эффективности работы вентиляторных установок при использовании последовательной совместной работы производится с помощью метода суммарных характеристик [17].

В основе данного метода находится уравнение (1.3).

Физический смысл данного уравнения заключается в необходимости удвоения развиваемого давления, приходящиеся на каждый вентилятор (рисунок 1.10,а).

Суммарная характеристика различных типов вентиляторов (рисунок 1.10,б) строится путем продолжения напорной характеристики меньшего по типоразмеру вентилятора в четвертую четверть системы координат [17] .

Рисунок 1.10 - Напорно-расходные характеристики вентиляторов в различных

условиях эксплуатации: 1,2 - индивидуальные напорно-расходные характеристики; 1+2 - суммарные напорно-расходные характеристики; Я] , Я2 - характеристики сетей нагнетания. Обязательным условием при принятии решении о целесообразности использования совместной работы двух вентиляторов является построение характеристик сетей нагнетания с соответствующими значениями сопротивлений Я]

и Я2 (Я2 > Я]). Точки пересечения А1 и А2 индивидуальных напорно-расходных характеристик и сетей нагнетания являются индивидуальными рабочими режимами работы каждого из вентиляторов. Точки пересечения В1 и В2 являются режимами совместной работы вентиляторов на рассматриваемые сети нагнетания.

Анализ совместной последовательной работы вентиляторных установок на один став, позволяет сделать следующие выводы:

- последовательная работа, одинаковых по типоразмеру вентиляторных установок, имеет устойчивый характер. Эффективность использования последовательной работы возрастает с увеличением сопротивления сети нагнетания, поскольку при последовательной работе увеличивается развиваемое давление;

- последовательная работа различных по типоразмеру вентиляторных установок, может быть использована лишь в некоторых случаях. Возможным вариантом использования данного решения, может быть случай, когда напор-но-расходные характеристики рассматриваемого вентилятора находятся выше точки пересечения суммарной напорно-расходной характеристики и сети нагнетания. Актуальность использования данного решения возрастает с увеличением сопротивления в сети. При варианте, когда напорно-расходные характеристики рассматриваемого вентилятора находятся ниже точки пересечения суммарной напорно-расходной характеристики и сети нагнетания, работа вентиляторной установки становится неустойчивой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Подболотов Сергей Владимирович, 2021 год

Список использованной литературы

1 Макаров В.Н., Горбунов С.А., Корнилова Т.А. Перспективное направление повышения эффективности вентиляторов местного проветривания // Изв. Вузов. Горный журнал. 2013. № 6. С. 124-129.

2 Макаров А.А. Научно-технические прогнозы развития энергетики России // Академия энергетики. 2009. №2 (28). С. 4 - 12.

3 Макаров В.Н., Горбунов С.А., Корнилова Т.А. Методика расчета угла раскрытия межлопаточного канала рабочего колеса шахтного вентилятора // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. №8. С. 181-186.

4 Радиальные и осерадиальные рабочие колеса центробежных компрессоров - преимущества, недостатки, область применения / Ю.Б. Галеркин, А.Ф. Рекстин, К.В. Солдатова и др. // Компрессорная техника и пневматика. 2015. №7. С. 23 - 32.

5 Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1983. 304 с.

6 Попов В.М. Водоотливные установки: Справочное пособие. М: Недра, 1990. 254 с.

7 Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.. «Высшая школа», 1972. 344 с.

8 Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы / Ба-шта Т.М, Руднев С.С., Некрасов Б.В., Байбаков О.В., Кирилловский Ю.Л.; под ред. Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1970. 504 с.

9 Алексеев В.В. Стационарные машины. М.: Недра, 1989. 416 с.

10 Поляков В.В. Насосы и вентиляторы. М.: Стройиздат, 1990. 336 с.

11 Калинушкин М.П. Вентиляторные установки. М.: Высшая школа, 1979. 223 с.

12 Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 1984. 416 с.

13 Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Высшая школа, 1972.

14 Карман Т. Аэродинамика. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 208 с.

15 Дейч М.Е. Газодинамика решеток турбомашин. М.: Энергоатомиздат, 1996. 528 с.

16 Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики / под ред. Т.С. Соломаховой. М.: Машиностроение, 1980. 176 с.

17 Подобуев Ю.С., Селезнев К.П. Теория и расчет центробежных и осевых компрессоров / под ред. Ю.С. Подобуева. М.: Машгиз, 1957, 320 с.

18 Михайлов А.К. Малюшенко В.В. Конструкция и расчет центробежных насосов высокого давления / под ред. А.К. Михайлова. М.: Машиностроение, 1971. 304 с.

19 Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. М.: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1960. 342 с.

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

21 Абрамович Н. Г. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. 888 с.

22 Абрамович И. Г., Левин В.И. Уравнения математической физики / под ред. И.Г. Абрамовича. М.: Наука, 1969. 286 с.

23 Насосы и компрессоры / С.А. Абдурашитов, А.А. Тупиченков, И.М. Вершинин, С.М. Тененгольц; под ред. С.А. Абдурашитова. М.: Недра, 1974. 296 с.

24 Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах. Л.: Машиностроение, 1973, 272 с.

25 Барлит В.В. Гидравлические турбины. Киев: Издательское объединение «Высшая школа», 1977, 360 с.

26 Бекнев В.С. Турбомашины и МГД - генераторы газотурбинных и комбинированных установок. М.: Машиностроение, 1983 г. 392 с.

27 Головин В.А. Исследование ступеней центробежных секционных насосов низкой быстроходности (^=40) с целью повышения экономичности и уточнения методики расчета: дис. канд. техн. наук. Харьков, 1973. 160с.

28 Алексапольский Д.Я. Влияние на КПД центробежных насосов коэффициента быстроходности и размеров насоса: сб. науч. трудов лаборатории проблем быстроходности машин и механизмов. К.: Изд-во АН УССР.- 1955.-Вып.5. 74с.

29 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Гидравлические потери в элементах турбомашин // Добыча, обработка и применение природного камня. Магнитогорск, 2016. С. 134 - 138.

30 Брусиловский И.В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. М.: Машиностроение, 1986. 284 с.

31 Гостелоу Дж. Аэродинамика решеток турбомашин: пер. с англ. М.: Мир, 1987. 392с.

32 Байбиков А.С., Караханьян В.К. Гидродинамика вспомогательных трактов лопастных машин. М.: Машиностроение, 1982. 113с.

33 Боровик В.А. Метод оценки гидравлических качеств рабочих колес центробежных насосов на основе теории пограничного слоя: дис....канд. техн.наук. Л., 1987. 286с

34 Дейч М.Е. Газодинамика решеток турбомашин. М.: Энергоатомиздат, 1996. 528 с.

35 Диксон С.Л. Механика жидкостей и газов. Термодинамика турбомашин: пер. с англ. Р.Е. Данилова, М.И. Осипова. М.: Машиностроение, 1981. 213 с.

36 Карман Т. Аэродинамика. Ижевск.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 208 с.

37 Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. М.: Машиностроение, 2003. 616 с.

38 Пирумов У.Г. Обратная задача теории сопла. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

39 Разработка, исследование и доводка ГТУ, компрессоров, нагнетателей и их элементов // Сб. науч. тр. НПО по исследованию и проектированию энер. оборудования им. И.И. Ползунова. Л.: Труды ЦКТИ, 1990. Вып. 270.

40 Газовая динамика / Х.А. Рахматулин, А.Я. Сагомонян, А.И. Бунимо-вич, И.Н. Зверев; под ред. Х.А. Рахматулина. М.: Высшая школа, 1965. 723 с.

41 Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений / под ред. А.В. Габарук. СПб: Изд-во Поли-техн. ун-та, 2012. 8 с.

42 Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. 3-е изд. перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1981. 351 с.

43 Викторов Г.В. Гидродинамическая теория решеток. М.: Высшая школа, 1968. 368 с.

44 Гутовский Е.В. Теория и гидравлический расчет гидротурбин. Л.: Машиностроение, 1974. 365 с.

45 Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели / под ред. М.А. Лаврентьева. М.: Наука, 1973. 416 с.

46 Обратимые гидромашины / Л.П. Грянко, Н.И. Зубарев, В.А. Умов, С.А. Шумилин; под ред. Л.П. Грянко. Л.: Машиностроение, 1981. 318 с.

47 Тиме В.А. Оптимизация технико-экономических параметров гидротурбин. Л.: Машиностроение, 1976. 268 с.

48 Турк В.М., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции / под ред. В.М. Турк. М.: Стройиздат, 1976. 304 с.

49 Ковалевская В.И., Бабак Г.А., Пак В.В. Шахтные центробежные вентиляторы / под ред. В.И. Ковалевской. М.: Недра, 1976. 320 с.

50 Кирилов И.И. Теория турбомашин. М.: Машиностроение. 1964.

51 Об одном подходе к оптимизации формы лопасти гидротурбины / И.Ф. Лобарева, В.А. Скороспелов, Турук П.А. и др. // Вычислительные технологии. 2005. Т.10. С. 52 - 73.

52 Картавый Н.Г., Топорков А.А. Шахтные стационарные установки / под ред. Н.Г. Картавого. М.: Недра, 1972. 263 с.

53 Чжен К.Ю. Расчет течений в каналах и пограничных слоях на основе модели турбулентности, применимой при низких числах Рейнольдса / Ракетная техника и космонавтика. 1982. №2. С. 30 - 37.

54 Илюшин Б.Б., Красинский Д.В. Моделирование динамики турбулентной круглой струи методом крупных вихрей // Теплофизика и аэромеханика. 2006. Т. 13. С. 49 - 61.

55 Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978. 736 с.

56 Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. 712 с.

57 Грязин Ю.А. Применение противопотоковых схем для численного моделирования задач гидродинамики на основе метода искусственной сжимаемости: дис. канд. физ. мат. наук. Новосибирск: ИВТ СО РАН, 1996. 143 с.

58 Проблемы моделирования течений в турбомашинах / В.Н. Лапин, С.Г. Черный, В.А. Скороспелов, П.А. Турук // материалы междунар. конф. «вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании». Алматы, 2004. Т.9. С. 57 - 66.

59 Милн-Томсон Л.М. Теоретическая гидродинамика. М.: Мир, 1964. 660

с.

60 Олдер Б, Фернбах С., Ротенберг М. Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967. 385 с.

61. Косторной С.Д. Математическое моделирование течения жидкости лопастных гидромашинах с целью определения их гидравлических характеристик для анализа и проектирования: автореф. дисс. на соискание научной степени док. техн. наук. Харьков: ХПИ, 1992. - 35 с.

62 Евтушенко A.A. Стандартизация выбора параметров вновь создаваемых насосов общепромышленного назначения // Сб. науч. тр. Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты: теория, расчет и конструирование. К.: ИСИО, 1994. С. 20 - 28.

63 Евтушенко A.A., Неня В.Г. Математические модели для создания средств ведения расчетного эксперимента в насосостроении // Физико-

технические и технологические приложения математического моделирования. К.: НАН Украины, 1998. С. 93 - 95.

64 Каминер A.A., Яхно О.М. Гидромеханика в инженерной практике. К.: Техника, 1987. 175 с.

65 Кочевский А.Н., Неня В.Г. Современный подход к моделированию и расчету течений жидкости в лопастных гидромашинах // Вестник СумГУ. Технические науки. 2003. № 13 (59). С. 195 - 210.

66 Будов В. М. Насосы АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. 408с.

67 Валюхов С.Г. Совершенствование насосного оборудования на базе опыта создания ракетной техники и технологий // Труды 8-й Международной научно-техн. конф. «Насосы-96». 1996. Т.1. С.63 - 67.

68 Алексапольский Д.Я. Влияние на КПД центробежных насосов коэффициента быстроходности и размеров насоса. // Сборник трудов лаборатории проблем быстроходности машин и механизмов. К.: Изд-во АН УССР, 1955. Вып.5. 74 с.

69 Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1986. 375с.

70 Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления / под ред. В.Ф. Рещикова. М.: Машиностроение, 1971. 303с.

71 Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960. 460

с.

72 Лопастные насосы: Справочник / [Зимницкий В.А., Каплун А.В., Папир А.Н. Умов В.А.] ; [общ. ред. Зимницкого В.А. и Умова В.А.]. Л.: «Машиностроение» (Ленинград. отд.), 1986. 344 с.

73 Еремина Л.С., Руднев С.С. Некоторые соображения по работе лопастного насоса с регулированием на входе. М.: ВИГМ, 1961. 48 с.

74 Васильцов Э.А., Невелич В.В. Герметические электронасосы. Л.: Машиностроение, 1968. 260 с.

75 Алексапольский Д.Я., Малюшенко В.В., Ржебаева Н.К. Определение мощности дискового трения в насосах с низким п с учетом радиального расходного течения и закрутки потока // Гидравлические машины. Харьков, 1977. № 11. С.80 - 85.

76 Бирюков А.И., Кочевский Н.Н. Автоматизированный расчет характеристик центробежных насосов // Труды 8-й международной научно-техн конф. «Насосы-96», 1996. Т.1. С. 260 - 265.

77 Матвеев И.В. Пути повышения напора химических насосов с рабочими колесами, имеющими прямые лопасти. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1986. 9 с.

78 Лившиц С.П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин. М.: Машиностроение, 1966. 340 с.

79 Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. М.: Машиностроение, 1977. 288 с.

80 Лопастные насосы: справочник / под ред. В.А. Зимницкого,

B.А.Умова. Л.: Машиностроение, 1986. 334 с.

81 Харада Рабочие характеристики открытых и закрытых рабочих колес центробежного компрессора // Энергетические машины и установки. 1985. №3.

C. 179 - 185.

82 Васильцов Э.А., Невелич В.В. Герметические электронасосы. Л.: Машиностроение, 1968. 260с.

83 Проскура Г.Ф. Гидродинамика турбомашин. Киев.: Машгиз, 1954. 417

с.

84 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Математическое и экспериментальное моделирование режимов работы центробежной турбомашины с коаксиальным

расположением рабочих // Известия Уральского государственного горного университета. Екатеринбург. 2018. № 1. С. 80 - 84.

85 Влияние выходных углов наклона лопаток, коаксиально расположенных рабочих колес, на развиваемое турбомашиной давление / А.Д. Подболотов,

A.Д. Кольга, И.Н. Столповских и др. // «Вестник КазНТУ (Казахский национальный технический университет им. К.И Сатпаева)». 2018. № 1 (125). С. 58 -61.

86 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Обоснование возможности повышения статического КПД центробежной турбомашины // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Магнитогорск. 2017. С. 32-34.

87 Design basis development for centrifugal turbo machines with a coaxial impellers location for mining-and-metallurgical industry conditions / S. Podbolotov, A. Kolga, B.M. Gabbasov, A.I. Kurochkin. // MATEC Web of Conferences Сер. "International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment: Mechanical Engineering and Materials Science, ICMTMTE 2019". 2019. P. 00061.

88 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Влияние режимных параметров на давление, развиваемое центробежной турбомашиной с коаксиальным расположением рабочих колес // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2017. № 4. С. 81 - 86.

89 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Процесс энергообмена между лопатками коаксиально расположенных рабочих колес и потоком текучего // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник трудов XV Международной научно-технической конференции «Чтение памяти

B.Р. Кубачека». 2017. С. 92 - 96.

90 ГОСТ 10921-90. Вентиляторы радиальные (центробежные) и осевые. Методы аэродинамических испытаний. М.: МНТКС, 1990. - 22 с.

91 www.himma.ru. Насосы моноблочные центробежные.

92 http://www.esbk.ru Вентиляторы центробежные

93 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Исследование работы центробежного насоса с коаксиальным расположением рабочих колес // Сб. науч. тр. XIII международной научно-технической конференции «Чтение памяти В.Р. Кубачека». Екатеринбург, 2015. С. 124 - 128.

94 Подболотов С.В., Кольга А.Д. Исследование возможности повышения эффективности работы центробежных насосов // Сб. науч. тр. XII Международной научно-технической конференции «Чтение памяти В.Р. Кубачека». Екатеринбург, 2014. С. 109 - 112.

95 Подболотов С.В., Кольга А.Д., Томилов Н.А. Энергосберегающая конструкция центробежного насоса // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Магнитогорск. 2013. С. 19 - 22.

96 Подболотов С.В. Метод повышения энергоэффективности работы центробежных насосов и вентиляторов на металлургических предприятиях: монография. Магнитогорск: изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2018. 104 с.

97 Идельчик И.Е. Аэродинамика технологических аппаратов. М.: Машиностроение, 1983. 351 с.

98 Смирнов В.И. Курс Высшей математики. М.: Наука, 1974, Т.3. 672 с.

99 Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1975. 471 с.

100 S. Podbolotov, A. Kolga, N. Dyorina. Mathematic simulation of the power interchange in the interbucket space of coaxially located impellers of the centrifugal turbo machine / MATEC Web of Conferences Сер. "International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2017" 2017. P. 0255.

101 Angelucci, E. and Matricardi, P.; World Aircraft - Origins-World War 1, Sampson Low, 1977.

102 ГОСТ 11004-84 Вентиляторы шахтные главного проветривания. Технические условия.

103 ГОСТ 6625-85 Вентиляторы шахтные местного проветривания. Технические условия.

104 Гаев В.Д. Разработка и модернизация проточных частей для повышения эффективности и функциональности паровых турбин / дис. докт. техн. наук. СПб., 2018. 280 с.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Подболотова C.B. на тему «Обоснование рациональных геометрических параметров и режимов работы соосио уста нов л енных рабочих колес многоступенчатого центр обежного

Комиссия в составе:

председатель - Петров И.Ю. - ст. менеджер по производству службы ХОйЕ, ГОП члены комиссии:

Мясников МБ.. - главный энергетик службы ЮаЕ, ГОП;

Кольта А.Д.- доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО ЛИГУ им. Г.И

Подболотов С.В.. - аспирант.

составила настоящий акт о том, что результаты технических решений по повышению энергоэффектнвностн работы многоступенчатых центробежных вентиляторных установок, разработанных в диссертационной работе, приняты к внедрению в ООО «Объединенная сервисная ко:мпання» для практической реализации прн разработке технического задания по модернизации вакуумно-дутьевых установок агломерационных машнн.

Практическая реализация научных разработок способствуют дальнейшему совершенствованию технического уровня и повышению энергоэффектнвноста горно-обогатительного производства.

Использование соосного расположения рабочих колес позволит существенно увеличить величину разряжения создаваемым вакуумно-дутьевой установкой, тем самым повысить производительность агломерационной машины и снизить расход твердого топлива.

Представители МГТУ им. Г.И. Носова: Представнтелн^^КЮ «Объединенная

вентилятора для горной промышленности»

Носова»: