Робочий процес і енергетичні якості вільновихрових насосів типу "TURO"

Abstract

Дисертацію присвячено питанням проектування вільновихрових насосів (ВВН) типу “Turo”. В дисертації розроблена нова фізична модель робочого процесу ВВН типу “Turo” як гід-ромашини з вихровим принципом передачі енергії рідині. Встановлено, що максимальне теоре-тично можливе значення ККД даного типу насосів принципово не може дорівнювати одиниці. Запропонована фізична модель течі? в міжлопатевому каналі робочого колеса у вигляді просто-рово? гвинтоподібної вихрової структури. Одержані критеріальне рівняння робочого процесу та аналітичні залежності, що пов‟язують геометричні розміри проточної частини з режимними па-раметрами ВВН типу “Turo”. Розроблена нова методика проектування ВВН на задані параметри з максимально можливим рівнем ККД. Основні результати роботи знайшли промислове впрова-дження при розробці нових типів насосного обладнання. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3427

В диссертации на основании анализа литературных сведений о применении и исследова-ниях свободновихревых насосов сделано заключение о том, что они находят все более широкое распространение в системах гидротранспорта волокнистых, крупных твердых материалов и газо-насыщенных жидкостей, причем среди многообразия конструктивных исполнений проточной части особенно выгодно отличаются насосы типа "Turo". Однако опубликованные работы не да-ют достоверной целостной картины структуры потока и механизма передачи энергии в свобод-новихревых насосах. Причиной противоречивых утверждений является то, что существующие модели рабочего процесса свободновихревых насосов и, соответственно, методики их проекти-рования базируются на теории рабочего процесса центробежных насосов с использованием схемы рабочего колеса с бесконечно большим числом бесконечно тонких лопастей. Это, в свою очередь, переносит отношение к свободновихревым насосам как к энергетическим машинам, у которых теоретически возможный КПД равен 100 %. С целью удовлетворения потребностей практического насосостроения в сокращения фи-нансовых и временных затрат на создание свободновихревых насосов типа "Turo" разработана модель рабочего процесса этих насосов как гидромашины вихревого принципа действия и на ее основе методика проектирования проточной части. Установлено, что частички жидкости совершают движение по сложной спиралеобразной траектории, которая охватывает область рабочего колеса и свободной камеры насоса и является результатом суперпозиции двух вращательных движений вокруг оси насоса и некоторого центра в меридиональном сечении проточной части (продольный вихрь). Основным полезным эффектом рабочего процесса есть наличие вращательного движения вокруг оси насоса с угловой скоростью ж, меньшей угловой скорости рабочего колеса рк. На выходе из рабочего колеса центробежные силы от обоих вращений совпадают по направлению, и их совместное действие компенсируется соответствующим перепадом давления. Величина отношения ж/рк является показателем эф-фективности раскручивания жидкости в свободной камере насоса, а затраты энергии на процесс раскручивания и соответственно, повышение давления, являются необходимыми для осуществ-ления рабочего процесса. Полученное критериальное уравнение затрат гидравлической энергии, идущей на осуществление вихревого процесса обмена количеством движения между частицами жидкости, позволило установить максимально возможное абсолютное значение КПД рабочего процесса свободновихревого насоса типа "Turo", величина которого составляет 60 – 63 %. Про-цесс передачи энергии рабочим колесом жидкости в свободной камере описан как механизм взаимодействия турбулентных струй с окружающей средой. Существенное влияние на его эффек-тивность оказывает ширина свободной камеры. В формировании указанных струй главную роль играют поперечные вихри, возникающие в жидкости, находящейся в межлопастных каналах ра-бочего колеса. Течение в межлопастных каналах рабочего колеса имеет вид пространственной винтообразной вихревой структуры. Решение общих уравнений вихревого течения жидкости в относительном движении показало, что распределение относительной радиальной скорости в межлопастных каналах рабочего колеса неравномерно. Оптимальное по КПД число лопастей ра-бочего колеса равно 10. Структура течения жидкости на участке входа потока в свободную камеру определяется величиной диаметра входного патрубка, которая для каждого насоса со своими па-раметрами имеет свое оптимальное по КПД значение. На основании физической модели вихревого обмена энергией в свободновихревом насосе предложена математическая модель, состоящая из уравнений связи основных геометрических размеров проточной части с подачей, напором и частотой вращения насоса. Решение полученной системы уравнений образует удобную методику проектирования насосов с высоким уровнем КПД относительно предельно достижимого для этого класса гидромашин. Проверка методики на аде-кватность показала удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных данных и нашла применение на насосостроительных предприятиях Украины. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3427

The dissertation is devoted to design frontier topics that are connected with the development of the "Turo" type free-vortex pumps (FVP). A new physical model of the working process of the "Turo" type FVP as the hydraulic machine with the vortex principle of energy transmitting is elaborated. There is estab-lished that the maximal theoretically possible value of efficiency for this pump type cannot be equal to one in principle. A physical model of flow in the impeller interblade channel in the form of special screw-like vortex structure is proposed. The criterion equation of working process and analytical correlations that connect the geometrical dimensions of the wetted parts with the mode parameters of the "Turo" type FVP are obtained. A new design technique for FVP on the given parameters with the maximal possible level of efficiency is elaborated. The results of the work have found an industrial utility in the design of the new types of pump equipment. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3427