Повышение напорности ступени центробежного насоса путем усовершенствования лопастной решетки рабочего колеса

Abstract

У дисертаційній роботі подане нове розв’язання наукової задачі, що полягає у підвищенні енергетичної ефективності ступеня відцентрового насоса. В якості шляху розв’язання цієї задачі розглядається можливість створення ступенів із суттєво більшим напором при тих самих геометричних розмірах, величинах витрати і швидкості обертання. На основі огляду науково-технічної інформаціі була обгрунтована актуальність теми дослідження, сформульовані його мета і задачи. Розв’язання наукової задачі полягає у поєднання різних способів впливу на геометрію лопатевої ґратки робочих коліс: використання двоярусної ґратки нової геометрії, затиловки вихідних кромок лопаті, лопатей S-подібної форми із підвищеним кутом виходу. На адекватних математичних моделях отримано картини течії в робочому колесі, які дають можливість оцінки розподілів швидкостей та тисків, а також визначення геометричних параметрів, що найбільш суттєво впливають на його енергетичні характеристики. Встановлено оптимальні співвідношення основних геометричних параметрів, що дають можливість збільшити напір колеса на 15- 30% при практично тому ж рівні економічності. Встановлено вплив окремих геометричних параметрів робочого колеса з модернізованими лопатевими ґратки на його характеристики, що дало змогу провести оптимізацію за різними параметрами на основі методики планування експерименту. Визначено діапазон швидкохідностей ns = 65…95, у якому сукупність підвищення напору і ККД оптимальні. Виявлена можливість застосування модернізованих робочих коліс у складі ступеня без заміни направляючого апарата.

В диссертационной работе представленно новое решение научной задачи, заключающейся в повышении энергетической эффективности ступени центробежного насоса. В качестве пути решения этой задачи рассматривается возможность создания ступеней с существенно большим напором при неизменных геометрических размерах, величинах подачи и скорости вращения. На основе обзора научно-технической информации была обоснована актуальность темы исследования, сформулированные его цель и задачи. Решение научной задачи состоит в объединении различных способов влияния на геометрию лопастной решетки рабочих колес: использование двухъярусной решетки новой геометрии, затыловки выходных кромок лопастей, лопастей S- образной формы с увеличенным углом выхода. На адекватных математических моделях получена картины течения в рабочем колесе, которые дают возможность оценки распределения скоростей и давлений, а также определения геометрических параметров, которые наиболее существенно влияют на его энергетические характеристики. Установлены оптимальные соотношения основных геометрических параметров, которые дают возможность увеличить напор колеса на 15-30% при практически том же уровне экономичности. На основе идеи совместного использования способов повышения напорности рабочего колеса были предложены их две конструкции: колесо, в межлопастном канале которого установлено несколько выполненных в два раза тоньше, по сравнению с основной, коротких дополнительных лопастей длиной в 10% от неё с затыловкой выходных кромок лопастей обоих ярусов; колесо, имеющие лопасти S-образной формы с затыловкой выходных кромок и с несколькими короткими дополнительными лопастями в межлопастном канале, выполненными в два раза тоньше по сравнению с основной лопастью и длиной в 1 0% от неё, повторяющими форму основных лопастей. Установлено влияние отдельных геометрических параметров рабочего колеса с модернизованными лопастными решетками на его характеристики, которое дало возможность провести оптимизацию по разным параметрам на основе методики планирования эксперимента. Была решена компромиссная задача нахождения условного экстремума для одной поверхности отклика при ограничениях, налагаемых другой. Для этого использовался метод неопределённых множителей Лагранжа. Определен диапазон быстроходностей ns = 65…95, в котором совокупность повышения напора и ККД оптимальны. Указана возможность применения модернизованных рабочих колес в составе ступени без замены направляющего аппарата.

In the dissertation presented a new solutionof a scientific problem, consisting in increasing the energy efficiency of the centrifugal pump stage. As away of solving this problem is considered the ability of creation of steps with considerably high pressure at constant geometric dimensions, feed amount and rotational speed. Based on a review of scientific and technical information has been proving the actuality the research topics and formulated its purpose and tasks. The solution of this scientific problem, which is to increase the pressure centrifugal pump stage by combining a variety of ways to influence the geometry of the blade grid of impellers: by using the double blade grid, truncated blade shape modification, the S-shaped blades with a larger angle of outlet. At the appropriate mathematical models to get a picture of flowin the impeller, which allow assessment of distribution of velocities and pressures and determining the geometric parameters that most significantly affect its energy characteristics. The optimum ratio of the basic geometrical parameters which allow increasing the pressure ofthe impeller between 15-30 % with almost the same level of efficiency. The influence of individual geometric parameters of impeller with the modernizing blades on its characteristics, which provided an opportunity to optimize for different parameters based on the methodology of experimental design, is stablished. It determined the range of high-speed ns = 65-95, in which the totality of increasing pressure and the efficiency are optimal. Indicated the possibility of using modernized impellers composed stage without replacing the guide vanes.