Усовершенствованное отводящее устройство свободновихревого насоса с улучшенными гидравлическими показателями

Abstract

У дисертаційній роботі подане нове вирішення наукової задачі, що полягає у підвищенні енергетичної ефективності вільновихрового насоса типу «Turo» внаслідок використання удосконаленого просторового відвідного пристрою. Вирішення цієї задачі дозволяє зменшити вартість ресурсу роботи насоса. Розроблено конструкцію корпусу вільновихрового насоса із просторовим спіральним відвідним пристроєм, що враховує складний тривимірний потік рідини в ньому. На адекватних математичних моделях отримано картини течії рідини у проточній частині корпусів різних конструкцій, що дало змогу оцінити структуру гідравлічних втрат у них, розподіл моменту швидкості й тиску і в підсумку оцінити переваги використання просторового спірального відвідного пристрою над іншими конструкціями. Дослідження впливу геометричних параметрів корпусу із просторовим спіральним відвідним пристроєм на енергетичні показники вільновихрового насоса дозволило визначити раціональний діапазон їх значень під час проектування. Розрахунковим шляхом установлено енергоефективність вільновихрового насоса із просторовим спіральним відвідним пристроєм і визначено раціональний діапазон коефіцієнта швидкохідності цього насоса. Результати були підтверджені на експериментальному стенді. Розроблено методичні рекомендації щодо проектування корпусу із просторовим спіральним відвідним пристроєм для вільновихрового насоса високої швидкохідності ns > 140 з урахуванням особливостей протікання в ньому в’язкої рідини.

В диссертационной работе представлено новое решение научной задачи, которая заключается в повышении энергетической эффективности свободновихревого насоса типа «Turo» за счет использования усовершенствованного пространственного отводящего устройства. Решение данной задачи позволяет уменьшить стоимость ресурса работы насоса. Разработана конструкция корпуса свободновихревого насоса с пространственным спиральным отводящим устройством, учитывающая в нем сложный трехмерный поток жидкости. На адекватных математических моделях получены картины течения жидкости в проточной части корпусов с кольцевым, спиральным, пространственным, бескамерным и обратным пространственным каналами, которые позволили оценить структуру гидравлических потерь в них, распределение момента скорости и давления. Полученные результаты указывают на преимущество использования свободновихревого насоса с пространственным спиральным отводящим устройством над другими конструкциями устройств. Исследовано влияние геометрических параметров корпуса с пространственным спиральным отводящим устройством на энергетические показатели свободновихревого насоса, которое позволило определить рациональный диапазон их значений при проектировании, в частности: относительное значение ширины свободной камеры B = 0,3–0,4; значение угла наклона стенки канала Вст = 45 град.; относительное значение диаметра входа в насос D0 = 0,4–0,55. Рекомендуемый диапазон применения свободновихревого насоса с пространственным спиральным отводящим устройством находится в области коэффициента быстроходности ns = 60-180. При этом КПД насоса составляет 48 - 55%. Результаты численных исследований были подтверждены на экспериментальном стенде. Проведены испытания корпусов с кольцевым, спиральным и пространственным спиральным отводящими устройствами насоса высокой быстроходности (ns = 168). Результаты испытаний подтвердили, что свободновихревой насос с пространственным спиральным отводящим устройством является енергоэффективным, поскольку на 3 % превышает КПД насоса со спиральным отводящим устройством и на 4,5 % с кольцевым. Расхождение между расчетными и экспериментально полученными характеристиками насоса на оптимальном по подаче режиме не превышает 3 %. Разработано методические рекомендации по проектированию корпуса с пространственным спиральным отводящим устройством для свободновихревого насоса высокой быстроходности ns > 140 с учетом особенностей протекания в нем вязкой жидкости.

This thesis presents new solution of the scientific problem which consists in improving of energy efficiency of a torque flow pump of «Turo» type by using of advanced dimensioned volute. The solution of this problem allows us to reduce the cost of the service life of the pump. The casing of the torque flow pump was designed with dimensioned volute which takes into account complex three-dimensional liquid flow. By means of the adequate mathematical models we obtained the patterns of the liquid flowing through the hydraulic passage of the casings with different designs. It permitted us to determine the structure of the losses occurring in this area, distributions of the velocity and pressure and as the result to assess the advantages of the dimensioned volute over other designs. The research of the geometry influence of the casing with dimensioned volute on the power performance of the torque flow pump allowed us to determine efficient range of their values during designing. By means of the calculation we determined the energy efficiency of the torque flow pump with dimensioned volute and efficient range of specific speed of this pump. The results were confirmed in an experimental way on the test rig. The design procedure of the casing with dimensioned volute for torque flow pump with high specific speed ns > 140 taking into account special properties of the viscous liquid flowing through it is proposed.