Учет особенностей рабочего процесса направляющего аппарата для повышения технического уровня центробежного насоса

Abstract

У дисертаційній роботі запропоновано ефективний спосіб підвищення технічного рівня відцентрового насоса за рахунок застосування ступеня з мінімальним діаметральним відносним габаритом, що досягається шляхом використання напрямного апарата з переривчастою перевідною зоною. Основним змістом роботи є дослідження структури течії в елементах напрямного апарата, а також впливу геометричних елементів, що утворюють перевідну зону, на структуру потоку в перевідній зоні та зворотних каналах і на гідравлічні втрати. Дослідження впливу геометричних елементів, що утворюють перевідну зону, на структуру потоку дозволило уточнити математичну модель течії в перевідній зоні, що в свою чергу дозволяє на стадії проектування оцінити кут потоку на вході в ЗК. За результатами фізичного та віртуального експериментів отримана залежність мінімального відносного діаметрального габариту Dна/D3 від коефіцієнта швидкохідності ns, для якого ще не спостерігається зниження ККД ступеня. Розроблено методичні рекомендації щодо проектування напрямного апарата з переривчастою перевідною зоною. Спроектовано проточну частину ступеня з напрямним апаратом, що має відносний діаметральний габарит Dна/D3 = 1,39. Застосування даного ступеня в багатоступінчатому відцентровому насосі дозволило підвищити його технічний рівень за рахунок зниження коефіцієнта питомої металомісткості зі збереженням рівня ККД як в насосі-аналогу.

В диссертационной работе предложен эффективный способ повышения технического уровня центробежного насоса за счет применения ступени с минимальным диаметральным относительным габаритом, что достигается путем применения направляющего аппарата с прерывистой переводной зоной. Основным содержанием работы является исследование структуры течения в элементах направляющего аппарата, а также влияния геометрических элементов, образующих переводную зону, на структуру потока в переводной зоне и обратных каналах и на гидравлические потери. Исследование влияния геометрических элементов, образующих переводную зону, на структуру потока позволило уточнить математическую модель течения в переводной зоне, что в свою очередь позволяет на стадии проектирования оценить угол потока на входе в обратные каналы. С использованием результатов физического и виртуального эксперимента получена зависимость минимального относительного диаметрального габарита Dна/D3 от коэффициента быстроходности ns, для которого еще не наблюдается снижение КПД ступени. При выполнении физического эксперимента были проведены исследования, связанные с внесением корректировок в геометрию проточной части промежуточной ступени, в результате которых была получена требуемая крутизна напорной характеристики. Разработаны методические рекомендации по проектированию направляющего аппарата с прерывистой переводной зоной. Спроектирована проточная часть ступени с направляющим аппаратом, имеющим относительный диаметральный габарит Dна/D3 = 1,39. Применение данной ступени в многоступенчатом центробежном насосе позволило повысить его технический уровень за счет снижения коэффициента удельной металлоемкости с сохранением уровня КПД как в насосе-аналоге, улучшить вибрационные и шумовые показатели насоса.

This dissertation presents an effective method of reducing the specific metal content of a multistage centrifugal pump, in maintaining at the same time its performance, by designing its stages having the minimum outer diameter-to-entry diameter ratio, which is achieved due to the application of a built-in diffuser featuring a discontinuous transfer zone. The subject matter of the paper is mainly an investigation of the flow pattern in the diffuser elements and of the effect of the geometric features forming an transfer zone upon the flow pattern in the transfer zone and in the return flow passages as well as upon the hydraulic losses. The study of the effect of the geometric features that form an transfer zone upon the flow pattern has allowed to refine the mathematical model of flow within the transfer zone, thus making possible, by-turn, to evaluate the flow angle at the inlet of the return flow passages. By using the results of physical and virtual experiments, the minimum outer diameter- to-entry diameter ratio and specific speed have been connected by a relationship, at which a reduction in the stage efficiency is not yet observed. Procedural guidelines for designing diffusers with a discontinuous transfer zone have been worked out. Hydraulic passages of the pump stage comprising a diffuser with the outer diameter-to- entry diameter ratio = 1.39 have been developed. The application of this stage in the multistage centrifugal pump has enabled to improve its engineering performance standard as a result of reducing its specific metal content, with the efficiency maintained at the same level as an analogous pump has.