Підвищення енергоефективності насосної станції з насосами типу д впливом геометричних параметрів їх робочих коліс на форму напірної характеристики

Abstract

Робота спрямована на подальший розвиток науково-методичного забезпечення розв’язання задачі підвищення енергетичної ефективності роботи насосної станції з насосами типу Д шляхом заміни їх робочих коліс на нові, спроектовані з наперед визначеною крутизною напірної характеристики. За результатами огляду науково-технічної інформації визначена та обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані її мета і задачі. Поставлену наукову задачу вирішено шляхом впливу на крутизну напірної характеристики насоса зміною ширини робочого колеса на виході. За результатами математичного моделювання робочого процесу робочих коліс насосів типу Д отримано картини течії у робочому колесі та визначено вплив зміни його ширини на виході на його напірні та енергетичні характеристики. Математична залежність крутизни напірної характеристики від ширини робочого колеса на виході отримана за умови незмінності інших геометричних розмірів елементів проточної частини насосів типу Д. На базі результатів проведеного дослідження уточнено математичну модель функціонування насосної станції з насосами типу Д при використанні ступеневого регулювання її подачі, яка комплексно враховує характеристику гідравлічної мережі, форму напірної характеристики насоса та спосіб регулювання подачі насосної станції. Існуюча методика розрахунку робочого колеса доповнена залежністю крутизни напірної характеристики від ширини робочого колеса на виході для проектування з наперед визначеною крутизною напірної характеристики, що дає можливість підвищення енергоефективності функціонування насосних агрегатів типу Д у складі насосних станцій.

Работа направлена на дальнейшее развитие научно-методического обеспечения решения задачи повышения энергетической эффективности работы насосной станции с насосами типа Д путем замены их рабочих колес на новые, спроектированные с предопределенной крутизной напорной характеристики. По результатам анализа научно-технической информации определена и обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи. Поставленную научную задачу решено путем воздействия на крутизну напорной характеристики насоса изменением ширины рабочего колеса на выходе. По результатам математического моделирования с использованием численных моделей получено картины течения в рабочем колесе и определено влияние изменения его ширины на выходе на его напорные и энергетические характеристики. Математическая зависимость крутизны напорной характеристики от ширины рабочего колеса на выходе получена при неизменности других геометрических размеров элементов проточной части насосов типа Д. Для колес насосов типа Д с ns = 85...160 впервые определен диапазон изменения крутизны напорной характеристики, которая достигается изменением ширины рабочего колеса на выходе, при отклонении показателей энергоэффективности функционирования насоса в пределах 5 % от их номинальных значений. Установлено, что с уменьшением относительной ширины b2/D2 исследуемых рабочих колес, функция характеристики мощности уменьшает скорость возрастания, а при некотором ее значении мощность начинает уменьшаться в диапазоне подач больших за расчетное значение На базе результатов проведенного исследования уточнено математическую модель функционирования насосной станции с насосами типа Д при использовании ступенчатого регулирования ее подачи, которая комплексно учитывает характеристику гидравлической сети, форму напорной характеристики насоса и способ регулирования подачи насосной станции. Существующая методика расчета рабочего колеса дополнена зависимостью крутизны напорной характеристики от ширины рабочего колеса на выходе для проектирования с предопределенной крутизной напорной характеристики, что предоставляет возможность повысить энергоэффективность функционирования насосных агрегатов типа Д в составе насосных станций.

The work is focused on the further scientific and methodological support development of the improving the energy efficiency of the pumping station with pumps of type D problem solving by replacing its impellers on the new ones, which are designed with predetermined slope of characteristic curve. According to the scientific and technical information analysis results, the dissertation theme relevance is determined and grounded, its goals and objectives are formulated. The assigned scientific task is solved by affecting on slope of characteristic curve changing impeller outlet width. According to the mathematical modeling results using numerical models, impeller flow patterns are developed and its width output changing effect on its pressure and power characteristics is determined. Slope of characteristic curve mathematical dependence on impeller outlet width is obtained using other type D pumps firm parts elements geometrical dimensions. For type D impellers with ns = 85...160 the slope of characteristic curve change range was firstly defined, which is achieved by impeller outlet width changing under pump operation energy efficiency rate deviation within 5 % from its nominal values. On the basis of the study results, the pumping station with type D pumps functioning mathematical model was refined, using its step control supply, which takes into account hydraulic network characteristics, characteristic curve form and the pump station supply regulating method. The existing impeller calculating method is complemented by slope of characteristic curve from impeller output width for engineering with predetermined slope of characteristic curve, which provides an opportunity to increase energy efficiency of type D pumping units functioning being a part of the pumping stations.