Содержание к диссертации
Стр.
ОСНОВНЫЕ 'ОБОЗНАЧЕНИЯ .,......,..., 5
ГЛАВА I. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КРИТЕРИЕВ ПОДОБИЯ И МЕТОДА
ПРОЩЕНИЯ ЖСПЕРШЕНТА 13
Метода проектирования рабочих колёс (обзор литературных источников) 13
Методы математического моделирования и оптимизации при исследовании центробежных
насосов ....«.«».».*..*******».«*«..«.» ох
1.3. Выбор критериев подобия при исследованиях
по кавитации и по гидравлическим потерям
в рабочих колесах 46
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕРИИ ЭКСПЕРИМТАЛЫШ
РАБОЧИХ КОЛЕС. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 49
Экспериментальные рабочие колеса . 49
Экспериментальная установка и измерительные
приооры ................................... О(
Методика проведения энергетических испытаний и первичная обработка их результатов. Оценка погрешностей эксперимента 70
Методика проведения балансовых испытаний .. 76
Методика проведения кавитационных испытаний
и первичная обработка их результатов ...... 84
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИОН
НЫЙ ПОИСК ПО КАВИТАЦИОННОМУ КРИТЕРИЮ 91
3.1. Теоретическое исследование влияния параметров рабочего колеса на кавитационны! крите-рий на coca .........**.........*........... ух
Стр.
Выбор параметров и отклика моделей. Получение математических моделей ............ 95
Имитационное исследование модели ........ 101
k 3.4. Оптимизационный поиск параметров модели и
ее отклика для номинального режима работы наооса ..«».*«.««.,**..««,.*.«..*<... хи^с
3.5. Прогнозирование области эксплуатации
центробежного насоса по кавитационному
Критерию .....................*..**..*.. -LXD
3.6. Определение минимальных значений коэффи
циента профильного разрежения лопасти
рабочего колеса . 123
3.7. Прогнозирование изменения кавитационных
критериев насоса 127
^ 3.8. Принципиальная блок-схема расчета кавита-
ционного запаса насоса на основании про
веденных исследований 146
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИИ ВДЮННЫЙ ПОИСК ПО ШЕРГЕТИЧЕСКОМУ КРИТЕРИЮ РАБОЧЕГО КОЛЕСА (ПО ПОТЕРЯМ) ,..,.......*.. 149
Результаты балансовых испытаний экспериментального насоса 149
Выбор независимых переменных и отклика при анализе гидравлических потерь в рабочих колесах. Получение математической
модели и оптимизационный поиск по энерге
тическому критерию , 164
4.3. Математическое моделирование и оптимизаци
онный поиск по коэффициенту заполнения
Стр.
. потоком рабочего колеса на выходе ........ 173
Принципиальная блок-схема расчета параметр ров рабочего колеса на основаншї проведенных исследований ......................... 190
Испытания центробежного насоса с оптимальным рабочим.колесом.при Kq.=.4,4........ 192
QAiW-UU ДХІПІШІІ ....**... ....... ............... а... .*«. Х\У І
ііігШіиЖсішІхІї .................... ***.*...... ...... c\jo
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Безразмерные геометрические характеристики рабочего колеса
J _ cLfim,
CL —=—- втулочное отношение;
*r - У ^—г-г~ коэффициент стеснения потока
« ' tf'Di'Sinbw
лопастями на входе;
<Т - \ ^ ~ коэффициент стеснения потока
L/Rcp-
^ лопастями на выходе;
относительная коивизна лопасти.
Безразмерные кіїнематические параметры рабочего колеса
/\о = /л . тг " " коэффициент входа в колесо; N/ЗООГ
К^ z - коэффициент подачи по входу;
^ft ОТ <,%)
л - (Jim М - расходный параметр по входу;
_L*_- коэффициент подачи по выходу;
-- - ^m - расходный параметр по выходу;
RoWs." \hfr&~ кРитеРий PGC&5*
Безразмерные кавитационные критерии aL - —г—- кавитационныи запас насоса;
J\K - коэффициент профильного разрежения на входной кромке лопасти рабочего колеса (коэффициент кавитации);
Киї коэффициент подачи рабочего колеса в точке I кавитационной характеристики;
Кй%~* коэффициент подачи рабочего колеса в точке 2 кавитационной характеристики.
Безразмерный энергетический критерий 7, г. к г гидравлический К1ЭД рабочего колеса.
Безразмерный параметр насоса
Неї т"^ V* *— ~ коэффициент быстроходности.
П '*
Индексы:
(п) ~ точка пересечения входной кромки лопасти рабочего
колеса с покрывным диском, или периферийная точка; (о) - точка пересечения входной кромки лопасти рабочего
колеса с ведущим диском; {С) г* точка пересечения входной кромки лопасти рабочего
колеса со средней жни ей тока; (Н) - номинальный (расчетный) режим.
Размерные геометрические и режимные параметры насоса
> - ширина рабочего колеса на выходе, м; Da- наружный диаметр рабочего колеса, м; %гг\ ^гт меРйдаональная составляющая скорости на входе
и на выходе рабочего колеса соответственно, м %ц V&u " окружная составляющая скорости на входе и
выходе рабочего колеса соответственно, м/с; Н - напор насоса, ДЗж/кг; Р^ - диаметр входа в рабочее колесо, м; йбтг диаметр втулки рабочего колеса, м; Q - подача насоса, м3/с; Q.K- подача рабочего колеса, м8/с; Wi W? "" 0ТН0СИтельНая скорость на входе и выходе
рабочего колеса соответственно, м/с; Б0« приведенный диаметр входа в рабочее колесо, м; fiin fi&tT угол лошсти рабочего колеса на входе и выходе
соответственно, град; 2. « число лопастей рабочего колеса, шт.; ЦУ ~ угловая скорость вращения рабочего колеса, 1/с; %s 1*2. " радиус рабочего колеса на входе и выходе
соответственно, м; К Wa - полная скорость на входе и выходе рабочего
колеса соответственно, м/с; Ui,Ui*~ окружная скорость на входе и выходе рабочего колеса соответственно, м/с; AjO - угол атаки на входной кромке лопасти, град; ta - шаг между лопастями по наружному диаметру рабочего колеса, м;
8м > 8а ~ толщина лопасти на входе и выходе рабочего колеса соответственно, м; ^ох6~ угол охвата лопасти рабочего колеса в плане, град; Нт - теоретический напор рабочего колеса, «Вд/кг; Дг)~ кавитационный запас насоса, Дж/кг.
Введение к работе
Актуальность работы.
Задача дальнейшего улучшения параметров центробежных насосов решается путем совершенствования проектирования их рабочих органов, включающих подвод, рабочее колесо и отвод. При этом работами многих исследователей доказано, что рабочее колесо, как основной орган, характеризующий динамику центробежного насоса, во многом определяет его антикавитационные качества и оказывает влияние на экономичность насоса.
В настоящее время существует ряд расчетных методов, положенных в основу проектирования рабочих колес, которые дают хорошие результаты* Однако они не позволяют выполнить их проектирование с оптимальными соотношениями геометрических параметров.
Это возможно при проведении комплексных статистических исследований, позволяющих установить оптимальные корреляционные связи между параметрами рабочего колеса, описывающими его конструкцию. Установление таких связей может быть осуществлено на оснований проведения многопараметрического физического эксперимента по рабочим колесам и соответствующей обработки его результатов. Последняя включает в себя получение по результатам эксперимента адекватных математических многофакторных моделей и проведение по ним поиска оптимальных соотношений параметров колес, обеспечивающих в пределах выбранных ограничений получение экстремальных значений исследуемых целевых функций.
Сочетание традиционно применяемых методов проектирования (например, метода, основанного на струйной теории) с оптимизационными методами позволяет создать рабочие колеса центробежных насосов с улучшенными энергетическими и антикавитационными показателями, в связи с чем данная постановка вопроса является акту-
альной и имеет большой научный и практический интерес.
Цель работы.
Создание рабочих колес центробежных насосов низкой быстроходности с оптимальными соотношениями геометрических параметров» обеспечивающими высокие значения антикавитационных и энергетических показателей*
Задачи работы*
Для достижения указанной цеди были поставлены и решены следующие задачи:
Выбор в безразмерном виде критериев оптимизации для многофакторного эксперимента и его анализа*
Разработка методики многофакторного эксперимента и его проведение*
Анализ результатов эксперимента, математическое модели* рование и оптимизационный поиск соотношений геометрических и режимных параметров рабочих колее в пределах выбранных ограни** чений по разнородным критериям на расчетном режиме работы насоса*
Прогнозирование значений кавитационных и энергетических показателей рабочих колес*
Разработка рекомендаций по прогнозированию диапазона работы насоса с низкими значениями кавитационного запаса при оптимальных соотношениях лараметров входа в колесо*
Разработка методик расчета и проектирования рабочих колес центробежных насосов низкой быстроходности с оптимальными соотношениями параметров, описывающих „их конструкцию*
Научная новизна*
-'Обоснован выбор антикавитационного и энергетического
критериев, характеризующих работу колесаи насоса.
- По результатам проведения многофакторного эксперимента
получены адекватные математические статистические модели, вы-*
полнен оптимизационный поиск соотношений геометрических пара
метров рабочего колеса, обеспечивающий экстремальность значе-
ний исследуемых критериев в пределах выбранных ограничений*
* Разработаны методики проектирования рабочих колес с оптимальными соотношениями геометрических параметров, описывающих их конструкцию,
- Разработаны рекомендации по прогнозированию диапазона
эксплуатации центробежного насоса с низкиаш значениями кавита-
ционного запаса при оптимальных соотношениях геометрических
параметров входа в рабочее колесо.
Практическая ценность.
Созданы рабочие колеса центробежных насосов низкой быстроходности с оптимальными соотношениями геометрических параметров, на которые выданы положительные решения для получения авторских свидетельств.
Апробация работы*
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на двух сеашнарах "Основы теории насосных агрегатов" в Московском авиационном институте (МАИ), на семинаре кафедры "Газодинамика компрессорных и криогенных машин" в Московском институте химического машиностроения (ШХМ), на заседании секции лопастных насосов ШИИГидромаш.
Реализация работы в промышленности.
Результаты работы использованы при разработке центробежного насоса ВД-І80/П0, изготовленного в ПО "Ливгидромаш", про-
шедшего приемочные испытания и рекомендованного в производство.
Публикации»
По материалам диссертации опубликованы две. статьи, получены одно авторское свидетельство и два положительных решения на выдачу авторских свидетельств»
Структура ж объем работы
Диссертационная работа включает введение, четыре главы, заключение (198 стр», в том числе 58 рис», 13 табл.), спи** сок использованной литературы ( 69 наименований), приложение»
