Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 10
1.1. Состояние вопроса по разогреву и откачке затвердевающего и загустевающего сырья на горнодобывающих предприятиях 10
1.2. Анализ работ по созданию и исследованию герметических электродвигателей для погружных электронасосов 19
1.3. Анализ работ по исследованию веерных струй нагнетателей 25
1.4. Выводы, цель и задачи исследования 31
2. Исследование напорных характеристик погружных насосов при различных конструкциях входных элементов спирального корпуса и разработка их конструктивно-компоновочных схем 34
2.1. Техническое решение по совмещению конструкции насоса
и нагревателя и постановка задачи исследования 34
2.2. Методика экспериментальных исследований 39
2.3. Результаты исследования напорных характеристик погружных насосов при различных конструкциях входных элементов спирального корпуса 41
2.4. Разработка конструктивно-компоновочных схем погружных насосов с перемещающимся в осевом направлении спиральным корпусом 45
2.5. Выводы 52
3. Разработка и исследование встроенных в погружной электро насос асинхронных герметических торцовых электродвигателей 56
3.1. Конструкция встроенных в погружной электронасос асинхронных герметических торцовых электродвигателей 56
3.2. Экспериментальный стенд и методика исследований 59
3.3. Экспериментальные исследования осевых сил магнитного притяжения асинхронных герметических торцовых элек тродвигателей погружных электронасосов 67
3.4. Экспериментальные исследования рабочих и механических характеристик асинхронных герметических торцовых электродвигателей 73
3.5. Экспериментальные исследования нагрева асинхронных герметических торцовых электродвигателей 80
3.6. Выводы 84
4. Разработка конструкции экспериментального образца погруж ного центробежного электронасоса двустороннего всасывания и исследование процесса расплавления им затвердевающего сырья 88
4.1. Разработка конструкции экспериментального образца погружного электронасоса двустороннего всасывания 88
4.2. Теоретические исследования процесса расплавления затвердевающего сырья погружным электронасосом 94
4.3. Экспериментальные исследования процесса расплавления затвердевающего сырья погружным электронасосом 110
4.3.1. Методика экспериментальных исследований 110
4.3.2. Результаты экспериментальных исследований процесса расплавления затвердевающего сырья погружным электронасосом 114
4.4. Выводы 129
5. Исследование полей скоростей веерных струй за колесом погружного центробежного электронасоса двустороннего всасывания в цистерне 131
5.1. Разработка стенда и методики экспериментальных исследований полей скоро стей 131
5.2. Определение погрешностей эксперимента 147
5.3. Результаты экспериментальных исследований полей скоростей в емкости за колесом погружного центро
бежного электронасоса двустороннего всасывания со смещенным спиральным корпусом в осевом направлении на ширину рабочего колеса 151
5.4. Разработка методики определения исходных данных для расчета погружного электронасоса с перемещающимся спиральным корпусом в осевом направлении 164
5.5. Выводы 169
6. Внедрение результатов научных исследований и перспективы расширения области применения погружных насосов для разогрева и откачки затвердевающего и загустевающего сырья 171
6Д. Внедрение результатов научных исследований при соз дании опытных образцов погружных насосов 171
6.2. Разработка рекомендаций для инженерных расчетов времени расплавления затвердевающего сырья в цистернах погружным электронасосом с поднятым корпусом, КПД системы расплавления и потерь теплоты 181
6.3. Перспективы расширения области применения погружных насо сов с перемещающимся корпусом 189
6.4. Выводы 190
Основные выводы по работе 193
Литература
- Анализ работ по созданию и исследованию герметических электродвигателей для погружных электронасосов
- Результаты исследования напорных характеристик погружных насосов при различных конструкциях входных элементов спирального корпуса
- Экспериментальные исследования осевых сил магнитного притяжения асинхронных герметических торцовых элек тродвигателей погружных электронасосов
- Экспериментальные исследования процесса расплавления затвердевающего сырья погружным электронасосом
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I981-1985 годы и на период до 1990 года, утвержденными на ХХУІ съезде КПСС, предусмотрено дальнейшее развитие горнодобывающей промышленности [I]. Ряд предприятий этой промышленности специализируется по добыче и производству различного сырья, среди которого значительное место занимают сера, фосфор, парафин и др., имеющие сравнительно невысокую температуру плавления по сравнению с температурой окружающей среды. Объем добычи такого сырья различными способами велик.
В настоящее время перспективными являются геотехнологические методы добычи сырья. Так, ряд серных месторождений разрабатывается методом подземной выплавки. Хранение жидкой серы осуществляется в местах добычи в резервуарах большой емкости со специальной системой разогрева. Транспортировка же с места добычи серы осуществляется транспортом горнодобывающих предприятий, как правило, в обогреваемых цистернах, в которые сера закачивается насосами из стационарных резервуаров. В большинстве случаев откачка серы из этих резервуаров не возможна без разогрева. На пунктах разгрузки затвердевшее сырье также разогревают в цистернах с помощью нагревателей, а затем сливают в приемные емкости. Существующие нагреватели не обладают высокой эффективностью и экономичностью.
Учитывая растущие объемы добычи затвердевающего сырья, применение несовершенных систем разогрева приводит к неоправданно большим потерям времени и энергии. Так, например, большинство цистерн с серой разогревают в течение 20-40 часов каждую [2, 3].
Подобное сочетание разогрева и откачки наблюдается и при использовании загустевающего сырья на горнодобывающих предприятиях. Так, при эксплуатации горных машин и горного транспорта на открытых разработках в зимних условиях, особенно в Сибири и на Крайнем Севере, имеет определенные трудности замена масла в мощных экскаваторах типа 311-10/75, а также в карьерных авто само свалах типа БелАЗ-549 и др., где масло потребляется в больших количествах. Масло в емкостях для хранения загустевает, поэтому откачка его насосом без предварительного разогрева практически невозможна* В связи с этим заправка горной техники длительная и трудоемкая, связанная с тяжелым ручным трудом и потерями масла. Такая проблема стоит, например, перед Тырныаузским вольфрамо-молибденовым горнометаллургическим комбинатом.
Поэтому разработка и создание принципиально новых устройств, совмещающих высокоэффективный разогрев и откачку затвердевающего или загустевающего сырья на горнодобывающих предприятиях, является актуальной проблемой горной науки и практики.
Пель работы: разработка и исследование погружных насосов для откачки затвердевающего и загустевающего сырья на горнодобывающих предприятиях.
Научная новизна: впервые разработаны и исследованы погружные электронасос и насос с перемещающимся в осевом направлении спиральным корпусом для разогрева и откачки затвердевающего и загустевающего сырья на горнодобывающих предприятиях; установлено влияние диаметра входного отверстия перемещающегося спирального корпуса на закручивание всасываемого потока жидкости и снижение напорной характеристики насоса; установлено, что за колесом погружного электронасоса двустороннего всасывания со смещенным на ширину колеса спиральным корпусом жидкость движется в виде веерной закрученной затопленной струи по сложным спиралеобразным траекториям с общим односторонним вращением всего объема жидкости в емкости; получены поля скоростей в емкости за колесом погружного электронасоса двустороннего всасывания и установлены закономерности изменения скоростей в плоскости веерной закрученной затопленной струи и на входе в колесо; предложена новая методика определения исходных данных для расчета погружного электронасоса с перемещающимся спиральным корпусом, которая позволяет рассчитать необходимую мощность, подачу, давление электронасоса, а также механические потери мощности на трение торцовой и цилиндрической поверхности дисков колеса; установлено, что, изменяя у герметического торцового электродвигателя конструкцию ротора, который является колесом погружного электронасоса, возможно направленно создавать электронасос с необходимыми рабочими параметрами и обеспечить компенсацию осевых гидравлических сил и сил магнитного притяжения; установлены закономерности формирования температурных полей расплавляемого погружным электронасосом затвердевающего сырья и предложены уравнения по определению КПД системы и времени разогрева, потерь теплоты и критической мощности.
В диссертационной работе защищается: конструкция погружного центробежного электронасоса двустороннего всасывания с торцовым герметическим электродвигателем и с перемещающимся в осевом направлении спиральным корпусом, защищенная авторским свидетельством СССР № 785120; конструкция погружного центробежного насоса одностороннего всасывания с цилиндрическим электродвигателем и с перемещающимся в осевом направлении спиральным корпусом, защищенная авторским свидетельством СССР № 1009923; результаты экспериментальных исследований напорных характеристик погружного насоса при различных конструкциях входных элементов спирального корпуса; результаты экспериментальных исследований герметического торцового электродвигателя, ротор которого является колесом погружного электронасоса; методика комплексных исследований полей скоростей веерных струй за колесом погружного центробежного электронасоса двустороннего всасывания без спирального корпуса; результаты исследования полей скоростей веерных закрученных затопленных струй погружного центробежного электронасоса без спирального корпуса; методика определения исходных данных для расчета погружного электронасоса с перемещающимся спиральным корпусом; математическая модель процесса расплавления затвердевающего сырья погружным электронасосом и результаты экспериментальных исследований процесса плавления.
Практическая ценность. Разрабэтаны высокоэффективные погружные электронасос и насос с перемещающимся спиральным корпусом, предназначенные для расплавления и откачки затвердевающего и загустевающего сырья на горнодобывающих предприятиях. Разработана методика определения исходных данных для расчета погружного электронасоса. Предложена методика расчета эксплуатационных параметров и программа для решения их на ЭВМ, которые могут быть использованы при проектировании и эксплуатации таких погружных электронасосов.
Реализация работы. Результаты научных исследований были использованы НИПКТИ ПО "Ждановтяжмаш" при разработке рабочей документации и изготовлении двух опытных образцов погружных электронасосов, защищенных авторским свидетельством СССР,для расплавления серы в цистерне горнодобывающих предприятий. Годовой народнохозяйственный экономический эффект при этом составит около 26 тыс.руб. Результаты научных исследований внедрены также при разработке и изготовлении по заданию Новочеркасских химического и электродного заводов двух погружных.насосов, защищенных авторским свидетельством СССР, для разогрева и откачки загустевающего сырья. Эти насосы переданы заводам для промышленной эксплуатации.
Апробация работы: Материалы диссертационной работы докладывались и получили одобрение: на научно-технических семинарах Северо-Кавказского научного центра высшей школы "Механизация и автоматизация горных работ" (г. Новочеркасск, 1974-1984 гг.), на заседаниях технического совета отдела вагоностроения ПО "Ждановтяжмаш" (г. Жданов, 1973-1977 гг.), на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов НПИ (г.Новочеркасск, 1975,1977 гг.), на научном семинаре Всесоюзного научно-исследовательского, проект-но-конструкторского и технологического института электровозостроения "Вопросы аэродинамики, теплообмена и очистки охлаждающего воздуха от пыли, снега и воды на магистральных и промышленных локомотивах (г. Новочеркасск, 1980 г.). їїублгсткяттия. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы (148 наименований) и приложения. Работа содержит ізо страниц машинописного текста, 70 рисунков иі таблицу. Приложение к диссертационной работе составляет 75 страниц.
Работа выполнена на кафедре гидропневмоавтоматики, гидропривода и рудничных стационарных установок НПИ и является частью проблемы, решаемой Новочеркасским политехническим институтом по программе "Охрана и рациональное использование земных недр", утвержденной приказом MB и ССО РСФСР № 392 от 6 сентября 1978 г. (регистрационный № 76042290).
Анализ работ по созданию и исследованию герметических электродвигателей для погружных электронасосов
Характерной особенностью нового погружного нагревателя активного типа должно быть сочетание в единой конструкции насоса и электродвигателя. Расположение нагревателя в разогреваемом продукте требует, чтобы электродвигатель был защищен от проникновения к обмоткам статора продукта. Кроме того, при расплавлении затвердевающего сырья электродвигатель должен работать в длительном заторможенном режиме.
Поэтому нами был проведен анализ работ по созданию и исследованию герметических электродвигателей для привода погружных электронасосов.
Разработкой и исследованием герметических электродвигателей и насосов в Советском Союзе занимались и занимаются ВНИЙнефтехим, ВНИИПТхиммаш, ЛенНИИхиммаш, ВЧЭТ АН СССР, НИИтранснефть, НИИТВЧ, ВНИИШ, ВНИЙГидромаш, НШ, ЛЭТИ, ЛФТИ, объединение "Молдавгидро-маш" и др.
Наиболее важным устройством погружного герметического электронасоса является электродвигатель. От его надежной работы зависит и бесперебойная работа насоса. Для этого электродвигатель должен быть защищен от проникновения к обмоткам статора электропроводного перекачиваемого продукта.
Анализ работ [51-63] показывает, что для защиты обмотки и железа статора электродвигателя от проникновения к ним рабочей среды,в зазоре между ротором и статором устанавливается неподвижная защитная металлическая гильза (экран). Таким образом получается герметичная конструкция статора.
При работе электродвигателя в неподвижной металлической экранирующей гильзе статора вращающимся магнитным полем наводится электродвижущая сила, которая приводит к возникновению в гильзе вихревых токов и, следовательно, к потерям мощности. Эти вихревые токи противодействуют проникновению магнитного поля в ротор, т.е. они оказывают экранирующее воздействие [63]. Выполняя гильзу из материала со сверхпроводимостью, ротор электродвигателя был бы полностью заэкранирован. Или же, если магнитная проницаемость материала гильзы большая (например, гильза выполнена из углеродистой стали), то большая часть магнитного потока пройдет по гильзе и меньшая по железу ротора, т.е. ротор вновь будет экранирован.
Поэтому, чтобы уменьшить действие двойной экранировки, гильзу выполняют из материала с относительной магнитной проницаемостью, близкой к единице, и с большим удельным электрическим сопротивлением, что в конечном итоге приведет к уменьшению потерь мощности
от вихревых токов.
Во ВНЙИнефтехиме в 1950 году была проведена работа по исследованию магнитных, электрических и механических свойств возможных материалов для неподвижной экранирующей гильзы [631.
Анализ результатов исследований показал, что медь и латунь не могут быть использованы для изготовления экранирующей гильзы. Хотя они имеют относительную магнитную пронипиаемость JU3 =1. Их удельное сопротивление очень мало, поэтому будет наблюдаться интенсивная экранировка ротора.
Самыми перспективными материалами, обеспечивающими большую глубину проникновения магнитного поля, являются нихром, высоколегированные стали: XI8HI0T, XI8H25C, 4XI4HI4B2M, ІХ8И8, а также титановые сплавы: ВТ I, ВТ 10. Они позволяют существенно снизить электрические потери в гильзе.
Еще в большей степени потери могут быть снижены при использовании экранирующей гильзы с цилиндрическими или винтовыми канавками, уменьшающими поперечное сечение гильзы и повышающими ее электрическое сопротивление [63]. Авторами [633 рекомендуется глубина канавок 0,5+0,75 от толщины стенки гильзы;шаг канавок 4 8 толщины стенки; радиус галтелей 0,5+2,0 мм.
Наиболее дешевыми из всех возможных металлов, необходимых для изготовления экранирующей гильзы, являются высоколегированные стали, поэтому в первую очередь их можно использовать.
Многими авторами показано, что потери мощности в экранирующей гильзе находятся в прямой зависимости от ее толщины. Поэтому при проектировании экранированных электродвигателей стремятся гильзу выполнить как можно тоньше. Однако толщина гильзы для некоторых машин, например электронасосов реакторов, работающих под давлением, определяется прежде всего из условия прочности при действии на нее давления.
Результаты исследования напорных характеристик погружных насосов при различных конструкциях входных элементов спирального корпуса
Вначале нами был испытан погружной насос со стандартной конструкцией спирального корпуса II (рис. 2.4а). Передняя стенка корпуса была объединена с всасывающим патрубком и имела уплотнение с всасывающим отверстием колеса посредством втулки из силицированно-го графита. Втулка впрессована во всасывающий патрубок корпуса насоса. В результате испытаний получена напорная характеристика I насоса со стандартной конструкцией спирального корпуса, показанная на рис. 2.5 и 2.6.
Затем конструкция спирального корпуса изменена таким образом, что передняя его стенка имела отверстие,равное наружному диаметру колеса насоса, что позволяет перемещать корпус II вдоль вала насоса (рис. 2.46). Назовем для сокращения - насос без передней стенки корпуса. Напорная характеристика 2 такого насоса показана на рис. 2.5. Анализ этих двух характеристик показал, что давление насоса без передней стенки корпуса уменьшилось на 7-29$. Причем при малых расходах снижение давления меньше, чем при больших.
Снижение нагорной характеристики насоса связано прежде всего с отсутствием передней стенки корпуса насоса и его всасывающего патрубка. Поэтому вода в результате трения увлекалась передним диском колеса насоса, закручивалась и попадала во всасывающее отверстие колеса в виде закрученного потока. Картина закручивания потока передним диском колеса наблюдалась нами визуально в процессе эксперимента.
Из уравнения Л. Эйлера известно, что чем больше скорость закручивания потока на входе в колесо, тем меньшее давление может развивать насос.
Второй причиной снижения напорной характеристики насоса явля ется наличие зазора между наружным диаметром колеса и отверстием в передней стенке корпуса. Этот зазор необходим для перемещения корпуса насоса вдоль вала.
Таким образом, изменение конструкции корпуса для его перемещения привело к снижению напорной характеристики насоса.
С целью повышения напорной характеристики насоса с корпусом без передней стенки нами были проведены исследования работы насоса при установке направляющего аппарата на входе в колесо и у переднего диска колеса. Направляющий аппарат II (рис. 2.4в) был выполнен из 4-х пластин крестообразно. Длина направляющего аппарата от поверхности переднего диска колеса была выбрана различная: 200, 100 и 50 мм. Предполагалось, что пластины направляющего аппарата, расположенные в непосредственной близости от поверхности переднего диска колеса, уменьшат закручивание потока перед диском колеса, а та часть пластин, которая расположена напротив всасывающего отверстия колеса, позволит окончательно ликвидировать скорость закручивания потока на входе в колесо.
На рис. 2.6 показаны результаты этих исследований, когда установлены направляющие аппараты различной длины. Анализ характеристик показал, что напорная характеристика 2 насоса с направляющим аппаратом длиной 200 мм снизилась на 3-17% по сравнению с напорной характеристикой насоса со стандартной конструкцией непервмещающегося корпуса. Причем вновь при малых расходах снижение давления меньше, чем при больших. Так, при расходе 0,5»10 "3 м3/с давление уменьшилось на 3%, при расходе З-Ю"3 м3/с - на 6,5%, а при расходе 4,2 Ю "3 м3/с - на 17%.
Незначительно, по сравнению с предыдущей характеристикой, снизилась напорная характеристика 3 (рис, 2.6) насоса с направляющим аппаратом длиной 100 мм. В то же время напорная характеристика 4 насоса с направляющим аппаратом длиной 50 мм снизилась по срав-
нению с характеристикой насоса со стандартной конструкцией спирального корпуса на 5-29$ и практически совпадает с напорной характеристикой насоса без передней стенки корпуса, т.е. с характеристикой 2 (рис. 2.5). Это говорит о том, что установка направляющего аппарата длиной 50 мм не предотвращает закручивания потока на входе в колесо.
Далее нами были проведены исследования работы насоса с корпусом, имеющим переднюю стенку II (рис. 2.4г), но без всасывающего патрубка. Уплотнение между всасывающим отверстием колеса и передней стенкой корпуса отсутствовало. Напорная характеристика 3 такого насоса показана на рис. 2.5. Анализ характеристик показал, что передняя стенка корпуса насоса предотвращает закручивание всасывающего потока передним диском колеса. Поэтому напорная характеристика 3 (рис. 2.5) практически совпадает с характеристикой 2 (рис.2.6) насоса с направляющим аппаратом длиной 200 мм. Отсутствие уплотнения и всасывающего патрубка привело к некоторому снижению напорной характеристики (3-15$) по сравнению с насосом со стандартной конструкцией корпуса.
Таким образом, если в конструкции насоса предусматривается перемещение спирального корпуса, то для повышения напорной характеристики до уровня, близкого к характеристике насоса со стандартной конструкцией корпуса, необходимо предотвратить закручивание потока на входе в колесо и уменьшить зазоры для снижения потерь.
Экспериментальные исследования осевых сил магнитного притяжения асинхронных герметических торцовых элек тродвигателей погружных электронасосов
Характерной особенностью торцовых электродвигателей является наличие в них силы одностороннего магнитного притяжения ротора к статору. В обычных электродвигателях (с цилиндрическим рабочим зазором) силы магнитного притяжения взаимно уравновешиваются и не передаются на подшипниковые опоры. При работе же торцовых электродвигателей возникает осевая сила магнитного притяжения, которая может передаваться на подшипниковые опоры. Эта сила в зависимости от скольжения ротора колеблется в широких пределах. При испытаниях торцовых электродвигателей с целью получения рабочих характеристик, как правило, определяют вращающий момент электродвигателя М . Механические потери момента Мшт, связанные с преодолением сил трения в подшипниках от действия осевой силы магнитного притяжения, не учитывают. Учитывая, что у погружного электронасоса все потери полезно используются, представляет большой интерес определение механических потерь электродвигателя. Для определения Мгот при любом режиме работы электродвигателя необходимо знать величину осевой силы магнитного притяжения Рос и зависимость Мшт = } (Рос).
Вначале исследования проводились с целью определения зависимости осевой силы магнитного притяжения от скольжения (нагрузки) и от величины торцового рабочего зазора при одном и том же статоре и различных конструкциях роторов.
Осевая сила магнитного притяжения у всех испытываемых электродвигателей определялась при скольжении 04-1 и при рабочих зазорах Or- I; 1,5 и 2 мм.
На рис. 3.10 представлены зависимости осевой силы магнитного притяжения электродвигателей от скольжения при неизменной конструкции верхнего статора электродвигателя АГТД и различных конструкциях роторов с рабочим зазором I мм. Анализ зависимостей показывает, что максимальные осевые силы магнитного притяжения возникают при отсутствии нагрузки на электродвигателе, т.е. при скольжении холостого хода. При этом наибольшие осевые силы (3380-3150 Н) имеет электродвигатель с роторами №2, 3, 4, 5 с массивными магни-топроводами из стали Ст.З и алюминиевыми обмотками, а наименьшие (РОС=2960-2880 Н) - электродвигатели с роторами № 6, 7 с массивными магнитопроводами из стали Ст.З с медными кольцами и без колец. Минимальные осевые силы возникают при неподвижном роторе и составляют у электродвигателя с роторомN1 180 Н, с роторами № 2-J-5 -7804-960 Н, с ротором № 6 - 1900 Н и с ротором № 7 - 1980 Н.
Электродвигатель с роторами № 1-5 имеет крутопадающие зависимости осевой силы магнитного притяжения от скольжения.
Таким образом, изменяя конструкцию ротора электродвигателя, можно существенно изменить величину осевой силы магнитного притяжения.
Аналогичные исследования проводились и для второго электродвигателя. Отличие в величине осевой силы составило в пределах до 10$ из-за индивидуальных особенностей в конструкции статора и роторов. Были определены также зависимости осевой силы магнитного притяжения от частоты вращения при различных значениях воздушного зазора электродвигателя с роторами № 5 и Ш 6.
Экспериментальные исследования показали, что увеличение воздушного зазора от одного до двух мм (рис. З.П) приводит к уменьшению осевой силы на 100-300 Н, что составляет 54-20$.
Методика определения зависимости Мшт = j (Рос) заключалась в следующем. С помощью мотор-весов выводили испытываемый асинхронный торцовый электродвигатель на синхронную частоту вращения, которая контролировалась с помощью строботахометра типа СТ МЭИ. При синхронной частоте вращения момент электродвигателя М равен нулю. Следовательно, показания мотор-весов будут определять только механические потери Мтт. При питающем напряжении электродвигателя, равном 380 В, осевая сила на синхронном режиме будет максимальная и может быть замерена динамометром по вышеописанной методике.
Для определения зависимости механических потерь электродвигателя от осевой силы последняя изменялась за счет изменения напряжения сети переменного тока на испытываемом электродвигателе. Полученная зависимость потерь вращающего момента Мпот асинхронного торцового электродвигателя от осевой силы магнитного притяжения представлена на рис. 3.12.
Из рис. 3.12 видно, что зависимость потерь момента асинхронного торцового электродвигателя от осевой силы магнитного притяжения линейная. Малый разброс экспериментальных точек от линейной зависимости говорит о достаточной точности замеров. При максимальных осевых силах (3000-3600 Н) механические потери момента испытываемых электродвигателей составляют 3,5-4,2 Н м. Используя полученный график, можно определить электромагнитный момент электродвигателя на любом режиме работы.
Экспериментальные исследования процесса расплавления затвердевающего сырья погружным электронасосом
Разработанный экспериментальный образец погружного электронасоса двустороннего всасывания необходимо было исследовать при работе в режиме нагревателя в затвердевающем сырье (парафине и природной сере) и в незатвердевающей вязкой жидкости (трансформаторном масле). По-прежнему будем называть погружной электронасос, работающий в режиме нагревателя, для сокращения нагревателем. Для проведения исследований был разработан стенд, оснащенный пунктом энергопитания и пультом контроля и измерений. На рис. 4.6 представлена схема экспериментального стенда для испытаний нагревателя в затвердевающем сырье.
Стенд включал в себя емкость, которая представляла собой стальной цилиндрический бак с внутренним диаметром І м и высотой 0,95 м, где находилось затвердевшее сырье. Вокруг бака установлен специальный нагреватель 2 из проволочного сопротивления мощностью 19 кВт. Дно и стенки бака снаружи были теплоизолированы слоем стекловолокна.
Исследуемый нагреватель 3 был смонтирован внутри емкости. Изменения температуры расплавляемого затвердевающего сырья в различных точках и элементов нагревателя осуществлялись с помощью термопар "хромель-капель" в комплекте с .двумя электронными автоматическими 12-ти и 24-х точечными потенциометрами 4 типа ЭПП-09М.
Схема установки термопар внутри электродвигателей, на поверхности нагревателя и в емкости показаны на рис. 3.8, 4.7 и 4.8. Электрические параметры замерялись (см. рис. 4.6) с помощью двух измерительных комплектов 5 типа K-5I, количество электроэнергии, потребляемой нагревателем, фиксировалось стандартными трехфазными электросчетчиками 6 типа СА4-И672 п. Пуск электродвигателя нагревателя осуществлялся с помощью пускателя 7 через индукционный регулятор напряжения 8 типа МА 195 56/24 и преобразователь частоты 9 типа ТПЧ-63. Время расплавления отсчитывалось с помощью секундомера.
Исследования в различных средах проводились следующим образом. Включение нагревателя в работу осуществлялось в тот период, когда сырье было в затвердевшем состоянии во всем объеме. В процессе испытаний записывались показания измерительных комплектов K-5I, счетчиков электроэнергии, контролировалась температура элементов нагревателя и расплавляемого сырья. По данным записи электронных автоматических потенциометров строились графики изменения температуры в контрольных точках в зависимости от времени.
При исследовании ставились следующие задачи: 1. Исследовать нагрев элементов нагревателя при заторможенном и вращающемся роторе при работе в различных средах. 2. Исследовать процесс расплавления затвердевшего сырья. 3. Выявить достоинства и недостатки экспериментальной конструкции для расплавления затвердевающего сырья и дать рекомендации по конструкции промышленного образца нагревателя.
Исследования нагревателя проводились в среде затвердевающего легкоплавкого сырья (парафин) и тугоплавкого (сера). Определялась возможность его работы в затвердевающем сырье с различными физическими параметрами. При этом были получены температурные поля как расплавляемого сырья, так и самого нагревателя.
Экспериментальные исследования проводились с нагревателем, электродвигатели которого имели роторы с массивными магнитопрово-дами из стали Ст.З и медными кольцами. Диаметры роторов были следующие: внутренний диаметр - 180 мм, наружный диаметр - 400 мм. Ширина рабочего колеса нагнетателя - 20 мм. В испытываемой конструкции нагревателя были установлены следующие рабочие торцовые зазоры между статорами и роторами электродвигателей: верхний зазор - I мм, нижний зазор - 1,5 мм.
При исследовании нагревателя в парафине емкость была теплоизолирована. В процессе испытаний контролировалась температура расплавляемого парафина в различных точках емкости и температура внутренних лобовых частей обмоток электродвигателей и поверхностей нагревателя.
На рис. 4.9 представлены результаты исследований нагревателя в парафине. Начальная температура парафина была 20-25С. При включении нагревателя в работу его ротор не вращался, так как вокруг него был затвердевший парафин. Электродвигатели работали в заторможенном режиме и интенсивно выделяли теплоту как обычный электрический нагреватель.
