Содержание к диссертации
Перечень символов и специальных терминов б
Введение
Глава I Технический уровень современных самовсасывающих
насосов
-
Ресурс и энергетические показатели судовых самовсасывающих насосов fg
-
Условия работы самовсасывающих насосов /6
-
Классификация самовсасывающих насосов jg
-
Анализ конструкций и принципов действия самовсасывающих насосов М
-
Состояние вопроса и задачи исследований 30 Выводы 32
Глава 2 Разработка и теоретические исследования самовса
сывающего насоса с жидким поршнем многократного
действия 34
2.1 Обоснование выбора новой конструкции 34
-
Комбинаторный анализ новых схем самовсасывания 34
-
Конструкция самовсасывающего насоса с жидким поршнем многократного действия и принцип его работы зэ
-
Разработка диаграмм теоретических и действительных циклов 45
2.2 Основные зависимости, описывающие рабочий процесс
в насосе 49
-
Разработка математической модели рабочего процесса самовсасывающего насоса 50
-
Определение числа циклов для достижения заданного вакуума 54
-
Определение подачи по газу самовсасывающего насоса 57
-
Определение длительности цикла самовсасывания 57
-
Разработка оценочного уравнения сопротивления нагнетательного клапана 6k
-
Разработка характеристики рабочего процесса самовсасывающего насоса 69
-
Теоретическая оптимизация конструкции 1\
-
Анализ влияния энергетических параметров и элементов конструкции насоса на интенсивность газоудаления 1\
-
Определение оптимальных соотношений объемов камер самовсасывающего насоса и всасывающей системы 76
2Л.З. Выбор направлений оптимизации конструкции насоса. 78
Выводы 63
Глава 3 Разработка экспериментальных установок и методов
для энергокавитационных и газодинамических иссле
дований образцов насосов 85
-
Описание макетного и экспериментального насосов 85
-
Планирование объема и методика проведения эксперимента 90
-
Разработка средств для энергокавитационных и газодинамических испытаний 93
-
Обоснование выбора типа испытательной установки 93
-
Описание испытательных установок макетного насоса
-
Обоснование выбора системы средств измерений и регистрации параметров экспериментального образца
3.3.4 Описание испытательной установки эксперименталь
ного насоса І0\
Выводы І0Ц.
Глава 4 Экспериментальные исследования рабочего процесса
самовсасывающего насоса, поэлементная оптимизация
конструкции. Создание промышленного образца У05
-
Экспериментальная проверка разработанной математической модели /Об
-
Результаты исследований рабочего процесса //3
-
Исследование физических процессов взаимодействия газожидкостных фаз во время газоудаления /43
-
Оценка физических процессов расширения-сжатия
газа У23
4.2.3 Оценка переходного процесса безнапорной циркуля
ции жидкости ^27
4.3 Экспериментальные исследования зависимости подачи
по газу от режима работы центробежного насоса /2<5
-
Величина подачи центробежного насоса '29
-
Исследования самовсасывающего насоса в периодическом и непрерывном режимах /32
-
Влияние подачи жидкости в переходном режиме на
подачу по газу /35
4.4 Экспериментальные исследования зависимости пода
чи по газу от объема, геометрической формы и ско
рости движения жидкого поршня 14
-
Влияние объема и скорости движения жидкого поршня 1ki
-
Влияние геометрических размеров и очертаний элементов конструкции ^7
4.5 Создание промышленного образца самовсасывающего
насоса 15І
-
Разработка методики инженерного расчета ' 151
-
Конструкция базового насоса унифицированного
ряда /53
-
Приемочные (промьшленные) испытания базового насоса унифицированного ряда /59
-
Резлуьтаты испытаний базового насоса унифицированного ряда /65
-
Расчет годового экономического эффекта от внедрения насоса НЦГС-І0/40 /66 Выводы /72, Заключение /74 Список литературы 175 Приложение I /50 Приложение 2 /53 Приложение 3 /69 Приложение 4 207 Приложение 5 09
Приложение 6 |1
- в -
ПЕРЕЧЕНЬ СИМВОЛОВ И СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ
Mg объем всасывающей камеры
Vh объем нагнетательной камеры
Vr вредный объем газа
V?k объем жидкого поршня
V\/ объем всасывающей системы (откачиваемой емкости)
Pi абсолютное давление во всасывающей системе после і -го
цикла
ре абсолютное давление на входе из нагнетательной камеры
рц давление в нагнетательной камере
Т коэффициент заполнения всасывающей камеры
*н коэффициент заполнения нагнетательной камеры (относитель
ный объем жидкого поршня)
Bg относительный объем всасывающей камеры
fin относительный объем нагнетательной камеры
Lu> время одного цикла самовсасывающего насоса
(2и подача центробежного насоса в режиме самовсасывания
о( коэффициент сопротивления нагнетательного клапана
dT диаметр пластины нагнетательного клапана
cii средний диаметр кольца уплотняющей поверхности нагнета
тельного клапана
lo диаметр отверстия нагнетательного клапана
сила от перепада давления на нагнетательном клапане
Fq сила от изменения количества движения газа, проходящего через нагнетательный клапан
Пі внешнее усилие, закрывающее нагнетательный клапан
По полный ход сервоприводного клапана
ССст предварительное натяжение пружины сервоприводного клапана
С жесткость пружины сервоприводного клапана
К коэффициент вязкости трения
ГП масса подвижной части сервоприводного клапана и 1/3 его пружины
/ площадь отверстия сервоприводного клапана
ft наивысщий столб жидкости в нагнетательной камере jW коэффициент расхода
вп приведенный вакуум
Рб вакуум на всасывании
Рб текущее атмосферное давление рбп нормальное атмосферное давление
Введение к работе
В соответствии с постановлением ХХУІ съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" перед машиностроением поставлена задача: "Обеспечить создание в короткие сроки серийного производства новых конструкций машин, оборудования, средств автоматизации и приборов, позволяющих использовать в широких масштабах высокопроизводительные, энерго и материалосберегающие технологии, а также производство необходимой техники, соответствующей специфическим условиям эксплуатации".
Большой вклад в решение поставленной ХХУІ съездом задачи должна внести подотрасль насосостроение - одна из основных поставщиков машиностроительной продукции. Насосное оборудование находит широкое применение во всех отраслях народного хозяйства и производство насосов растет быстрыми темпами. По сравнению с 1940 годом выпуск насосо8 в СССР возрос в 25 раз и составил в 1980 году один миллион штук. 115 заводов специализируются по производству насосов. Большой рост выпуска насосов обусловлен тем, что их применение в годы УШ-Х пятилеток связано с освоением новых высокоэффективных технологических процессов.
Насосное оборудование является одним из основных потребителей электроэнергии и конструкционных материалов. Так для привода насосов потребляется около 20$ всей вырабатываемой в стране электроэнергии, а на их производство расходуется более 100 тыс. тонн материалов в год.
Внедрение новых технологических процессов ставит перед насо-состроением новые задачи, например: перекачивание газожидкостных смесей, широкая автоматизация систем при установке в них насосов выше уровня жидкости на всасывании и т.д. Нормальная работа таких систем не осуществима при использовании насосов обычной конструк- ции. Для этих систем требуются самовсасывающие насосы.
Самовсасывающие насосы, при их установке выше уровня жидкости на всасывании, удаляют воздух из всасывающих систем, обеспечивая этим разрежение в системе и насосе. Перекачиваемая жидкость под действием атмосферного давления заполняет насос, что обеспечивает его автоматический или дистанционный запуск. Самовсасывающие насосы предупреждают срыв работы при попадании в них воздуха через неплотности во всасывающей магистрали или через приемный патрубок. Эти насосы автоматически осуществляют вторичный запуск после проникновения в рабочую полость большой порции воздуха. Применение самовсасывающих насосов позволяет перекачивать газожидкост ные смеси. Поэтому в общем объеме производства насосов значительно и неуклонно растет производство самовсасывающих насосов.
Наиболее широкое применение самовсасывающие насосы нашли в морском транспорте. Так Z5% всех выпускаемых в СССР судовых насосов - самовсасывающие. Это связано с высокой степенью автоматизации современных судов и невозможностью установки ряда насосов ниже уровня жидкости на всасывании.
Совершенствование судовых самовсасывающих насосов, планируемое в соответствии с постановлением ХХУІ съезда КПСС, особенно актуально. Ввиду ограниченности мощностей судовых энергетических установок и роста цен на нефть, преобретают особую целесообразность работы, направленные на снижение потребляемой энергии судовыми самовсасывающими насосами. Вопрос о снижении материалоемкости конструкций в данном случае нужно решать в направлении повышения ресурса и срока службы судовых механизмов (самовсасывающих насосов). Это создаст экономию материала за счет снижения объема выпуска насосов с повышенным ресурсом и, одновременно с этим, повысит коэффициент эксплуатации судов за счет увеличения времени плавания между ремонтами.
Для повышения энергетических и ресурсных показателей судовых самовсасывающих насосов потребовалось глубокое понимание многообразия рабочих процессов существующих самовсасывающих насосов, выделение из них эффективных принципов самовсасывания и на основе их комбинации разработка новой конструкции самовсасывающего насоса с жидким поршнем многократного действия, защищенной авторским свидетельсвом. Были предложены и экспериментально обоснованы физическая и математическая модели этого насоса, проведена его теоретическая и экспериментальная поэлементная оптимизация. Разработана методика инженерного расчета, создан и прошел межведомственные приемочные испытания промышленный образец самовсасывающего насоса - представитель ряда унифицированных конструкций самовсасывающих насосов.
Научная новизна проведенной работы заключается в следующем: выделены эффективные принципы самовсасывания, обеспечивающие оптимизацию энергетических, антикавитационных и ресурсных показателей самовсасывающих насосов; на основе комбинаторного анализа эффективных принципов самовсасывания предложен подход к разработке новых конструкций самовсасывающих насосов; создана новая конструкция самовсасывающего насоса, защищенная авторским свидетельством, принцип действия которой основан на использовании эффективных принципов самовсасывания; разработаны физическая и математическая модели самовсасывающего насоса, позволяющие получить качественные и количественные характеристики рабочего процесса нового насоса; создана установка, позволяющая проводить натурные испытания самовсасывающих насосов при минимальной отметке оси насоса над уровнем жидкости на всасывании; проведены исследования рабочего процесса самовсасывающего насоса с жидким поршнем многократного действия, подтвердившие корректность разработанных физической и математической моделей; разработана методика инженерного расчета, сформулированы рекомендации для проектирования нового самовсасывающего насоса; создан и внедрен в производство новый самовсасывающий насос.
Автор защищает: новый подход к разработке конструктивных схем самовсасывающих насосов и рекомендованные для использования в инженерной практике зависимости для определения оптимальных энергетических, антикавитационных параметров и характеристик самовсасывающего насоса с жидким поршнем многократного действия, полученных в результате аналитических и экспериментальных исследований.
Разработанную методику расчета и проектирования нового самовсасывающего насоса;
Полученные зависимости модели нового насоса, позволяющие получить полную характеристику процесса разрежения газа на всасывании;
Результаты исследований по эффективному удалению газа из рабочих органов центробежного насоса;
Защищенную авторским свидетельством промышленную конструкцию самовсасывающего насоса с жидким поршнем многократного действия, испытанную в условиях производства и внедренную в эксплуатацию. \г
I. ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ СОВРЕМЕННЫХ САМОВСАСЫВАЮЩИХ
НАСОСОВ
Для составления программы и методики работ по созданию эффективной конструкции самовсасывающего насоса проведен сравнительный анализ соответствия энергетических, антикавитационных и ресурсных показателей современных самовсасывающих насосов, имеющимся условиям работы и действующим техническим требованиям. Выделим эффективные принципы работы.
