Введение к работе
Актуальность работы. Интенсификация использования подземных вод в водоснабжении городов и осушении пластовых месторождений полезных ископаемых сдерживается фактором надежности погружных гидронасосных агрегатов. Более 35 % погружных гидронасосных агрегатов ежегодно выходят из строя и требу-ют либо замены, либо капитального ремонта Основной причиной их отказов является износ водозаполненных элементов, вызванных концентрацией и твердостью абразивных частиц в рабочей жидкости, и, пульсацией давления и скорости рабочей жидкости. Величины амплитуды пульсаций давления и скорости рабочей жидкости превышают на 40-50 % постоянные составляющие, характеризующие процессы в водозаполненных элементах гидронасосных агрегатов. Это приводит к динамическим процессам в электромеханической системе гидронасосных агрегатов, вызывая динамические нагрузки в ее элементах, и. нарушению теплового режима электродвигателя, а. следовательно, снижению надежности ее работы.
Это связано с недостаточными исследованиями закономерностей формирования динамических процессов в погружных гидронасосных агрегатах, вызванных пульсациями рабочей жидкости в их водозаполненных элементах. Поэтому это ставит научную задачу обоснования рациональных параметров погружных гидронасосных агрегатов для повышения надежности их работы за счет снижения уровня и интенсивности пульсаций рабочей жидкости в разряд важнейших.
Цель работы - повышение эффективности и надежности погружного гидронасосного агрегата за счет снижения динамических наїрузок. вызванных пульсациями рабочей жидкости, путем обоснования его рациональных параметров
Идея работы заключается в достижении требуемого уровня эффективности и надежности погружных гидронасосных агрегатов, пу гем обоснования их рациональных параметров и плавного пу ска электродвигате ія. обеспечивающих снижение динамических нагрузок в электромеханической системе, вызванных пульсацией рабочей жидкости.
Объектом исследования являются ппгрд -а-п^ц; рп iiw.niimnfimi.m гидрона-сосные агрегаты, широко используемые в еисіемах *адйй9&ЛЛМЛА|1 юсушения
пластовых месторождений полезных ископаемы*
"ЧЯДОТ
Предметом исследования являются гидромеханические процессы, протекающие в водозаполненных элементах погружных гидронасосных агрегатов и их электромеханических системах.
Метод исследования, используемый в работе - комплексный, основанный на совокупности применения методов гидродинамики и теории электромеханических систем, оптимального проектирования и надежности, эксперимента с широким использованием ЭВМ.
Автор защищает:
-
Математические модели и закономерности формирования динамических нагрузок на валу погружного гидронасосного агрегата, учитывающие уровень и интенсивность процесса пульсаций рабочей жидкости в зависимости от геометрических форм ступеней насоса и скорости вращения вала электродвигагеля.
-
Методику определения оптимальных геометрических параметров ступеней погружного гидронасосного агрегата и зависимости для расчета рациональной жесткости механической характеристики электродвигателя, обеспечивающей максимально возможное демпфирование динамических нагрузок в электромеханической системе насосного агрегата, вызванных пульсациями рабочей жидкости
-
Зависимости для расчета нагрева обмоток электродвигателя, вызванного динамическими нафузками в электромеханической системе погружного насосного агрегата, учитывающие уровень и интенсивность процесса пульсаций рабочей жидкости и износ изоляции статорной обмотки.
-
Методику расчета уровня и показателей надежности гидронасосного агрегата и его срока службы, учитывающую влияние характеристик динамических процессов в электромеханической системе насосного агрегата, вызванного пульсациями рабочей жидкости.
Научная новизна работы заключается в установлении взаимосвязей \ ровня интенсивности процесса пульсаций рабочей жидкости в водозаполненных элементах погружного гидронасосного агрегата с геометрическими параметрами с in пенен насосного агрегата и скоростью вращения вала электродвигателя, динамическими нафузками в ею электромеханической системе, и, определении на их основе рациональных параметров афегата. обеспечивающих повышение эффективности и надежности работы погружного гидронасосного афсіага
5 Она представлена следующими результатами:
установлены закономерности формирования динамических нагрузок на валу погружного гидронасосного агрегата, учитывающие уровень и интенсивность пульсаций рабочей жидкости в зависимости от геометрических параметров его ступеней и скорости вращения вала электродвшателя;
разработана методика определения оптимальных геометрических napav/eT-ров ступеней погружного гидронасосного агрегата и определены зависимости для расчета рациональной жесткости механической характеристики электродвигателя, обеспечивающей максимально возможное демпфирование динамических нагрузок в электромеханической системе насосного агрегата, вызванных пульсациями рабочей жидкости;
установлены зависимости для расчета нагрева обмоток электродвигателя, вызванного динамическими нагрузками в элекгромеханической системе погружного гидронасосного агрегата, учитывающие уровень -и интенсивность процесса пульсаций рабочей жидкости и износ изоляции сіагорной обмотки;
получены зависимости для определения % ровня и показателей надежности гидронасосного агрегата и его срока службы, учитывающие влияние характеристик динамического процесса в электромеханической системе насосного агрегата, вызванного пульсациями рабочей жидкости.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физически обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми составляет 13.2%.
Практическое значение. Определены рациональные параметры погружных гидронасосных агрегатов на основе исследования математических моделей переходных процессов в их электромеханических системах, обеспечивающих требуемый уровень надежности и эффективности работы насосных агрегатов за счет снижения амплитуды пульсаций рабочей жидкости на 23.4-25% и динамических нагрузок на вату электродвигателя на 17%. что позволило увеличить срок службы агрегатов в 2,5-3 раза.
Реализация результатов работы. Методика определения рациональных параметров погружных гидронасосных агрегатов д ія повышения надежное!и их ра-
6 боты, учитывающая закономерности формирования динамических нагрузок в электромеханических системах насосных агрегатов, вызванных пульсациями рабочей жидкости.и, усовершенствованная конструкция погружного гитронасосного агрегата ЭЦВ 6-10-50 с частотно-регулируемым электроприводом, разработанным стендом для исследования переходных процессов в его электромеханической системе, внедрены в ОГУП «Тулаоблжилкомхоз». Основные научно-практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в курсах-«Системы водоснабжения и водоотведения», «Водоснабжение и водоотведение», «Водоснабжение», «Электрический привод», «Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения», «Переходные процессы в электромеханических системах». «Лвтоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» и в Учебно-техническом Центре «Энергоэффективность».
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях по реформированию жилищно-коммунального хозяйства РФ (2001г, г.Москва: 2002-2004г.г., г.Кемерово), на Всероссийских конференциях «Автомагазированный электропривод» (1999г., г.Москва; 2000г., г.Санкт-Петербург; 2002г., і.Суздаль. 2004г.. г Магнитогорск), на Международных конференциях «Энергосбережение» (1998-2005г.г., г.Тула), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1998-2005г.г.)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах.
