Введение к работе
Актуальность работы. Важной задачей, является уменьшение объёма пуско-наладочных работ при постройке систем, которые в настоящее время составляют в среднем я 46% общей трудоёмкости монтажа и наладки систем.
Один из важных способов уменьшения объема трудозатрат состоит в более обоснованном выборе характеристик насосов, вентиляторов, для чего требуется учит геометрии и характера особенности гидродинамики натурных систем при гидравлических расчётах.
Из проведенного анализа натурных энергетических систем установлено, что применяемые в энергетических системах прямолинейные участки трубопроводов являются гидродинамически короткими, т.е. их длина соизмерима с длиной входного участка. Вход в гидродинамически короткий трубопровод классифицируется как «неклассический», т.е. не из успокоительной камеры и не из выравнивающих устройств, а из унифицированных фасонных частей (УФЧ), побудителей расхода, арматуры и т.п. с неравномерным распределением скорости потока. В большинстве случаях вход в прямой трубопровод осуществляется из УФЧ (поворотов - 60%, диффузоров - 20%) круглого сечения.
Таким образом, содержание работы - определение гидравлических характеристик гидродинамически короткого трубопровода при «неклассических» входных условиях с целью совершенствования методов гидравлического расчёта энергетических систем и уменьшения в конце концов трудоёмкости пуско-наладочных работ.
В связи с многофакторностью поставленной задачи наиболее обоснованным методом исследования является планируемый эксперимент.
Цель работы. Разработка методики проектных расчётов гидравлических характеристик элементов трубопроводных систем с учётом геометрии трубопроводов и особенностей потоков, обусловленных различными путевыми включениями.
Задачи исследования:
изучение распределения коэффициентов сопротивления трения вдоль входного участка круглой прямой трубы при различных распределениях скорости потока на входе, обусловленных влиянием предвключённых УФЧ.
изучение коэффициента сопротивления поворота методом физического моделирования, при различных длинах пред- и послевключённых прямых участков и характера течения;
разработка методики количественной оценки характера распределения скорости потока;
получение расчетной зависимости для определения коэффициента сопротивления трения гидродинамически короткого трубопровода при различной асимметрии потока на входе, обусловленного предвключёнными УФЧ;
разработка способа уменьшения гидравлического сопротивления и улучшения виброакустических характеристик поворотов и подсоединённых к ним побудителей расхода (вентилятора).
Автор защищает:
результаты спланированных многофакторных экспериментов по определению гидравлических характеристик гидродинамически коротких прямолинейных трубопроводов, поворотов и диффузоров;
методику количественной оценки асимметрии распределения скоростей по сечению потока в трубопроводе;
методику проектного расчёта коэффициента сопротивления трения для гидродинамически короткого трубопровода с учётом асимметрии скоростей потока на входе;
методику проектного расчёта гидравлических характеристик поворотов, используемых в «путевом» варианте;
техническое устройство, в виде аксиально-лопаточного завихрителя с полым центральным телом, предназначенное для снижения гидравлических сопротивлений и акустической активности насосов и вентиляторов с предвключёнными поворотами;
физическую модель течения в повороте.
Научная новизна работы заключается:
в получении экспериментальных результатов по гидравлически коротким трубопроводам;
в разработке методики количественной оценки неравномерного распределения скорости в виде коэффициента асимметрии;
в анализе асимметрии распределения скорости потока при выходе из УФЧ (поворотов, диффузоров);
в анализе физической модели течения в повороте;
в получении экспериментальных математических моделей взаимосвязи конструктивных параметров и режимов течения потока для определения гидравлического сопротивления поворотов при наличии пред- и послевключённых прямых участков;
в получении расчетных зависимостей для определения гидравлического сопротивления поворотов при наличие пред- и послевключённых прямых участков;
в обнаружении максимума гидравлического сопротивления формы поворота Йгиба) при угле поворота а = 90 ;
в получении по результатам планируемых экспериментов расчётной зависимости для определения коэффициента гидравлического сопротивления трения гидродинамически короткого трубопровода при различном характере течения и асимметрии потока на входе;
в разработке конструкции аксиально-лопаточного завихрителя с трубчатым центральным телом и исследование его влияния на снижение гидравлического сопротивления и акустической активности вентилятора с предвключённым поворотом.
Достоверность и обоснованность результатов. Проведённые эксперименты были спланированы как полные факторные. Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики. Сами опыты проводились на специально созданных, в соответствии с рекомендациями, аэродинамических и акустических стендах. В качестве измерительных приборов использовались стандартные и специально изготовленные приборы, своевременно прошедшие госповерку. На ряде режимах проводились дублирующие эксперименты.
Добротность методики и качество стендов проверялись путём проведения проверочных экспериментов, результаты которых сравнивались с данными публикаций в научной литературе.
Практическая ценность работы:
полученные расчётные зависимости для определения гидравлического сопротив
ления поворотов, диффузоров круглого сечения, при использовании их в
«путевом» варианте, а также расчётная зависимость для определения коэффици
ента гидравлического сопротивления трения гидродинамически короткого трубо-
провода при асимметрии потока на входе могут быть использованы в нормативных документах по гидравлическим расчетам энергетических систем;
разработанная методика и программа на ПЭВМ, для расчёта коэффициента асимметрии потока, может быть использована для дальнейшего изучения течения в элементах энергетических систем;
составленная на основе планируемых экспериментов и метода визуализации потока физическая модель течения в повороте может служить основанием для разработки математической модели течения в повороте;
разработанная конструкция аксиально-лопаточного завихрителя с полым цен
тральным телом может быть использована для уменьшения гидравлических и
акустических характеристик, как собственно УФЧ (поворота), так и подключённого к
нему побудителя расхода (вентилятора), при использовании их в энергетических
системах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования, изготовления, монтажа и ремонта судовых трубопроводов и систем» (Севастополь, 1991 г.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии» (Санкт-Петербург, 1996 г.), на международной конференции по проблемам радиоэкологии на Российском и Европейском Севере (Северодвинск, 1996 г.), на научной конференции «Ломоносовские чтения» (Северодвинск, 1996 г.).
Внедрение. Методика определения коэффициента сопротивления трения гидродинамически короткого трубопровода при различной асимметрии потока на входе внедрена для расчётов технологических систем в НИПТБ «ОНЕГА» и ГМП «ЗВЁЗДОЧКА». Разработанная в работе конструкция аксиально-лопаточного завихрителя с полым центральным телом внедрена в систему вентиляции участка цеха 50 ПО «Севмашпредприятие».
Обьём работы. Диссертация состоит из четырёх основных глав (1 - 4), введения и заключения. Она содержит 100 страниц основного текста, 46 рисунков, 22 таблицы, 93 использованных источника и 25 страниц приложения.
Т"
Похожие диссертации на Исследование гидравлических характеристик гидродинамически коротких трубопроводов энергетических систем
