Совершенствование работы центробежных насосов на осадках сточных вод Морозов Александр Викторович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследований 11

1.1. Обзор работ по исследованию течения осадков сточных вод 11

1.2. Исследование влияния вязкопластичных свойств осадков сточных вод на работу центробежных насосов 25

Выводы и постановка задач исследований 45

Глава 2. Определение дискового трения в центробежных насосах на осадках сточных вод 47

2.1. Течение осадков сточных вод в корпусе центробежного насоса 47

2.2. Экспериментальная установка по исследованию дискового трения 55

2.3. Исследование дискового трения в зазоре между диском колеса и стенкой корпуса насоса 61

2.4. Выводы по главе 2 65

Глава 3. Исследование всасывающей способности центробежных насосов на осадках сточных вод 66

3.1. Полупроизводственная экспериментальная установка и методика проведения исследования 66

3.2. Экспериментальные исследования всасывающей способности центробежного насоса 74

3.3. Выводы по главе 3 80

Глава 4. Экспериментальные исследования характеристик центробежного насоса на осадках сточных вод 81

4.1. Методика проведения экспериментальных работ по определению влияния реологических свойств осадков сточных вод на характеристики насоса 81

4.2. Методология пересчета характеристик насоса с воды на осадки сточных вод 85

4.3. Выводы по главе 4 102

Глава 5. Разработка методики пересчета характеристик центробежного насоса с воды на осадки сточных вод, описываемые моделью вязкопластичной жидкости 103

5.1. Методика пересчета характеристик центробежного насоса 103

5.2. Пример расчета характеристик насоса СД 160/45 108

5.3. Расчет экономического эффекта от внедрения метода пересчета характеристик центробежного насоса с воды на осадки сточных вод 112

5.4. Выводы по главе 5 114

Заключение 115

Условные обозначения и список сокращений 117

Список литературы

• Исследование влияния вязкопластичных свойств осадков сточных вод на работу центробежных насосов
• Исследование дискового трения в зазоре между диском колеса и стенкой корпуса насоса
• Экспериментальные исследования всасывающей способности центробежного насоса
• Методология пересчета характеристик насоса с воды на осадки сточных вод

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Перекачка жидкостей насосами в настоящее время достигает 30 % от стоимости основного энергетического оборудования. Широкое использование центробежных насосов для подачи вязко-пластичных жидкостей, таких как осадки сточных вод (ОСВ), водоугольные и меловые суспензии, парафинистые нефти, шламы, сапропели, ставят практически важную задачу расчет параметров работы насосов при транспортировании таких жидкостей. Насосы, как правило, проектируются и изготавливаются для подачи холодной воды или с учетом рекомендаций для вязких ньютоновских жидкостей. Учет второго реологического фактора предельного напряжения сдвига игнорируется, в результате чего необоснованный выбор насосного оборудования приводит к неоправданным энергозатратам, неудовлетворительной работе насосных установок.

В отечественной и зарубежной литературе опубликован ряд исследований по влиянию реологических свойств жидкости на работу центробежных насосов, перекачивающих вязкие жидкости. Для ньютоновских жидкостей существуют методики пересчета характеристик насосов с воды на вязкие жидкости.

Есть попытки пересчета параметров работы насосов с воды на вязко-пластичные жидкости на расчетном режиме работы.

Влияние вязкопластичных свойств ОСВ на всасывающую способность насосов не исследовано и все практические рекомендации сводятся к определению величины подпора на всасывании с учетом гидравлических потерь. Заглубление насосных установок (до 4 м) приводит к удорожанию строительных и эксплуатационных расходов.

Для уменьшения величины подпора или его ликвидации необходима разработка специальных устройств, позволяющих транспортировать ОСВ без подпора.

Степень научной разработанности. Базой аналитического изучения разработанности проблемы перекачивания центробежными насосами ОСВ послужила специальная литература и научно-исследовательские работы, связанные с темой научного исследования.

Исследованиями течения ОСВ занимались отечественные и зарубежные ученые: С.В. Яковлев, Я.А.Карелин, Ю.М. Ласков, А.З. Евилевич, А.П. Юфин, Б.С. Филатов.

Изучению гидродинамики двухфазных потоков посвящены работы: H.H. Арефьева, А.Х. Мирзаджанзаде, А. Миснар, В.И. Климова, К.А. Ибатулова.

В работах М.Н. Айзенштейна, Л.С. Животовского, К.А. Ибатулова, П.М. Огибалова, В.Я. Карелина, Б.С. Лезнова, С.Г. Бажайкина, К. Грюн, А. Миснар, А.Н. Шерстюка, К.А. Щеглова отражены исследования по работе насосов.

Объект исследования. Центробежные насосы, перекачивающие осадки сточных вод, течение которых описывается моделью вязкопластичной жидкости.

Предмет исследования. Разработка метода пересчета характеристик центробежного насоса с воды на осадки сточных вод.

Цель работы. Исследование рабочих характеристик центробежных насосов при работе на осадках сточных вод и разработка метода пересчета характеристик

центробежного насоса с воды на осадки сточных вод, течение которых описывается моделью вязкопластичной жидкости.

Мощность дискового трения в насосах, перекачивающих такие жидкости, достигает 25 % и выше, следовательно, исследование мощности дискового трения в насосах является актуальной задачей.

Для выделения гидравлических потерь в насосе необходимо исследование течения вязкопластичной жидкости вокруг диска, вращающегося в корпусе насоса.

Для уменьшения величины подпора или его ликвидации необходима разработка специальных устройств, позволяющих транспортировать ОСВ без подпора.

Основные задачи исследования:

1. Получить расчетные зависимости для течения вязкопластичной жидкости
в зазоре между диском рабочего колеса и корпусом насоса.

1. Провести опытно-экспериментальную проверку полученных расчетных зависимостей по определению коэффициента дискового трения на ОСВ.

2. Исследовать влияние концентрации ОСВ на всасывающую способность насосов и разработать рекомендации по улучшению их всасывающей способности.

3. Разработать методику пересчета характеристик центробежного насоса с воды на ОСВ, течение которых описывается моделью вязкопластичной жидкости.

4. Разработать практические рекомендации по выбору насосного оборудования для перекачки ОСВ.

Научная новизна. Предложена конструкция насосной установки, позволяющая работать без подпора, улучшающая условия всасывания, защищенная патентом РФ.

Теоретически решена задача о движении вязкопластичной жидкости между диском рабочего колеса насоса и его корпусом, подтвержденная экспериментальными данными.

Разработана методика пересчета рабочих характеристик центробежного насоса с воды на ОСВ на всех режимах работы.

Теоретическая и практическая значимость определяются тем, что теоретические и экспериментальные исследования, полученные при выполнении диссертационной работы, позволяют разработать методику пересчета характеристик центробежного насоса с воды на осадки сточных вод во всем диапазоне работы.

Предложен способ улучшения всасывающей способности центробежного насоса при перекачке ОСВ, что позволяет повысить надежность работы насосных установок.

Методология и методы диссертационного исследования. Теоретической и методологической основой диссертационной работы являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области перекачивания ОСВ центробежными насосами.

Методологической базой являлись экспериментальные методы исследований и снятий характеристик насосов и трубопровода в лабораторных и промышленных условиях, с последующими обобщением и систематизацией. Для получе-

ния расчетных зависимостей использовались методы математической статистики, методы и модели гидродинамики. Эмпирической базой исследований были: описание, измерение параметров работы насосных установок и трубопроводов. Теоретической базой является анализ литературных источников по работе насосных установок на осадках сточных вод и по расчету течений осадков сточных вод в трубопроводах.

Информационную базу составляют монографические работы, материалы научно-технических конференций, объекты интеллектуальной собственности, статьи в изданиях и научных сборниках по исследуемой тематике.

Положения, выносимые на защиту:

1. Расчетные зависимости для течения осадков сточных вод между диском рабочего колеса и корпусом насоса.

2. Способ улучшения всасывающей способности центробежного насоса на ОСВ.

3. Методика пересчета характеристик центробежного насоса с воды на ОСВ.

Степень достоверности полученных результатов обеспечивается применением совокупности методов, адекватных цели и задачам исследования, стендово-натурными экспериментами, а также расчетными зависимостями. Все теоретические расчеты проверены экспериментально. Результаты исследований представлены в профессиональной печати и докладах на научных конференциях.

Личный вклад. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи работы, лично проведены все экспериментальные работы по дисковому трению и испытаниям насосов на ОСВ. Разработана методика пересчета характеристик центробежных насосов с воды на ОСВ.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований дис
сертационной работы докладывались и обсуждались на 1-й Международной
молодежной научной конференции «Молодежь и XXI век» (Курск, 2009), 2-й
Международной молодежной научной конференции «Молодежь и XXI век»
(Курск, 2010), Международной конференции «Биосферно-совместимые

технологии в развитии регионов» (Курск, 2011), 15-й Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 2012), 15-й межрегиональной научно практической конференции «Высокие технологии. Экология» (Воронеж, 2012), Международной конференции «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (Курск, 2013), 10-й научно-технической конференции «Яковлевские чтения» (Москва, 2015).

Реализация результатов работы. Результаты работы могут быть использованы проектными, конструкторскими и эксплуатационными организациями, занимающимися разработкой машин и аппаратов для таких жидкостей, а также при выборе насосного оборудования на очистных сооружениях.

Экономический эффект от внедрения результатов исследований на очистных сооружениях Муниципального унитарного предприятия «Городские тепловые сети» МО «Город Курчатов» Курской области составляет 286 тысяч рублей в год.

Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» при подготовке инженеров по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» и по направлению бакалавриата 270800.62 - Строительство.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них 7 работ опубликовано в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ, 9 работ опубликовано в различных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включающего 35 рисунков, 8 таблиц, 109 наименований литературных источников.

Исследование влияния вязкопластичных свойств осадков сточных вод на работу центробежных насосов

Чтобы определить характер реологического поведения таких жидкостей и их реологические параметры, необходимо изучить течение таких жидкостей в каналах различных форм.

Получены решения задач для многих случаев течения: относительное вращение конусов, имеющих общую вершину; течение через щелевой и кольцевой капилляры; осевое смещение цилиндра; плоское течение двух соприкасающихся вязкопластичных сред; течение по наклонной плоскости; вращение вала в подшипниках для случая вязкопластичной смазки; движение между двумя плоскостями, составляющими острый угол; течение системы на вращающемся диске; течение между диском колеса насоса и корпусом, для диффузора.

Обычно в практике реологических исследований применяют методы капиллярной и ротационной вискозиметрии. Как показали исследования [7, 15, 18, 61, 62, 65, 66, 69, 70, 82, 89, 92, 108], методы ротационной вискозиметрии характеристик вязкопластичных жидкостей хорошо себя зарекомендовали при течении однородных смазок, нефтей, растворов. Однако большинство суспензий содержат грубодисперсные частицы и структурные образования, не позволяющие измерять характеристики, т. к. размеры частиц заклинивают роторы вискозиметров. Увеличение зазоров приводит к неоднородности полей напряжения [7], что, в свою очередь, приводит к искажению результатов эксперимента. Особенно это проявляется в суспензиях, где несущей средой является вода. Тогда в пристенном слое повышается текучесть [7] по сравнению с текучестью в объеме. В большинстве исследований пристенного скольжения принимается, что дисперсная среда прилипает к стенке канала. В ротационной вискозиметрии применяются роторы с рифлеными поверхностями рабочих цилиндров, однако профиль рифленой поверхности также влияет на результаты измерений.

Попытка определения реологических характеристик вязкопластичных жидкостей по методу Стокса на реовискозиметре Хеплера [58] показала, что для количественного определения предела текучести и пластической вязкости такой способ не пригоден, т. к. частицы суспензии искажают результат эксперимента.

Наибольшее распространение для определения реологических свойств вязкопластичной жидкости получил метод капиллярной вискозиметрии [17, 31, 59, 60, 63, 70, 72, 75, 89], в частности метод анализа потерь в трубах круглой формы. При этом зависимость потерь напора в трубах аппроксимируют уравнением Букингема, принимают линейное распределение касательных напряжений по живому сечению трубопровода.

Для учета эффекта пристенного скольжения при течении в трубах рекомендовано [7] изучить напорно-расходные характеристики вязко-пластичной жидкости минимум четырех-пяти диаметров. Это дает возможность по интегральным кривым определить зависимость градиента скорости от геометрических размеров каналов, таким образом находят градиент скорости в объемных слоях вязкопластичной жидкости .

В работе [7] на основании того, что течение в трубах вязкопластичных жидкостей обусловлено образованием тонкой пленки из жидкости, менее вязкой, чем исследуемая, предполагается, что эта пленка образована дисперсной средой (как правило, вода) и является ньютоновской жидкостью.

На основании этих предположений получены формулы для определения пристенного слоя на трубе и значение пластической вязкости можно определить по формуле: , (1.2) где a и b величины, зависящие от свойств вязкопластичной жидкости. При этом исследования необходимо проводить минимум на двух диаметрах труб.

Предложенный метод определения реологических характеристик вязкопластичной жидкости по результатам исследования на двух диаметрах труб позволяет получать достоверные данные, обеспечивающие расчет режимов течения вязкопластичной жидкости по трубам различных диаметров.

Ограниченное количество экспериментальных работ по исследованию течения вязкопластичных жидкостей в насосах не позволяет в полной мере судить о течении в насосах, представляющих собой сложное сочетание каналов различных профилей и размеров, в связи с чем рассмотрение вопросов течения вязкопластичных жидкостей в каналах простых форм позволит приблизиться к пониманию сложных гидродинамических процессов, происходящих в насосе, и уяснить картину течения.

Как отмечает Яковлев С.В. [89] торфяные и глинистые массы по своим текучим свойствам очень близки к ОСВ. В таблице 1.3 представлены реологические характеристики ОСВ в зависимости от влажности.

Реологические характеристики ОСВ в зависимости от влажности №/№ Глинистые растворы Сброженный осадок(смесь осадка и ила) Свежий исброженныйосадок Сырой осадок ОСВсвинофермсырой ОСВ сброж. W,% 97,1 97,0 96,9 96 97 98 99 90 92 94 9697 93 96 95 9497 90 87 85 83 80 90 89 84 85 83 Н/м 20 5052 10 16,3 65,3 12,6 10050ЗО23 20 45 2127,5 37 20 4 14,623 54 126 48,2 1627,8 39,5 пуаз 0,96 0,75 1,01 1.542.47 4,23 4,5 0,45 0,35 0,25 0,21 0,2 0,330,20,240,310,2 1,42,7 3,74 6,4 9,6 1,322,133,954,8 А. Х. Мирзаджанзаде [40] в своей работе решает задачу о движении вязкопластичной жидкости между неподвижными стенками в предположении, что частицы двигаются по дугам концентрических окружностей и что поперечное течение отсутствует. В результате расход вязкопластичной жидкости через сечение криволинейного канала определяется по формуле: (1.3) Для определения произвольных постоянных , , , и границ ядра и использованы граничные условия и условия равновесия. Аналогичным образом решается задача [60] о течении в коническом диффузоре, в результате чего получена зависимость, из которой следует, что часть среды, движущаяся с постоянной скоростью в направлении радиуса, будет соосным конусом.

Исследование дискового трения в зазоре между диском колеса и стенкой корпуса насоса

Известно, что при течении ньютоновской жидкости вокруг диска могут существовать как отдельные пограничные слои на диске и стенках корпуса насоса при достаточно больших осевых зазорах, так и сомкнувшиеся пограничные слои при малых зазорах.

В литературе отсутствуют теоретические работы в области определения влияния параметра Сен-Венана на коэффициент дискового трения для вязкопластичных жидкостей. Также отсутствуют экспериментальные данные по этому вопросу.

В связи с вышеизложенным в работе была поставлена задача исследования течения вязкопластичной жидкости между диском и стенкой кожуха, которая выбрана в качестве модели ОСВ.

На рисунке 2.1 представлена схема течения в зазоре между корпусом насоса и диском рабочего колеса.

Рисунок 2.1 Схема течения в зазоре между диском и корпусом: а сомкнувшийся пограничный слой; б раздельные пограничные слои радиальная проекция скорости; окружная (условно показанная в той же плоскости) проекция скорости На рисунке 2.1, а показано распределение скоростей в узком зазоре между диском и корпусом, в данном случае имеем ламинарное течение Куэтта с линейным профилем скоростей. Распределение окружных скоростей определяется по формуле:

Данное выражение для определения коэффициента дискового трения для вязкопластичной жидкости впервые получено в работе [58]. Анализируя полученную зависимость, можно сделать вывод о том, что полученная зависимость справедлива для двух классов жидкости: как для ньютоновской, так и для вязкопластичной жидкости, описываемой моделью течения ШведоваБингама.

Таким образом, коэффициент дискового трения вязкопластичной жидкости равен коэффициенту дискового трения ньютоновской жидкости, если число ньютоновской жидкости будет равно обобщенному числу вязкопластичной жидкости. Кроме того, при прочих одинаковых условиях по вязкости коэффициент дискового трения ньютоновской жидкости будет меньше коэффициента дискового трения вязкопластичной жидкости.

Второй реологический фактор предельное напряжение сдвига будет увеличивать коэффициент дискового трения при его увеличении.

Анализ формулы показывает, что коэффициент дискового трения зависит не только от реологических свойств жидкости, но и от толщины пограничного слоя, следовательно, чем меньше толщина пограничного слоя, тем больше этот коэффициент.

Экспериментальные исследования по определению коэффициента сопротивления при течении вязкопластичной жидкости в узком зазоре между диском и корпусом не проводились. В работе [58] проводились экспериментальные исследования по течению вязкопластичной жидкости в узком зазоре между диском и корпусом в зависимости от пластической вязкости, т. е. от числа Рейнольдса, в которое входит один реологический фактор - пластическая вязкость. Таким образом, в задачу исследований входило исследование течения вязкопластичной жидкости в зависимости от двух реологических факторов пластичной вязкости и предельного напряжения сдвига.

При достаточно больших зазорах между корпусом колеса и диском колеса обнаружено существование отдельных пограничных слоев на диске и корпусе колеса. Движение жидкости в отдельных пограничных слоях будет таким же, как и в предыдущем случае, на диске движение происходит от центра к периферии диска, а на стенке корпуса к центру. Рассмотрим ламинарное течение вязкопластичной жидкости при достаточных зазорах, больше толщины пограничного слоя, как циркуляционное, с прослойкой между пограничными слоями, вращающейся, как твердое тело с угловой скоростью, меньшей, чем угловая скорость диска. На рисунке 2.1, б представлены схема течения при достаточном зазоре и схема распределения скоростей. Для вывода формулы определения коэффициента дискового трения проинтегрируем известные уравнения пограничного слоя ньютоновской жидкости с подстановкой в них формулы ШведоваБингама:

Экспериментальные исследования всасывающей способности центробежного насоса

Концентрация ОСВ до 1 % практически не влияет на характеристики насосов, что подтверждается и в работе [58].

В этом случае имеют место примерно одинаковые реологические свойства ОСВ (предел текучести отсутствует) и воды, следовательно, гидравлические потери при движении воды и ОСВ концентрацией до 1 % через насос одинаковы.

При концентрации ОСВ более 1 % характеристики насосов на ОСВ изменяются, что связано с появлением предельного напряжения сдвига и увеличением вязкости, а режим максимального КПД насоса снижается и перемещается в сторону недогрузки. Практически аналогичные закономерности наблюдаются при работе насосов на вязких жидкостях. Снижение напорно-расходных характеристик связано с увеличением реологических характеристик ОСВ, которые увеличивают гидравлические потери в насосе, потери на разрушение структурного течения после всасывающей линии.

Кроме того, известно, что ОСВ увеличивают потери на преобразование кинетической энергии в потенциальную, т. к. твердые частицы при их контакте друг с другом не преобразовывают кинетическую энергию в потенциальную. Таким образом, это обстоятельство вызывает снижение напора, увеличение потребляемой мощности (за счет увеличения потерь дискового трения) и, как результат снижение коэффициента полезного действия насоса.

В работе [58] отмечается, что в отличие от характеристик на вязких жидкостях, работа насоса на вязкопластичных жидкостях в режимах недогрузки имеет неустойчивый режим, что объясняется дроссельным регулированием расхода. Это происходит из-за образования структурных течений, которые образуют в некоторых случаях пробки перед задвижкой.

При нулевом расходе напор на ОСВ меньше, чем на воде, однако ОСВ начинают нагреваться и напор насоса на нагретых ОСВ становится таким же, как на воде. Следовательно, реологические характеристики суспензии при нагреве изменяются и приближаются к характеристикам на воде.

При течении ОСВ через проточную часть насоса на расчетном режиме и в режимах перегрузки основным видом гидравлических потерь будут потери на трение и на удар при входе.

На рисунке 4.5 представлено влияние концентрации ОСВ на изменение напора насоса СД-160/45 на расчетном режиме, откуда видно, что увеличение концентрации ОСВ до 2 % не влияет на напор насоса. Аналогичный вывод получается и по влиянию концентрации ОСВ на потребляемую мощность и КПД насоса.

Рисунок 4.5 Влияние концентрации ОСВ на изменение напора насоса на расчетном режиме: ns = 90; о ns = 110; х ns = 120 Увеличение концентрации ОСВ с 2 % до 7 % (на 5 %) снижает напор на расчетном режиме в три раза, что можно объяснить только увеличением гидравлических потерь в насосе, эти потери связаны с увеличением вязкости и предельного напряжения сдвига. Так как гидравлические сопротивления в насосе складываются из трех основных факторов: 1) потери на удар при входе на лопатки, 2) потери трения по длине и 3) потери вихреобразования, то третий фактор потери вихреобразования можно исключить, т. к. режим течения в насосах при таких концентрациях может быть или ламинарным, или структурно-ламинарным.

На рисунке 4.6 представлены результаты испытаний трех насосов быстроходностью 70-110, где показано изменение напора насосов в зависимости от концентрации ОСВ на режиме максимального КПД.

Потери на удар при входе в колесо зависят от угла атаки, следовательно, на расчетном режиме работы эти потери для воды и ОСВ будут одинаковы. Следовательно, основным и решающим фактором снижения напора насосов будут реологические свойства ОСВ.

Так, насос быстроходностью 70 (прямая 1) от максимального напора 36 м на воде снижается до 18 м при КПД, равном 0,18.

Насос быстроходностью 90 (прямая 2) при максимальном напоре на воде 28 м при = 0,6, снижает напор до 16 м при = 0,2.

Насос быстроходностью 110 (прямая 3) имел максимальный напор на воде 26 м при = 0,5, снижает напор до 18 м при концентрации ОСВ 7 %. Сравнивая снижение напоров насосов, можно сделать вывод, что более быстроходные насосы, имеющие более низкие показатели по создаваемому напору, уменьшают напоры на ОСВ по сравнению с напорами на воде на несколько метров, а насосы быстроходностью 7080 снижают напоры практически в 2 раза. Одними гидравлическими потерями это трудно объяснить, т. к. испытывались разные ОСВ.

Во всех трех случаях имели снижение расходов на режимах max от 0,04 до 0,02 л/с. Все эти показатели свидетельствуют о возрастании гидравлических потерь в насосах, связанных как с увеличением предельного напряжения сдвига, так и с увеличением пластической вязкости.

На рисунке 4.8 представлены результаты обработки данных по насосам в режиме недогрузки Q = 0,5Qp, где видно, что мощность насосов растет в зависимости от степени концентрации ОСВ, особенно это заметно для насоса меньшей быстроходности ns = 70. Для фекального насоса ns = 110, это влияние меньше, рост примерно 20 %, для ns = 70 это влияние составляет почти 50 %.

Сточно-массной насос на режимах 0,5Q также увеличивает потребляемую мощность на 2030%. Это связано с тем, что насос быстроходностью 70 имеет лучшие гидравлические и энергетические характеристики, поэтому это влияние больше, чем у насосов с быстроходностью 100120. Насос с этой быстроходностью имеет худшие параметры на воде, поэтому это влияние меньше (широкие проходные сечения, малое число лопаток). На рисунке 4.9 показано влияние концентрации ОСВ на относительный напор насосов в зависимости от режимов недогрузки, перегрузки и в расчетном режиме.

Рисунок 4.9 Влияние концентрации ОСВ на напор насосов в режимах: недогрузки, расчетном и перегрузки: 1 ns = 70; 2 ns = 90; 3 ns = 110;

4 ns = 120 В режимах недогрузки и расчетном снижение напоров составляет максимум 20 % при предельных концентрациях. Режим перегрузки показывает, что снижение напора составляет 50 %. Это связано, по-видимому, с большими скоростями в насосах, соответственно снижаются напоры. Эта тенденция одинакова для всех насосов, однако насос быстроходностью 120 имеет меньшее снижение напора по сравнению с тихоходными насосами.

Методология пересчета характеристик насоса с воды на осадки сточных вод

На рисунке 5.1 представлены опытные и расчетные характеристики насоса на ОСВ. Как видно расчетные зависимости удовлетворительно совпадают с характеристиками этого насоса, полученными на экспериментальной установке. Максимальная погрешность при этом составляет 8%.

Таким образом, используя расчетную зависимость (4.10), можно построить напорные характеристики насосов на ОСВ по зависимости коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса, определяемого по любому характерному элементу насоса, в данном случае по диаметру входного патрубка насоса.

Расчет экономического эффекта от внедрения метода пересчета характеристик центробежного насоса с воды на осадки сточных вод

Производительность насосной станции перекачки осадка сточных вод на очистных сооружениях г. Курчатова составляет 25000 м/сут.

На станции установлено 4 насоса СД 140/65 с числом оборотов - 1450 об/мин, мощность двигателя 40 кВт, из четырех насосов один резервный.

Стоимость электроэнергии для насосных установок согласно действующему тарифу - 2,14 руб. После внедрения методики пересчета характеристик насоса с воды на вязкопластичные жидкости насосная станция перекачивает осадок сточных вод с концентрацией - 3-6 %, до внедрения насосная станция перекачивала осадок сточных вод концентрацией 1-2 %. Таким образом при круглосуточной работе трех насосных агрегатов перекачка осадка сточных вод составляла 25000 м/сут. Перекачка 25000 м/сут тремя насосами за сутки при концентрации осадка 5 % составляет: . Следовательно, в течение суток каждый насосный агрегат не работает 2,6 часа, то исходя из подачи каждого насоса в течение 2,6 часа будет иметь место экономия 43,72 м/сут. Где 43,72 м/сут - подача трех насосов на сеть, с учетом совместной работы насосов и сети.

В течении суток три насоса экономят электроэнергию на расчетном режиме: . где 30 кВт - расход потребляемой мощности насосом на расчетном режиме при концентрации 5 %. Следовательно, годовая экономия электроэнергии в рублях составляет: рублей. При увеличении концентрации осадка сточных вод на 2 % снижается расход воды, т. к. тоже количество осадка перекачиваем меньшим количеством воды. Экономия составляет 1,8 м/ч. При существующем тарифе за воду 14 р 40 коп. за м, экономия воды составит 43,72 м/сут. Тогда: рублей. Тогда общая годовая экономия будет равна: рублей. 114 Таким образом на насосной станции годовая экономия за счет энергосбережения по электроэнергии и воде составляет 286 тысяч рублей в год.

1. Предложена методика пересчета характеристик насосов с воды на ОСВ на всех режимах работы.

2. Расчетным и экспериментальным путем показано, что методика пересчета характеристик насосов с воды на ОСВ на всех режимах работы дает положительные результаты с процентом погрешности не более 8.

3. Для расчета напорно-расходных характеристик насоса рекомендуется определить напоры насосов на трех режимах ( , , ), для определения характеристики потребляемой мощности насоса следует определить потребляемую мощность по одной точке .

4. Технико-экономический эффект от внедрения предложенной методики пересчета характеристик с воды на ОСВ составляет 286 тысяч рублей в год на очистных сооружениях города Курчатова, за счет энерго- и ресурсосбережения.

Заключение В результате выполненного исследования получены следующие итоги: 1. Теоретически получены и подтверждены экспериментально зависимости коэффициента дискового трения ОСВ в центробежных насосах для случая раздельных пограничных слоев и для случая сомкнувшихся пограничных слоев в ламинарном режиме течения: для раздельных пограничных слоев; для сомкнувшихся пограничных слоев. 2. Предложен обобщенный критерий подобия для течения ОСВ в зазоре между рабочим колесом насоса и его корпусом, позволяющий использовать для расчета существующие зависимости коэффициента дискового трения для вязкой жидкости: 3. Для повышения всасывающей способности центробежных насосов при транспортировании ОСВ предложена насосная установка, защищенная патентом на изобретение № 2456480, которая позволяет выбрать высоту всасывания насосов на ОСВ без подпора, т. е. с положительной высотой всасывания и повысить надежность работы насосов. 4. Получена экспериментальным путем расчетная зависимость, позволяющая производить пересчет напорно-расходных характеристик насосов с воды на ОСВ: 5. Предложена методика пересчета рабочих характеристик насосов с воды на ОСВ на всех режимах работы.

Результаты исследований рекомендованы для использования в практике проектирования и строительства, эксплуатации насосных станций, при расчетах совместной работы насосных установок и сетей.

Перспективой дальнейшей разработки темы является апробация предложенной методики пересчета характеристик насосов с воды на осадки сточных вод на других жидкостях, течение которых описывается моделью вязкопластичной жидкости, таких как: торфяные и глинистые растворы, биологические отходы, шламы хвостохранилищ, сапропели и другие суспензии. Необходимо проводить исследования работы насосов на таких жидкостях с учетом температуры перекачиваемой жидкости, размера частиц и газосодержания.