1980 - Динамика насосных систем

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР Отделение математики, механики н кибернетики Научный совет по проблеме «Общаа механика» ДИНАМИКА НАСОСНЫХ СИСТЕМ Сборник научных трудов Кнев «Наукова думка» 1980 ~ЯК 621. 67! ~621.648: 632. 628+534-! 4 Сборник содеркит метераалн теоретичеоках и експериментальнмх асследоваюа вопросов динамики а статика васосынх сиотем, вклвчахщих высокооборотные ивово-центробевкые нвооаы с учетом особеяностей ах работы в каватацаонвнх уоионаях, а такие на рекамвх с обрвтювю ~охами в ур.

Лия научных рвботннков и внкенеров. Редакционная коллегия В.В.Нилвпенко (ответственный редактор), Б.И.Боровский, В.А.3адонцев (ответственный секретарь), И.С.Колесввков, м.с.натанеон (евм.ответственного редактора), Б.В.Овсяннииов, В.И.Йетров, В.Н.Шмаков Редакция информационной литературы д †' ~ !72-30 1703040000 ОС Издательство "Наукова думке", «а; 122!(04)-60 УПК ЗЗЗ ЛЗЗнЗЗЫ71 Н.С.Врз ЗПСПпгннейТЙЙНОК ИССЛНПОВАНИВ ВАВИТАПИОВВВХ АВТОКОАпЗАНИИ НАСОСНОИ СИСТИЫ В настоящее время взвеотно сравнительно небольшое количество работ Л-ПУ, в которых приведеын резулътатн зкапериментаяъных асследоъенвй каввтационных автоколебаний, причем товько в работах 13,5,67 приведены границы областей устойчивой работы ыаоооной светаем, а указааия относитеяьыо конструктивных пвраыетров насооа в узловый, в которых получены границы, данн только в работах ГЗ,П7. Мшхку тем зкспервментвлъные границы устойчивости слукат дия проверки доатоверыоста той идя аной модели каватщдонннх автоковебвний (см.

Л,Ф), в такие дкя внесенвя поправок в нвх и разработки вовнх моделей. Известны укааання, в частности в работах Л,4,67, ыа то, что в случаях возникновения автоколебаний перед колесом ыасоса имеются обратные токи. Поэтому, кроме определения границ устойчявости шнеке-центробежного насоса, вмехщего шнек перемеврто зюга с загсы входного участка У 32 мм, Я 47 мм н а',.

13 мм, проводвлвсь исследоввнвя на модельном шнеке-центробакыом насосе, у которого входной патрубок был сделан прозрачным. Зто я вводило с помошъю нитей, наклееывых на внутреныей поверхноств прозрачыого корпуса, опредеяять наличие обратных токов и размеры зоын их распространенна, е такие производить скоростную квносъемку процесса кавитецяонных автоколебаывй. Визуальные наблюдения показали, что в наших акопераментах автоколебания вознвкают толъко на рахимах, дия которых характерно наличие обратных токов.

когда обратные токи отсутствуют, насос работает устойчиво вплоть до кавитационного срыва. По отклонению нитей было земечено, что ввтоколебанкя зсзынкают пра такой степени развития автоколебеннй, которая вызывеет нз- мексике размеров зоны обратных токов, и прекращаются, когда обратные тони полностью исчезают перед наступлением релима полного кавнтациоэього запнрання (см. /8/). Опыты по определению характера колебаний и нлвянвя на гранино устойчивости реквмных параметров проводились на основном шнекоцент робекном насосе на разных расходах в числах оборотов для случаев длинного 1 = 8,55 м и короткого 1 = 0,91 и входного трубопровода диаметром 55 мм. Акустическая длина входного трубопровода меняласт за счет установки дополнительной емкости на входе в реснвер, так кек специальные эксперименты показали, что реснвер для магистрали яыляется акустическим открытым концом.

Непосредственно за ресиваром устанавливался дроосель, с помощью которого при уменьшении длины входного трубопровода устананливалось такое ке гидравлическое сопротивление, как ы прн длинной магистрали. Выходная магистраль представляла собой трубопровод диаметром 51 им, длиной 10,35 м от бака до дросселя.

Ароссель устанавливался на расстоянии 0,4 и от насоса. Прн экспериментельном определении границ устойчивости были проведены опыты, когда дроссель был перенесеы от насоса к баку, в результате чего акустическая длина напорной магистрали увеличилась более чеы в 10 раэ. Такое изменение параметров насосной система (опыт производился прн коротком входном трубопроводе) не повлияло на границу устойчивости и частоту автоколебаний. Вто свидетельствует о том, что инерционность ивдкости в напорной магистрали не оказывает влияния на процесс автоколебаний.

На рис.1 представлены экспериментальные границы устойчввости работы шнеко-центробекного насоса, построенные в координатах щ -'(лл -лл/ 'Ъ ' ~. ' ° ж ' "'.~г~ л«'--.~ случаев длинного ( / = 8 ° 55 м) н короткого ( /х, = 0,91 м) входного трубопровода; шнек л - ко (лл = 32 мм); при /~ -- 0,91 м, о-э = 261? рад/с, Ь -и - 2094 рад/с,о--ю = 1570 ред/с, д — ю= 1046 рад/с; прв Ел = 8,55 и п-а~ = 2094 рад/с; л - кавнтационный срыв. увеличение длины входной магистрали ведет к стабилизации системы.

Поэтому в случае длинного входного трубопровода верхняя граница устойчньостн сыещается в сторону более низких значений входного дсэлепзя. Нижняя гр ница для обоих случаев практически одна н тг ке. Вто объясняетсл тем, что автокслебання прекращаютсн чспосрелстэенпс перед ксвнтсцэоннны срывом, который не эазнсвт от г,а га а,а агг, 44 ту, па Рис.1. длины нходного трубопровода. Кроме того, на режимах, близких к рекныам выпирания, полностью исчезают обратные токи. У всследуемого насоса срынные режнмн звпврвныя нв расходах лг~ 0,24 + О,Эб очеыь близка.

На рис.1 треугольннкемв обозначены точки, соответствующие режимам аапвранвя. Обнвруленв область, где автоколебвныя возннкеют после внесения едвннчного возмущения во входыом трубопроводе. Нпннвчное возмущение на входе во время дннемнческнх испытаний создезалось с помощью резкого двикеввя поршня, устанавливаемого в отростке, прикрепленном к входной мвгнстралв. Область, в которой колебання возникают посла внесения в систему возмущения, в случае длинного входного трубопронодв рвспсложена вдоль верхней границы области устойчивости в узком диапазоне изменения неличвнн входного девлеивя (см. рис.1).

Область жесткого возбуждения настолько узкея, что в пределах точности зкспернменте совпадает с верхней границей облрсти устойчивости. На рис.2,в пред стввлеые осциллограмме процессе, полученнея в облестк жесткогс нозбуждения. Хорошо видно, кек после единичного импульсе в системе возникают автоколебения 1в ходе исследований был зарегистрирован случай, когда не режиме жесткого возбуждения единичным нозмущеывем удалось отабилпзирозать насосную систем) ). Рис.2.

При испытании насосной системы с коротким .входным трубопроводом вв расходе юл . 0,24 в воне неустойчивой работы обнаружена области, где автоколебания сначала прекращаются, а затем яри спивании давления вновь появляется. Так, при коеффициенте давления Фу = 1,77 в системе существуют развитые ввтоколебания (см, рис. вс.), точка 1), которые всчеввют прв ыебсльаом снвкенав давяения не входе и отсутствуют вплоть до Ру „0,346 (см. осцвллогреищ процесса прв руха 1е231 (см.рво., точка 2 а рас.2). Нра давке..

н, на входе,йу я 0,345 в саотеме вновь воэнвкают оамопроаввольнне автоколебаная (см.рвс. 1, точка 4 а рве.2), которые не пре«рэвеются вплоть до ннвяей гранады областв усторчввоста (см. рве.2,б-д)~ двквенае алейфа ныав соответствует повыпенвю давяенвя: ркс,2,б - точке 1; 2,в - точке 2; 2,г - точке 3 н 2,д - точке 4. Это говорит о том, что вона неустойчивой работы макет бить не спхоаной, т.е.

внутри области неустойчнвоств располагается область устойчввой работы. На расходах более л~ 0,24 таких облаотей не обнэрукено, Существонанне подобных обявстей отмечено в работе 167. В точке 3 (см. рве. 1), ооответствующей ф~ 0,23, могут возникнуть автокслебанвя после яесткого вовбуаденвя (см. рас.2). Автоколебанвя, вывванные едвначным вмпухьоом пра этом вначенаа Р~ „, исчезают а повыпенвем Данленва только пРв выаченва А)д „ = = 1,32 (см.

1щс.1, точка 5) ° следовательно, в областа вееткого воэбукдення имеется гвстереэыс. Характерной особенностью областа аесткого воэбукденвя явхяется то> что она совпадает у ыаоосных овстем с длвннмв в коротквм входными трубопроводамв. Это свидетельствует о том, что момент воэнпкновенвя автоколебанай после кесткого вовбукденвя определяется свойствама самого насоса, в не насосной системы в целом, В области неустойчквоста, существующей у насосной системы с коротким входным трубопроводом н распслсаенной выме эоны аеаткого воэбукденая по входному даввеыпю, кавитационные автоколебанвя вмеют снвусовдальную Форму (см. рве.2).

Низе эоны аесткого воэбутденвя колебания входного давления по форме праблвваются к разрывным с ярко выракенным паком давления абхаза максах(ума а пологим вэмененвем давкеывя нбквен маннмума (см.рве.й,г,д). Мвнвмальное значение входного давленая доствгает величавы давления, пра котором происходит срыв реанма работы насоса. Как отмечалось в хУ, по мере снваеная входвого давленая амплатуда в частота кохебанвй уменьвеются. Амплитуда спивается вследствве уменьаенвя мексамальной велачвны входного давленая, мвнвщум пра этом остается ревйым давлению срыва.