Овсянников Б.В., Яловой Н.С., 1992 (Овсянников Б.В., Яловой Н.С., 1992 - Моделирование и оптимизация характеристик высокооборотных насосных агрегатов)

УДК 629.7.035.5:533.662.3:621.65 1т1оделироваиие и оптимизация характеристик высокооборотных насосных агрегатов/ Б.В. Овсянников, Н.С. Яловой. — М.:Машиностроение, 1992. — 256 с. 1$ВХ 5-217-01353-2 Книга посвящена методам экспериментального и математического моделирования н оптимизации характеристик высонооборотиых насосных агрегатов. Освещены вопросы подобия и моделирования процессов в лопаточных машинах, методы экспериментального исследования гндродинамнчесиих процессов в высоиооборотиых лопаточных машинах н нх ндентификацинз методы статистического н имитационного моделирования с помощью ЭВМ течение в элементах лопаточных машин, методы оптимизации основных геометрических размеров н режимов эксплуатации высокооборотных насосных агрегатов.

Книга предназначена для научных работников и специалистов. занимающихся разработков двигательных н энергетических установок, а также может быть использована студентами вузов авиационных и эиергомашнностроительнык специальностей. Библиогр.: 12 паза. Ил. 114. Табл. 21. Рецензент д-р техн. наук В.И. Петров 2708140400-417 038(011-92 15ВХ 5-217-01353-2 © В.В. Овсянников, Н.С. Яловой, 1992 г. ПРЕДНСЛОВИЕ Насосы являются необходимыми агрегатами практически для всех тяговых, энергетических и технологических установок. Несмотря на разнообразие типоразмеров.

выпускаемых промышленностью, во многих случаях, особенно при применении высокооборотных насосов в двигательных и энергетических установках, их приходится заново рассчитывать, проектировать и доводнп до заданных параметров применительно к конкретным условиям эксплуатации и с учетом налагаемых техническим заданием ограничений. В большинстве случаев при этом требуется проведение испытаний агрегата, в результате которых находится область возможных режимных параметров, причем не всегда совпадающих с требованием технического задания.

Материалы настоящей книги пазвалят, применяя оптимизационные методы, уменышпь число доводочных испытаний при четком выявлении областей оптимальных режимов. При испытании насосов приходится широко применять модельные режимы, так как натурные режимы не всегда возможны. Кроме того, пониженные модельные режимы применяют. чтобы вести длительные испытания. не боясь износа материальной части.

В монографии представлены материалы по обцпви принципам моделирования процессов в насосах, сформулированы критерии подобия и выявлены условия приближенного моделирования. Помимо моделирования стационарных режимов рассмотрены вопросы моделирования нестационарных режимов. Чтобы иметь возможность получить достоверные данные на основе достаточно ограниченной информации, необходимо проводить обработку экспериментальных данных на основе методов теории вероятности и математической статистики.

В книге изложены сведения по обработке экспериментальных данных на основе современных математических методов с помощью ЭВМ. Повышение долговечности высокооборотных насосных агрегатов в значительной мере связано со своиением динамических нагрузок. Методы многокритериального опчммального проектирования элементов насосов и ограничения нерасчегных сил. рассматриваемые в книге, являются эффективными для уменьшения динамических нагрузок. Течение рабочей жидкости в насосах, как правило, носит турбулентный характер. Известно, что турбулентные пульсации оказывают большое влияние на энергегнческие потери и на характер пульсаций и вибраций в насосах. Поэтому в книге большое внимание уделено определению характеристик турбулентного потока, анализу и моделированию турбулентных течений.

Оптимальное конструктивное решение элементов насосов всегда связано с минимюацией пульсационных характеристик турбулентного потока. Приемы статистического определения параметров турбулентности и снижения их пульсационных характеристик представлены в основном на примере течения в подводах и рабочих колесах насосов, но они могут найти применение для исследования течения и в других элементах насосов. Для снижения виброактивности и повышения эффективности высокооборотных насосных агрегатов важно еще при проектировании выбрать оптимальные конструктивные параметры и области оптгвгальных режимов эксплуатации. Поэтому в книге определен1юе внимание уделено математическим методам оптимизации с помощью ЭВМ и их применению для оптимизации параметров и режимов насосов.

Авторы надеются, что книга поможет повысить технический уровень. качество и надежность высокооборотных насосных агрегатов. Главным образом авторы книги ставили цель изложить методинеские приемы, которые следует применить при модельных испытаниях насосов и для получения достоверных результатов при систематизации .экспериментальных данных и изучении малоисследованных процессов в насосных агрегатах.

Конкретные параметры насосов, получешые при оптимизации или использованные при изложении процедуры статической обработки опытных результатов. не всегда следует. рассматривать как рекомендуемые. Авторы выражают благодарность за любезно предоставленные материалы А.М. Кацу, И.П. Клаусу, Н.И. Михееву, А.И. Тимшину. В.В. Якимову, В.В. Червакову. Авторы благодарят за помощь в оформлении книги Е.А. Труфанову. Результаты исследований и расчетов не связаны с какой-либо конкретной двигательной или энергетической установкой.

При изложении материала книги авторы в оаювном использовали свои лнчныи опыт и свои публикации. Глава ! написана Б.В. Овсягвиковым, другие главы написаны Н.С. Яловым при участии Б.В. Овсгв оникова. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ь С с К. й М М(Х) — коэффициент влияния конечного числа лопаток: п л $ В,И Ь,Ы 4Х1 Е Еи Е, ~ аа Е Н й й Ыг г к 1 й их, у1- скорость звука; ширина лопаток колеса центробежного насоса: относительная ширина лопаток колеса центробежного насоса; кавнтациавый коэффициент быстроходности; абсалюгная скорость жидкости во врашаюшейся решетке лопастей рабочего колеса насоса; диаметр~ отношение диаметров; дисперсия выборочной величины Х; мошность потока, энергия; критерий Эйлера; плошадь, критерий формы, частота; спектральная плотность дисперсии на частоте Г; ускорение свободною падения; напор насоса; коэффициент напора; удельная энсргня, высота; приращение удельной энергии, кавнтационный запас; угол атаки; коэффициечг и тктической энергии; кавиташкхиий параметр~, корреляционный момент связи между гндродипамическнмн параметрами Х и У; коэффициент расхода; масштаб крупных вихрей: момент силы; математическое ожидание выборочной величины Х; массовый расход жидкости; частота вращения; коэффициент быстроходности насоса; Р Р Ф Р Ч й г йе Йо и (т) 5 т..

г) т и и' <и> У У вЂ” вероятность наступления события: — статическое давление; давление; — полное давление; — расходный параметр; — радиус. сила; — радиус; — число Рейнольдса; — число Россби; — а втоковариашюнная функция величины Х для времени задер— толщина лопатки центробежного колеса; — спектральная плотность дисперсии; — составляюцше числа турбуленгности; температура; время, шаг лопаточ~юй решетки; окружная скорость, характерная скорость; локальная скорость турбулентных пульсаций; осредненная по спектру скорость турбулентных пульсаций; объем; — объемный расход жидкости, подача; У(Х) Г Х х у Д У(х) г а )) отношение обьемного расхода к номинальному; абсолотная скорость жидкости в неподвижном канале, уде- льный объем; вариация величины Х; спектральная плотность дисперсии генеральной совокупнос- ти случайных величин; относительная скорость жидкости во вращающейся решетке лопастей рабочего колеса насоса; матрица независимою переменного; независимое переменное; вектор отклика: значение отклика; вариация величины; число лопаток, лопастей, координата; угол, геометрический параметр, постоянная величина; угол, постоянная величина; угол; б А индексы к л У $ Р Ф х Ф 2 а в ВНШ вх вых г Д к КЗВ кр л мех н ОС ОТВ о.т п пода Р толшннз, зазор~ отклонение, разность параметров, зазор; коэффициент полезного действия; математическое ожидание генеральной совокупности ~ волновое число; коэффициенты кавитацнн, сопротивления, число Тейлора; коэффициент динамической вязкости жидкости; коэффициент кннематнческой вязкости жидкости; коэффициент потерь: плотность жидкости~ густота решегкн; центральный угол, коэффициент расхода; отношение локальной скорости к среднерасходной; коэффициент напора: угловая скорость; — дисперсия генеральной совокупности.

— внугренннй; — втулка, вторичный; — входной: — выходной; — гндравлический; — дисковый: — КОЛЕСО; — навигационный; — критнческий; — механический; — насос, нзруткный ~ — ОСЕВОЙ; — ОТВОД; — Обратный ток; — периферийный; — подвод; — расчетный, расходный; ср срв т тр У ш щзх и орт г Г и З Е о ! 2 з 1 п ФО средний~ — срывной: — теоретический; — трение: — утечки. уплОтнение~ — мсридионзльнзя состаВляюшзя; — минимальный; — составляющая, перпендикулярная к сечению потока; — оптимальный; — РЗДИЗЛЬНЗЯ СОСТЗВЛЯЮЩЗЯ; — окружная составляющая ~ — осевая составляющая; — суммарный; — вход в центробежное колесо, невозмущенный лопастной сис- ТЕМОЙ ПОТОК~ — сечение при входе на лопатки рабочих колес; — сечение на выходе из рабочих колес; — сечение при входе в отвод: — первый критический кавитацнонный режим: — второй критический кавиташюнный режим; — параметры.