Диссертация (Повышение надежности эксплуатации насосных станций оросительных систем на основе совершенствования конструктивно – технологических параметров насосного оборудования), страница 6

рисунок 2.9, 2.10, 2.11, 2.12).При включении центробежного насоса вода забирается из бака 18 повсасывающему трубопроводу 6 и подаётся в напорный трубопровод 19, в линиюрециркуляции 16 и через задвижки 12 и 15 в напорный бак 1. В линиирециркуляции открывается задвижка 11 и часть расхода подаётся в струйныйаппарат 2 и струйный узел 3. В струйном аппарате 2 вода с увеличеннойскоростью выходит в струйный узел 3, создавая некоторое разряжение на входе,способствующее подсасыванию расхода Q2 в трубопроводе 6 и созданиюдополнительного подпора (увеличению кавитационного запаса) перед рабочимколесом центробежного насоса.4242Рисунок 2.3 – Лабораторная установка для исследования кавитационного запаса центробежных насосов43431– рабочее колесо насоса; 2 – струйный аппарат; 3 – струйный узел; 4 – датчики ультразвукового расходомера Акрон-01 на напорномтрубопроводе; 5, 11, 12, 15 – задвижки; 6 – всасывающий трубопровод; 7 – вакуумметр; 8 – крыльчатый скоростной счётчик воды; 9 –мановакуумметр; 10, 13, 14 – манометры; 16 – линия рециркуляции; 17 – напорный бак; 18 – водозаборный бак; 19 – напорный трубопровод;20 – смеситель струйного аппарата; 21 – пьезометр; 22 – датчики ультразвукового расходомера Акрон-01 на всасывающем трубопроводеРисунок 2.4 – Схема лабораторной установки для определения величины кавитационного запасаосевых и центробежных насосов44Рисунок 2.5 – Напорный бак.

Общий видРисунок 2.6 – Водозабор лабораторной установки45Рисунок 2.7 – Испытываемый центробежный насос лабораторнойустановки. Общий видРисунок 2.8 – Всасывающий трубопровод46Рисунок 2.9 – Напорный трубопровод с врезной линией рециркуляцииРисунок 2.10 – Ультразвуковой расходомер Акрон-0147Рисунок 2.11 – Расходомер на линии рециркуляцииРисунок 2.12 – Манометры для измерения давления на напорномтрубопроводе и линии рециркуляции48Струйный узел 3 (рисунок 2.13) состоит из патрубка такого же диаметра,что и всасывающий трубопровод, в который врезана линия рециркуляции.Кольцевое соплоРисунок 2.13 – Место установки кольцевого сопла на лабораторной установке2.3 Измеряемые и определяемые величиныПри определении критериев установки и величины кавитационного запасаизмерялись:Q0 иP3– расход и давление рабочего потока в линии рециркуляцииgρ0в сечении «е-е» манометром 13, расходомером 22 (см.рисунок 2.1);Q иP– соответственно расход и давление потока в сечении «d-d»gρ0манометром 7 и расходомером 22;Q– объёмный расход смешанного потока;h– превышение оси манометра над уровнем воды в рабочембаке;h– превышение оси манометра над сечением «е-е»;49hвх– потери напора на вход в струйный узел.По измеренным величинам определились:– объёмный коэффициент эжекцииα0 =Q2Q0– 1;(2.1)– средняя скорость потока в струйном аппаратеV=Q0;(2.2)0– суммарный расход во всасывающем трубопроводеQ2 = Q0 +Q1 ;(2.3)– приведённые напоры нагнетания струйного узла в камере смешенияHг.пр.

=Pdgρ0+V2d2g– hwвх – (h4 –h3 );(2.4)– приведенные напоры нагнетания струйного узла в линии рециркуляцииHн.пр. =Pеgρ0+V2е2gh hwвх ;(2.5)– КПД струйного узлаη = α0Нг.пр.Нн.пр.;(2.6)– коэффициент гидравлического сопротивления кольцевого соплаζ0 =Нн.пр.V20 /2g– 1=Hн – 1.(2.7)Линейные величины и относительные отметки модели струйного аппаратаизмерялись штангенциркулем с точностью до 0,05 мм.

Высотные, отметкинивелиром. За нулевую отметку принята ось всасывающего трубопровода,совпадающая с осью рабочего колеса центробежного насоса.Для дальнейших исследований струйного аппарата в качестве устройства,повышающегокавитационныйзапас,использовалисьопытныеданныелитературных источников [54, 56, 59, 77, 89, 96] по составлению характеристикструйных насосов (рисунок 2.11), напорно-расходной характеристики Нг = f(α0) ивеличины КПД от коэффициента эжекции η = f(α0). По данным характеристикамопределялась возможность оптимального применения струйного кольцевогодвухповерхностного аппарата, при необходимости увеличения кавитационного50запаса центробежных и осевых насосов как наиболее эффективного поэнергетической характеристике [40, 41, 45, 46, 14].Рисунок 2.14 – Сопоставление опытных и расчётных характеристик Нг = Нг (α0 ) иη = η(α 0 ) для кольцевых струйных насосов51Основные размеры испытываемого струйного узла показаны в таблице 2.1 ипринимаются в первом приближении по ранее проведённым исследованиям поопределению фактических параметров струйного аппарата [46, 60, 61].Таблица 2.1 – Размеры элементов струйного узлаРазмерыНаружныйДиаметрКольцевое соплокамерыдиаметрступицыВнутренний диаметр Внешний диаметрсмешения,рабочегорабочегонаружного сопла,внутреннегоммколеса, ммколеса, ммммсопла, мм54140455246Исследованияпроводилисьсиспользованиемтеориипланированияэксперимента в следующей последовательности:– во всасывающем трубопроводе 6 устанавливался струйный узелкольцевого двухповерхностного струйного насоса в виде пары насадков сразмерами, позволяющими выход из них рабочей струи, обтекающей ступицурабочего колеса центробежного насоса;– включался центробежный насос и открывалась линия рециркуляции, приустановившемся режиме снимались показания манометров Р1, Р2, Р3, Р4,расходомеров 4, 8, 21 и пьезометра 20.Задвижкой 11 менялся напор в линии рециркуляции 16 с определённымшагом.

Пополученным данным вычислялсяотносительные напоры Нг=Нг.пр.V20 /2gиНн =коэффициент эжекции α0,Нн.пр.V20 /2g.Приведённые напоры Нг.пр. в струйном узле и Нн.пр. в линии рециркуляциивычислялись по зависимостям 2.4 и 2.5,гдеРd– статический напор в сечении «d-d»;gρ0Vd2– скоростной напор в сечении «d-d»;2g52hwввс – потери напора на вход в струйный узел 0,06÷0,07 (принимается политературным данным [32, 79, 83, 91, 93, 95]);Ре– статический напор в сечении «е-е»;gρ0Vе2– скоростной напор в сечении «е-е».2gη – КПД вычислялся по зависимости 2.6, далее данная зависимость можетбыть упрощена, причина упрощения описана ниже.ζ0 – Коэффициент гидравлического сопротивления сопла определялся позависимости 2.7, кроме того, коэффициент сопротивления сопла определялсятакже и опытным путём по приведённой зависимости 2.7.2.4 Определение оптимальных относительных гидравлическихпараметров и геометрических размеров кольцевого струйного аппаратаВ настоящих исследованиях критерием эффективной работы струйногоаппарата принимается величина кавитационного запаса ∆h, а также величинаКПД струйного узла, определяемого по зависимости 2.6.РасчётвеличиныКПДодновременносопределениемвеличиныкавитационного запаса проводился для дальнейшего определения возможногоуменьшения энергетической эффективности струйного узла в связи с работойлинии рециркуляции.Критерий ∆h определялся по экспериментальной зависимости:∆h(η) = f (х1, х2, …хn),где(2.8)х1, х2, … хn – относительные геометрические размеры и гидравлическиепараметрыструйногоузла,установленногопередрабочимколесомцентробежного насоса.Критерий η определялся по напорно-расходной характеристике Нг = f (α0 ) .53Для каждого опыта величина ∆h определялась по показаниям приборов, авеличина η рассчитывалась.

Учитывая тот факт, что конфузорный участокструйного узла плавно сопрягается с камерой смешения, следует считать, что уголконфузора γ не влияет на величину КПД струйного узла и на величинуувеличения кавитационного запаса.Ранее проведёнными исследованиями [78, 108, 110, 111, 112] установлено,что при изменении величины Z (расстояния от обреза сопла до камеры смешения)напор в сечении «е-е» остаётся практически постоянным при различныхвеличинах коэффициента эжекции α0, в связи с чем, пренебрегая изменениемпараметров подсасываемого потока в створе сопла, величину относительногонапора насоса нагнетателя Нн можно считать постоянной Нн = 1 + ζ0 = const,поэтому все оптимальные значения элементов струйного узла не зависят откоэффициента сопротивления сопла ζ0 , вследствие чего критерий эффективностиКПД рассчитывается по зависимостиη = α0 Нг .(2.9)При лабораторных исследованиях в качестве факторов приняты:–диаметр наружного сопла (х1);b – ширина щели (х2);Z – расстояние от обреза сопла до начала цилиндрической частикамеры смешения (х3);Lц – длина цилиндрической части камеры смешения (х4);P3 – напор в линии рециркуляции (напор в сечении е-е) (х5);Р1 – напор во всасывающем трубопроводе центробежного насоса (х6).Предварительные интервалы варьирования приняты с учётом ранеепроведённых исследований и показаны в таблице 2.2.Для предварительной оценки влияния каждого фактора на величинукавитационного запаса и КПД струйного узла проведена первая группа опытов сиспользованием теории планирования эксперимента [1, 7, 20, 21, 29, 58].