Диссертация (1024729), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Излишки стекловолокна удаляются с помощью фрезы.После установки рабочего колеса окончательно собирают корпуснасоса: устанавливают вторую половину корпуса, предварительно вложив вканавки уплотнительные резиновые полосы. Собранный корпус насосастягивают шпильками М10, подложив под гайки шайбы и стопорные кольца(Рисунок 4.7, 4.8).111Рисунок 4.7.
Собранный модельный насоса КВСРисунок 4.8. Макет насоса НМВнешнее бетонирование корпуса следует производить в случаенедостаточной прочности полученной оболочки. Например, при изготовлениимакета насоса КВС опрессовка после сборки избыточным давлением 0,2 МПа112показала его достаточную прочность и без бетонирования, а вес макета инеудобство его монтажа бетонирование значительно увеличивает.Давление опрессовки устанавливают полуторным рабочим давлениемсистемы.
Допускается малая утечка жидкости по подвижным соединениям. Вовремя опрессовки стенда проверяют его работу, показания манометров идатчиковдавления.Принеобходимостипроизводяткалибровкуитарирование.На выходной вал двигателя устанавливают датчик угловой скорости,предварительно проверив его работу и оттарировав его. Производитсяпробный пуск двигателя, работа его регуляторов и системы защиты. Всесоединения, в которых исключается контакт металл-металл (гальваническиизолированные) следует связать проводником (Рисунок 4.9).Рисунок 4.9. Датчики частоты вращения вала двигателяОбщая компоновка стенда представлена на Рисунке 4.10.113Рисунок 4.10.
Общая 3D-компоновка стенда4.4.Оптимизация отводящих устройств нефтяных магистральныхнасосовФорма отводящего устройства существенно влияет на характеристикинасоса, особенно на КПД и радиальную нагрузку на ротор насоса. Именно этидва критерия были выбраны в качестве критериев оптимизации. Подробнопроцедура оптимизации проточной части отводящего устройства описана вработе [38]. Здесь вкратце рассмотрены основные стадии процесса поиска иуделено внимание основным возникающим проблемам.4.4.1.
Автоматизированная генерация проточных частейСущественную сложность в процессе оптимизации проточной частиметодом численного моделирования представляет создание 3D моделейпроточной части. Дело в том, что вне зависимости от выбранного методаоптимизации количество пробных точек составляет несколько десятковминимум, каждая пробная точка в пространстве параметров – это отдельная3D модель проточной части. Построение 3D моделей, соответствующих114требованиям пакетов CFD-моделирования, в CAD системах (SolidWorks,CATIA и их аналоги) может занимать у квалифицированного пользователяболее недели, что делает получение достаточного для проведенияоптимизацииколичествапробныхточеккрайнетрудозатратнымидлительным.Все существующие методы автоматизированного построения проточнойчасти отводящих устройств являются либо полуавтоматическими (т.е.
на ЭВМрассчитываются формы промежуточных сечений, а затем по эскизам этихсечений строится 3D модель), либо полностью автоматизированными(например,пакетCFTurbo).Новсесуществующиепакетыавтоматизированного построения не всегда обладают универсальностью.Например, так и не реализована в полной мере процедура построениядвухзавитковой спирали отводящего устройства, при построении сложных, сгеометрической точки зрения, элементов проточной части (рабочие колеса сбольшим углом охвата или сложной формой лопастей) и другие проблемы.Поэтому нередко при решении подобных задач необходимо разрабатыватьсобственные средства создания трехмерных моделей.В работе [38] разработан метод автоматизированного построения 3Dмодели двухзавиткового спирального отвода нефтяного магистральногонасоса и предложены общие принципы построения любого элементапроточной части насоса с параметризацией его геометрических размеров иформ.Основная задача параметризации проточной части насоса заключается ввыделении отдельных параметров проточной части (в количестве несколькихдесятков), размеры которых в наибольшей степени влияют на характеристикинасоса, и разработке программных продуктов, позволяющих автоматическигенерировать в CAD пакетах 3D модели проточной части по выбранным наосновании алгоритма оптимизации величинам этих параметров c дальнейшим115моделированиемтечениявнасосевпакетегидродинамическогомоделирования.Такое решение позволяет на порядки сократить время, затрачиваемое наполучение 3D моделей проточной части, и делает возможным применениеметодовоптимизациинаэтапечисленногогидродинамическогомоделирования течения жидкости в насосе (с обязательной последующейэкспериментальной проверкой наилучших вариантов).Двухзаходный спиральный отвод имеет три основных параметризуемыхэлемента: спиральную часть, обводной канал и диффузор (Рисунок 4.11).Сечения каждого элемента строятся кривыми Безье [54].
Кривые Безье - этопараметрические полиномы, точки которых вычисляются по следующемуалгоритму:∙∙гдеии!!!!!!∙∙ 1,∙∙ 1,– координаты точки на кривой,– координаты -го полюса,– порядок кривой (порядок кривой на единицу меньше числаполюсов),– параметр, изменяющийся в диапазоне от 0 до 2 [55].Следуетрассмотретьпараметризуемые параметры.каждыйизэлементовиобозначить116Рисунок 4.11. Двухзавитковый спиральный отводСечение спиральной части строится кривой Безье 4-го порядка(Рисунок 4.12). Полюсами кривой являются точки P0-P4.Рисунок 4.12.
Сечение спиральной частиПараметрами сечения являются:–Угол α между вертикалью и прямой P0-P2, град;–Ширина входа в отвод b3, мм;117–Радиус входа в отвод R3, мм;–Пропускная способность расчетного сечения отвода Aрасч., мм;–Коэффициент отношения отрезков:отн112,2который определяет радиус кривизны скругления трапеции.Сечение обводного канала строится двумя кривыми Безье 4-го порядка(Рисунок 4.13). Полюсами кривых являются точки P0-P4 и P4-P8.
При такомпостроении результирующая кривая проходит чрез точку P4, а сопряжениекривых по касательной обеспечивается расположением точек P3 и P5 на однойпрямой P2-P6.Рисунок 4.13. Сечение обводного каналаПараметрами сечения являются:–Толщина δ разделительного ребра между спиральной частью иобводным каналом, мм;–Коэффициент диффузорности канала:обкдифоб,118гдеобкиоб- площади первого и конечного сечения обводного каналасоответственно;–Конечный угол трапеции обводного канала β.
Начальный уголравен углу трапеции сечения спиральной части. От начального до конечногозначения угол изменяется по линейному закону, град;–Коэффициент расширения канала:красшгдеки,ширина первого и конечного сечения обводного каналасоответственно;–Коэффициенты отношения отрезков:отнотнкоторыеопределяютрадиус34564,56,7кривизныскруглениятрапеции.Коэффициентотнконечного, чтобы получить плавное сопряжение спиральной части иотнизменяется по линейному закону от значенияотндообводного канала.Параметрами диффузорной части являются (Рисунок 4.14):–Длина диффузора L1, мм;–Длина разделительного ребра L2, мм;–Диаметр выхода D, мм;–Угол установки языка φ, град;–Закон изменения осевой линии диффузора. В данном конкретномварианте алгоритма построения этот закон описывался кривой Безье 4порядка.119Рисунок 4.14. Параметризация диффузорной частиПереходные сечения диффузора также строятся кривыми Безье, плавноизменяющимися от последних сечений обводного канала и спиральной частидо окружности диаметром D (Рисунок 4.15).Рисунок 4.15.
Построение переходных сечений диффузораДуга окружности аппроксимируется кривой Безье с 4 полюсами.Рисунок изображает три кривые Безье с полюсами C0-C3, C3-C6, C6-C9,аппроксимирующие окружность на выходе диффузора. Центр окружностирасполагается в точке С, которая расположена в середине разделительногоребра.120Чтобы получить плавность изменения формы сечений необходимо,чтобы кривые, описывающие сечения обводного канала и сечение спиральнойчасти, плавно переходили в соответствующие кривые, аппроксимирующиеокружность на выходе диффузора.Кривая Безье, описывающая спиральную часть, переходит в кривую C0C3 посредством перемещения полюсов P0 в C0, P1 в C1, P2 в C2, а полюсовP3 и P4 в полюс C3’ расположенный на расстоянии половины толщиныразделительного ребра под полюсом C3.Так как сечение обводного канала описывается двумя кривыми, дляполучения плавности изменения формы сечений четверть дуги окружности навыходе аппроксимируется двумя кривыми с полюсами C3-C6, C6-C9.
Полюсасечения перемещаются следующим образом: M0 и M1 в точку C3’’, котораярасположена зеркально точке C3’ относительно горизонтали C-C3, M2 в С4,М4 в C6, М6 в С7, М7 в С8, М8 в С9. Точка М5 делит отрезок М4-М6 в том жеотношении Котн2, а точка М3 движется по отрезку М3-С5, оставаясь напересечении с прямой М5-М4.Сечения объединенного канала диффузора строятся таким же образом,только точки P4, P3, M0, M1 объединяются в одну, плавно движущуюся кточке C3 и находящуюся на пресечении горизонтали C-C3 и отрезка P2-M2.Каждое сечение диффузора строится в соответствии с линейным увеличениемплощади канала по длине диффузора.Созданная программа получения трехмерной модели проточной частиотвода описана в предыдущей главе.4.4.2.
Предварительный анализ и постановка задачи оптимизацииВ данном случае выбрано два критерия оптимизации: минимизацияпотерь напора и радиальной нагрузки.121Потери напора после проведения CFD расчета вычисляются какразность значений полного давления на входе и выходе отвода:п22В процессе проектирования элементов проточной части насоса напервомэтаперассчитываетсяначальныйвариантконструкциипотрадиционным методикам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
