Диссертация (1024729), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Строится 3D модель проточной части и проводитсяпредварительноегидродинамическоемоделирование.Порезультатаммоделирования можно качественно оценить дальнейшие пути оптимизацииконструкции и существенно улучшить проточную часть, не прибегая ксложным оптимизационным алгоритмам.Проведенный расчет варианта проточной части отвода, рассчитанногопо традиционным методикам, показал существенные недостатки такоговарианта.Некоторые результаты моделирования предварительных проточныхчастей приведены ниже (Рисунок 4.16, 4.17).Рисунок 4.16.
Распределение поля векторов скоростей в спиральном отводенасоса НМ3600-230122Рисунок 4.17. Распределение поля векторов скоростей в спиральном отводенасоса НМ5000-210На рисунке распределения скоростей в сечении отвода видно, что вдиффузоре и обводном канале образуются крупномасштабные вихревые зоны,которые приводят к возрастанию гидравлических потерь в отводе, исоответственно к уменьшению КПД насоса. Также нестационарностьвихревых процессов приводит к пульсациям давления в проточной части и, какследствие, к пульсациям радиальной нагрузки на роторе гидромашины.Потери давления и суммарная радиальная сила, измеренная как интегралдавления на входе в отвод, в приведенных выше вариантах отводов сведены вТаблицу 14.Таблица 14.Потери давления и радиальная нагрузка в отводе, построенном потрадиционным методикамОтносительные потериТипоразмерПотеридавления в сравнении сРадиальная сила,давления, мразвиваемым напором,Н%НМ3600-23015,35,152345НМ5000-21021,710,53120123Предварительный анализ показал, что проектирование отводящихустройств требует оптимизации геометрических параметров с цельюуменьшения потерь в отводе и уменьшения радиальных сил на роторе насоса.4.4.3.
Оптимизация проточной части отвода насоса типа НМПроцесс оптимизации параметров состоял из двух этапов.На первом этапе оценивалось влияние каждого геометрическогопараметра на течение в отводе и на его основные характеристики, а именнопотери напора в отводе и суммарную радиальную силу на роторе насоса.Результатом первого этапа явилось выявление набора параметров,оказывающих наибольшее влияние на указанные характеристики отводящегоустройства.На втором этапе была произведена оптимизация методом ЛП-таупоиска.Полученные значения параметров нормированы и принимают значенияот 0 до 1. Чтобы получить параметры уже в заданном диапазоне, необходимоих вычислить по формуле:,∙,После первого этапа оптимизации были выявлены шесть параметровоптимизации, оказывающих наибольшее влияние на выбранные критерииоптимизации.Некоторые параметры, такие как коэффициенты отношения отрезковKотн1, Kотн2 и Kотн3, оказывают влияние на исследуемые критерии только накраю возможных диапазонов изменения.
Например, чрезмерное скруглениеформы сечения отвода приводит к увеличению потерь и этот эффект описан влитературе. Изменение же значений этих параметров вблизи от исходных маловлияет на критерии оптимизации.124Такой параметр как длина языка L, наоборот оказывает существенноевлияние на величину потерь, так как при слиянии потоков велика вероятностьвозникновения вихрей. Однако предварительные расчеты показали, чтоувеличение длины языка однозначно приводит к снижению потерь в отводе на2-5 м.
Поэтому было решено присвоить этому параметру максимальноезначение.В итоге были выбраны следующие параметры оптимизации:–Ширина входа в отвод b, мм;–Радиус входа в отвод R, мм;–Диффузорность обводного канала kДИФ;–Коэффициент расширения обводного канала kРАСШ;–Угол установки языка в плане φ, град.;–Пропускная способность спиральной части А, мм.В данном случае разработанный алгоритм был применен дляоптимизации отводящих устройств насосов трех типоразмеров: НМ3600-230,НМ7000-210, НМ10000-210.Для выбранных параметров оптимизации выбираются допустимыедиапазоны изменения параметров.В качестве примера диапазоны изменения параметров для насосаНМ3600-230 приведены в Таблице 15.Таблица 15.Пределы изменения параметров оптимизации для отвода насоса НМ3600-230Параметр оптимизацииШирина входа в отвод b, ммМинимальноеМаксимальноезначениезначение120160125Таблица 15 - продолжениеРадиус входа в отвод R, мм248.7325.5Диффузорность обводного0.82.51.22Угол установки языка φ, град.1530Пропускная способность5575канала kДИФКоэффициент расширенияобводного канала kРАСШспиральной части А, ммПосле этого необходимо получить расчетные точки методом ЛП-таупоиска.Пример сформированной последовательности для насоса НМ3600-230приведен в Таблице 16.Таблица 16.Расчетные точки ЛП-тау последовательности для отвода насоса НМ3600-230№ точкиb, ммR, ммkДИФkРАСШφ, градА, мм0140287.1371.651.622.5651150267.9561.2251.818.75702130306.3192.0751.426.25603155258.3661.8631.328.12567.54135296.7281.0121.720.62557.55125277.5472.2881.924.37562.56145315.9091.4381.516.87572.57132.5253.571.1191.2525.31373.758152.5291.9331.9691.6517.81363.759142.5272.7521.5441.8529.06358.7510122.5311.1142.3941.4521.56368.75126Таблица 16 - продолжение11147.5263.1611.7561.3519.68861.2512127.5301.5230.9061.7527.18871.2513137.5282.3422.1811.9515.93866.2514157.5320.7051.3311.5523.43856.2515128.75251.1731.5971.42521.09465.62516148.75289.5352.4471.82528.59455.62517158.75270.3541.1721.62517.34460.62518138.75308.7162.0221.22524.84470.62519153.75260.7632.2341.52522.96958.12520133.75299.1261.3841.92515.46968.125Для каждой полученной расчетной точки необходимо построить 3Dмодель, в данном случае модель сформирована с помощью разработаннойпрограммы автоматического построения.Чтобы минимизировать погрешности, связанные с численным расчетом,все модели рассчитывались при одинаковых параметрах расчетной сетки и содинаковыми граничными условиями.Некоторыеиллюстрациитечениявотводеприведены(Рисунок 4.18 - 4.25).Рисунок 4.18.
Распределение давления в отводе с геометрией №4ниже127Рисунок 4.19. Распределение модуля скорости в отводе с геометрией №13Рисунок 4.20. Распределение давления в отводе с геометрией №13Рисунок 4.21. Распределение модуля скорости в отводе с геометрией №16128Рисунок 4.22. Распределение давления в отводе с геометрией №2Рисунок 4.23. Распределение поля векторов скорости в отводе с геометрией№2129Рисунок 4.24. Распределение давления в отводе с геометрией №4Рисунок 4.25.
Распределение поля векторов скорости в отводе с геометрией№4Из приведенных выше рисунков видна существенная неравномерностьраспределения давления в отводе с геометрией №4 и наоборот равномерное130распределение для отвода №13. Это приводит к значительной разнице врадиальной силе.Результаты оптимизации отвода насоса НМ3600-230 сведены вТаблицу 17.Таблица 17.Результаты оптимизации отводящего устройства№ точкиПотери напора Н, мРадиальная сила на роторе Р, Н010,021054111,672203213,795299311,35488414,09642159,86909610,871059714,051551810,05301910,6919611012,1311451110,6811281211,587591310,2459,51410,729161511,03552169,3615331715,9651601814,5632541910,548132010,661446131Результатоптимизациипоказал,чтоизменениеуказанныхгеометрических параметров приводит к изменению как потерь в отводе, так исуммарной радиальной силы.
Причем радиальная сила может меняться нанесколько порядков.Моделирование исходного отвода, построенного по традиционнымметодикам, показало следующие значения потерь давления и радиальнойсилы: потери напора 15,34 м, радиальная сила 1762 Н. Оптимизированные жеварианты геометрии имеют как меньшие потери, так и меньшую радиальнуюсилу. Для сравнения они сведены в Таблицу 18.Таблица 18.Сравнение исходной геометрии отвода с оптимизированными№ точкиПотери напора Н, мРадиальная сила на роторе Р, Н15,3423451310,2459,5169,361533ИсходныйотводТакое значительное уменьшение радиальной силы, как в варианте №13,существенно улучшит эксплуатационные качества оборудования и его ресурс.Из представленных результатов оптимизации можно сделать вывод, чтона величину радиальной силы оказывает существенное влияние форма иразмеры обводного канала.
Большая диффузорность канала уменьшаетрадиальную силу на порядки.ФормаРисунке 4.26.отвода,соответствующаяточке№13,представленана132Рисунок 4.26. Отвод №13 для насоса НМ3600-230Результаты оптимизации для насоса НМ7000-210 приведены вТаблице 19, для насоса НМ10000-210 в Таблице 20.Таблица 19.Сравнение исходной геометрии отвода насоса НМ7000-210с оптимизированными№ точкиПотери напора Н, мРадиальная сила на ротореР, НИсходный отвод7,7592625,6526166,58335Таблица 20.Сравнение исходной геометрии отвода насоса НМ10000-210соптимизированными№ точкиПотери напора Н, мРадиальная сила на роторе Р, НИсходный13,186438,74310отвод61334.4.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
