Диссертация (1024729), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Выводы по результатам оптимизации отводящих устройствнасосов типа НМВ результате оптимизации отводящих устройств удалось уменьшить какпотери энергии в проточной части, так и снизить радиальную нагрузку.Сам процесс оптимизации максимально автоматизирован и не требуетот инженера выполнения монотонной работы. Вмешательство инженера впроцесс оптимизации происходит только на первом и последнем этапах:При постановке задач оптимизации и выборе параметровоптимизации и диапазона их изменения;При принятии решения о пригодности того или иного вариантагеометрической формы отвода;При принятии решения о завершении процесса оптимизации илиего продолжении.Этапы построения 3D модели проточной части и численногомоделирования выполняются автоматически и требуют минимальноговмешательства.4.4.5.
Экспериментальное подтверждение эффективности предложеннойметодики оптимизацииЭкспериментальнаяпроверкарезультатовматематическогомоделирования является обязательным элементом предлагаемых методикоптимизации. Несмотря на высокую точность результатов, полученныхчисленными методами, эффективность применения CFD в настоящее времявсе еще сильно зависит от квалификации расчетчика, и ошибка человека припроведении всей процедуры может привести к огромным финансовымпотерям при производстве и испытании опытных образцов.Испытания полученных в результате оптимизации проточных частейпроходили на стенде кафедры Э10 МГТУ им. Н.
Э. Баумана на134редуцированных макетах, изготовленных методами 3D печати для полногоповторения формы, полученной расчётным путем.Все испытания макетов в два этапа – нормальные и балансовыеиспытания для получения наиболее полной картины распределения потерь внасосе.Нормальные и балансовые испытания проводились с целью определениявлияния различных геометрических факторов проточной части насоса на егонапорную характеристику и КПД насосного агрегата.Дляпроведенияверификациичисленныхрасчетовнеобходимоопределить момент сухого хода насоса и расход перетечек в щелевыхуплотнениях, так как эти факторы никак не учитываются в численной моделии в то же время оказывают существенное влияние на замеряемые во времяиспытаний величины.Давления в 50 точках проточной части замеряются датчиками ивыводятся на экран ЭВМ, а также записываются в файл данных.Для определения величины объемных и механических потерь в макетенасосного агрегата были изготовлены заглушки на входной и выходнойпатрубки макета насоса с присоединенными к ним штуцерами.Было также доработано колесо макета (установлена герметичнаяперегородканавыходеизрабочегоколесанасосаМНМ2500-230,предназначенная для изоляции внутреннего пространства колеса от полостинасоса и, соответственно, исключения протекания потока жидкости черезколесо).
Классическая методика подготовки колеса к балансовым испытаниям(при которой его заливают горячим парафином) в данном случае неприемлемаиз-за того, что колесо, изготовленное из фотополимера, может покоробитьсяпри заливке горячим составом, и кроме того, из него невозможно будетвпоследствии выплавить парафин. Классическая методика была применена кколесам насосов МНМ3600-230 и МНМ5000-230, изготовленным из бронзы.135На рисунке показан насос, подготовленный к балансовым испытаниям(Рисунок 4.27).Рисунок 4.27. Насос при балансовых испытанияхМетодика проведения балансовых испытаний следующая [56]:1.входнымМакет насоса устанавливается на стенд с заранее заглушеннымиивыходнымпатрубками,штуцерввыходномпатрубкеподсоединяется к гидравлической линии, идущей из бака с рабочейжидкостью, снабженным наддувом сжатым воздухом. Штуцер во входномпатрубке подключается к мерной емкости.2.Макет насоса заполняется водой, воздух из корпуса выпускаетсячерез разъем в верхней точке макета.3.Запускается двигатель, ротор макета начинает вращаться ивыводится на рабочую частоту вращения, равную 2000 об/мин.4.Замеряется момент на валу макета и частота вращения вала.
Поэтим величинам будет определяться величина механических потерь в насосе.5.Открывается кран на штуцере в выходном патрубке, вода из бакас наддувом подается в выходной патрубок макета с давлением, равным136давлению при испытаниях насоса в номинальном режиме при данной частоте.В данном случае это давление составляло около 0,14 МПа.6.С помощью мерной емкости замеряется расход жидкости через дващелевых уплотнения вращающегося колеса. Величина этого расхода даетвозможность определить действительное значение объемного КПД.7.Для разделения механических потерь в насосе на внешние ивнутренние можно также дополнительно снять с вала колесо, собрать насос свалом без колеса и испытать его при частоте вращения 2000 об/мин. При этомс помощью моментомера определяется значение момента на валу,соответствующее величине внешних механических потерь в насосе (потери вподшипниках, уплотнениях, муфте).В процессе проведения балансовых испытаний на стенде былипроведены замеры по п.
1-7 с учетом следующих дополнений:Для уточнения величины механических и объемных потерьмощности при разных частотах вращения (при которых проводились ранеенормальные испытания) замеры параметров по пп. 3-6 были проведены причастотах вращения 750, 1000, 1500 и 2000 об/мин, причем для частотывращения 2000 об/мин (как основной в процессе проведения испытаний) былисняты 3 точки при разных значениях давления на нагнетании насоса,соответствующим разным режимам при снятии нормальной характеристики.Дополнительно были сняты величины перетечек при невращающемся вале и трех значениях давления на нагнетании, для уточнениявлияния скорости движения внутреннего кольца щелевого уплотнения наперетечку в нем.Замеры по п.
7 проведены по иной методике. Вследствие сложностидемонтажа колеса с вала макета и необходимости для этого лишней переборкинасоса внешние механические потери были определены путем испытаний137насоса при частоте вращения 2000 об/мин без жидкости в нем (кроме смазкиторцовых уплотнений) – т.н. «сухой ход».Величину дополнительных дисковых потерь мощности, возникающихпри вращении вала (без колеса) в жидкости, которая при этом не учитывается,можно не принимать во внимание, т.к.
дисковые потери зависят от диаметратрущейся поверхности в пятой степени и для вала эти потери пренебрежимомалы.Ниже подробно приведены результаты испытаний насоса НМ2500-230.Результаты испытаний остальных насосов из типоразмерного ряда (НМ1250260, НМ3600-230, НМ5000-210, НМ7000-210, НМ10000-210) приведены вконечном виде в форме пересчитанных на натурные образцы характеристик.ВтаблицепредставленырезультатыиспытанийНМ2500-230(Таблица 21).Таблица 21.Измеренные величины при испытании насоса НМ2500-230№ п/пРвх, барРвых, барQ, м3/часn, ГцМ, Н·м10,350,475011,0074,720,220,4257,0310,9955,430,20,413,2510,9745,440,170,3921,111,0025,250,30,4924,9511,0565,560,410,630,3511,051670,440,6435,7611,0424,780,520,741,2611,0444,790,510,6646,9511,0454,8100,520,6353,710,84,8110,520,5960,710,54,3120,530,5570,311,0494,3138Таблица 21 - продолжение130,540,5471,6511,0494,2140,540,5371,8511,054,1150,410,875019,4465,1160,480,9410,2519,4396170,460,92520,1516,4796,5180,50,9529,816,5227,2190,490,9540,1116,678,1200,480,950,7316,6738,8210,480,8759,4216,7529,2220,470,8269,9816,7569,5230,470,7679,6316,7629,6240,460,789,4516,7599,6250,440,56100,5916,8679,3260,380,4108,3516,878,5270,451,475024,66210,2280,441,514,5624,79912,2290,431,4530,5524,79113,6300,451,47545,9724,79115,2310,491,560,2524,83216,6320,461,475,5424,83318,2330,451,27592,6524,83819,1340,491,2105,7224,83719,6350,420,99122,8124,83619,8360,450,84136,7324,82919,4370,440,6152,524,84718380,430,49158,3424,84217,3390,332,1032,85116,5400,352,1521,8632,8620,8139Таблица 21 - продолжение410,37НаРисунке2,154.2841,24представлена32,87822,8характеристикамакетанасоса,полученная при частоте вращения вала 2000 об/мин.2080187016601450124010308Напор, мМомент, НмКПД, %206104020‐10050100150200Рисунок 4.28.
Характеристика макета насоса НМ2500-230 при номинальнойчастоте вращения 2000 об/минНа Рисунке 4.29 приведены для сравнения ряд напорных характеристикнасосов, полученных при разных частотах вращения.140Рисунок 4.29. Напорные характеристики макета при разных частотахвращенияТаблица 22.Результаты балансовых испытанийИзмеренные величины№ п/пn, ГцН, мМ, Н·мW,t, сQ, л/миндеп1014014024,478,02017,501422579,93010,9014130,2565,94118,5231099017,35170,63,53,651117122,162508,65,21144040,47328,514,96,313836,254,2141Таблица 22 - продолжение8328,517,86,11362578,09328,210,86,61034036,9Сухой ход3252,5Рассчитанные величиныn, об/минN, ВтV, лQ, м3/сQ, л/мин00,0330,00129978,000,033,30,00133279,900,033,20,00109865,9711223,325,90,00028817,31023,6391,026,10,00036822,11500816,426,90,00067340,419711299,732,70,00090354,219711258,432,50,00130078,01969,21360,324,60,00061536,91950510,3Действительные значения частот вращения в таблице несколькоотличаются от заданных, т.к.
были выставлены в процессе испытаний сточностью, которую позволяет получить в качестве задаваемого параметрапульт управления стендом.В Таблице 23 приведены результаты обработки экспериментальныхданных, полученных при балансовых испытаниях.142Таблица 23.Результаты расчетов по данным балансовых испытаний№ п/пn, об/минN, ВтQн, м3/чКПД об КПД мехКПДгид1711223370,970,31-21024391640,980,60-31500816900,970,72-4197113001150,970,800,91519711258220,820,710,436196813601600,990,800,83Основным выводом по результатам балансовых испытаний макетаможно считать завышенную долю механических потерь в общем балансеэнергии макета насоса НМ-2500.
Причиной этого, безусловно, являются оченьбольшие потери в подшипниках и уплотнениях вала макета, обусловленныеих конструкцией, приспособленной для замера осевых и радиальных сил.В результате общий КПД макета насоса получился небольшим, хотягидравлический КПД макета вполне отвечает требованиям к данному насосу(с учетом масштабного эффекта). Поскольку у натурного насоса потери вподшипниках и уплотнениях будут составлять значительно меньшую долю вобщем балансе энергии насоса, основными для данного этапа испытаниймакета являются полученные значения объемного и гидравлического КПД.Таким образом, можно сделать вывод, что для испытаний макета насосаНМ-2500 в номинальном режиме работы при частоте вращения 2000 об/минполучены следующие значения КПД:Объемный КПД – 0,97143Гидравлический КПД – 0,91Механический КПД – 0,80Пересчет величин объемного, гидравлического и механического КПДпроводится по эмпирическим формулам, учитывающим влияние масштабногоэффекта, а затем рассчитанные коэффициенты пересчета применяются квеличинам КПД, полученным при балансовых испытаниях, и на их основерассчитываются прогнозные характеристики натурного насоса.При пересчете с модели на натуру заранее известен масштабныйкоэффициент, равный отношению внешнего диаметра рабочего колесамодельного насоса к тому же диаметру натурного насоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
