Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп icon

Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп




Скачати 68.46 Kb.
НазваОценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп
Дата14.07.2012
Розмір68.46 Kb.
ТипДокументи


УДК 621.65


ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОСЕВЫХ ПАЗОВ НА ФОРМУ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛОГАБАРИТНОЙ ОСЕВОЙ СТУПЕНИ


И.П.Каплун, асп.

Сумский государственный университет


В статье приводятся результаты исследования, направленного на улучшение формы энергетических характеристик малогабаритной осевой ступени путем применения осевых пазов.

Введение


Осевые турбомашины издавна привлекают к себе внимание специалистов благодаря своим уникальным качествам. Общеизвестно [1], что при больших расходах перекачиваемой жидкости они обеспечивают высокий максимальный КПД, наилучшие по сравнению с машинами других типов массогабаритные показатели и при этом имеют сравнительно простую конструкцию.

Именно этими преимуществами обусловлено применение ряда машин такого типа в тех областях промышленности, которые требуют обеспечения высоких удельных показателей при наложении жестких ограничений на габаритные размеры и вес. Примером может служить семиступенчатый осевой насос для подачи жидкого водорода ракетного двигателя J-2 [2], девятиступенчатый малошумный осевой насос с пониженной частотой вращения [3], восьмиступенчатый погружной скважинный насос, созданный в ЛПИ [4], и ряд других конструкций.

^

Постановка проблемы


Вместе с тем осевые насосы имеют и ряд недостатков, которые значительно ограничивают область их возможного применения. Во-первых, это относительно малый напор, развиваемый одной ступенью, что и является причиной применения многоступенчатых машин. Ограничение заложено в самом рабочем процессе осевой турбомашины.

Во-вторых, это неудовлетворительная форма кривой зависимости напора от подачи, характеризующаяся резким западанием в области малых расходов, левее так называемой «точки срыва» [5], что существенно сужает область возможных рабочих режимов. Обычно это явление связывают с появлением обратных токов на входе и выходе из рабочего колеса (см. рис.1). Обратные токи на входе загромождают входное сечение, оттесняют основной поток к оси входного патрубка и закручивают его. Результатами воздействия обратных токов являются неравномерность поля давлений и скоростей, увеличение момента сопротивления на валу насоса и другие негативные явления [2]. Попыткам подавления обратных токов и исправления формы характеристик осевых машин с помощью разнообразных способов посвящено достаточно много работ [6,7]. Но все эти способы либо слишком сложны и громоздки, либо требуют дополнительного подвода мощности и к тому же практически во всех случаях снижают общий КПД машины.


В то же время имеется ряд работ [5,8], посвященных подавлению обратных токов в диагональных и осевых насосах при помощи очень простого, но весьма эффективного способа: нарезания мелких осевых пазов прямоугольного сечения на стенке корпуса в области периферийных входных кромок рабочего колеса. По гипотезе авторов [5] механизм действия пазов заключается в следующем. Обратные течения имеют большую закрутку и поэтому, выходя из рабочего колеса, двигаются вдоль поверхности всасывающего патрубка под углом к оси насоса. При соударении с основным потоком обратный поток отделяется от стенки корпуса и движется радиально внутрь, после чего разворачивается по направлению к рабочему колесу, образуя обширную вихревую зону. При наличии же пазов на стенке патрубка жидкость взаимодействует с ними, изменяя направление движения на близкое к осевому. Вследствие этого обратные токи встречаются с активным потоком не под углом, а фронтально, что приводит к резкому уменьшению размеров и интенсивности вихревой зоны. В результате выравниваются напорная и мощностная характеристики насоса, возрастает КПД.

Оценка возможности получения положительного эффекта от использования таких пазов применительно к малогабаритной осевой ступени [9,10] и является целью данной статьи.

Необходимо отметить, что, несмотря на успешное применение указанного способа исправления характеристики насоса, имеется ряд особенностей, существенно отличающих данное исследование от [5,8]. Во-первых, на входе в проточную часть испытуемых насосов в одном случае имелся достаточно длинный участок трубопровода, дающий возможность обеспечить симметричность потока, а в другом - для этой цели применялось специальное устройство. В нашем же случае имеется многоступенчатая машина с достаточно малыми осевыми зазорами между лопаточными венцами последовательно установленных ступеней, поэтому обеспечение симметричности потока не представляется возможным.


Во-вторых, испытуемая ступень имеет гораздо меньшие габариты (наружный диаметр колеса 86 мм) и, кроме влияния масштабного эффекта, необходимо также учитывать сложность размещения и выполнения пазов на внутренней поверхности статорного аппарата (толщина его стенки составляет всего 3,5 мм). Для оценки возможности использования пазов для улучшения формы характеристики малогабаритной осевой ступени и проверки предварительных расчетов было решено доработать ступень насоса ЭДП 5А – 500 в соответствии с рекомендациями авторов [5,8]. С этой целью на поверхности обоймы статорного аппарата было выполнено 45 пазов шириной b=2,5 мм (рис.2). Глубина пазов h последовательно изменялась от 0 до 1,5 мм с шагом
0,5 мм.

^




Основные результаты исследования


Опытные характеристики доработанной ступени были получены на технической воде при частоте вращения вала насоса n=2910 об/мин. Методики проведения экспериментов и обработки результатов аналогичны описанным в [10]. Сравнение результатов экспериментов в безразмерном виде приведено на рис.3.



Анализ напорных характеристик позволяет заключить:

  1. в отличие от работы [5], где получено влияние пазов на характеристику насоса исключительно на участке левее "точки срыва", в данном случае можно фиксировать изменения практически во всем диапазоне подач, за исключением окрестностей точки максимального КПД и нулевой подачи;

  2. применение пазов сечением 2,5Ч0,5 мм не оказывает какого-либо влияния на характеристику ступени, а влияние пазов сечением 2,5Ч1,0 мм незначительно;

  3. наиболее эффективными из исследованных трех вариантов являются пазы сечением 2,5Ч1,5 мм (b\h=0,6), что расходится с данными работы [8], в которой авторы рекомендуют применять соотношение b\h не более 0,2.

Наиболее вероятной причиной вышеуказанных расхождений представляется влияние особенностей структуры течения в малогабаритной осевой ступени в сравнении с диагональным насосом.

Отсутствие влияния пазов на напорную характеристику ступени в окрестностях точки максимального КПД позволяет предположить, что на этом режиме работы обратные токи либо отсутствуют, либо их интенсивность мала, и они не оказывают решающего влияния на структуру потока на входе в рабочее колесо.

Сравнение мощностных характеристик указывает на последовательное снижение мощности, потребляемой ступенью при схожей степени влияния площади сечения пазов. Интересной особенностью является относительно малое влияние пазов на мощность, потребляемую в области разрыва характеристики.

Сравнение кривых КПД указывает на смещение оптимального режима работы в область больших подач, что, по-видимому, вызвано увеличением проходных сечений каналов статорного аппарата за счет площади пазов. Поэтому повышение абсолютного значения КПД в данном случае малоэффективно, так как с повышением подачи существенно уменьшается напор ступени.

Положительная тенденция к росту напора ступени в области малых подач при увеличении площади пазов очевидна. Однако дальнейшее увеличение площади затруднительно как по конструктивным причинам, так и из-за смещения оптимального режима в сторону больших подач.

Выводы


1 Применение осевых пазов прямоугольного сечения, выполненных на внутренней поверхности обоймы статорного аппарата, для влияния на форму энергетических характеристик малогабаритной осевой ступени возможно и целесообразно.

2 Для получения устойчивой напорной характеристики необходимо проведение дальнейшего, более подробного исследования с целью определения оптимального количества, площади и относительных размеров пазов, т. к. существующие рекомендации расходятся с результатами проведенных экспериментов.

SUMMARY



The article presents the results of experimental research aimed at improvement the shape of head and power characteristic curves of multi-stage axial-flow pump by using axial grooves.

^

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ





  1. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - Л.: Машиностроение, 1966.

  2. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1971. – 540 с.

  3. Шитс Г., Брапкар Ч. Многоступенчатый аксиальный жидкостный насос с разрезными лопатками // Труды ASME. – 1966. - № 2 - серия А.

  4. Папир А.Н. Малогабаритные глубинные насосы // Труды ЛПИ. – Л.: ЛПИ, 1955. - №177. – С. 42 – 48.

  5. Goltz I., Kosyna G., Stark U., Saathoff H. and Bross S. Stall inception phenomena in a single-stage axial-flow pump. Conference Proceedings, 5th European Conference on Turbomachinery - Fluid Dynamics and Thermodynamics, Prague (Czech Republic), 2003. - Р. 607-618.

  6. Венкатраюлу, Радж, Нараянамуртхи. Влияние свободновращающихся входных направляющих лопаток на возвратные потоки и диапазон устойчивого режима работы осевого вентилятора // Труды ASME. Серия Энергетические машины и установки. - 1980. - № 1.- С. 72 – 78.

  7. Greitzer E. M. The stability of pumping system // Trans. ASME. Ser. I. - 1981. - Vol. 103. - Р. 193-242.

  8. Kurokawa J., Saha S. L., Matsui J., Imamura H. An Innovative Device to Suppress Performance-Curve-Instability in a Mixed-Flow Pump by Use of J-Grooves, FEDSM99-7200, Proceedings of 3rd ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference, San Francisco, California (1999).

  9. Елин А.В., Каплун И.П., Коваленко Е.Н. Исследование малогабаритной насосной осевой ступени с коэффициентом быстроходности ns=300// Вісн. Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. – 2004. - №7(77). - У 2-х частинах. - Ч.2 . - С.261-268.

  10. Евтушенко А.А., Елин А.В., Каплун И.П. Kомбинированное использование вихревого и лопастного рабочих процессов в насосах гидродинамического принципа действия //Промислова гідравліка і пневматика. – 2004. - № 2(4). – С. 24-28.


Поступила в редакцию 28 ноября 2005 г.

Схожі:

Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconЭкспериментальная оценка педагогического влияния на формирование умений безошибочной деятельности оператора компьютерного набора постановка проблемы
Экспериментальная оценка педагогического влияния на формирование умений безошибочной деятельности оператора компьютерного набора
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconИсследование влияния длительного хранения на характеристики солнечных батарей
Ю. Н. Лаврич Институт транспортных систем и технологий нан украины, г. Днепропетровск
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconОценка состояния десен Оценка зубо-десневого соединения Оценка состояния уздечек Подвижность зубов

Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconМоделирование систем хранения и предачи данных на основе биномиальных кодов в. В. Гриненко, асп
При выборе кода для передачи и хранения информации производится оценка помехоустойчивости кодов. Для этого используются различные...
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconУ водні джерела О. М. Маценко, асп. О.І. Маценко, асп
При цьому не допускати перевищення рівня забруднення щоб не виникали небажані наслідки в системі [1]
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconСостояние и перспективы развития о. В. Алексенко, асп.; А. Н. Кочевский, канд техн наук
Эти факторы обуславливают растущий интерес к средствам математического моделирования течений жидкостей и газов, позволяющих прогнозировать...
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconМ. М. Гривков**, інж.; М. В. Козинець*, асп.; І. В. Шелехов*, асп. Сумський державний університет. Ват «Сумихімпром»
України щодо впровадження інтелектуальних асутп все ще не відбувається, що становить значну загрозу для конкурентоспроможності вітчизняних...
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconМатематична модель перешкод при роботі асу газотурбінної електростанції в. В. Нечипорук *, асп.; А. В. Толбатов**, асп
Прикладом реалізації таких електростанцій є енергетичні установки, які розроблені І експлуатуються ват “Сумське мнво ім. М. В. Фрунзе”...
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconМатематична модель перешкод при роботі асу газотурбінної електростанції в. В. Нечипорук *, асп.; А. В. Толбатов**, асп
Прикладом реалізації таких електростанцій є енергетичні установки, які розроблені І експлуатуються ват “Сумське мнво ім. М. В. Фрунзе”...
Оценка влияния осевых пазов на форму характеристики малогабаритной осевой ступени и. П. Каплун, асп iconЭ. Р. Ваниев; Ю. И. Бесарабец*, канд техн наук; П. В. Скрынник*
Сотс. Предложено при исследовании влияния сотс на процесс резания учитывать ее влияние во взаимосвязи с другими характеристиками...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи