Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчета

Зуева, Елизавета Юрьевна

Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчета

кандидата технических наук: Зуева, Елизавета Юрьевна
город: Москва
год: 2007
специальность ВАК РФ: 05.04.13

Диссертация по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению на тему «Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчета»

Автореферат диссертации по теме "Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчета"

На правах рукописи

Зуева Елизавета Юрьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРО - И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ЩЕЛЕВЫХ КАНАЛАХ ТРАКТОВ СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ И ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ИХ РАСЧЕТА

Специальность 05 04 13 - Гидравлические машины, гидропневмоагрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 130

Москва 2007 г

003161130

Работа выполнена на кафедре Гидромеханики и гидравлических машин Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель- доктор технических наук, профессор

Емцев БорисТихонович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Байбиков Александр Сергеевич,

кандидат технических наук Петров Алексей Игоревич

Ведущая организация ОАО НПО ГИДРОМАШ

Защита состоится « 09 » ноября 2007 г. в /3> час ЪО мин на заседании диссертационного Совета Д 212 157 09 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу г Москва, Красноказарменная ул, д 17, ауд Б-407

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу

111250, г Москва, Красноказарменная ул, д 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ) Автореферат разослан « ()$ » 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212 157 09 к т н, доц ' / Лебедева А И /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Реализация прогрессивной концепции построения технических объектов, известной как «plug and play» («включил и работай»), в насосостроевии в значительной степени зависит от обеспечения нужной степени герметичности изделий Радикальное решение проблемы - это создание абсолютно герметичных насосов и электронасосных агрегатов (ЭНА) Особенно актуален вопрос абсолютной герметизации при перекачивании химически активных, биологически агрессивных, токсичных, пожаро- и взрывоопасных жидкостей

В настоящее время используются, в основном, два схемотехнических построения, реализующих принцип абсолютной герметизации ЭНА создание герметичного агрегата со встроенным электродвигателем (ВЭД) специального исполнения, а также применение синхронной магнитной муфты (СММ), передающей движение от серийного электродвигателя к ротору насоса Такие ЭНА на рынке широко представлены многими фирмами, например, KLAUS UNION, GERMETIC PUMPEN, АО Молдовахидромаш, Щелковским насосным заводом, АО РОССИЙСКИЕ НАСОСЫ, НПФ ЭКИП и др

Обязательной частью данных ЭНА является так называемый тракт самообслуживания (ТСО), выполняющий функции смазки и охлаждения подшипников скольжения ротора и магнитной системы (MC) Опыт проектирования и применения герметичных электронасосных агрегатов показывает, что их технические и эксплуатационные показатели в значительной степени зависят от правильно спроектированного ТСО Эти тракты представлены набором однотипных основных элементов, течение жидкости в которых имеет определенную специфику (отсутствие ядра потока, доминирующее влияние пристенных зон течения, микрогеометрии и адгезионных свойств поверхностей стенок, влияние тепловых и магнитных явлений и т д ) Однако, в настоящее время для расчета ТСО используют, в основном, упрощенные соот-

ношения и экспериментальные данные, что часто приводит к недопустимым количественным, а иногда и качественным погрешностям

Сказанное выше и, несомненно, широкие перспективы в применении герметичных ЭНА свидетельствует об актуальности тематики детального изучения процессов течения жидкости в ТСО и структурно-параметрической оптимизации данных трактов Проблема синтеза рациональных трассировочных схем и оптимизация их параметров не могут быть решены без проведения специальных поэтапных теоретических и экспериментальных исследований тракта и созданных на этой основе соответствующих алгоритмизированных программных комплексов

Цель работы заключается в исследовании гидродинамических процессов течения вязкой несжимаемой жидкости в щелевых каналах с подвижными и неподвижными стенками ТСО с учетом тепловых явлений и формирование на этой основе методики структурного и параметрического синтеза тракта, пригодной для использования в инженерной практике Основными задачами данной работы являются

» систематизация основных схем ТСО, используемых в современных герметичных ЭНА,

• разработка универсального аппарата структурирования ТСО на основе выделения типовых элементов (ТЭ) и построения с их помощью схем гидравлического замещения (СГЗ) реальных ТСО,

• математическое моделирование гидро- и термодинамических процессов в типовых элементах тракта,

• решение гидро- и термодинамических задач для ТЭ аналитическими и численными методами;

• определение перечня проточных зон ТСО, оказывающих доминирующее влияние на энергетические, экономические и эксплуатационные свойства ЭНА;

• исследование влияния гидродинамических сил, проявляющихся в зоне МС, на ротор насоса и анализ возможностей использования данных сил для решения задачи осевой и радиальной разгрузки ротора ЭНА,

• определение потерь, связанных с работой тракта, и оценка эффективности ТСО ЭНА по совокупности показателей,

• формирование универсального алгоритма для решения прямых и обратных гидро- и термодинамических задач ТЭ и ТСО в целом, пригодного для использования в составе программы — платформы гика С44" BUILDER;

• установление перечня требований, предъявляемых к экспериментальному исследованию течения жидкости в ТСО и разработка схемотехнического облика экспериментального стенда для проведения данных исследований

Методами исследования установлены аналитическое решение фундаментальных уравнений движения вязкой жидкости в каналах произвольной формы с подвижными и неподвижными стенками с учетом тепловых явлений, численное решение уравнений гадродинамики методом конечных элементов, а также с использованием программного комплекса ANSYS Научная новизна работы состоит в следующем

• установлен перечень типовых элементов каналов трактов смазки и охлаждения, характерных для всех существующих схем ТСО герметичных ЭНА, предложена система условных обозначений элементов и принципы формирования схем замещения трактов,

» получены уточненные выражения для определения перепадов давлений и скоростей в жидкостном пространстве проточных каналов, имеющих подвижные и неподвижные стенки, применительно к основным ТЭ,

с использованием универсального программного комплекса AN-SYS выполнено численное моделирование ламинарного течения вязкой жидкости для системы последовательно расположенных элементов,

получены расчетные соотношения для определения потерь мощности и изменения температуры в основных элементах ТСО и тракта в целом,

на основании проведенного детального исследования течения жидкости в ТЭ ТСО установлен перечень элементов, оказывающих доминирующее влияние на потери энергии и нагрев жидкости в тракте,

установлена физическая причина, сформированы расчетные соотношения для определения осевой силы, действующей на ротор герметичного насоса со стороны ТСО, и сделан вывод о малом влиянии данной силы на баланс осевых нагрузок ротора ЭНА, на основе анализа критериев эффективности ТСО выполнено ранжирование существующих показателей и предложен способ оценки степени эффективности тракта по интегративным частным показателям, а также с помощью обобщённого функционала, предложена экономичная алгоритмизированная последовательность решения задачи нахождения расходов, давлений и температуры жидкости, потерь мощности в отдельных элементах ТСО и по тракту в целом,

применена современная методология решения многокритериальной оптимизационной задачи для получения набора предпочтительных сочетаний параметров ТСО заданной структуры, показаны возможности ее последующего использования в составе интерактивного алгоритма взаимодействия разработчика и ПЭВМ, ориентированного на программную платформу С14" BUILDER,

• сформирован перечень требований, предъявляемых к экспериментальному стенду для проведения исследований течения жидкости в ТСО,

• разработана схема специализированного стенда для экспериментального исследования течения жидкости в основных ТЭ ТСО в «ручном» и автоматическом режимах с системой съема и обработки информации в реальном масштабе времени

Практическая ценность работы заключается в следующем

• принципы формирования СГЗ на основе выделенных типовых элементов тракта дают возможность формализовать структурное построение практически любого ТСО герметичного ЭНА, что существенно упрощает последующие операции свертки структуры для решения прямых и обратных параметрических задач;

• в результате численного моделирования ТСО с помощью программного комплекса ANSYS установлена возможность исследования и расчета гидро- и термодинамики тракта как совокупности отдельно взятых типовых проточных элементов,

• полученные аналитические соотношения для определения скоростей течения жидкости, перепадов давлений и температур на основных участках ТСО позволяют существенно повысить точность расчетов и создать более экономичные алгоритмы решения прямых и обратных задач,

• сформированная методика расчета ТСО дает возможность определить силы, действующие на ротор агрегата, что повышает эффективность решения вопросов осевой разгрузки ротора,

• предложенный способ оценки степени эффективности ТСО физи-чен, прост для практического использования и соответствует современной методологии определения конкурентоспособности

технического изделия по универсальной формуле «обобщенные затраты / интегративный результат»,

• разработанные экономичные алгоритмы позволяют выполнять исследование гидродинамики и тепловых режимов работы отдельно взятых ТЭ, ТСО в целом, а также решать обратные структурные и параметрические задачи в многокритериальной Парето-поста-новке,

• реализация сформированного алгоритма на базе существующих универсальных программных платформ не представляет особых затруднений, что позволит минимизировать затраты времени и средств в условиях реального проектирования новых ЭНА с соблюдением требуемой точности раечётно-проектных операций,

• сформированные рекомендации по рациональному построению и параметрии ТСО позволяют снизить потери, улучшить тепловой режим, обеспечив должную работоспособность и повышенную экономичность герметичного ЭНА,

• предложенная методика экспериментальных исследований элементов тракта и ТСО в целом, структура и детализированный состав экспериментального стенда дают возможность провести исследования течения жидкости в ТЭ тракта с целью получения дополнительной информации и подтверждения результатов расчетов

На защиту выносятся следующие положения

• уточненные аналитические выражения для определения перепадов давлений и скоростей во вращающейся трубе, щели МС, кольцевых и торцевых щелях подшипников скольжения ротора, а также соотношения для расчета потерь мощности, температур жидкости в основных частях тракта и по ТСО в целом;

• экономичная, обладающая повышенной сходимостью итерационных приближений, алгоритмизированная последовательность решения задачи нахождения расходов, давлений, вязкости и температуры жидкости, потерь мощности в отдельных элементах ТСО и по тракту в целом,

• результаты численного моделирования ламинарного течения вязкой жидкости для системы последовательно расположенных элементов в зоне MC с помощью программного комплекса ANS YS,

• расчетные соотношения, позволяющие оценить возможность и целесообразность осевой разгрузки ротора герметичного насоса за счет установления рациональной схемы и сочетания параметров ТСО,

• алгоритмы современной методологии решения многокритериальной оптимизационной задачи для получения набора предпочтительных сочетаний параметров ТСО заданной структуры, предназначенные для последующего включения в интерактивный алгоритм взаимодействия разработчика и ПЭВМ, ориентированный на программную платформу C^BUILDER,

в способ оценки работоспособности и степени эффективности ТСО по частным показателям эффективности и обобщенному функционалу «затраты / результат»,

• перечень требований, предъявляемых к экспериментальному стенду для проведения исследований течения жидкости в ТСО;

• схема и состав стенда для экспериментального исследования течения жидкости в ТСО с системой съема и обработки информации в реальном масштабе времени.

стандартных пакетов численного решения дифференциальных уравнений, сопоставлением результатов расчетов с общефизическими представлениями о процессах течения жидкости в щелевых каналах с подвижными стенками, сравнением результатов теоретических расчетов с имеющимися экспериментальными и теоретическими данными о течении вязкой жидкости в типовых, элементах ТОО

Реализация работы Результаты диссертации использованы при разработке ПК НПФ ЭКИП серии новых энергоемких, регулируемых, герметичных электронасосных агрегатов для перекачивания различных жидкостей-диэлектриков в расчетах, проектировании и отладочно-доводочкых работах по тракту смазки и охлаждения Использование материалов диссертации позволило специализированному предприятию разработать компактные, не требующие специального принудительного охлаждения и смазки герметичные электронасосные агрегаты с технико-экономическими показателями, превышающими лучшие отечественные и зарубежные аналоги

Аналитические соотношения уточненного расчета перепада давления в щелевых концентричных каналах с подвижными стенками применены для составления ряда новых задач и проведения практических занятий по дисциплине «Гидрогазодинамика» в учебном процессе кафедры Гидромеханики и гидравлических машин Московского энергетического института (технического университета)

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на

• международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Гидравлические машины, гидропривод и гидропневмоавтоматика», Москва, МЭИ, декабрь 2000 г,

• научно-технической конференции студентов и аспирантов «Гидравлические машины, гидропривод и щцропневмоавтоматика», Москва, МЭИ, декабрь 2002 г,

• 8-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, февраль- март 2002 г,

• 9-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, март 2003 г;

® научно-технической конференции «Гидрогазодинамика, гидравлические машины и гидропневмосистемы», посвященная 60-летию кафедры ГГМ, Москва, МЭИ, декабрь 2006 г Публикации По материалам диссертации имеется десять публикаций [1-10]

Структура и объём работы Диссертация изложена на 310 страницах, имеет 121 иллюстрацию, 16 таблиц, включает титульный лист, оглавление, список принятых сокращений, введение, 5 глав основных результатов работы, заключение, список использованной литературы (173 позиции) и приложения

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность диссертации, сформулированы цель и задачи, подлежащие решению.

Первая глава посвящена анализу основных схем ТСО герметичных ЭНА типов СММ и ВЭД, выделению в этих схемах типовых элементов (ТЭ) и рассмотрению в историко-гносеологическом аспекте подходов к изучению физической картины и математического моделирования течений вязкой жидкости в этих элементах

Типовыми элементами ТСО ЭНА являются узкие проточные каналы с подвижными стенками кольцевая концентрическая щель МС (между ротором и статором), кольцевые и плоские торцевые (дисковые) щели в подшипниках скольжения ротора, вращающаяся труба, а также участки резкого изменения геометрии тракта

Исследования по тематике течения вязкой жидкости в узких каналах различных гидравлических машин и механизмов велись и ведутся в настоящее время в организациях и на кафедрах соответствующего профиля многих отечественных ведущих университетов и институтов, а также за рубежом

По результатам этих исследований опубликовано множество работ как теоретического, так и экспериментального характера В большинстве из них рассматриваются отдельные проточные элементы безотносительно ТСО

Так, в работах В А Павловского, С H Овчинниковой, Б П Устименко, В А Зимницкош и др. подняты вопросы течения в концентричных и эксцентричных кольцевых зазорах между вращающимися цилиндрами, предлагаются приближенные аналитические и численные решения гидро- и термодинамических задач при ламинарном и турбулентном режимах, рассматриваются вопросы об устойчивости ламинарного режима, условиях возникновения вихрей Тейлора и переходе к турбулентности.

Изучением течения жидкости в дисковых зазорах занимались Брайтер, Польгаузен, JI.A Дорфман, , В И Мисюра, В Ф Присняков, А Ф Осипов и др В их работах представлены теоретические основы процессов гидродинамики таких течений, содержатся результаты экспериментов и приведены методики расчета, выбора и оптимизации основных конструкционных параметров дисковых насосов трения

Одной из немногих монографий, где наиболее подробно и системати-зированно изложены вопросы течения жидкости по ТСО ЭНА в целом, является работа А С Байбикова и В К Караханьяна, в которой, тем не менее, нет учета тепловых явлений и не рассмотрена постановка задачи оптимизации тракта и его элементов

Анализ публикаций по данной тематике показал, что, несмотря на многообразие имеющихся материалов, в них практически не учтена специфика течений по ТСО ЭНА (одновременное действие гидро-термо-и магнитодина-мических факторов, важность рассмотрения не только турбулентного, но и ламинарного режимов течения, возникновение вихревых зон и пр ), многие

решения базируются на недостаточно обоснованных допущениях, не предполагают использование оптимизационных алгоритмов Эти обстоятельства позволили сформировать основные задачи исследований, изложенные в диссертации

Во второй главе сформирована система наглядных условных обозначений отдельных элементов тракта и предложен способ построения схемы гидравлического замещения ТСО, продемонстрированный на примере ЭНА ВЭД Обоснована необходимость детального исследования течения жидкости в проточных элементах тракта в ламинарной постановке Составлены математические модели движения вязкой жидкости в характерных каналах ТСО ЭНА в цилиндрической системе координат, отражающей радиальное (г), угловое (9) и осевое (z) направления течения

В результате решения системы уравнений движения вязкой жидкости в кольцевой щели МС и цилиндрических щелях подшипников с учетом обоснованно введенных допущений (отсутствия радиальной составляющей скорости жидкости, в пренебрежении массовыми силами и влиянием начального участка щели) получены аналитические выражения для давлений и скоростей и дано физическое обоснование формул для следующих случаев вращения внутренней стенки щели, наружной стенки, при одновременном вращении обеих стенок, а также во вращающейся трубе. Проанализировано течение вязкой жидкости в торцевой щели подшипников скольжения, показаны возможности появления дополнительного как запирающего, так и насосного эффекта в междисковом пространстве в зависимости от радиального направления течения Дано физическое обоснование этого явления

В случае вращения ротора с угловой скоростью со безразмерные соотношения для осевой щ и окружной щ составляющих скорости жидкости есть

(1)

где о — средняя скорость течения жидкости в кольцевом зазоре, образованном цилиндрическими поверхностями с большим 2а и меньшим 2b диаметрами, мо = (üb - максимальная окружная скорость внутренней стенки,

k =-,?=-- коэффициент радиального зазора и относительный радиус за-г Ъ о

зора щели соответственно

Графики зависимостей скоростей жидкости — и — от г для различно ^

ных радиальных размеров щели кг показаны на рис 1

Распоелеление давления в щелевом зазоре найдено в виде

, pa>2¿>4

2 2r2 г

8ци1п(д/6) (3)

(а2+Ъ2)\п(а1Ь) + (Ь2-а2) '

где Рои~ давление в плоскости 2г=0 на поверхности наружной стенки (определяется в результате решения гидродинамической задачи течения жидкости на предыдущем элементе тракта), р, ц- плотность и динамическая вязкость жидкости соответственно

Для представления поля давлений в безразмерной форме в интересующем сечении щели введён коэффициент давления, который для г=0 есть

' pul -{e-xf

, к 7 к г —— J-4& 1п— f2 г г

К У

(4)

Характерный вид зависимостей кр(г, кг) показан на рис 2 Как следует из (3), продольный перепад давлений в щели с подвижной стенкой линейным образом связан с координатой сечения г и имеет квадратичную зависимость от угловой скорости вращения ротора Последнее обстоятельство свидетельствует об увеличении эквивалентного коэффициента гидросопротивления, часто трактуемого как запирающий эффект, для щелевых каналов с вращающимися стенками и при ламинарном режиме течения. Аналитические решения для случая вращения наружной стенки, вращения

обеих поверхностей, а также круглой вращающейся трубы получены аналогичным способом

Рис.2

Установлено, что для случая вращения наружной стенки в зависимости от толщины кольцевой щели (кг) нарушается монотонный характер функции кр(г) Для малых к, (до ¿,.=1,28 - 1,32) с ростом ширины щели давление в

концентрических кольцевых слоях, непосредственно примыкающих к ротору и на поверхности неподвижного ротора, снижается При ¿.>1,32 по мере увеличения ширины щели давление в приграничных областях ротора и на поверхности неподвижного ротора возрастает, оставаясь, тем не менее, меньшим, чем давление на поверхности статора Детальное объяснение физической картины этого явления приведено в диссертации.

В данной главе также выполнено численное решение задачи течения вязкой жидкости в плоском торцевом зазоре подшипников скольжения методом конечных элементов, и приведен численный расчет течения по основному участку тракта (входная камера - кольцевая щель МС — выходная камера) с помощью программного комплекса ANSYS

Третья глава диссертации посвящена математическому моделированию течений в элементах ТСО ЭНА с учетом тепловых явлений Выполнен анализ зависимостей теплофизических свойств жидкостей (плотности, вязкости, теплоемкости Ср), перекачиваемых герметичными ЭНА, с ростом температуры

относительно некоторого начального значения Т\ и давления Это позволило использовать упрощенное степенное выражение (показатель степени щ) для расчёта функции ц(7) С использованием уравнений теплового баланса исследуемого элемента тракта получены выражения для расчета прироста температуры жидкости ДТ Для кольцевой щели МС и цилиндрических частей подшипников скольжения выделены составляющие нагрева, обусловленные вращательным движением жидкости АТщ, а также зависящие от гидросопротивления каналов при ее продольном течении А Тд, которые определяются соотношениями-

дг = гт-г = г

(^+1)2+1

(5)

дг =т9-тгтх

(щ +1)г+1

п, +1

-Т,

где

' =Р6СГ; В=рС Г, 1 (£■?-].) 1 2 г Р 1 2 Р 1

ЪцОЬк

жЬ'

1'к2+1)1пк -{к2-1

(6)

► (7)

Для удобства введены относительные безразмерные приращения со-

_ _ _ ДГ _ ДГ

ставляющих температуры АТЮ и ДГ? ДГЮ = —ДГ„ = В работе рас-

Г1 Г1

считаны и построены характерные зависимости Д(<в, £ )

Для ЭНА ВЭД дополнительный нагрев жидкости в МС обусловлен передачей тепла от встроенного электродвигателя (ЭД) Показано, что безразмерное ДГЭ и размерное ДГЭ приращения температуры определяются формулами.

— Ы„КъО--г1мс) -

где Лгр - мощность ЭД (на роторе); К3 - коэффициент рассеивания тепла лобными частями статора ЭД; %!С - КПД щели МС с гермоперегородкой.

В качестве примера для щели МС на рис. 3-8 приведены графики некоторых из укачанных выше зависимостей. Расчёт ДГ был выполнен для температур жидкостей при входе в щель МС, указанных на рис. 7,8.

дГю-106 Д^и"106

500 ¿..„лш^. . | 1000

0,1

О 20

&Тд *106 0,1

0,01

80 и, рад/с 0 2 4 6 8 10 12 14 £?, л/мин

Рис. 4

¿Гд 106 100

1 0,1 0,0]

¡6 0,п/мт 0 1,02 1,04 1,06 ^

Рис. 0

дгэ, °С АГэ ДГ3! °С

0 10 20 30 40 л/мин Рис. 8

40 60 Рис. 3

8 12 Рис, 5

100 Рис. 7

100 10

Анализ показал, что общий нагрев жидкости в ТСО сравнительно невелик (1-8 град ) и имеет место, в основном, в кольцевых щелях подшипников скольжения ротора, а для щели магнитной системы ЭНА ВЭД вызван, главным образом, передачей тепла от электродвигателя

В четвертой главе приведен расчет упрощенной схемы тракта смазки и охлаждения на примере конкретного ЭНА ВЭД, предложены критерии эффективности TCO, а также выполнено сопоставление результатов расчётов с материалами по щелевым течениям, приведёнными в литературе

Исследование гидро- и термодинамических процессов при течении жидкости по ТСО позволило выделить доминирующую группу элементов, определяющих расходы, тепловыделения и затраты энергии, необходимые для работы тракта (щелевые кольцевые и торцевые каналы подшипников скольжения ротора, а также кольцевая щель между ротором и статором), а также участки с малосущественными сопротивлениями В пренебрежении последними, в работе сформирована упрощенная схема замещения ТСО ЭНА, дающая требуемую точность в расчетах На основе данной схемы составлена и решена алгебраическая система уравнений движения вязкой жидкости в каналах тракта для конкретных исходных данных Расчёты, выполненные для тестовых жидкостей - пресной воды и сжиженного газа (пропан-бутановой смеси) - показали, что наиболее нагруженным с гидродинамической точки зрения является корневой подшипник ротора, поскольку через него проходит весь расход, необходимый для охлаждения магнитной системы агрегата, а также то, что наибольшие перепады давлений имеют место на кольцевых участках подшипников Для конкретного ЭНА ВЭД определены силы, действующие на ротор агрегата, и рассчитаны потери мощности Оценка эффективности ТСО выполнена по коэффициенту температурного запаса и затратам мощности на функционирование тракта Построены графики изменения давлений и температур по ТСО

Поскольку при исследовании течения жидкости в элементах ТСО ЭНА требуется многократное выполнение итерационных расчетов, актуальной

становится задача автоматизации процесса вычислений, которая требует создания экономичного программного модуля, позволяющего реализовать расчетные процедуры в диалоговом режиме между ПЭВМ и исследователем.

В пятой главе разработай алгоритм решения прямой (по определению гидро- и термодинамических характеристик течения) и обратной (структурно-параметрической оптимизации элемента и/или тракта в целом) задач течения вязкой жидкости по ТСО ЭНА. Укрупнённая блок-схема данного алгоритма представлена на рис. 9.

1. Приветствие программы

2.. Выбор объекта ; Трах/ смахни ■ Элемент ТСО для решения задачи (ТСО, элемент TCO) : ЕЗ

■ H WSBH ' 'Р Отмена J

да

[

3. Решается прямая задача?

4.1, Постановка прямой задачи

Алгоритм решения прямой задачи

Т£77

7. универсальный про- "

ГраММИЫЙ КОМПЛЕКС " "

. ' AhiSYS "

■ ' 7* ,>îîllf ■ • Îfî*» ■

5.2. Алгоритм решения обратной задачи

6. Программа вычисления й с показателей

ггт-

диаграмма Гистограмма

лепестковая диаграмма i

: - таблица и диаграмма *

; ■■ :: ■ таблица м гистограмма '

fVBvVT '. -

. Другое. : _ -

А.Визуалйэация.рвзультатоЕрзсчёта ■.'.■■ Pj

. р * Г-.'Г Т- ■■■■ •■■''■ - ■. . , . ■ ■

экран ' ■'. ff^l . Ш

пйчать

Рис. 9

Структура алгоритма обратной задачи продемонстрирована на примере характерного проточного элемента ТСО - кольцевой щели МС. В задачах многокритериальной оптимизации поиск решений возможен с помощью ряда способов и их комбинаций. В данной работе специфика обратной задачи заключается в нахождении нехудших (так называемых Парето-оптималышх) решений. Для выбора предпочтительного варианта из множества нехудших, а также как самостоятельный метод оптимизации, использован метод свертки критериев, который заключается в замене рассматриваемых критериев обобщенным функционалом (целевой функцией)

Разработанные алгоритмы предназначены для реализации с помощью различных программ (например, на базе программной платформы Ст+ BUILDER) и могут быть использованы как автономным образом, так и интегрированы в состав расширенного программного комплекса

К сожалению, даже использование вычислительных машин с большими ресурсными возможностями не позволяет сформировать замкнутые вычислительные алгоритмы, с достаточной точностью определяющие особенности течения жидкости в ТСО для решения прямых и, тем более, обратных задач, вследствие чего привлечение специально поставленного стендового эксперимента является необходимым условием создания работоспособных программных пакетов.

Поэтому в одном из приложений диссертации выполнен анализ требований, предъявляемых к экспериментальным исследованиям течения жидкости в ТСО герметичных ЭНА, приведена схема и дано описание активной части оригинального экспериментального стенда, укомплектованного необходимыми устройствами гидропитания и регулирования потоков жидкости (см рис 10)

На схеме выделен блок турбинного привода, исследуемого тракта — кольцевая щель МС, насосной установки УН, гидроаппаратуры управления параметрами жидкости Блок обработки и управления экспериментом построен на основе унифицированных модулей и на рис 10 не показан

Рис, 10

Основная часть стенда (турбинный и исследуемый блоки) оснащена первичной аппаратурой измерения и контроля физических параметров (уст-

ройствами измерения скоростей жидкости, датчиками давления ДД и температуры Т, расходомером РХ)

Условные обозначения всех элементов схемы приведены в соответствии с ГОСТ, принцип работы схемы ясен из рис 10, вследствие чего дополнительные комментарии опущены Измерения мгновенных значений скорости жидкости в зонах течения исследуемого тракта рекомендовано выполнять с помощью термоанемометра Для каждого режима испытаний информация с этих датчиков подается в блок управления и обработки экспериментом, что после требуемого представления на экране монитора соответствующих данных позволяет получить достаточно полную картину исследованного режима течения Прозрачность стенок камеры обеспечивает визуализацию и возможность фотосъемки течения жидкости Стенд допускает проведение исследований в «ручном» и «автоматическом» режимах с обработкой результатов при помощи компьютерной системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполнения работы

1 Установлен перечень типовых элементов ТСО ЭНА, характерных для всех существующих схем ТСО, предложена система условных обозначений элементов, что позволяет составить расчетную схему замещения тракта, упрощающую решение задач гидро- и термодинамики ТЭ и ТСО в целом

2 Получены аналитические выражения и графики для скоростей и давлений в проточных каналах основных элементов - кольцевой щели МС и подшипников ротора - при различных взаимных перемещениях стенок, позволившие детализировать физическую картину течения жидкости

3 Решена задача течения вязкой жидкости в торцевом зазоре подшипников скольжения ротора методом конечных элементов, а с помощью программного комплекса ANSYS - течения в щели МС и ее входной и выходной камерах, что дает возможность обосновать правомочность локализованного рассмотрения гидродинамики отдельных элементов ТСО.

4 Получены аналитические соотношения для расчета нагрева жидкости при ее движении по ТСО с учетом передачи тепла от ЭД

5 Проанализировано влияние отдельных элементов ТСО на суммарные потери по тракту и выделена доминирующая группа - зона МС и подшипники ротора, которая определяет расходы, тепловыделения и затраты энергии на работу тракта Это позволило сформировать показатели и предложить методику оценки эффективности герметичного ЭНА

6 Выполнено сопоставление результатов исследования с материалами, имеющимися в литературе, показавшее хорошее совпадение данных

7 Составлены детальные алгоритмы решения прямой и обратной задач для элемента ТСО (щели МС) и тракта в целом, предназначенные для реализации с помощью различных программных платформ

8 Сформулированы основные требования, предъявляемые к экспериментальному стенду для изучения течений вязкой жидкости в щелевых каналах ТСО Разработана схема стенда с описанием его составных блоков

9 Сформирован перечень задач, требующих решения при дальнейшем развитии работы по данной тематике

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Зуева Е.Ю. Исследование гидро- и термодинамических процессов при течении жидкости в трактах охлаждения и смазки герметичных насосов И Вести. МЭИ. - №2. - С. 31-41.

2 Емцев Б Т, Зуева Е Ю Ламинарное течение жидкости между соосными вращающимися цилиндрами // Сб «Наука и техника на речном транспорте» -М ФГУП ЦБНТИМТРФ,2000 ~Ж2 -С33-39

3 Зуева Е Ю, Панкратов С H Анализ режимов работы и повышение экономичности лопастных насосов в судовых системах // Сб «Наука и техника на речном транспорте» -М ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2001 -№7 -С 25-31

4 Емцев Б Т , Зуева Е Ю Особенности решения ламинарной гидродинамической задачи течения жидкости в кольцевых каналах между вращающимися

соосными цилиндрами в тракте самообслуживания герметичных насосов // Сб «Наука и техника на речном транспорте» - М ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2001 -№8 -С25-32

5 Зуева Е Ю , Емцев Б Т Расчет двумерного течения вязкой жидкости в кольцевой щели // Междунар научн -техн конф «Гидравлические машины, гидропривод и гидропневмоавтоматика» Тез докл - Москва, МЭИ, 2000 -

6 Зуева Е Ю , Емцев Б Т Расчет гидродинамических и термических параметров жидкости в трактах охлаждения смазки электродвигателя герметичного насоса н Междунар научн -техн конф «Радиоэлектроника „ электротехника и энергетика» Тез докл - Москва, МЭИ, 2002 -ТЗ - С 240-241

7 Зуева Е Ю , Емцев Б Т Проблема термо- и гидродинамики течения жидкости в трактах охлаждения и смазки герметичных насосов // Научн -техн конф «Гидравлические машины, гидропривод и гидропневмоавтоматика» Тез докл -Москва,МЭИ,2002 -С 15

8 Зуева Е Ю , Емцев Б Т Задачи экспериментальных исследований течения вязкой жидкости в щелевых каналах с подвижными стенками // Сб. «Наука и техника на речном транспорте» - М ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2003. - №1 -С 36-41

9 Зуева Е Ю , Емцев Б Т Вопросы экспериментальных исследований при изучении термогвдродинамических процессов течения жидкости в трактах охлаждения и смазки герметичных насосов // Междунар научн -техн. конф «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Тез докл - Москва, МЭИ,2003 -ТЗ -С 193-195.

10 Зуева ЕЮ Исследование термо-и гидродинамических явлений течения вязкой жидкости в трактах охлаждения и смазки герметичных насосов // Тр Междунар науч -техн и науч - метод конф «Гидрогазодинамика, гидравлические машины и гидропневмосистемы» Тез докл - Москва, МЭИ, 2006 -С 19-21

С 19

Тираж

/и

Заказ т

Полиграфический центр МЭИ (ТУ), Москва, Красноказарменная ул, д 13

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Зуева, Елизавета Юрьевна

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В КАНАЛАХ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ТРАКТАМ СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ.

1.1. Анализ основных схем трактов смазки и охлаждения электронасосных агрегатов с синхронными магнитными муфтами и встроенными электродвигателями.

1.2. Обзор методов математического описания процессов движения вязкой жидкости и способов решения уравнений гидродинамики.

1.3. Обзор решений по исследованию течений вязкой жидкости в частных случаях исполнения проточных каналов с локализованной геометрией.

1.4. Общие замечания по учету электро- магнитодинамических факторов при течении жидкости по тракту смазки и охлаждения герметичных электронасосных агрегатов.

1.5. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ЩЕЛЕВЫХ КАНАЛАХ ТРАКТА СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ.

2.1. Система условных обозначений проточных зон ТСО. Качественный анализ режимов течения жидкости в трактах и методология решения задач исследования.

2.2. Формирование физических моделей течения вязкой жидкости в щелевых каналах магнитной системы и подшипников скольжения герметичного электронасосного агрегата.

2.3. Аналитическое решение ламинарной изотермической задачи течения жидкости в кольцевой щели при вращающейся внутренней стенке.

2.4. Аналитическое решение ламинарной изотермической задачи течения жидкости в кольцевой щели при вращающейся наружной стенке.

2.5. Аналитическое решение ламинарной изотермической задачи течения жидкости в кольцевой щели при вращающихся наружной и внутренней стенках.

2.6. Аналитическое решение ламинарной изотермической задачи течения жидкости во вращающейся трубе.

2.7. Аналитическое решение ламинарной изотермической задачи течения жидкости в плоском канале, образованном торцевыми поверхностями дисков, один из которых вращается в своей плоскости.

2.8. Численное решение ламинарной изотермической задачи течения жидкости в плоском канале между торцевыми поверхностями дисков, один из которых вращается в своей плоскости.

2.9. Численное решение ламинарной изотермической задачи течения вязкой жидкости на основном участке тракта смазки и охлаждения с использованием программного комплекса ANSYS.

2.10. Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ТРАКТА СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ С

УЧЁТОМ ГИДРО- И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Краткий анализ теплофизических свойств жидкостей, перекачиваемых герметичными электронасосными агрегатами.

3.3. Изменение температуры жидкости в кольцевой щели магнитной системы герметичного электронасосного агрегата вследствие трения жидкости при её окружном и осевом течении в канале.

3.4. Изменение температуры жидкости в кольцевой щели магнитной системы герметичного электронасосного агрегата вследствие потерь в электродвигателе.

3.5. Исследование тепловых процессов при течении жидкости в кольцевых зазорах опорных частей подшипников скольжения ротора герметичного электронасосного агрегата.

3.6. Исследование тепловых процессов при течении жидкости в торцевых каналах подшипников скольжения ротора герметичного электронасосного агрегата.

3.7. Выводы.

4. ПРАКТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАКТА СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ С ДАННЫМИ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

4.1. Формирование расчётной схемы гидравлического замещения тракта смазки и охлаждения

4.2. Расчётная математическая модель тракта смазки и охлаждения герметичного ЭНА. Пример построения диаграмм расходов, давлений и температур по тракту.

4.3. Исследование влияния течения жидкости в каналах тракта смазки и охлаждения на осевую и радиальные силы, действующие на ротор герметичного электронасосного агрегата.

4.4. Определение осевых сил, действующих на ротор герметичного электронасоса.

4.5. Оценка эффективности трактов смазки и охлаждения герметичных электронасосных агрегатов.

4.6. Сопоставление результатов изучения течения вязкой жидкости в щелевых каналах ТСО аналитическими методами с материалами имеющихся исследований.

4.7. Выводы.

5. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ЗАДАЧ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ТРАКТУ СМАЗКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ И ЕГО ТИПОВЫМ ЭЛЕМЕНТАМ.

5.1. Общая структура алгоритмов решения прямых и обратных задач по ТСО и элементам тракта.

5.2. Описание общего алгоритма решения прямой задачи.

5.3. Описание алгоритма решения прямой задачи для элемента ТСО.

5.4. Постановка и общая методология решения обратной задачи.

5.5. Описание алгоритма решения обратной задачи для типового элемента ТСО - проточного канала магнитной системы.

5.6. Выводы.

Введение 2007 год, диссертация по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, Зуева, Елизавета Юрьевна

Реализация прогрессивной концепции построения технических объектов, известной как «plug and play» («включил и работай»), в насосостроении в значительной степени зависит от обеспечения нужной степени герметичности изделий. Радикальное решение проблемы - это создание абсолютно герметичных насосов и электронасосных агрегатов (ЭНА), имеющих простую установку на объект и лёгкость демонтажа, не нуждающихся в обслуживании на протяжении срока эксплуатации. Особенно актуален вопрос абсолютной герметизации при перекачивании химически активных, биологически агрессивных, токсичных, пожаро- и взрывоопасных жидкостей.

В настоящее время используются, в основном, два пути для достижения абсолютной герметизации ЭНА: создание герметичного агрегата со встроенным электродвигателем (ВЭД) специального исполнения, а также применение синхронной магнитной муфты (СММ), передающей движение от серийного электродвигателя к ротору насоса [13, 138]. Такие ЭНА на рынке широко представлены многими фирмами, например, KLAUS UNION, GERMETIC PUMPEN, MUNSCH, KSB, RED JACKET, JONSON PUMPS AB, . EBARA, VORTEX, WORTHINGTON, GRUNDFOS, HYDRO-VACUUM, AO Молдовахидромаш, ООО «Гидросервис - НН», Щёлковским насосным заводом, АО РОССИЙСКИЕ НАСОСЫ, НПФ ЭКИП и др.

Обязательной частью данных ЭНА является тракт смазки и охлаждения (ТСО) подшипников скольжения ротора, работающих в условиях жидкостного трения, и магнитной системы (МС). Этот тракт часто называют также трактом самообслуживания агрегата. ТСО данных ЭНА представляют собой совокупность проточных локальных зон и щелевых каналов малой толщины со значительным влиянием макро- и микрогеометрических факторов разви-. тых подвижных и неподвижных поверхностей. В каналах ТСО имеют место ламинарные и турбулентные режимы течения, интенсивное вихреобразование, деформации и соударения потоков, тепловые и магнито-гидродинами-ческие явления. Расход жидкости в ТСО, несущая способность щелевых каналов подшипников и охлаждение МС значительно зависят от конфигурации и размеров щелей, степени износа (притёртости), адгезионных и фрикционных свойств материалов поверхностей, вязкости жидкости, от баланса сил и моментов, действующих на ротор и меняющихся в зависимости от режима работы ЭНА, и ряда других трудно учитываемых факторов.

Основные усилия разработчиков подобных агрегатов обычно направлены на решение традиционных «насосных» задач: повышения энергетической эффективности, ресурса, улучшения всасывающей способности насоса и т.п. Однако опыт применения ЭНА свидетельствует, что их энергетические (КПД, значения напоров и подач), эксплуатационные (надёжность, живучесть, нагрев конструкции, шум) и экономические (цена ЭНА, расходы на обслуживание и оплату электроэнергии) характеристики в весьма ощутимой степени зависят от степени совершенства спроектированного ТСО. Достаточно сказать, что потери только в щелевой зоне МС составляют 30-40 % мощности электродвигателя, в этой же зоне обычно имеет место основной нагрев жидкости, расходы жидкости, необходимые для охлаждения электродвигателя или магнитной муфты обычно составляют заметную часть общей подачи ЭНА, а причиной выхода из строя ЭНА часто является износ тонкостенной гермоперегородки (ГП) [13, 137, 138]. Тем не менее, в настоящее время для расчета ТСО используются упрощенные соотношения и косвенные экспериментальные данные, что приводит к недопустимым количественным, а иногда и качественным погрешностям.

Сказанное выше и, очевидные всё более широкие перспективы применения полностью герметичных ЭНА свидетельствует об актуальности тематики детального изучения процессов течения жидкости в ТСО и структурно-параметрической оптимизации данных трактов, от которых в значительной степени зависит надёжность работы, экономичность и конкурентоспособность герметичных электронасосов.

ТСО современных герметичных ЭНА разнообразного назначения и исполнения характеризуются значительной структурной разветвлённостью, многообразием схем канализации, спецификой течения жидкости в щелевых каналах достаточно сложной геометрии и имеющих подвижные стенки, различными режимами течения, существенно зависящими от конструкционных и изменяющихся случайным образом эксплуатационных факторов. В ТСО одновременно сосуществуют гидродинамические, термодинамические и электромагнитные явления, что даёт исключительно сложную общую физическую картину течения жидкости и приводит к трудностям математического моделирования протекающих в ТСО процессов.

Поэтому в настоящее время и в обозримой перспективе маловероятно появление полномасштабных замкнутых математических моделей для решения в такой комплексной постановке прямых и, тем более, обратных задач по тракту. Наиболее рациональным представляются пути исследования и формирования прикладных алгоритмов оптимизационного проектирования ТСО, базирующиеся на системе разумно упрощённых моделей, допускающих поэтапное и поэлементное математическое описание и осмысление явлений. При известной структурной законченности, универсальности и адаптивности подобных моделей и алгоритмов они могут являться своеобразными «кирпичиками» в программном пакете решения прямых и обратных задач по ТСО герметичных ЭНА.

Однако отмеченная выше сложность процессов течения жидкости даже при локализации задачи отдельными участками ТСО приводит к необходимости использования информации, имеющей опытный характер'.

Вследствие этого аналитические и численные методы моделирования процессов в ТСО должны дополняться экспериментальными исследованиями, что требует создания специализированных стендов и формирования программы и методики испытаний.

Основными задачами данной работы являются:

• систематизация основных схем ТСО, используемых в современных герметичных ЭНА;

• математическое моделирование гидро- и термодинамических процессов в типовых элементах тракта;

• решение гидро- и термодинамических задач для важнейших ТЭ аналитическими и численными методами;

• определение потерь, имеющих место при работе тракта, и оценка эффективности ТСО ЭНА по совокупности показателей;

• формирование универсального алгоритма для решения прямых и обратных гидро- и термодинамических задач ТЭ и ТСО в целом, пригодного для использования в составе программы - платформы типа С^ BUILDER;

Методами исследования установлены: аналитическое решение фундаментальных уравнений движения вязкой жидкости в каналах произвольной формы с подвижными и неподвижными стенками с учетом тепловых явлений; численное решение уравнений гидродинамики методом конечных элементов, а также с использованием программного комплекса ANSYS.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• получены уточненные выражения для определения перепадов давлений и скоростей в любой точке жидкостного пространства проточных каналов, имеющих подвижные и неподвижные стенки, применительно к основным ТЭ;

• с использованием универсального программного комплекса ANSYS выполнено численное моделирование ламинарного течения вязкой жидкости для системы последовательно расположенных элементов;

• получены расчётные соотношения для определения потерь мощности и изменения температуры в основных элементах ТСО и тракта в целом;

• на основании проведенного детального исследования течения жидкости в ТЭ ТСО установлен перечень элементов, оказывающих доминирующее влияние на потери энергии и нагрев жидкости в тракте;

• установлена физическая причина, сформированы расчетные соотношения для определения осевой силы, действующей на ротор герметичного насоса со стороны ТСО, и сделан вывод о малом влиянии данной силы на баланс осевых нагрузок ротора ЭНА;

• на основе анализа критериев эффективности ТСО выполнено ранжирование существующих показателей, и предложен способ оценки степени эффективности тракта по интегративным частным показателям, а также с помощью обобщённого функционала;

• предложена экономичная алгоритмизированная последовательность решения задачи нахождения расходов, давлений и температуры жидкости, потерь мощности в отдельных элементах ТСО и по тракту в целом;

• применена современная методология решения многокритериальной оптимизационной задачи для получения набора предпочтительных сочетаний параметров ТСО заданной структуры, показаны возможности её последующего использования в составе интерактивного алгоритма взаимодействия разработчика и ПЭВМ, ориентированного на программную платформу С++ BUILDER;

• сформирован перечень требований, предъявляемых к экспериментальному стенду для проведения исследований течения жидкости в ТСО;

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• принципы формирования СГЗ на основе выделенных типовых элементов тракта дают возможность формализовать структурное построение практически любого ТСО герметичного ЭНА, что существенно упрощает последующие операции свёртки структуры для решения прямых и обратных параметрических задач;

• в результате численного моделирования ТСО с помощью программного комплекса ANSYS установлена возможность исследования и расчёта гидро - и термодинамики тракта как совокупности отдельно взятых типовых проточных элементов; полученные аналитические соотношения для определения скоростей течения жидкости и перепадов давлений, а также температур на основных участках ТСО с подвижными и неподвижными стенками позволяют существенно повысить точность расчётов и создать более экономичные алгоритмы решения прямых и обратных задач с учетом гидро- и термодинамических явлений; сформированная методика расчета ТСО даёт возможность определить силы, действующие на ротор агрегата, что повышает эффективность решения вопросов осевой разгрузки ротора, наиболее важных для ЭНА, укомплектованных осевыми, одиночными ра-диально-осевыми, вихревыми рабочими колесами, с лабиринтными, винтовыми качающими блоками, а также для машин с вертикальным расположением ротора; предложенный способ оценки степени эффективности ТСО физи-чен, прост для практического использования и соответствует современной методологии определения конкурентоспособности технического изделия по универсальной формуле «обобщённые затраты / интегративный результат»; разработанные экономичные алгоритмы позволяют выполнить исследование гидродинамики и тепловых режимов работы отдельно взятых ТЭ, ТСО в целом, а также решать обратные структурные и параметрические задачи в многокритериальной Парето-постановке; реализация сформированного алгоритма на базе существующих универсальных программных платформ не представляет особых затруднений, что позволит минимизировать затраты времени и средств в условиях реального проектирования новых ЭНА с соблюдением требуемой точности расчетно-проектных операций;

На защиту выносятся следующие положения:

• уточнённые аналитические выражения для определения перепадов давлений и скоростей во вращающейся трубе, концентричной щели МС, кольцевых и торцевых щелях подшипников скольжения ротора, а также аналитические соотношения для расчёта потерь мощности, температур жидкости в основных частях тракта и по ТСО в целом;

• результаты численного моделирования ламинарного течения вязкой жидкости для системы последовательно расположенных элементов с использованием программного комплекса ANSYS;

• расчётные соотношения, позволяющие оценить возможность и целесообразность осевой разгрузки ротора герметичного насоса за счет установления рациональной схемы и сочетания параметров ТСО;

• способ оценки работоспособности и степени эффективности ТСО по частным показателям эффективности и обобщённому функционалу «затраты / результат»;

• схема и состав стенда для экспериментального исследования течения жидкости в ТСО с системой съёма и обработки информации в реальном масштабе времени.

Достоверность и обоснованность научных положений работы определяется использованием фундаментальных физических и математических моделей для решения поставленных задач, использованием апробированных стандартных пакетов численного решения дифференциальных уравнений, сопоставлением результатов расчетов с общефизическими представлениями о процессах течения жидкости в щелевых каналах с подвижными стенками, сравнением результатов теоретических расчётов с имеющимися экспериментальными и теоретическими данными о течении вязкой жидкости в типовых элементах ТСО.

По материалам диссертационной работы опубликованы 6 статей [46 -48, 57, 58, 63] и 4 тезиса докладов на научно-технических конференциях [59 -62].

Реализация работы. Результаты диссертации использованы при разработке ПК НПФ ЭКИП серии новых энергоёмких, регулируемых, герметичных электронасосных агрегатов для перекачивания различных жидкостей-диэлектриков в расчётах, проектировании и отладочно-доводочных работах по тракту смазки и охлаждения. Использование материалов диссертации позволило специализированному предприятию разработать компактные, не требующие специального принудительного охлаждения и смазки герметичные электронасосные агрегаты с технико-экономическими показателями, превышающими лучшие отечественные и зарубежные аналоги.

Диссертация изложена на 310 страницах, имеет 121 иллюстрацию, 16 таблиц, включает титульный лист, оглавление, список принятых сокращений, введение, 5 глав основных результатов работы, заключение, список использованной литературы (173 позиции) и приложения.

Заключение диссертация на тему "Исследование гидро- и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах трактов смазки и охлаждения герметичных насосных агрегатов и формирование алгоритмов их расчета"

5.6. Выводы

1. Сформированные алгоритмы решения прямых и обратных задач позволяют выполнить детальные исследования, а также осуществить структурно-параметрическую оптимизацию как для отдельных типовых проточных элементов тракта смазки и охлаждения герметичных ЭНА, так и для ТСО в целом.

2. При решении данных задач сохранена концептуальная, методологическая и сценарно-содержательная преемственность, в частности, построение процесса получения исходной расчётной информации в задачах синтеза с помощью циклов многовариантного анализа, что обеспечивает лёгкость реализации алгоритмов на базе любой популярной программной платформы, например, С^ BUILDER [42, 105, 112].

3. Построение алгоритмов программного комплекса выполнено в соответствии с современной идеологией образования логико-вычислительных блоков, предусматривающей наличие иерархически организованных программ - оболочек, имеющих универсальный интерфейс и допускающих структурное и параметрическое расширение.

4. Расчётные блоки программного комплекса сформированы автором с использованием аналитического описания процессов течения вязкой жидкости в типовых проточных элементах ТСО с учётом тепловых явлений, что даёт возможность реализовать предложенные алгоритмы даже на вычислительных машинах с ограниченными ресурсами, а при необходимости - выполнить отдельные расчёты «вручную». Кроме того, применённые аналитические модели обеспечивают высокую степень физико-математической просматриваемое™ алгоритма, физическую интерпретацию результатов расчёта и допускают обоснованное внесение целесообразных изменений. При необходимости детализации исследований или уточнения результата решения обратной задачи в алгоритмах предусмотрена возможность обращения к достаточно сложным и ресурсоёмким пакетам численного моделирования гидро- и термодинамических процессов (например, ANSYS).

5. Постановка и решение обратных задач, реализованные в алгоритмах, соответствуют основным положениям системно-креативного подхода, доказавшему свою эффективность при разработке инновационных проектов и получения конкурентоспособных решений. Это касается как определения рациональной структуры, так и поиска предпочтительной параметрии объекта синтеза.

6. Решение задачи структурного синтеза, предложенное автором и заключающееся в предоставлении пользователю возможности выбора приемлемой топологии ТСО из имеющегося набора апробированных типовых решений, соответствует практике разработки ТСО современных герметичных машин и существенно упрощает формирование исходного облика тракта.

7. В алгоритм параметрической оптимизации заложены основные сценарии решения, которые охватывают практически все важные случаи нахождения конкурентоспособного расчётно-проектного решения, начиная с процедур скалярного синтеза для единственного частного ПК или сформированного обобщённого функционала конкурентоспособности, включая современные способы получения и оценки Парето-оптимальных проектных вариантов и заканчивая достаточно неопределённой задачей параметрического синтеза, характеризующейся мигрирующими частными ПК.

8. Разработанные алгоритмы использованы автором для расчёта ТСО конкретных герметичных ЭНА. Отдельные результаты расчётов приведены в соответствующих разделах диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Тракты смазки и, охлаждения, являющиеся неотъемлемыми частями современных герметичных электронасосных агрегатов, в значительной степени определяют технико-экономические и эксплуатационные показатели ЭНА, что требует совместного решения расчётно-проектных задач по ТСО и ЭНА.

2. Установлено, что при всём имеющемся разнообразии исполнений данных трактов, их структура может быть получена как совокупность определённым образом составленных типовых проточных элементов. Это позволяет рассматривать комплексную проблему исследования и рационального проектирования ТСО, решая сравнительно локальные задачи гидро-и термодинамики типовых элементов.

3. Эффективность исследования ТСО герметичных ЭНА повышается при использовании предложенной автором системы условных'обозначений отдельных элементов ТСО ЭНА, соответствующей современным требованиям построения графических символик. Практическое применение этой системы продемонстрировано автором на примере составления схем гидравлического замещения ТСО для ЭНА ВЭД.

4. Анализ гидродинамической картины течения вязкой жидкости в проточных каналах типовых элементов ТСО свидетельствует, что она имеет специфику, заключающуюся в отсутствии ядра потока, доминирующем влиянии подвижных пристенных зон течения, микро- и макрогеометрии каналов, наличии электрических и магнитных полей. Тем самым выполненное исследование следует рассматривать как одну из первичных работ, систематизирующую и раскрывающую лишь часть гидро-и термодинамических явлений, имеющих место при течении вязкой жидкости -диэлектрика в щелевых каналах ТСО.

Обоснована необходимость детального исследования течения вязкой жидкости в каналах ТСО ЭНА в ламинарной постановке как соответствующей ряду эксплуатационных режимов работы существующих и перспективных герметичных ЭНА.

Автором получены аналитические решения - выражения для скоростей и давлений - и дано их физическое обоснование при течении вязкой жидкости в щелевых кольцевых и торцевых каналах с подвижными стенками для магнитной системы и подшипников скольжения ротора, а. также для вращающейся относительно своей оси круглой трубы. Найдены аналитические выражения для сил и моментов сил трения на подвижных поверхностях вращающихся цилиндрических и плоских стенках. Выявлено явление роста эквивалентного коэффициента гидравлического сопротивления, трактуемое как запирающий эффект для щелевых кольцевых каналов с вращающимися стенками при ламинарном режиме, а также подтверждено существенное изменение гидравлического сопротивления междискового зазора подшипников в зависимости от направления течения жидкости.

Решена задача течения вязкой жидкости в торцевом зазоре подшипников скольжения ротора методом конечных элементов, а с помощью программного комплекса ANSYS - течения в щели МС и её входной и выходной камерах, что позволило обосновать правомочность локализованного рассмотрения гидродинамики отдельных элементов ТСО. Анализ затрат энергии для обеспечения функционирования ТСО позволил установить, что расходные составляющие потерь энергии в щелевых каналах тракта являются доминирующими по сравнению с потерями энергии при вращении жидкости в щелях.

Проанализированы физические явления, инициирующие рост температуры в ТСО герметичного ЭНА, на основе анализа выполнено математическое моделирование тепловых процессов, имеющих место при течении вязкой жидкости в щелевых каналах с подвижными стенками.

11. На основе сформированных автором уравнений теплового баланса получены аналитические решения, позволяющие определить поля температур жидкости в основных проточных элементах тракта, в том числе,, в кольцевой щели МС с учётом нагрева от электродвигателя (для схемы ЭНА ВЭД), а также в подшипниках ротора. Приведено физическое обоснование зависимостей нагрева жидкости при раздельном и совместном учёте факторов, способствующих росту температуры. Показано, что данные элементы ТСО являются определяющими с точки зрения повышения температуры жидкости, причём роль нагрева от ЭД - доминирующая. Даны рекомендации по назначению допусков и посадок в подшипниковых узлах гидростатических подшипников, а также обоснована предпочтительность использования ЭНА СММ при перекачивании легкокипящих жидкостей.

12. Показано, что организация течения жидкости из зоны магнитной системы в подшипники ротора требует повышенных затрат энергии по сравнению с охлаждением МС жидкостью, уже прошедшей подшипниковые узлы, поскольку в последнем случае используется насосный эффект вращающихся упорных дисков ротора.

13. Подтверждена обоснованность сформированных автором моделей течения жидкости в щелевых каналах сопоставлением с результатами исследований данных течений, имеющимися в литературе.

14. Сформулированы рекомендации по целесообразному упрощению исходных схем замещения ТСО ЭНА, дающих требуемую точность в исследовательских и инженерных расчётах.

15. Выполненный анализ существующих способов и критериев оценки эффективности систем охлаждения электрических машин позволил выделить показатели, необходимые для работоспособности ТСО, и группу показателей, определяющих степень совершенства тракта.

16. Для интегративной оценки эффективности ТСО предложен обобщённый функционал, характеризующий отношение затратных аспектов (мощности, необходимой для функционирования ТСО) к получаемому результату (коэффициенту температурного запаса жидкости в тракте).

17. Обоснована необходимость формирования специализированных алгоритмов решения прямых и обратных гидро- и термодинамических задач по элементам тракта и ТСО в целом, которые целесообразно адаптировать к существующим программам - платформам типа С++ BUILDER. Показано, что необходимым условием эффективности таких алгоритмов является применение процедур ранжирования и классификации задач, использование экономичных аналитических соотношений и модульного построения всего программного пакета.

18. На основе сформированных принципов построения логико-вычислительных процедур в работе составлены алгоритмы решения прямой задачи - определения гидро- и термодинамических характеристик течения, а также и обратной задачи - структурно-параметрической оптимизации выделенного элемента или тракта в целом. Структура алгоритма обратной задачи продемонстрирована на примере характерного проточного элемента ТСО - кольцевой щели магнитной системы. Разработанные алгоритмы предназначены для реализации с помощью различных программ (например, на базе программной платформы С++) и могут быть использованы как автономным образом, так и интегрированы в состав расширенного программного комплекса.

19. Незамкнутость фундаментальных уравнений гидро- и термодинамики при существенной зависимости характеристик течения вязкой жидкости от трудно прогнозируемых микро- и макрогеометрических, вибрационных, магнитных и др. факторов, не позволяет рассматривать численный эксперимент в качестве достаточного средства получения требуемой информации для решения задач исследовательского плана и, тем более, выполнения оптимизационных расчетно-проектных процедур. Вследствие этого необходимым условием создания эффективных программных пакетов является привлечение специально поставленного стендового эксперимента.

20. В работе впервые сформирована структура и определён состав специализированного экспериментального стенда, позволяющего изучать особенности течения жидкости в щелевых каналах ТСО и допускающего проведение исследований в «ручном» и «автоматическом» режимах с обработкой результатов при помощи современных программно-аппаратных средств компьютерной системы стенда.

21. По мнению автора, дальнейшие исследования целесообразно ориентировать на детализированное рассмотрение гидро-и термодинамических процессов течения вязкой жидкости в щелевых каналах с подвижными стенками в турбулентных и в переходных режимах, изучение влияния электромагнитных явлений на эти процессы при течении вязкой жидкости - диэлектрика и электролита, а также на поиск способов непосредственного управления данными видами течений с помощью электромагнитных полей. Безусловный интерес представляет также решение оптимизационной задачи при наличии нескольких противоречивых технико-экономических показателей эффективности тракта.

22. Поскольку при создании определённого эксцентриситета в щелевом зазоре между вращающимся со значительной скоростью в жидкой среде ротором и внутренней цилиндрической поверхностью статора будет возникать гидродинамическая сила, стабилизирующая положение ротора, имеется возможность устранения традиционных подшипников скольжения. Это может принципиально изменить схемный и, тем более, конструкционный облик перспективного герметичного ЭНА. Отдельным важным направлением исследования следует считать формирование теоретических основ и разработку опор ротора, работа которых основана на эффектах управляемой магнитной или электромагнитной левитации, а также создание комбинированных подшипниковых узлов, исключающих контакт между поверхностями подвижных деталей.

Библиография Зуева, Елизавета Юрьевна, диссертация по теме Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

1. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. Прокофьев В.Н. и др. Под ред. В.Н. Прокофьева. -М: Машиностроение, 1969.

2. Альбом течений жидкости и газа: Пер. с англ./ Сост. М. Ван-Дайк. М.: Мир: 1986.

3. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1982.

4. Анисимов В.Н. Модели смазываемых контактных пар, образованных динамически нагруженными деформируемыми твёрдыми телами: Монография. Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2002.

5. Асланов С.К. Учет теплообмена и температурной зависимости вязкости в задаче о течении вязкой жидкости между двумя вращающимися концентрическими цилиндрами (к теории ненагруженного подшипника) И.Ф.Ж, 1963, №2.

6. Баранник Ю.Д. К расчету напорного течения Куэтта в кольцевом зазоре. В кн.: Гидромеханика. Киев: Наукова Думка, 1983, вып. 47, с. 59-62.

7. Бахвалов Н.С., Жидков Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1987.

8. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машгиз, 1963.

9. Башта Т.М. Самолетные гидравлические приводы и агрегаты М.: Оборонгиз, 1951.

10. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972.

11. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем: Учебник для вузов.-М.: Машиностроение, 1974.

12. Байбиков А.С., Караханьян В.К. Гидродинамика вспомогательных трактов лопастных машин. -М.: Машиностроение, 1982.

13. Бессальниковые центробежные и объёмные насосы с синхронной муфтой на постоянных магнитах. Мат. Симпозиума фирмы KLAUS UNION, СНГ, 1995.

14. Бейкер А. Дж. Алгоритм метода конечных элементов для решения уравнений Навье-Стокса: Пер. с англ. А.И. Державиной Сб. «Механика. Новое в зарубежной литературе. Численное решение задач гидромеханики».№ 14, с. 163-173. -М.: Мир, 1977,

15. Блюмберг В.А., Глушенко В.Ф. Какое решение лучше? Метод расстановки приоритетов, JI.: Лениздат, 1982.

16. Борисенко А.И. Костиков О.Н., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. -М.: Энергоатомиздат, 1983.

17. Будов В.М. Судовые насосы: Справочник. -JI.: Судостроение, 1988.

18. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения: Пер. с англ. М.: Конкорд, 1992.

19. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. -3-е изд., стереотипное, испр. перепечатано со 2-го изд. 1972 г. М: ООО «Старс», 2006.

20. Васильцов Э.А., Невелич В.В. Герметические электронасосы. JI: Машиностроение, 1968.

21. Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1974.

22. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник М.: Машиностроение, 1983.

23. Воскресенский В.А., Дьяков В.И. Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка): Справочник. М.: Машиностроение, 1980.

24. Войткуновский Я.И., Фадеев Ю.И., Федяевский К.К. Гидромеханика: Учебник. JL: Судостроение, 1982.

25. Голубев А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981.

26. Голубев А.И. Торцовые уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1974.

27. Госмен А.Д., Пан В.М., Ранчел А.К., Сполдинг Д.Б., Вольфштейн М. Численные методы исследования течений вязкой жидкости. М.: Мир, 1972.

28. ГОСТ Р 6134 99. Насосы динамические. Методы испытаний.

29. Готтер Г. Нагревание и охлаждение электрических машин: Пер. с нем. Под ред. В.В. Мальцева. -М. Л.: Госэнергоиздат, 1961.

30. Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. -Л.: Энергия, 1983.

31. Данилов Ю.А., Новиков Ю.П. Состояние и тенденции развития гидромашин, гидроавтоматики, гидросистем и электрогидравлических следящих приводов стационарных и мобильных объектов. Научно-техн. Сб. Сер. IX. М.: Дом Техники, 1989.

32. Дж. Дейли, Д. Харлеман. Механика жидкости: Пер. с англ. под. ред. О.Ф. Васильева. -М.: Энергия, 1971.

33. Джента Дж. Накопление кинетической энергии. Теория и практика современных махо-вичных систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

34. Динамика гидропривода. Садовский Б.Д., Прокофьев В.Н., Кутузов В.К. и др. Под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1971.

35. Дорфман JI.A. Гидродинамические сопротивления и теплоотдача вращающихся тел. -М.: Гос. Изд-во физико-математической литературы, 1960.

36. Дорфман А.Ш. Теплообмен при обтекании неизотермических тел. М.: Машиностроение, 1982.

37. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М.: Наука, 1986.

38. Дынникова Г.Я. Движение вихрей в двумерных течениях вязкой жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2003. №5, с. 11-19.

39. Евгенев Г.Б. Системология инженерных знаний: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

40. Ежегодный путеводитель по рынку продукции гидро-пневмо-машино- и аппарато-строения. Hydraulic and Pneumatics J. 2001, №1.

41. Ежегодный путеводитель по рынку насосов: области применения-компании-адреса. World Pumps J. 2001, №1.

42. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: Учебник для вузов по специальности «Гидравлические машины и средства автоматики». 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987.

43. Емцев Б.Т., Зуева Е. Ю. Ламинарное течение жидкости между вращающимися цилиндрами. Сб. « Наука и техника на речном транспорте». М.: ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2000, №12, с. 33-39.

44. Емцев Б.Т., Зуева Е.Ю. Задачи экспериментальных исследований течения вязкой жидкости в щелевых каналах с подвижными стенками. Сб. «Наука и техника на речном транспорте». М.: ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2003, №1, с. 36-41.

45. Захаренко С.Е. Экспериментальное исследование протечек через щели. Труды ЛПИ, вып.2, с. 67. J1.: Машгиз, 1953.

46. Зегенда А.П. Гидравлические потери на трение в трубопроводах и каналах. М.: Гос-стройиздат, 1957.

47. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в механике. М.: Мир, 1975.

48. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.

49. Зимницкий В.А. Протечки через зазор между неподвижным и вращающимся цилиндрами. Труды ЛПИ, №297,1968.

50. Зуев Ю.Ю. Анализ комплекса проблем разработки высокоэффективных электронасосов по перекачиванию сжиженных газов для судов речного флота. Сб. «Наука и техника на речном транспорте». М.: ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2001, №1, с. 23-29.

51. Зуев Ю.Ю. Перспективные электронасосные агрегаты для перекачивания сжиженных газов для флота и обслуживающих флот производств. Сб. «Наука и техника на речном транспорте». М.: ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2001, №4, с. 20-25.

52. Зуева Е.Ю. Исследование гидро- и термодинамических процессов течения жидкости в трактах охлаждения и смазки герметичных насосов. Вестник МЭИ, 2007, №2, с. 31-41.

53. Зуева Е.Ю., Панкратов С.Н. Анализ режимов работы и повышение экономичности лопастных насосов в судовых системах. Сб. «Наука и техника на речном транспорте». М. ФГУП ЦБНТИ МТ РФ, 2001, №7, с. 25-31.

54. Зуева Е.Ю., Емцев Б.Т. Расчет двумерного течения вязкой жидкости в кольцевой щели. Сб. «Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Гидравлические машины, гидропривод и гидропневмоавтоматика».-М.: Изд-во МЭИ, 2000, с. 19.

55. Зуева Е.Ю. Исследование термо-и гидродинамических явлений течения вязкой жидкости в трактах охлаждения и смазки герметичных насосов. Юбилейный сб. каф. ГГМ, -М.: Издательство МЭИ. 2006, с. 19-22.

56. Иванова А.А., Козлов В.Г., Чиграков А.В. Динамика жидкости во вращающемся горизонтальном цилиндре // Изв. РАН. МЖГ. 2004. №4, с. 98 -111.

57. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975.

58. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. 3-е изд., - М.: Изд-во МЭИ, 1988.

59. Капинос В.М. Теплопередача дисков газовых турбин с воздушным охлаждением. Труды ХПИ, т. 24, вып. 6,1957.

60. Каринцев И.Б. О турбулентном течении жидкости в кольцевых щелях с учетом потерь давления на входном участке. Сб. «Гидравлические машины», №13,1979, с. 19-24.

61. Каталог продукции концерна РОССИЙСКИЕ НАСОСЫ, 1995.

62. Каталог выпускаемой продукции НПО МОЛДАВГИДРОМАШ, 1996.

63. Каталог выпускаемой продукции фирмы GERMETIC PUMPEN GmBH, 2000.

64. Каулинг Т. Магнитная гидродинамика: Пер. с англ. В.Г. Петрова. М.: Атомиз-дат.1978.

65. Кенио Т., Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами: Пер. с англ. -М.: Энергоатомиздат, 1989.

66. Кожевников Е.И. Исследование гидравлических сопротивлений узких щелей. Труды ВИГМ. -М.: Машгиз, вып. 24,1959, с. 77-92.

67. Коннор Дж., Бреббиа К. Метод конечных элементов в механике жидкости. Пер. с англ. -Л.: Судостроение, 1979.

68. Конт-Белло Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенками. Пер. с франц. О.П. Шаталова / Под. ред. Г.Н. Абрамовича. М.: Мир, 1968.

69. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения. М.: Гос. научно-технич. издательство машиностроительной литературы, 1959.

70. Костерин С.Н., Финатьев Ю.П. К вопросу о структуре турбулентного потока в кольцевом канале при вращении внутреннего цилиндра. ИФЖ, 1963, №10, с. 11-14.

71. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика: Учебник. В 2-х кн. -М.: Физматгиз, 1963.

72. Краев Н.В., Овсянников Б.В., Шапиро А.Г. Гидродинамические радиальные уплотнения высокооборотных насосов. М.: Машиностроение, 1976.

73. Крылов A.JI., Произволова Е.К. Численное изучение течения жидкости между вращающимися цилиндрами. Сб. работ ВЦ М.: МГУ, 1963, №2, с. 174.

74. Кузей, Скотт. Исследование теплоотдачи при турбулентном течении в цилиндрическом кольцевом канале с вращающимся внутренним цилиндром. Теплоотдача, №1,1977.

75. Кулагин А.В., Демидов Ю.С., Прокофьев В.Н., Кондаков JI.A. Основы теории и конструирования объёмных гидропередач. Под. ред. В.П. Прокофьева. М.: Высшая школа, 1968.

76. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Гостехиздат, 1944.

77. Ларина И.Н., Рыков В.А. Динамика неустойчивостей в вязкой ускоренно вращающейся жидкости // Изв. РАН. МЖГ, 2001, №3, с. 52-60.

78. Лекции по теории графов / В.А Емеличев., О.И. Мельников, В.И. Сарванов, Р.И. Тышкевич. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.

79. Лебедев Н.А., Консетов В.В. Течение жидкости через кольцевую щель между втулкой и вращающимся валом при наличии теплообмена. «Хим. и нефт. Машиностр.» 1965, №10, с. 27-30.

80. Леманов В.В., Мисюра С.Я. Измерения в двухмерном турбулентном потоке с помощью автоматизированного термоанемометра // Изв. СО АН СССР. Сибирский физ.-техн. журн., 1991. Вып. 3, с. 112-115.

81. Леонтьев А.И., Кирдяшкин. А.Г. Трение и теплообмен в зазоре между двумя вращающимися коаксиальными цилиндрами. «Инж. Физ. журн.», 1967, т. 13, №6, с. 821— 830.

82. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учебник для ВУЗов. 6-е изд-е, перераб.и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.

83. Марцинковский В.А., Ворона П.Н. Насосы для атомных электростанций. М.: Энер-гоатомиздат, 1987.

84. Марцинковский В.А. Гидродинамика и прочность центробежных насосов. М.: Машиностроение, 1970.

85. Марцинковский В.А. Гидродинамика кольцевых щелей и колебания ротора высоконапорных центробежных насосов // Дис. на соиск. учёной степени канд. техн. наук. -Харьков, 1964.

86. Методы расчета турбулентных течений: Пер. с англ./ Под. ред. В. Кольмана. М.: Мир,1984.

87. Мисюра В.И., Овсянников Б.В., Присняков В.Ф. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986.

88. Михаилов В.В. Уточненная формула для расчета коэффициента гидравлического сопротивления трубопроводов // Изв. РАН. МЖГ, 2001, №4, с. 159-160.

89. Михайлов А.К., Малюшснко В.В. Лопастные насосы М.: Машиностроение, 1977.

90. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности. Часть 1. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1965.

91. Москвитин А.И. Непосредственное охлаждение электрических машин. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

92. Насосы для перекачивания криогенных жидкостей / под ред. Д.А. Бутаева. Сер. Насо-состроение и компрессоростроение. Холодильное машиностроение. Том 4. М.: ВИНИТИ, 1991.

93. Никитин Г.А. О некоторых особенностях течения жидкости через зазоры микронных размеров. Сб. статей «Гидропривод и гидропневмоавтоматика в машиностроении».-М.: Машиностроение, 1966, с. 126-137.

94. Новожилов В.В. О расчете развитого турбулентного течения между двумя соосными вращающимися цилиндрами. «Ин-т пробл. мех. АН СССР Препр.», 1981, №178.

95. Новые наблюдения в экспериментах Тейлора. New observations in the Teylor experiment. Benjamin T. Brooke. «Transit, and Turbulens. Proc. Symp., Univ. Wisc.-Madison, Oct. 13-15,1980». New York e.a., 1981,25-41 (англ.). РЖ «Механика», №4,1983.

96. Новый энциклопедический словарь. М.: Большая Российская энциклопедия, РИПОЛ КЛАССИК, 2002.

97. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

98. Обзор работ по методам расчета гидродинамических сил в щелевых уплотнениях высоконапряженных насосов: Отчет /ЦИАМ; Исполн. Б.И. Геращенко, Л.Д. Муханова. -Инв. №9583 дсп.-Б.М., 1981.

99. Объемные гидравлические приводы / Т.М. Башта и др.; Под ред. Т.М. Башты.- М.: Машиностроение, 1968.

100. Овчинникова С.Н., Юдович В.И. Расчет вторичного стационарного течения между вращающимися цилиндрами. «Прикладная математика и механика», 1968, т. 32, №5, с. 858-868.

101. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 2-х кн. Кн.2. Изд.З-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987.

102. Осипов А.Ф. Объёмные гидравлические машины. М.: Машиностроение, 1966.

103. Основы научных исследований: учеб. для техн. вузов / В.И. Кругов, И.М. Грушко, В.В. Попов и др.; под. ред. В.И. Крутова, В.В. Попова. М.: Высш. шк., 1989.

104. Павельев А.А., Решмин А.И. Переход к турбулентности на начальном участке круглой трубы // Изв. РАН. МЖГ, 2001, №4, с. 113-121.

105. Павельев А.А., Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Федосеев С.Г. О нижнем критическом числе Рейнольдса для течения в круглой трубе // Изв. РАН. МЖГ, 2003, №4, с. 47-55.

106. Павловский В.А. Систематизация экспериментальных данных о сопротивлении для турбулентного течения между вращающимися цилиндрами (течение Куэтта). Доклады АН СССР, 1981, т. 261, №2, с. 305-309.

107. Повх И.Л. Техническая гидромеханика: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1976.

108. Панфилов Е.А., Самсонов Ю.А. Высокоскоростные совмещённые опоры. М.: Машиностроение, 1985.

109. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1984.

110. Петров А.Г., Черепанов Л.В. Точные решения задачи нестационарного течения вяз-копластичной среды в круглой трубе // Изв. РАН. МЖГ, 2003, №2, с. 13-24.

111. Половин Р.В., Демуцкий В.П. Основы магнитной гидродинамики. М.: Энергоатомиздат, 1987.

112. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. М.: Наука, 1982.

113. Прокофьев В.Н., Казмиренко В.Ф. Проектирование и расчет автономных приводов. -М.: Машиностроение, 1978.

114. Прянишков В.А. Электроника: Курс лекций. СПб.: Корона принт., 1998.

115. Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. 4-е изд.: Пер. с нем./ Под ред. В.И. Поликовского. - М.: Машгиз, 1960.

116. Рабинович Е.З. Гидравлика. -М.: Недра, 1979.

117. Расчёт водопроводных сетей / Н.Н. Абрамов, М.М. Поспелова, В.Н. Водопаев и др. -М.: Стройиздат, 1976.

118. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике. В 2-х кн.: Пер. с англ.- М.:Мир, 1986.

119. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. -4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989.

120. Решотко Э. Устойчивость ламинарного пограничного слоя и его переход в турбулентный: Пер. с англ.- Н.Т. Пащенко. Сб. «Механика. Новое в зарубежной литературе. Вихревые движения жидкости». №21, с.11-57. М.: Мир, 1979.

121. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980.

122. Седов Л.И. Механика сплошной среды: Учебник. Том 1. М.: Наука, 1970.

123. Слёзкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Гостехтеориздат, 1955.

124. Соляр С.В. Исследование рабочего процесса и разработка методики расчета основных конструктивных параметров гидрораспределителя с плоским золотником на упругом подвесе //Дис. на соиск. учёной степени канд. техн. наук. М.: 2004.

125. Соляр С.В. Голубев В.И. Применение программы ANSYS для исследования течений жидкости в гидравлических устройствах. Сб. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тез. докл. В 3-х т. М.: Издательство МЭИ. 2003, Т.З, с. 190-191.

126. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./ Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992.

127. Справочник по электрическим машинам: В 2-х т. Т.2 / Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.И. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989.

128. Стаддон П. Бессальниковые насосы для агрессивных веществ. Журнал «Новости насосного рынка», №1 (4). Январь-февраль 2006.

129. Стационарные течения вязкой жидкости между коаксиальными вращающимися цилиндрами после потери устойчивости. В.Я. Шкадов. «Известия АН СССР. Механика жидкости и газа», 1969, №3, с. 81-86.

130. Тамоян Г.С. Магнитодинамические электрические машины и устройства. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

131. Ml.Tapr С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. М. - JI.: Гостехтеориздат, 1951.

132. Темам Р., Томассе Ф. Решение уравнений Навье-Стокса методом конечных элементов: Пер с англ. А.И. Державиной. Сб. «Механика. Новое в зарубежной литературе. Численное решение задач гидромеханики». №14, с. 157-162. М.: Мир, 1977.

133. Технические данные центробежных циркуляционных насосов с уменьшенным проти-вокавитационным резервом, типов SKC.3, SKD.3 и SKC.4, SKD.4. Описание конструкции и условий эксплуатации. Фирма HYDRO-VACUUM, 2002.

134. Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоатомиз-дат, 1990.

135. Тузов JI.B., Фомин Н.Н. Мониторинг технических требований для судов-газоходов. Сб. «К 100-летию начала классификации речных судов». М.: Российский Речной Регистр. 2000, с. 124-132.

136. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. М.: Энергия, 1966.

137. Уайлд Д. Оптимальное проектирование: Пер. с англ. М.: Мир, 1981.

138. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / J1.A. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, JI.A. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986.

139. Устименко Б.П. Змейков В.Н. О гидродинамике потока в кольцевом канале с внутренним вращающимся цилиндром. «Теплофизика высоких температур», 1964, т. 2, №2, с. 240-245.

140. Устименко Б.П. Змейков В.Н. Турбулентная структура кругового потока в кольцевых каналах между вращающимися коаксиальными цилиндрами. «Теплофизика высоких температур», 1967, т. 5, №4, с. 640-646.

141. Устойчивость и бифуркация течения Куэтта в случае узкого зазора между вращающимися цилиндрами / Овчинникова С.Н., Юдович В.И. «Прикладная математика и механика», 1974, т. 38, вып. 6, с. 1025-1030.

142. Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. Пер. с англ. В.В. Коляды под. ред. А.А. Павельева. -М.: Постмаркет, 2001.

143. Физические величины: Справочник /А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина,'A.M. Братков-ский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. -М.: Энергоатомиздат, 1991.

144. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов. -JL: Энергоатомиздат, 1986.

145. Хофманн Д. Техника измерений и обеспечение качества. Справочная книга: Пер. с нем / Под ред. JI. М. Закса, С.С. Кивилиса. М.: Энергоатомиздат, 1983,

146. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2Q01.

147. Чернявский С.А. Подшипники скольжения. -М.: Машгиз, 1963.

148. Чиликин М.Г., Корытин А.В., Прокофьев В.Н. Силовой электропривод. М.: Гос-энергоиздат, 1955.

149. Чугаев P.P. Гидравлика. Техническая механика жидкости. JL: Энергоатомиздат, 1982.

150. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя: Пер. с нем. М.: Наука, 1969.

151. Шнепп В.Б. Инженерный метод расчета дисковых потерь и осевых сил в центробежной ступени компрессора или насоса с учетом негерметичности уплотнений М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1982.

152. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984.

153. Щукин В.К. Теплообмен в кольцевом канале между валами, вращающимися в одинаковом направлении. Изв. Вуз. Авиатехника, №3,1967.

154. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. -М.: Машиностроение, 1970.

155. Capriz G., Chelardoni С., Lombardi G. Numerical study of the stability problem for Cou-etee flow. Phys.-Fluids, 1966, vol. 9, No. 10.

156. Davey A. The growth of Taylor vortices in flow between rotating cylinders. J. Fluid Mech., 1962, vol. 14, pt.3.

157. Darbyshire A.G., Mullin T. Transition to turbulence in constant mass-flux pipe flow // J. Fluid Mech. 1995, vol. 289. p. 83-114.

158. Krueger E.R., Di Prima R.C. The stability of a viscous fluid between rotating cylinders with an axial flow. « J. Fluid Mech.», 1964, vol. 19, p. 4, p. 528-538. Устойчивость течения вязкой жидкости между вращающимися цилиндрами при осевом течении.

159. Poubeau P.G. High speed flywheel operating on «ohne active axis» magnetic bearings, FTS -77, p. 229-240.

160. Poubeau P.G. Flywheel energy storage systems operating on magnetic bearings, FTS 80, p. 55-67.

161. Stuart J.T. On the non-linear mechanics of hydrodynamic stability J. Fluid Mech., 1958, vol. 4, pt. 1.

162. Taylor G. J. Fluid friction between rotating cylinder. Proc. Roy. Soc. London. Ser. A, 1936, vol. 157, No.892, p. 546-564.

163. Jamada J. Resistance of flow through annular with an inner rotating cylinder. Bulletin of JSMG, 1962, vol. 5, No. 18, p. 302-310.

Похожие работы

Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение
05.04.00