автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Исследование и разработка вертикальных дифференциальных растворонасосов с шаровыми клапанами для транспортирования строительных растворов по трубопроводам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ПОЛТАВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НАДОБНО Виталий Борисович

УЯК 693.6.002.5

ИССЛЕДОВАНИЕ К РАЗРАБОТКА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РАСТЕСРОНАСОССВ С ЕАРОБЬКН КШШШОС ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СШШЕЛЬНКХ РАСТВОРОВ ПО ТРУБОПРОВОДАМ

05.05.0^- Машины и агрегаты производства строительных материалов, конструкций и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

ТВ од

1 а " А

Полтава - 1995

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Полтавском технической университете на кафедре строительных машин и оборудования.

Научный руководитель - доктор технических наук, академик,

профессор Онищенко А.Г.

Официальные оппоненты: 1) доктор технических наук, профессор

Емельянова H.A.; 2) кандидат технических наук Шахов А.Н.

Ведущая организация - АПКТИ "Киевский пректстра¿механизация" корпорации "Укрстрой" (г.Киев). ■

Залита диссертации состоится 20 декабря 1995 г. в'14.30 на заседании специализированного совета 25.01.01 в Полтавском техническом университете по адресу:

314601, г.Полтава, Первомайский проспект, 24, зал заседании, (ауд. 234).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан _ 1995 г.

Учёный секретарь специализированного совета /■ /

кандидат технических наук Н.П.Нестеренко

ОГУлАЯ XAPAKTEPimna РАБОТЫ

Актуальность работи. При выполнении штукатурных работ с использованием сложной традиционной технологии раствор подается на этажи строящегося здания б специальную ёмкость, из которой ое Еручную послойно наносится на оштукатуриваемую поверхность. Уже многие года» для подачи раствора по трубопроводам к рабочему месту штукатуров используются растворонасосы. Однако, неблагоприятные условия для комплексной механизации операций традиционного процесса оштукатуривания, несовершенство конструкторских разработок средств механизации на протяжении ряда последних лет практически приостановили здесь рост производительности труда.

Современная технология предусматривает механизированное на-яесение штукатурных растворов на обрабатываемые поверхности при зомощи воздушной форсунки или сопла. В этом случае функции раст-воронасосов существенно расширяются, что влечёт за собой измене-зие предъявляемых к ним требований. Сфера использования растворо-засосов на строительной площадке может быть значительно расширена 1утем использования их для подачи по трубопроводам лёстких це-¿ентно-песчаных растворов при выполнении наливных стяжек полов, шя замоноличивания стыков между железобетонными конструкциями и г.п. При помощи малоимпульсных растворонасосов в некоторых строи-'ельных организациях производят побелку потолков и стен. От одно-'о такого насоса могут работать несколько форсунок, что сушест->енно повышает производительность труда на этой операции.

Ло данным ЦНИИОМТП, в строительных организациях стран СНГ [рименяется более 150 различных конструкций растворонасосов. Од-;ако, пока они строителей полностью не удовлетворяют, что сдерхи-,ает широкое распространение механизированных технологий' оитука-

туриваяия. Поэтому вопрос создания и внедрения растворонасоса с высокими аксплуатациокными показателями является весьма актуальный.

В этой связи, цель» иастшвюй работы является проведение исследований, направленных на обоснование эффективности конструктивных решений при создании перспективного насоса для транспортирования по трубопроводам малоподвижных строительных растворов и их механизированного нанесения на обрабатываемые поверхности, а также выбор оптимальных значений конструктивных параметров и внедрение в строительное производство разработанной на этой основе конструкции растворонасоса.

Дня достижения поставленной дели ряиишгсь следущме аадачн:

- анализ материалов литературных источниюэе и.опыта практического использования в технологической практике существующих растворонасосов и систематизация за этой основе требований, предъявляеадх « зим;

- выявление лричин неэффективности работы сузцествувдих жпнс-трукций^насосов;

- обоснование выбора конструктивной схемы ж создание экспериментального образца перспективного растворонасоса-,

- аналитические исследования влияния конструктивных параметров предложенного насоса на эффективность его работы;

- обоснование выбора наиболее рациональных значений конструктивных параметров рассматриваемого растворонасоса на основании данных экспериментальных исследовании;

- обоснование области применения предложенного растворонасоса;

- разработка надёжных методов регулирования згодачилшсоса на • основе данных энаиггкзеского и экспериментального исследований;

- обоснование методики его инженерного расчёта, выработка рекомендаций по конструированию и получение эмпирических эксплуатационных характеристик;

- создание промышленной конструкции раствсронасоса;

- технико-экономическзя сценка и апробация результатов исследований в производственных условиях.

Научная яапкзна работа заключается з следующем:

- предложена классификация существующих растворонасссоЕ;

- систематизированы требования, предъявляемые к раствсрона-сосам современными механизированными технологиями строительных процессов;

- обоснована эффективность применения вертикальной дифференциальной схемы для конструкция перспективного раствсронасоса;

- экспериментально и аналитически установлены зависимости влияния основных конструктивных параметров вертикального дифференциального растзсрснассса. на эффективность его работы;

- определены наиболее рациональные значения основных конструктивных параметров растворопасоса, обеспечивавшие необходимую технологическую эффективность- при использовании его в строительных процессах;

- экспоркувиталано и аналитически обоснованы области применения методов регулирования подачи насоса путём изменения частота и длины хода его' рабочего органа;

- экспериментально изучены эксплуатационные характеристика растворопасоса.

Перечисленные научные положения вцпгжятся на зддгу.

Практическая цэаность работа закдочавтся з том, что предложена научно обоснованная методика инженерного расчёта и раасгйо-тана конструкция вертикального дифференциального растворанассса.

обладающего рядом существенных преимуществ перед существующим: насосами, что позволяет с наибольшей эффективностью использоват: его в современных механизированных технологических процесса .строительного производства.

Реализация результатов работы. Разработана конструкторски документация на изготовление вертикального дифференциальное растворонасоса. По результатам проведенных приёмочных испытани насос был рекомендован к серийному производству с присвоение! высшей категории качества. Техническая документация на изготовление этих растворонасосов передана ряду предприятий и строительны: организаций на территории СНГ. Серийное их производство налажен на Винницком ЗРМЗ "Ремстройдормаш". С 1983 года здесь выпущен 390 таких насосов.' Опытно-промышленные партии разработанных растворонасосов изготовили: Прилуцкий завод "Стрсймаш" - б шт. Сумское ПО "Насосэнергомаы" - 21- шт., Полтавский ЭМЗ - 4 шт. Все го за период с 1983 по'1995 г. предприятиями и строительными ор ганизациями, расположенными на территории бывшего СССР, изготов ■ лено 435 таких насосов. В 1994 году неисключительная лицензия н их производство продана Полтавскому МП "Строймеханизация".

Апробация работы. Основные положения работы доложены на Рес йубликанской научно-технической конференции "Повышение эффектив ности сельскохозяйственного строительства на основе механизаци трудоёмких работ и сокращения затрат ручного труда" (Полтава 1985 г.), Областной научно-технической конференции "Интенсифика ция строительного производства" (Полтава, 1989 г.), Всесоюзно конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии строительном материаловедении" (Белгород, 1989 г.), Республикэяс кой научно-технической конференции "Совершенствование железобе тонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций , и и

внедрение в строительную практику" (Полтава, 1990 г.), ежегодных каучко-технйч9Сккх конференциях Полтавского инженерно-строительного института (1988 - 1995 г.г.).

Публикации. По теме диссертации, опубликовано 10 работ, в том числе авторское свидетельство на изобретение, свидетельство нз промьдздеь:-:ый образец и решение о вьщзче патента Росииской Федерации.

Структура и авъёк работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав. общих выводов и рекомендации, списка использованных ратурных источников из 161 наименования, содержит 112 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 8 таблиц и 10 приложений на 121 странице.

СО ДЕРЖАКЕ РАБОТЫ

Во введении обосновала актуалькость теш исследования, сформулированы ■ цель диссертации и решаемые для ее достижения задачи, отмечены новизна еыносшкх на га^зггу научных положений и практическая ценность работы, представлены результаты внедрения.

В главе 1 "Состояния вопроса и задачи исследования" проведен анализ работ и накопленного практического опыта в области конструирования к исследования рабочего процесса растворонасосов к .< использования их 'на строительных объектах, обосновано значительное повышение их роли в современных технологических процессах страггельной плошэдки. Отмечена, что в развитие теории подачи растворов по трубопроводам свой вклад внесли ряд ученых: Н.К.Але-шм, В.М.Еладимпроз, С.С.Добронравов, Е.Я.Дсронькнн, Е.Н.Евсткфе- - -ев, К.Н-.Зэзражин, Г.Е.Кгянский, Н.С.Канюка, А.Г.Ониценкс,

Е.П.ПарфеноЕ, Е.С.Стайченко, Е.У.УстьякцеЕ, Ю.£.Чирков, С.Т.Янов к др., а также коллективы институтов: ЕНИИСМЙ (г.Москва) и его минского филиала, ЦНИИОМТП (г.Москва), Укроргтехстроя (г.Киев), СПТБ "Мехстрой" (г.Киев), Полтавского технического университета.

Строительные растворы, как среда для транспортирования по трубопроводам, обладают рядом особенностей, сильно осложняющих работу насосов, которые обязательно должны учитываться как при проектировании раствсрокасосоЕ и растворопроводов, так и е процессе их эксплуатации. Это их низкая подвижность, оказание повышенного гидравлического сопротивления движению по трубопроводам, содержание большого количества абразивных частиц б виде леска лли цемента, наличие сравнительно крупных твердых включений, повышенная склонность к расслаиванию с выпадением крупных фракций песка и налипанию в так. называемых "мёртЕых зонах", способность загустевать и затвердевать при длительных перерывах в работе, коррозионная активность

Проведенные автором в период с 1981 года натурные обследования применяемого оборудования для транспортирования растЕоров по трубам на строительных площадках, опыт авторского надзора за изготовлением раствсронэсосов и изучение опыта их производства, исследования, проведенные по литературным источникам, показали, что выполнение штукатурных работ по современной технологии и другие операций, связанных с подачей строительных растворов по трубопроводам, а также необходимость обеспечения безопасных условий труда рабочих предъявляют к растворонасосам ряд требований, которые з систематизированном виде представлены на рис.1.

- По принципиальному различию в конструкции существующие раст-воронасосы разделены наш на 6 групп: поршневые, винтовые, шланговые, перистальтические, ретерно-поршневые и гпдроимпульсные.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ"К СОВРЕМЕННЫМ РАСТЕСгеНАСССАМ !

ЯиииЛЬоОаЗлЛЯ 3 ^ККи^иСх, Ичгги^М аи^чсССЗ |

!Высокая всасывающая способность

Высоксе развиваемое давление

Малая ам-

пульсность

подави

-II

!Устойчивая ¡работа на |малопод-!вижнкх !растворах

Наличие | оегулирования! подачи !

Безаварийность рабе

Прочность конструкции

Антикор-розионная

стойкость деталей и узлов насоскои части

Отсутствие конструктивных условий для образования песчаных пробок

Наличие защитных устройств от перегрузок

Экономичность

I-

Высоки к. л. д.

Износостойкость

Щ1ЛИНДРО-

псршневой пары, уплотнитель ных устройств и клапанов

¡Надежность';! I привода

1 Невысокая »стоимость

низкая материалоемкость

Эксплуатационные требования

Ремонтопригодность

Удобство Обслуживания

Безопасность обслуживания.;

Наличие

П5р5ПуСКНСГ1

устройства

|Уиерен-|ный шум при

]работе

¡Компакт-| I ность л

Требования, предъявляемые изготовителем

]Простота 1 кскст-!рукции

П02Ы2еННоиТ уровень ушфжации и стандартизации

Т

Еысс-кий уровень сбср-Зности

Технологичность. кзг~-тсвления деталей и узлов

Необходимость исполь зования при

. изготовлении | минимума ! д-фицктнкх

' комплектующих и материалов

Рио.1. Требования, предъявляете к растЕоронасосем

- а -

Для поршневых насосов, которые наиболее распространены на строительны;? площадках, выполнена (рис.2) более подробная классификация.

Наиболее удовлетворяющим комплексу перечисленных требований следует считать 'вертикальный растворонасос с дифференциальным проточным поршнем, двумя, шаровыми клапанами и устройством плавного регулирования подачи за счет изменения эксцентриситета кривошипа, принципиальная схема (рис.3) которого при участии автора разработана в Полтавском техническом университете. .

Отличительными чертами этого насоса являются вертикальное ' расположение насосной колонки, наличие дифференциального рабочего органа, у которого отношение плсаддей поперечных сечений проточ-. ного поршня со встроенным клапаном и штока равно 2:1, уменьшенный объем вредного пространства всасывающей камеры, возможность простой конструктивной реализации устройства регулирования подачи путём плавного изменения эксцентриситета кривошипа, сниженные в два раза по отношении к однопоршневым растворонасосам импульсность подачи и нагрузка на рабочий орган, уменьшенные внутренние гидравлические потери.

Специфика устройства предложенного насоса не позволяет при разработке его конструкции непосредственно Использовать накопленный в области растворонасосостроения материал. Поэтому подтверждение перспективности данной дифференциальной схемы, создание ■ конструкции насоса и оптимизация его конструктивных парамэтроь возможны только на базе соответствующих исследований, что и обусловлю постановку указанной выше цеди этой работы.

|По способу ¡1 Еог действия _ ¡1 вытескителеп ¡¡на перекачи-й Еземьа* раствор

По устройств у

вытеснителя

ПО КОЛ-гУ ¡вытеснителей

По платности

действия

вытеснителей

По виду привода вытеснителей

¡^¿с калравле-

I КИЕ ДЕ12КеКИЯ

¡раствора в раб. камере

иПо расположению оси и вытестгтелей

¡¡По количест- : Сву клапанов |

¡.По виду •кладзнсв

|Непосред-

ственное

X

Черев промежуточную' жидкость с разделителем сред в виде:

Комбинированное

¡¡плоской 1 |дкафрагмы|

цклиндричес- ! рсвободно плзва-кой диафрагмы| ¡¡шей перегородки;

Поршень;! |Пгунжер| ¡Комбинированный 111 Д >' | рабочий орган

8 Один

¡Одностороннего действия

Дифференциальные\

¡Механический

Гидравлияескийс

г Кр;-зош;1пно-шатунный |

¡Кулачковый 1Комбннкро-I ванный

и 1 ^Прямоточные

Шротивоточные

Горизонтальные

Два| ¡Три!

Четыре л

¡Вертикальные! |С изменяемым I " ¡расположени- | ¡ем оси движения! (вытеснителей |

|Шаровые| 1!Тарельчатые| |Ножевые| ||'Створчатые!

¡физиипу

¡¡действия |клапанев

рСвобсдЕодействущке| ¡Подпружиненные? ¡¡ПряЕуди-¡¡с ограничением | 11 1 * Етельког(

ц высоты подъема Б

¡¡ГТг.тплгттт*-I

действия!

Рис.2. Классификация поршневых растЕоронзсоссв

Глава 2 "Разработка экспериментального образна растворонасо-са к теоретическое обоснование его конотруктивнкх параметрах-"

пссьящена созданию конструкции вертикального дифференциального растьорокасоса.

Приведено описание устройства насоса, разработанного на основании представленной на рис.3 принципиальной схемы. Обосновано решение с конструировании экспериментального образца растворона-соса с диапазоном регулирования подачи О...3.5 м3/ч, развивающего

Рис.2. Принципиальная схема вертикального дифференци-. ального растьоронасоса давление при производительности не менее 2.4 м3/ч до 4 МПа со штатным двигателем и до 6 МПа с двигателем повышенной мощности.

На основании существующего теоретического материала и практического опыта разработана инженерная методика расчёта и конструирования предложенного растворонасоса. Приведен расчёт его основных конструктивных параметров и очерчен круг вопросов, подлежащих исследованию.

Так, анализ имеющихся теоретических данных позволяет сделать

вывод о том, что с улучшением условий для. работы клапанов и уменьшением вредного объема всасывающей камеры область оптимальных частот движения рабочего органа должка вмещаться з сторону повышения их значений. Однако, имеющегося материала недостаточно для количественной оценки величины этого смещения. Поэтому при выборе передаточных отношений ременной и зубчатой передач руководствовались необходимостью получения минимально возможной с точки зрения импульсностн подачи частоты движения дифференциального рабочего органа.

выбор оптимальных значений основных конструктивных параметров клапанов (масса Ми, радиус !?ш и высота Н подъёма шарика, а также радиус- Нг отверстия его гнезда) представляет собой наиболее ответственную задачу при создании насоса. Анализ литературных источников показал,- что величина оптимальных значений этих параметров зависит от условий работы клапанных узлов. Вследствие этого наработанные для существующих насосов данные не могут быть перенесены на рассматриваемый растворонасоо, так как условия работы его клапанов отличаются от других. В связи с этим размеры клапанов опытного образца насоса до проведения исследований приняты конструктивно.

В конструкцию опытного образца также заложена возможность регулирования его подачи двумя способами: изменением длины хода рабочего органа или частоты его движения.

На основании кинематической схемы узла регулирования длины хода рабочего органа определена зависимость подачи (4 от угла ф взаимной установки эксцентриковых вала и втугчи, которая является теоретической регулировочной характеристикой растворонасс-са:-

„ Г 1В0° - <Р \ . ,

О, - 13'Я-0*-П-51П -1, УГ/Ч, Г!)

2 ;

где 0 - диаметр поршня, мм; п - частота его движения, ыяя .

Конструктивные параметры клапанных узлсвг частота движения и. длина хода рабочего органа оказывают непосредственное влияние на способность растворонасоса устойчиво, с малой импульсностьв работать на жёстких растворах, а их неоптимальные значения ведут к снижению объемного и гидравлического к.п.д. насоса, которые, следовательно, могут считаться критериями эффективности принятых конструктивных решений.

Но так как объёмный к.п.д. учитывает гидравлическое- сопротивление всасывающего клапанного узла, а влияние остальных исследуемых параметров более значительно на.объемные, чем на гидравлические потери, считаем возможным в качестве критерия эффективности принятых конструктивных решений использовать только объёмный к.п.д.

Проведенные нами поисковые аналитические и экспериментальные исследования показали, что, в отношении к рассматриваемому раст-воронасосу, из всего многообразия факторов,- оказывающих влияние на изменение объемных потерь, решающую роль играют только три. .Это уменьшение подачи, вызванное несвоевременным закрытием клапанов, наличием "мертвого" подклапанного пространства и выделением - воздуха во всасывающей камере.

Аналитическим путём установлено, что даже без учета первого из указанных факторов в диапазоне от 30 да 100 X. длины хода рабо-чего.органа объёмный к.п.д. предложенного дифференциального растворонасоса на 4...15 X больше соответствующего показателя серийно выпускаемого однопоршневого насоса.

Зависимость степени влияния перечисленных факторов на объемный к.ц.д. растворонасоса от величины значений конструктивных параметров всасывающего клапана носит противоречивый характер. В результате проведенного аналитического исследования установлено

(.рис.4), что изменение величины значения каждого из параметров клапана снижает степень воздействия одних факторов и повышает -других. Такой характер влияния на составляющие объемного к.п.д. однозначно указывает на наличие оптимальных значений для каждсгг-из конструктивных параметров при конкретных условиях работы клапана.

Основывзясь на том, что вое конструктивные параметры кяапа-

1=110.4. Способы повышения объемного к.п.д. растЕоронасс-са и обеспечения бегударной работы его клапанов (Р - площадь боковой проходной поверхности открытого клапана)

на, кроме массы шарика, являются его геометрическими характеристиками, нами установлено существование между ними следующей взаимосвязи:

Нг + 2-Н-/ Ro2 - RrZ F - rt-Rr~--:- , MM-, (2)

. /н2- + 2-Н-/ Rm2 - Rr2 + Ra2 ' ■ где F - ттягицядк боковой проходной поверхности открытого клапана. Анализ с использованием ППЭВМ полученной зависимости показывает, что площадь боковой проходной поверхности открытого шарового клапана практически прямо пропорционально увеличивается с ростом высоты подъема парика над гнездом. Величина F при любой.высоте подъема шарика заметно зависит от соотношения Rr/Ra. При Rm -- const с увеличением этого отношения поверхность F сначала существенно возрастает, достигает максимума и затем уменьшается. При Rr - const площадь Соковой проходной поверхности практически обратно пропорциональна отношению К-у^ш-

При малых значениях H площадь боковой проходной поверхности F существенно меньше пдошдди отверстия гнезда клапана -Fr, а сле-, довательно, .гидравлическое сопротивление боковой проходной поверхности клапана будет значительно выше сопротивления его гнезда. В то же время, изменение величины отверстия в гнезде при неизменном. размере шарика обуславливает незначительное изменение плоаЬди F и существенное изменение шхошдди Fr.

Совместный анализ зависимости (2) и представленной на рис.4 взаимосвязи между значениями конструктивных параметров клапана и составляющими объёмного к.п.д. растзоронасоса позволяет сделать вывод о характере взаимодействия параметров клапана .в условиях оптимального режима работы. Так, увеличение высоты подъёма шарика сверх оптимального значения потребует увеличения его масса или

уменьшения диаметра гнезда. Уменьшение массы (при- неизменном диаметре) шарика должно быть скомпенсировано уменьшением высоты • его подъёма или уменьшением диаметра гнезда. Понижение подвижности' раствора сдвинет оптимальные значения параметров в сторону увеличения массы, уменьшения высоты подъёма шарика или уменьшения диаметра гнезда. Влияние изменения массы шарика за счет изменения его диаметра представляет собой более сложный процесс и в дальнейшем определено экспериментально..

Таким образом, аналитическая проработка вопросоз, возникавших з процессе конструирования экспериментального образца раство-ронасоса, позволила обосновать круг задач для экспериментальных исследований.

3 главе 3 "Зксперяменталаиве жслгдоваигя влияния конструктивных параметров разрабатываемого растзоропассса на зффеятив-ноет» его работы" изложена методика и приведены основные результаты экспериментальных исследований опытного образна вертикального дифференциального растворонасоса.

Цельи дачных экспериментальных исследований является: прс-аерка выдвинутых в процессе аналитического исследования гипотез, обоснование выбора наиболее рациональных значений основных конс-

•3

труктлвнък параметров разрабатываемого растгоронасоса, обоснование области применения методов регулирования подачи путём изменения длины и частоты ходов рабочего органа, а тагсле получение эксплуатационных регулировочных характеристик исследуемого нассса.

фи дйсконаая указанной выше цели реаагтеь следующие задачи: - определены вид экЕперкмейтоз (лабораторные эксперименты) и область варьирования значений исследуемых параметров, подготовлен экспериментальный образец ргствсронасоса для исследсзанлй, создаг

ка экспериментальная установка, выбраны средства измерений, определены методика и условия постановки опытов.•

Экспериментальная установка включает в себя бункер для раствора с ленточным смесителем, исследуемый растворонасос, нагрузочное устройство, представляющее собой свёрнутый в .бухту радиусом не менее Z и резино-тканевый рукав длиной 20 м и- условным проходом 50 мм, и мерную емкость, оттарированную на объем 60 л. Давление нагнетания контролируется при помощи штатного манометра.

Для проведения исследований используем наиболее часто перекачиваемый рзстворокасосами штукатурный известково-песчаный раствор состава 1:3 с крупностью фракций заполнителя до 5 мм. Подвижность его определяем при помощи стандартного конуса СтройЦКШ1.

Разработанная методика постановки опытов позволила решить ряд проблем, • возникших перед экспериментатором, и обеспечила повышенную точность результатов.

Предварительная обработка,результатов измерений, позволяющая корректно применять статистические методы для получения эмпирических зависимостей,'заключается в оценке с требуемой надёжностью погрешности эксперимента, определении необходимого числа повторений опытов, отсеивании грубых погрешностей измерения, проверке соответствия распределения результатов измерения закону.нормального распределения.

Проведенные поисковые эксперименты подтвердили выдвинутую гипотезу о том, что область оптимальных частот движения рабочего органа растворонасоса лежит ниже частоты, минимально допустимой с точки зрения приемлемой импульсности подачи. .Поэтому вначале проводились экспериментальные исследования, позволяющие установить характер влияния на величину объемного к. п.д. растворонасоса таких его юэнструктлвных параметров, как диаметр шарика Бщ всасывг-

- 17 - .

гащего клапана, высота Н его подъёма и. величина К - Вг/СЬ-

Реализация; при помощи ППЭВМ линейного трёхфакторнсго плана проведения эксперимента- при движении по градиент/ для- отыскания части поверхности отклика, близкой к экстремуму, и трёхуравневого двухфакторного плана в этой области позволила не только определить экстремальное значение, но и-получить полином второго порядка, описывавший функцию отклика в области,. ограниченной интервалами варьирования исследуемых факторов:

Т)а - 40.77 + 0.6163-Н 132.1-К -

- О.00868-Н2 - 97.2-К2 - 1.75-Н-К, X . (3)

Использование двухфакторного трёхуравневого плана проведения экспериментов для исследования- вопроса влияния на объёмный к.я.д. растворонасоса частоты движения его рабочего органа при различной подвижности перекачиваемого раствора позволило выявить следующую закономерность:

Но -—175.9 + 44.34-ОК - 0.2698-П-- 1.815-0^- 0.0003985-0.02596-ОК-П, X . (4) Апроксимация полученных данных при определении влияния длины хода рабочего органа растворонасоса на его объёмный к.п.д. выполнена с использованием метода наименьших квадратов полиномом второй степени:

Чо - -0.0222^-[2-+ 2.993*Ь- - 20.56_ X . (5)

Полученные зависимости в графическом, виде представлены, соответственно, на рис.5, а, С и.

8 процессе исследования влияния на объёмный к.п. д. растворонасоса размера и массы парика всасывающего клапана в качестве фиксированных приняты следующие параметры: Н - 10 ш, 0К - 10 см, п - 126 мин"1, 1-72 мм. Для каждого из шариков варьировались диаметры гнёзд. При этом определялось значение К, соответствующее

7о,7о ао

2>ОКН2ьм

72 L.mm

Рис.5. Графики зависимости объемного к.п.д. растворона-соса от:

а - высоты подъёма Н шарика и отношения К диаметров гнезда и шарика всасывающего клапана (¡па-

рик стальной, Dm - 60 мм, п - 126 мин

-1

ок

- 1Q СМ); '

б - частоты п движения рабочего органа и подвижности ОК перекачиваемого раствора (шарик стальной, Dm - 60 ММ, H - 10 мм, К - 0.6); ' в - длины хода L рабочего органа (шарик стальной, Од - 60 мм, H - 10 мм, К - 0.6, ОК - 10 см, п - 129 мин-1)

максимальному объёмному к.п.д. Результаты данных серий экспериментов отражены в табл.1.

Таблица 1

Результаты определения максимальных значений объёмного, к.п.д. раотворонаооса для париков всасывающего клапана с различной массой

Иль мм Мш, кг К.П.Д.об тах> X К

40 0.26 61 0.9

50 • 0.51 74 0.7

• ' 60 0.28 59 0.4

60 0.55 73 0.5

60 0.89 80 0.6

Анализ экспериментальных данных доказал:

1) при исследовании предложенной конструкции вертикального дифференциального растворонасоса с использованием известково-пес-чаного раствора подвижностью 10 см наибольшее значение объёмного к.п.д. получено при частоте движения рабочего органа 126 мин-1 и следующих значениях конструктивных параметров всасывающего клапанного узла: гнездо 036 мм, стальной педик 060 мм с максимальной высотой подъема 10 мм;

2) при увеличении высоты подъёма или уменьшении массы шарика при неизменном его диаметре оптимальная зона, как и предполагалось, смещается е сторону уменьшения размера гнезда;

3) близкой к оптимальной для данных условий работы является масса всасывающего клапана,, которую имеет стальной шарик- 060 мм;

4) при одинаковой массе лучшие показатели обеспечивают шарики меньшего диаметра;

5) в исследованном диапазоне объёмный к. п.д. зависит практи-■шски обратно пропорционально от изменения скорости движения ра-5очего органа;

• --го- -.

6) объёмный, к.п.д. растворонасоса значительно зависит от гтодеилности раствора и длины хода рабочего органа;

.7) в диапазонах увеличения скорости движения рабочего органа на 40 7. и уменьшения длины его хода на 36 X объёмный к.п.д. растворонасоса уменьшается практически одинаково.

На основании полученных экспериментальных материалов установлены эксплуатационные характеристики растворонасоса (рис.6): зависимость производительности от частоты движения рабочего органа и подеижности перекачиваемого раствора и от угла установки регулирующего подачу механизма.

ронасоса от:'

а - угла 9 взаимного расположения эксцентриковых вала и втулки регулирующего подачу механизма (шарик стальной, ЕЬ - 60 мм, Н - 10 мм, К - 0.6, . ОК - 10 см, п - 126 мин-1); б - частоты п движения рабочего органа и подвижности 0К перекачиваемого раствора (шарик стальной, Дг - 60 мм. Н - 10 мм, К - 0.6, <Р - 0°)

В главе 4 "Результаты работы я внедрение растяоронасссов"

отражены практическое использование полученных данных и результаты их проверки в условиях строительной площадки.

Уточнение и дополнение материалами исследований разработанной автором методики конструирования экспериментального образца позволило получить научно обоснованную методику инженерного расчёта вертикального дифференциального раствсронасоса, которая легла в основу рабочей документации на базовую модель насоса, получившего название РН-2:4, и ряд его модификаций.

Параллельно с представленными здесь исследованиями проводились работы по доводке технического решения вертикального дифференциального растворонасоса до конкурентоспособного уровня и подготовке производства на ряде предприятий к серийному их выпуску. При этом особое внимание уделялось повышению надёжности и срока службы как отдельных узлов и деталей, так и насоса в целом, улучшению экономических, . эксплуатационных, технологических и эргономических показателей. В результате всего комплекса мероприятий удалось получить эффективную конструкцию, имеющую, в то же Еремя, относительно невысокую стоимость.

Следствием повышенного интереса к новой разработке явилось

заключение договоров на передачу технической документации и не-

«

посредственное сотрудничество с заводами-изготовителями, что способствовало широкому внедрения этих растворонасосоз.

Процесс работы над усовершенствованием конструкции сопровождался проведением многочисленных испытаний опытных образцов, результаты которых свидетельствуют, что разработлиный вертикальный дифференциальный раствсрснасос отвечает большинству требовании, предъявляемых к данному классу машин современными технологиями строительного производства. Особо следует подчеркнуть, что насос

- гг -

обеспечивает "сухое" всасывание растворов подвижностью до 7 см и устойчиво работает на этих растворах. За всю практику испытаний не зарегистрировано случаев как зависания клапанов, так и образования песчаных "пробок" в полостях насосной камеры, а число случаев забивания растворопроводов заметно ниже, чем у других насосов. •

Низкая импульсность и стабильность подачи- растворов пониженной подвижности, наличие регулирования производительности позволили повысить выработку, снизить потери раствора, повысить качество штукатурного слоя.

В процессе испытаний данного растворонасоса достигалось давление 8 МПа. При этом раствор подвижностью 10 см подается по горизонтали на расстояние 300 м при давлении 5.4 МПа. Проводившие испытания комиссии отмечали, что данный насос является самым лёгким и компактным среди аналогов и отвечает требованиям санитарных норм по производимому при работе шуму.

Испытания на строительных площадках подтвердили ■ значения всех расчетных параметров технической характеристики растворонасоса, в том числе его повышенный объёмный к.п.д.

По результатам приёмочных испытаний вертикальный дифференциальный растворонасос был рекомендован для постановки на серийное производство с присвоением высшей категории качества.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Путём анализа и обобщения литературно-теоретических данных и опыта практического использования в технологических процессах существующих растворонасосов выявлены причины их неудовлетворительной работы и предложена их классификация.

2. В основу .исследований была положена схема вертикального шсоса с дифференциальным рабочим органом, одной парой клапанов к >егулируемым кривошипом (а.с. N 1346850), на базе которой предло-(ено и практически отработано техническое решение растворонасоса, юслужившее основой для разработки конструкторской документации и сготовлен!!-: экспериментального образца.

3. Проведены исследования, направленные на создание и введение перспективного растворонасоса для транспортирования по тру-опроводам малоподвижных строительных растворов и их механизиро-анного нанесения на обрабатываемые поверхности, обладающего по-ьшенной технологической эффективностью.

4. Получена зависимость площади боковой проходной поверхнос-и открытого шарового клапана от его геометрических параметров.

5. Предложена методика проведения экспериментальных исследо-аний, обеспечивающая повышенную точность результатов. Рззработа-а программная поддержка её на ППЭВМ.

6. Установлена эмпирическая зависимость объёмного к.п.д. ;следуемого растворонасоса от"высоты подъёма шарика всасывающего хапана и относительного диаметра его гнезда.

7. Экспериментально исследован характер влияния на объёмный п. д. насоса массы и размера шарика всасывающего клапана при пличных величинах относительного диаметра его гнезда.

8. Установлена эмпирическая зависимость объёмного к.п.д. створонасоса от частоты движения его рабочего органа при раз-чных подвижностях перекачиваемого раствора.

9. Установлена эмпирическая зависимость объёмного к.п.д. следуемого насоса от изменения длины хода его рабочего органа.

10. На основании данных исследований определены наиболее развальные значения основных конструктивных параметров разрабаты-

ваемого вертикального дифференциального растворонасоса, обеспечивающие необходимую технологическую эффективность при использова-;, нии его е строительных процессах. Критерием при этом было обеспе-' чение максимальной величины объёмного к.п.д. при перекачивании известково-песчаного раствора состава 1:3 подвижностью 10 см.

11. Экспериментально и аналитически обоснованы области применения методов регулирования подачи насоса путём изменения частоты движения и длины хода его рабочего органа. Первый метод рациональна испольеоЕать при необходимости оперативного увеличения производительности растворонасоса в экономически обоснованных пределах, а второй - при выполнении механизированного нанесения штукатурного слоя на обрабатываемые поверхности.

12. Предложена научно обоснованная методика инженерного расчета вертикального дифференциального растворонасоса и выработаны рекомендации по его конструированию. На основании этого разработана техническая документация на базовую модель РН-2.-4 и ряд ее модификаций.

13. Экспериментально установлены эксплуатационные характеристики растворонасоса, позволяющие определить его подачу в зависимости от подвижности перекачиваемого раствора, частоты движения рабочего органа и длины его хода.

14. Испытания ка строительных объекта/: подтвердили, что сог-3=нны"й раствороназэе может быть эффективно использован при производстве штукатурных работ методом сояловаккя, заливке стяжек под полы, замоноличивании стыков железобетонных конструкций. Он позволяет перекачивать извесгково- и цементно-песчаные строительные растворы подвижностью до 7 см включительно и способен обслужить современное Еысотное строительство. Работа на стройплощадках подтвердила его высокую всасывающую способность, повышенный объ-

ёмный к.п.д., малоимпульсность и регулируемость подачи, зысоксе развиваемое давление, исключение условии для зависания клапанов и образования песчаных "пробок" в полостях насосной камеры, компактность и низкую материалоёмкость, снижение внутренних гидравлических потерь.

15. Осуществлена постановка растзоронасоса на серийное производство. За период с 1Q83 г. по 1395 г. их выпущено 435 шт.

16. Экономический эффект от внедрения одного насоса, рассчитанный в ценах 1991 года, составляет 2948 руб/год. Приведенные затраты на его изготовление снижены на 61 %. Растворонасос обеспечивает экономию электроэнергии на 46 Z, смазочных материалов на 44 Z, металла - 329 кг/год. Затраты на капитальный ремонт снижены на 61 X. На строительном объекте ПМК-64 Полтавского Облагрострся во время проведения испытаний раствсронасоса РН-2:4 была достигнута выработка на одного члена бригады 28 м2 оштукатуренной поверхности в смену, что в 2...2,5 раза выше, чем при ручном проведении штукатурных работ.

Основное содержание диссертации опубжксшлко в следующих, работах:

1. Малоимпульсные дифференциальные раствсронасосы / Устьян-цевВ.У., Онищенко А.Г., Виноходов И.Я., Вовченко В.П., Надоб-ко В.В. // Механизация строительства. -1990. -N7. -С.5-6.

2. Онищенко А.Г., Надобко В.В. Обоснование технической и экономической целесообразности широкого внедрения дифференциальных растворснасосов // Снижение материалоёмкости и трудовых затрат в строительстве: Сб. научн. трудов. -К.: УМК ВО, 1991. -С.24-32.

3. Онищенко Д.Г., Надобко В.В., Шпилька H.H. Влияние основ-

них конструктивных параметров на к.п.д. дифференциального раство-ронасоса // Конструкции зданий и строительное производство: Сб. научн. трудов. -К., 1991. -С.4-13.

4. Свидетельство на промышленный образец 31740 СССР. Раство-рснасос / Остапенко И.В., Заволока C.B., Закревский А.Ю., Онищен-ко А.Г., Устьянцев В.У., Надобко В.Б., Вовченко В.П. (СССР)..-За-регистр. 25 июня 1990 г. • .

5. А.С. 1707226 , СССР, МКИ5 F 04 В 15/02. Растворонасос / В.У.Устьянцев, А.Г.Онищенко, В.Б.Надобко, И.Я.Зиноходов (СССР). -Опубл. в Б.И., 1992, -N3.

6. Решение от 21.02.95 г. о выдаче патента Росийской Федерации по заявке на изобретение N 5033125. Регулируемый поршневой насос двойного действия / В.У.Устьянцев, А.Г.Онищенко, В.Б.Надобко. -Приоритет 20.04.92 г.

7. Надобко В.Б., Онищенко А.Г.,■ Устьянцев В.У. Перспективы использования одноплунжерных растворонасосоа двойного действия /7 Повышение эффективности сельскохозяйственного строительства на основе механизации трудоёмких работ и. сокращения затрат ручного труда: Тез. докл. Респ. научн.-техн.. конф. -Полтава, 1985. -С.47-48.

„ '8. Надобко В.Б. Стенд для исследования- технологии транспортирования растворов // Интенсификация строительного производства: Тез. докл. Обл. научн.-техн. конф. 11-14 апр. 1989 г. -Полтава, 1989. -С.75-77.

,9. Устьянцев В.У., ОнищенкО" А.Г., Надобко В.Б. Графэ-аналитическое исследование кулачкового привода растворонасоса РН-4 // фундаментальные исследования и новые технологии в строительном махериаловеде:ши / Часть 6 - Техника и технология измельчения, смешения и классификации материалов: Тег. докл. Всесоюзной конф.

23-25 мая 1989 г. ^Белгород, 1989. -С.84-85.

10. Онищенко А.Г.', Надобко В.Б., Устьянцев В.У. Механизированные методы замонолйчивания стыков и швое при монтаже сборных железобетонных конструкций // Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций, и их .внедрение в строительную практику / Часть 2 и 3: Тез. докл. Респ. на-учн.-техн. конф. 17-19 окт. 1989 г. -Полтава, 1989. -С.117-118.

- 28 -АШ0ТАТ10К

Naaobko V.В. Investigation and elaboration of vertical differential solution-pumps with spherical valves for transportation of building solutions through pipeline.

The thesis for searching Academic Degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 05.05.02 - machinery and installations for building materials production, structures and units, Poltava Technical University, Poltava, 1995.

The theoretical and experimental investigations which permit to work out the designed realize industrial implementation of perspective solution-pumps on the basis of vertical differential scheme were carried out. The specifications of its higher technological efficiency during the maintenance are given here.

АННОТАЦИЯ

Надобко В.Б. Исследование и разработка вертикальных дифференциальных растворонасосоЕ с шаровыми клапанами для транспортирования строительных растворов по трубопроводам.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.02 - машины и агрегаты производс-' тва строительных материалов, конструкций и изделий, Полтавский технический университет, Полтава, 1995.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие разработать конструкцию и осуществить промышленное внг-рение перспективного растворонасоса на основе вертикальной дифференциальной схемы. Приводятся данные о его повышенной технологической эффективности в процессе эксплуатации.

Ключевые слова: растворонасос, штукатурные работы, транспортирование по трубопроводам, механизация строительства.

ПОлднсаио к печати 16. 11. 95г. Формат €0x84 1/16. Ъумаге белая вясчаа. Леч-ать офсетная. Объем 1 к. л. Тирах 100. Заказ 1146. Бесплатно. Пссразаеледае оператавяой полиграфии управления статистики Полтавской облаете.

г. Полтаве, уд. Пушкина, ЮЗ.