автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров роторного фрезметателя-грунтонасоса для каналоочистителя МР-14

Г6 од

6 ДПР 1993

Мордовский ордена Дружбы Народов Государственный университет имени Н. П. Огарева

На правах рукописи ИВАНОВ Евгений Геннадьевич

УДК 631.3И .51:626.823.4:621.867.9

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РОТОРНОГО ФРЕЗМЕТАТЕЛЯ-ГРУНТОНАСОСА ДЛЯ КАНАЛООЧИСТИТЕЛЯ МР-14

специальность 05.20.01 — механизация сельскохозяйственного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саранск — 19'9'2

Работа выполнена на кафедре «Механизация животноводства» Нижегородского сельскохозяйственного института.

Научный руководитель — академик АТ Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Н. В. Лукин.

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации,

доктор технических паук, профессор В. И. Медведев кандидат технических наук, доцент М. Н. Чаткин.

Ведущее предприятие — НПО ВНИИЗемМаш г. Санкт-Петербург.

Защита состоится ............................. 199$ г.

в ............. часов на заседании специализированного Совета

К-063.72.05 Мордовского ордена Дружбы народов государственного университета им. Н. П. Огарева.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 430000, г. Саранск, ул. Большевистская, 68, Мордовский госуниверситет, ученому секретарю спец. Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «,

Ученый секретарь специализированного Совета,

М. К. ВОЛКОВ.

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проведение мелиорации -один иэ наиболее существенных факторов повышения выпуска продукции растениеводства. Ее роль выражается в увеличений площади сельскохозяйственных угодий, а такхе в повышения урожайности и качества продуктов, путем создания благоприятной среди обитания растений.

0 технологическом цикле эксплуатации мелиоративных систем значительное место занимает ремонтные работы. Затраты на проведение технического обслуживания весьма существенно влияет на себестоимость конечной продукция. В последнее время намечается их неуклонный рост. Однако, без- надлежащего ухода за мелиоративной сетью невозможно добиться ее эффективной работы. Только при условии сникения расходов, связанных с содерканием систем, проведение гидромелиорации будет оправдано.

Снижение ремонтко-эксплуатационных ■ расходов мокет быть достигнуто как путем снижения капитальных затрат на приобретение техника, так и путем совершенствования технология ремонтных работ, применением более производительных механизмов, с высоким коэффициентом их использования и калкми издержками на содержание, хранение, эксплуатацию.

Выполнение этих требований мокет быть обеспечено при использовании серяйккх базовых кашян, оснащенных многофункциональным переналажяваекш оборудованием.

На основания аналогии в конструкциях и рабочих процессах роторно-яопастиых фрезметателя и погрукного грунтового насоса, язлясаихся сменными рабочими органа® каналоочистителей серии МР, предлагается к использования многофункциональный рабочий орган

СМРО) фрезметатель-грунтонасос по авторским свидетельтвам СССР М 1033396, М 1180319.

Данная работа направлена на формирование и обоснование параметров приспосабливаемого к различным видам работ и условиям их выполнения рабочего органа, сочетающего в себе качества фрезметателя, лопастного насоса, а также лопастного насоса с совмещенной гидрорыхлительной системой.

Такой набор способностей обеспечивает возможность без привлечения комплекта специальных механизмов выполнять очистку "сухих" каналов, каналов с существенным уровнем воды гияромеханизкроБанньш способом, производить перекачивание воды при ремонтных работах.

Тема диссертационной работы является составной частью научно-исследовательски;; работ "Усовершенствование технологии и машин для добычи сапропеля и очистки водоемов от иловых отлокекий", выполняемых на .факультете механизации сельского хозяйства Нижегородского сельскохозяйственного института (Государственный регистрационный I! 01830098915).

Цель работы. Совершенствование технологического процесса очистки каналов путем создания и использования эффективных многофункциональных рабочих органов роторно-лопастногс; типа.

По условии согласованности элементов конструкций ротор фрезметателя , состояний из диска с лопатками, классифицируется для насоса как полуоткрытое рабочее колесо с радиальными лопастями. Наличие концентричной разгонной обечайки, сопрягаемой с тангенциальной площадкой, вызванное необходимостью сохранения функциональной схемы ыетателя, определяет редко встречающуюся в практике малоисследованную конструкцию лопастного насоса.

Объекты исследований; два варианта

лопастных насоссв, со спиральным н тангенциальным корпусами, содержание полуоткрытые рабочие колеса с радиальннии лопастями.

Научная новизна диссертации заклэчается в том, что для лопастных насосов, содержания полуоткрытые рабочие нелеса с радиальными лопастями, как вариантов трансформация многофункционального рабочего органа к каналосчистителв №-14, произведено рассмотрение следующих вопросов:

- теоретически получеки значения поправки на конечное число лопастей для редких круговых решетсх с плоскими лопастями постоянной мрины;

установлены закономерности влияния совокупности конструктивных факторов на энергетические показатели двух вариантов лопастных насосов: со спиральными Спе=150-200) и тангенциальным (п,-100-150) корпусам?;

- выявлена физическая суаность рабочих процессов и причинно-следственная связь с энергетическими показателями на различных режимах;

- установлены зависимости энергетических показателей от совокупности конструктивных факторов по условии работы насосов на режимах максимального к.п.д.;

- получены зависимости оптимальных соотношений между ; азкерами конструктивных элементов;

- произведено сопоставление конструктивных схем лопастных насосов со спиральнш я тангенциальным корпусами по составяетдам бзлланса моаяоети в аярелеяеян условия их наиболее целесообразного яряаагкеяая.

Практическая ценность работы состоит в обеспечении возможности;

- модернизации рабочих органов роторно-лопастного типа путем придания им дополнительных способностей, что позволяет выполнять

одним органоы различные виды работ и тем самым обеспечивает гибкость технологического процесса очистки каналов;

- приспособления оборудования по каждому из видов работ к свойствам рабочей среды в переменных условиях эксплуатации, что позволяет повысить производительность и качество выполняемых работ.

Разработана методика расчета и проектирования фрезметателя-грунтонасоса.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсукдаяись на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГСХИ С1984, 1983 г.г.), ка ХШ11, XXIX научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГИИВТа (1986, 1988 г.г.), на научно-технических конференциях молодых ученых Волго-Вятского региона Сг.Горький 1984, 198В, 1937 г. г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификация сельскохозяйственного производства" (Алма-Ата, 1989 г.).

В целях проверки реальности технических решений и совершенствования конструкций проведена серия испытаний в МПРЭО "Горьковское" Богородского района Горьковской области (1985, 1987, 1989г.г.) и дУОС г. Николаева Украинской ССР С1987, 1988, 1389г. г. 5

Опытный образец рабочего органа в 'комплекте с канало-очистителэм МР-14 экспонировался на производственном семинаре объединения "РОСВОЛЭКСПЛУАТАЦИЯ" в г.Чебоксары С 1987г.3,

Внедрение результатов исследований осуществлено в вида многофункционального рабочего органа к каналоочител!) 1Р-14 в МПРЭО Торьковское" (1956г.) Горьковской области Богородского района. Экономический эффект за сезон

составил 8613 рублей.

В мае-июне 1989 г. на объектах Жовтневого управления оросительных систем г. Николаева Украинской ССР проведены производственные испытания многофункционального рабочего оборудования к каналоочиститеяю МР-14 в следующих его трансформациях: фрезметатель - погружной насос - насос с совмещенной гидрорыхлителъной системой. Достигнутая величина объемной консистенции смеси при гидромеханизированном способе очистки облицованного канала составила более ЗОЯ, что обеспечивает производительность по грунту до 8С 14?/Ч.

Совместно с представителями ЖУОС г. Николаев, НПО ВНШЗеыМаш Р.Ленинград, ГСХИ г.Горький составляв акт производственных испытаний.

По выполненным исследованиям разработана рабочая документация и передана в №0 ВНИИЭемМа».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и обьем работы. Основное содержание диссертационной работы состоит иэ введения, пяти разделов и заключения. Она содержит 173 страницы текста, список литературы, включающий 108 наименований.

Приложения, оформленные отдельной книгой, включают обработку результатов экспериментов, расчет экономической эффективности. 53 рисунка, таблица, акты.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе работы выполнен анализ существующей ремоитно-зксплуатационной техники по содержанию мелиоративных каналов и дан прогноз перспектив развития средств очистки каналов от наносов и растительности с учетом опыта на дноуглубительных, добываоаих, очистных и других вйдсв ргбот.

В соответствии с разработанной системой машин комплексной механизации сельскохозяйственного производства для задач содержания и ремонта оросительных и осушительных систем предусмотрены специальные мобильные машины, оснащенные универсальной навеской с комплектами сменных рабочих органов. Конструкция и возможности каждого варианта оборудования определяются характером операций, технологическим способом ее выполнения, а также в значительной степени грунтовыми условиями. Так, для очистки каналов в "сухом" варианте используется рабочее оборудование роторно-лопастного типа, ковшовое, газоструйного действия и др. Для гидромеханизированного способа выполнения работ существует более обширный выбор, связанный с многообразием вариаций исходных факторов, наличия растительности, вида канала, физико-механических свойств грунта, келаемой величины консистенции смеси.и т.д.

Рост многообразия рабочего оборудования, в том числе и сменного, обуславливает значительные затраты на проектирование, изготовление, содержание, обслуживающий персонал. Одним из путей снижения этих затрат является вскрытие, реализация и развитие дополнительных способностей технических схй>ектовг как многовариантных систем. Такая концепция применительно к рассматриваемой проблеме определяет, с одной стороны, появление различных видов безмоторных технологий очиотги каналов, например, сифоном, энергией потока, положения и др. - т. е. путем реализации способностей самого потока в канале. С другой стороны,этот факт определил появление многофункциональных рабочих органов как развития способностей традиционного рабочего оборудования.

Предлагаемый в настоящей работе роторно-лопастной МРО содержит ротор в виде диска с радиальными лопастями, установленный в корпусе, выполненном в виде полого спирального

или цилиндрического барабана с входным по торцу к выходным на обечайке отверстиями. Для возможности работы устройства в каче- • стве насоса отверстия снабжены быстросъемными всасывашда и нагнетательным патрубками. Для работы в качестве фрезметателя корпус имеет диаметральный разъем с возможностью открытия нижней части ротора, снабженного на лопастях торцевыми режущими кромками.

Что касается использования МРО в качестве фрезметателя, то в данной области выполнен вполне достаточный объем исследований Кукибным А. А., Баловневьм В. И., Кавалеровьм А. А. .Жабровым Л.Б., ГласкоГ. С., Исрафиловкм Н. А. и др. Однако, в проведенных исследованиях все г.е недостаточно освещен вопрос по структуре потоков воздушной и водной среды, влияших ка энергетический бал-ланс и процесс загрузки, особенно при работе с небольшим уровнем воды. Не оценена и не реализована составляющая мощности вентиляторного эффекта.

Для обоснования параметров лопастных насосов, содержащих полуоткрытые рабочие колеса с радиальными лопастями, как второго варианта трансформации МРО, существует значительно меньший объем теоретического и экспериментального материала. Рабочий процесс указанных устройств, особенно в сочетании с тангенциальным корпусом, характеризуется сложной совокупностью явлений, поэтому на настоящее время далеко неполно раскрыты свойства и возможности этих конструкций, и они имеют не па достоинствам узкие пределы использования.

Следовательно, без установления физической сущности процессов и системных знаний невозможно рациональное использование объекта, тем более в качестве многовариантной системы.

Исходя из вышеизложенного, в настоящей работе определены следующие задачи исследования:

Iо

1. Определение закономерностей влияния совокупности конструктивных параметров на рабочий процесс лопастных насосов со спиральным и тангенциальным корпусами, содержащих полуоткрытые работе колеса с радиальными лопастями.

2. Раскрытие физической сущности рабочих процессов насосов и определение причинно-следственной связи с показателями.

3. Разработка методики расчета рациональных конструктивных параметров.

4. Выявление и реализация скрытых способностей технического объекта для возможности его более полной адаптации в переменных условиях функционирования.

5. Апробирование результатов исследований на опытных образцах и определение технико-экономических показателей при различных условиях эксплуатации.

Во втором разделе определены функциональные параметры и диапазоны их варьирования, а также показано, что связь конструктивных элементов с величиной напора лопастного насоса с полуоткрытым рабочим колесом и радиальными лопастями осуществляется через гидравлический к. п. Д. в поправку на конечное число лопастей.

Определение поправки на конечное число лопастей для редко встречавшегося в практике сочетания размеров конструктивных элементов осуществлено с использование»', вихревой теории вращающихся круговых решеток.

Известно, что при воздействии лопасти на поток кидкости вокруг нее имеет место циркуляция скорости Г, величина которой определяет степень взаимадейстьия лопасти и потока кидкости. Для определения циркуляции Г лопасть по ее воздействию на поток условно заменяется бесконечно тонким вихревым слоем лвреыенкой плотности яроходяаим через средние линии профиля.

tí

При этом выполняется условно

1 yCs*)ds'--r . CD

s

Каждый вихревой элемент ds' с вихревой плотность» j-Cs') индуцирует на расстоянии К элемантарную скорость

dW=JÍL_ = roods' # C2J

2 i: R 2 я R

Исходя из условия непроницаемости профиля, скорость, индуцированная вихревым слоем в проекции на нормальное направление к профили каждой лопасти,должка быть компенсирована потоковой скоростью, с учетом имеодихся источников формирования потока

—^-Sin X. - а г Cos к = , СЗ)

2 яг Ь о 2 я Rx

где X - угол между радиусом и касательной к профиле;

Q - объемный расход жидкости;

г - текущий радиус;

со - угловая скорость колеса;

Rz- расстояния от вихреисточников до текущей точки;

b - ширина лопасти;

1 - длина лопасти.

Выделяя особенность вида -sl¿v из правой части СЗ) для точки, лежащей на вихревом слое, а устанавливая зависимость Rs=fCr) для конкретной геоиетряа колеса, из интегрального уравнения следует Ks'J.

По величине yfs'3 оаеиявается откяоядеяев воздействие лопасти на поток и величина поправки на конечное число лопастей.

Решение уравнения СЗ) выполнено численными методами на ЭВМ, путем разбиения лопасти на Р отрезков и определения yCs') для каждого отрезка из системы уравнений.

0,6 04

чг

о

fi

Влияние конструктивных факторов на кг а) б)

Кг qe

ЦЦ Ol

2««\

г*э\

z-s n V

0,4 0,6 0,8

\1Ч2

Z'S\

0,4

о,8

а) СЕаЛ)г=0,02+0,22 - рг =90°;

- б) Сгт/иг-0,22 ßi=78°.

Здесь, Сгт/Ш - отношение меридиональной составляющей скорости потока Cs»=Q/itDzb к окружной скорости колеса Ua=uD2 / 2 .

Из приведенных на рисунках зависимостей kj.=fCDiD для режимов, вызывающих наибольший практический интерес, следует, что величина kz убывает с увеличением диаметра входа D ,причем,в более выраженной форме с увеличением числа лопастей и уменьшением угла их установки, Своеобразие рассматриваеых конструкций колес по отношению к традиционно используемым заключается в существенном снижении kz.

В результате проведенных исследований, с учетом данных профессора Ломакина А. А. по определению гидравлического к. п. д. т)г и результатов исследований профессора Купряшина H.H. по учету радиально-вихревого вращения жидкости в каналах колеса от трения о неподвижную стенку корпуса, получено выражение для определения капора насоса

Н =

U

(1 ► /3я/ 23T)rks,

(4)

где Уа - . окружная скорость колеса, м ;

д - ускорение свободного падения, м-'сг; /3е/ 2 - приращение напора от радиально-вихревого эффекта. Однако,ошибка результатов расчета напора Н, даже с учетом уточненной поправки на конечное число лопастей, может достигать 25 '/,.

Следовательно, на настоящем этапе исследований является важным накопление статистического материала по рассматриваемым конструкциям, установление физической сущности и выполнение системных исследований экспериментальными методами.

Б третьем разделе представлены методика проведения и обработки экспериментов. Исходя из сопоставления методов моделирования, к исполнению приняты методы физического моделирования с применением теорий подобия и планирования многофакторных экспериментов.

Рабочий процесс центробежного насоса определяется шестью величинами: подачей 0, капорок Н, частотой вращения колеса п, диаметром колеса Эг . плотностью жидкости р, ее вязкостными свойствами р. Зависимость между этими величинами выражается общим функциональным уравнением

п:0,Н,п =0, . (5)

что применительно к удельной полезной работе Ц=дН и мощности N выглядит

С6)

Н=ГлС0,п,0г,р,р). (7)

При введении конструктивных параметров, среди которых наиболее важными для полуоткрытого колеса с радиальными лопастями являются : диаметр входных кромок лопастей , ширина лопастей Ь, торцовый зазор между корпусом и лопастями 6. число лопастей Ъ, уравнение С5) запишется в вида

ГС0,Ц,п,Бз,р.й,В>,Ь.б,2)=0 . (8)

На основании принятых функций отклика : напора, мощности и установленных варьируемых факторов 2,б,Ъ,д1,0 по условию л-теоремы подобия и размерностей сформированы комплексы

В качестве интерполяционной модели по установлению функциональной связи между комплексами за основу принята модель третьего порядка, позволяющая адекватно аппроксимировать, имеющее здесь место .семейство выпуклых и вогнутых функций.

Проверка адекватности полученных моделей осуществлялась по критерию Фишера при уровне значимости а=0,05 и дала положительный результат.

Установление физической сущности рабочих процессов в целях снижения трудоемкости и более оперативного проведения экспериментов осуществлялось на воздухе фотографированием в стробоскопическом освещении с контролем ключевых моментов на воде при использовании визуализаторов потока.

Соответствие режимов на воде и на воздухе основывалось на соблюдении критериев эквивалентности аэрогидродинамики-. Рейнольдса Ке, Эйлера Ей, Струхаля БЬ.

Полученные и изложенные ниже результаты исследований полезны при решении задач как для лопастных насосов,так и для учета вентиляторного и гидродинамического эффектов в лопастных метателях, поскольку указанные критерии являются результатами комбинаций безразмерных комплексов уравнений (9),СЮ).

Цо каждому конструктивному варианту лопастных насосов ис-* пользовался комплект моделей: масштабная лабораторная модель, стеклянная модель для исследования структуры течений в проточной

части,натурные опытные образцы. Скомплектованный набор контрольно-регистрирующей аппаратуры соответствовал метрологическим требованиям.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований по получению энергетических характеристик, выявлению физической сущности рабочих процессов, определению оптимальных соотношений конструктивных и режимных факторов моделей насосов со спиральным и тангенциальным корпусами, содержащих полуоткрытые рабочие колеса с радиальными лопастями.

По результатам испытаний модели лопастного насоса со спиральным корпусом получены значения напора Я, и мощности Я при постоянных диаметре входных кромок лопастей 0^=0,4; критерии

вязкости —И— .симплексе 2 и варьировании ширины лопасти Б, »1 " Р

торцевого зазора 3, подачи 0.

Диапазоны изменения факторов принимались в следующих пределах: 0,16 < Б < 0,24; 0 < 5 < 0,05; 0 < б < 0,13. По полученным данным построены уравнения регрессии; Н=6,0800+0,2940 X -0,2782 X -0,0950 X +0,0955 X X

• 3 Э 12

+0,0749 XX -0,2398 XX +0,0875 Хг-0,1644 X2 т0,0309 ХаХ +

31' г з I' з ' 12

+0,3468 Х=Хз +0,0302 Х*Ха +0,0415 Х^Х® ; СИЗ

N=0,8176+0,566 X +0,0637 X +0,4033 X +0,0250 X X +0,0055 X X -

1 Л Э 12 13

-0,0478 X X +0,0230 X2 +0,0745 X* -0,0193 ХаХ +0,0167 ХаХ -

из' I' а' 1е* «з

-0,0077 Х(Х* +0,0174 Х*Х3 +0,0126 Х,Х* . С12)

Рабочий процесс рассматриваемой конструкции насоса определяется сложной совокупностью явлений: трением жидкости о периферийные потоки и переднюю стенку корпуса, отрывом потока от тыльной стороны лопасти и горловины всасывающего патрубка, кавитационныш явлениями на входных и торцовых кромках лопастей.

Для этой конструкции характерно в диапазоне пониженных и средних подач действие радлально-ивхревых течений в межлопастных каналах колеса, вызванных трением жидкости с неподвижную стенку корпуса. Они вызывают возрастание напора с ростом подачи.

На . режимах форсированных подач на рабочий процесс доминируете действие оказывают отрывные явления, вызывающие интенсивный рост мощности и снижение напора.

Усилении радиально-вихревых течений и повышению к.п.д. способствуют; увеличение длинь; лопасти, до определенного предела ее ширины, числа лопастей, а также уменьшение торцового зазора. Наличие и рост этого зазора нивелирует проявление указанных эффектов и определяет переход кривых напора 0-Н от экстремального вида к монотонно снижающимся, а кривых мощности О-И, по причине стока части жидкости в зазор, к более пологой ориентации.

Сокращение числа лопастей снижает проявление радиально-вихревых течений за счет их перехода на поливихревую структуру и усиливает отрывные явления, что приводит к уменьшению напора при сопоставимых затратах мощности.

Ширина лопасти также определяет переход указанных течений на поливихревую структуру.

С целью обеспечения возможности выбора рациональных конструктивных параметров получены зависимости (13 - 16), определяю-аше показатели 0ОПТ.Н, К, в функциях от Ь (X,) и й (Хв) при условии, работы насосов на оптимальных режимах: 0Л »0,1333 -0,00ВВ X -0,0087 X. +0,0068 XX, +0,0319 X* -

ОПТ 1 • « ? *

-0,0066 х; -0,0066 Х*Ха +0,0066 Х,Х»; С13)

й = 5,8117 ♦ 0,4911 X/ -0,3886 X, +0,0813 Х,Х8 +0,0723 Х^ --0,1203 Х*Ха; С14)

R = 1,2572 + 0,0494 \ -0,0494 Xa -0,0842 X^ +0,2507 X* +

+0,0203 X2 -0,0542 X2X +0,0474 X X2. С15)

* 2 i 2 12

к. п. д. ,'i rj = 60,35+0,77 X1 -5,88 Хг +0.S9 X^-0,83 X® -

-1,55 Хг +0,85 ХгХ . (16)

' г i 2

На основании зависимости (16) установлены оптимальные соотношения конструктивных параметров

Ь = 34,006 б3 +0,742 6 +0,216. (17)

Величина к.п.д. существенным образом зависит от размера зазора, максимальная его величина т)=64,6*; соответствует <5-0.

Характерными особенностями второй модели насоса с тангенциальным корпусом являются:

-обширная, контактирующая с межлопастным объемом, неподвижная поверхность корпуса;

-наличие потока протекания через колесо лишь на дуге, охватываемой тангенциальным напорным патрубком.

Уменьшение площади разгрузки колеса обуславливает с ростом подачи более стремительное нарастание режимов Cam/ Ua, а также нестацяонарность течений в области напорного патрубка,поскольку, за время прохождения мехяопастным каналом этого сектора расходная скорость меняется от нуля до максимального значения. Это обстоятельство определяет значительную долю кинетической составляющей в общем балансе энергии потока, существенные гидравлические потери и поэтому низкие величины напора.

По результатам испытаний модели этого варианта насоса такке получены значения напора и мощности в условиях варьирования диаметра входных кромок лопастей D(С.торцового зазора ЗСХаЗ, подачи 0(Хэ),пра фиксированных Z=6; Б=0,24. Диапазоны изменения факторов приняты в следующих пределах:

0,4 5t< 0,7; 0 < 3 < 0,05; 0 < 0 < 0,13

/в

По полученным данным построены уравнения регрессии.-

R-3.9K6 -0,6870 X +0,0927 X -0,4546 X -0,0136 X X -

I 2 3 12

-0,0234 X X +0,0975 X X -0,6803 Xs +0,0169 Хг -0,0185 Хг -

13 г з t ' г з

-0,0912 Х*Х. +0,0643 Х*Х3 ; С18)

R-0,7647 +0,0092 X -0,0131 X +0,4483 X -0,0027 XXI г з «г

-0.0408 Х$Хз -0,0184 ХгХз -0,0449 +0,0698 X* +0,0099 Х=Хг~ -0,0277 ХгХ +0,0051 X Хг -0,0135 ХгХ +0,0051 X Хг. (19)

13 12 Э 1 2 Э

Аналогичным образом в работе получены регрессионные уравнения Я и R для Z=3, а также зависимости H,fl=f(2,Ö ,?,Фпо плану 2x3x3x3, анализ которых показал нелинейный характер влияния на показатели числа лопастей 2.

Причем.напор для каждой из двух рассмотренных выше конструкциях насоса определяется совокупностью одних и тех же явлений. С учетом этой перееиственности между конструктивными исполнениями является правомерным перенос влияния факторов bg _о ,

i" '

D«fce г4 , Zfc<) г# для зависимостей напора СИ) H=fCb,tf,Q) и

С183 H=fCD с корректированием по режиму Cam / Uz . Ошиб-

ка определяется категорией "стационарность - нестационарность" процесса энергопередачи и не превышает 75«.

Зависимости показателей .Я.Я.т; в функциях от ¡\(Х() и ЗСХг) для оптимальных режимов работы имеют вид:

Z=3

б =0,0894 +0,0123 X +0,0114 X, +0,0046 XX, -0,0076 Xf +

ОПТ I Я 12 1

+0,0015 X* -0,0015 X®Xt -0,0002 Х(Х* ; (20)

Я =3,3928 - 0,7600 X -0,0875 X. -0,0302 X X. -0,1930 Xf; С21)

' « t IS 1

Я =0,8792 +0,0687 X, +0,0900 Хв +0,0232 ХХг -0,1142 X® +

+0,0184 X" -0,0165 Х^Хг-0,0106 Х,Х*; (22)

П=34,61 -5,71 X, -1,08 X® -0,33 Х= ; С23)

19

2=6

Q „ =0,1137 +0,0092 X +0,0127 X +0,0044 X X, -0.0C39 X* -

ОПТ 1 2 13 J

-0,0013 Xa -0,0009 ХгХ -О,C009 X Х*; (24)

г is i г

R = 3,6884 -0,7781 +0,0392 Xz -0,0392 Х(Хг -0,1025 X* -

-0,0814 ХгХ ; (25)

12

Й = 1,1173 +0,0426 Х_+ 0,0997 Xg+0,0348 ХД-0,0842 X* -

-0,0106 X® -0,0300 Х*Ха; С26)

т) = 37,60 -6,84 Х4 +1.12 Ха -0,67 Х(Ха, С27)

11з полученных зависимостей следует, что по показатели к. п.д, в пределах факторного пространства функция r)=fCDi,2) по D(,монотонна*: rj растет с увеличением длины лопасти), а по <5 имеет экстремум. Рекомендуемое значение зазора 5=0,017 - 0,054.

Выявлено еще одно специфичное для этой конструкции обстоятельство, выражаемое в наличии на обечайке корпуса участка, смещенного на угловую величину 0 = arcCos + ~~ относительно

напорного патрубка, с локальным превышением давления, обусловленного особым движением рабочей среды в межлопастных каналах.

Пятый раздел посвящен согласование рабочих процессов на опытных образцах с возможностями базовой машины, каналоочистителя МР-14 и условиями эксплуатации.

3 качестве объекта испытаний принят фрезыетатель-грунтона-сос: - со спиральным корпусом; - с тангенциальным корпусом; - с тангенциальным корпусом и совмещенной гидрорыхлительной системой; -с устройствам изменения пространственной ориентации Все модификации объекта созданы путем модернизации серийного фрезметательного рабочего органа каналоочистителя №-14.

На основандн анализа результатов испытаний установлено: - при работе оборудования в качестве фреэметателя получена более

компактная и дальняя, по отношений к прототипу, струя транспортируемого наноса вследствие исполнения лопастной системы с учетом движения воздушной и водной среды;

- время перевода МРО в различные качества не превышает 1 мин;

- для трансформации устройств в качестве насосов:

—у натурных образцов и их моделей, исходя из полученных энергетических характеристик, соблюдается выполнение условий теории подобия, однако, за счет проведенных мероприятий по усилению радиально-вихревьк зффектоз в натурных образцах достигнуты более высокие значения напора;

—исходя из обнаруженного несоответствия границ рабочего поля О - Н по моашости Ш= 42 кВт и давлению в гидросистеме привода £ РЗ = 16,0 Ша рекомендуется изменить передаточное отношение редуктора привода с 1.-3.01 до 1=4,68; —определены технические характеристики

ПОКАЗАТЕЛИ Насос со спиральным корпусом Насос с тангенц. корпусом

{Рг.с.3 Ш 1рг.с.> Ш

Подача, м^/ч 370 455 330 400

Напор, м 9,3 14 8 11

Обороты, мин"* 300 335 300 360

Мощность, кВт 23 42 27 42

КПД.'/. 38 41 27 29

—для варианта насоса со спиральным корпусом выявлено несоответствие между типоразмером и мощностью, по условию работы на оптимальном режиме, рекомендуемый типоразмер ротора 0г=500мм (вместо Эа=700мм);

- с учетом выявленного недостатка - неудовлетворительной работы

устройства, в качестве насоса, на связных и армированных растительностью грунтах, а также с учетом результатов сравнительных, испытаний серийного землесосного оборудования каналоочистителя МР-14 и на основании вновь выявленного особого движения рабочей среды разработана новая схема совмещенной с основным насосом гидроркхлительной системы, позволившей повысить до 30 % объемную консистенцию, извлекаемого из канала наноса, и тем самым обеспечить высокую производительность до 80 м3/ч и качество очистки;

— в работе установлены рекомендуемые трансформации МРО под различные условия эксплуатации.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ технических средств, предназначенных для выполнения ремонтно-эксплуатационных работ на мелиоративных объектах, показывает, что применение многофункционального рабочего оборудования является эффективным направлением, обеспечивающим уменьшение стоимости работ за счет снижения затрат на приобретение техники, сокращения обслуживающего персонала, обеспечения гибкости технологического процесса.

2. Анализ рабочих процессов существующего сменного оборудования каналоочистителей показал, что вместо двух роторно-лопаст-ных органов, фрезметателя и погружного грунтового насоса, предпочтительно использование комбинированного фрезметателя - грунто-насоса по авторским свидетельствам СССР N 1033398, N 1180319, как наиболее дешевого в изготовлении, простого и универсального в эксплуатации.

3. Проведенный анализ существующих теоретических положений показал их несостоятельность по отношению к лопастному насосу с полуоткрытым рабочим колесом, как варианту трансформации МРО. Выявлена необходимость использования экспериментальных методов исследований о целью назначения рациональных параметров

фрезметателя-грунтонасоса.

4. В работе исследованы два варианта исполнения насоса - со спиральным и тангенциальным корпусами, содержащих полуоткрытые рабочие колеса с радиальными лопастями. С использованием теорий физического моделирования и планирования многофакторных экспериментов установлены закономерности влияния совокупности геометрических и режимных факторов на напор и мощность используемых схем лопастных насосов.

3. Установлен характер потоков рабочей среды для устройств роторно-лопастного типа, чтс дало возможность рационально, с учетом движения воздушной Сводной) ореды, спрофилировать лопастную систему фрезметателя; установить физическую сущность и выявить причинно-следственную связь с энергетическими показателями рабочего процесса лопастного насоса, снизить его энергоемкость.

6. Установлены величины оптимальных режимов 0ооти соответствующие им показатели Н, N. ч для различных сочетаний геометрических параметров, на основании которых выявлены зависимости оптимальных соотношений между размерами конструктивных элементов, обоснованы параметры опытных образцов, предложен метод расчета.

7. Производственные испытания и эксплуатация фрезметателя-грувтояасоса на мелиоративных объектах Нижегородской и Николаевской областей в течение сезонов 1885 - 1980 г. г. подтвердили результаты выполненных исследований с годовым экономическим эффектом 8515 рублей Св ценах 1986 г.).

Модернизация фрезыетательного рабочего органа каналоочисти-теля МР-14 обеспечила ему дополнительные возможности; -удалять наносы иэ канала гидромехаянэироВанным способом; -перекачивать воду, при выполнении ремонтных работ с производительностью;

330 - для конструкции с тангенциальным корпусом;

370 м®/ч - для конструкции со спиральным корпусом.

Совершенствований лопастной системы для трансформации фрезмота-теля позволило достигнуть, по отноиенш к исходному варианту, ■ более компактной формы струй удаляемого иадаса, что обеспечивает увеличенвэ дальности транспортирования я меньшее загрязнение откосов канала при его очистке.

8, С учетом результатов производственная испытаний предлагаемы конструкций СТО, серийного груитсяасосного оборудования к каналоочистителв ЫР-14, а такге на основании еновь выявленного особого движения рабочей среда разработана новая схема гздрорых-лительной системы, ттозволиЕшая повысить до 30% объемную консистенции сг.<зск, извлекаемой из канала, и тем саш.гм обеспечить Еысокув производительность до 80 м3/ч и качество очистки.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЩУЮШ РАБОТАХ

1. Иванов £,Г., Согин A.B., .Каиатоз F3.C. Роторный мэтателъ. Авторское свидетельство СССР N 1033396, 1S83, Б. И. Ü29,

2. ИвановЕ. Г., Согин А. S. Роторный метатель. Авторское свидетельство СССР N1105J13, 1934, БЛ1 N23.

3. Иванов Е. Г., Согин Л. В, Многофункциональный рабочий орган ?.ш- ' лпоратпвнсй нашины. Сборник научных трудов ГСХИ. -Совершенствование конструкций сельскохозяйственной техника, -Горький, 1984.-0.74-78.

4. Иванов Е.Г. ¡Звоящия каяалоочистительннх нашип. /Тезисы докладов на научной конференции молодшс ученых Горьковсксй области, посвященной 150-летив со дня роадения Д.И. Менделеева.-Горький, 1984.-0.181.

3. Иванов Е. Г., Согиа А. В., Папин И. Ю. Роторный кататеяъ. Авторское свидетельство СССР N Ш0319, 1S85, Б. И. 1133.

6. Иванов Е. Г., Гамзин Б. П. Математическое описание профиля цилиндрических лопастей рабочего колеса центробежного насоса. -Тр. 'ГИИВТ, 1985, вып. 210,с. 27-40.

7. Согин А. В., Иванов Е. Г., Папин М. Ю., Уде, «янов 0. В. Самоходная машина. Авторское свидетельство СССР N 1250189, 1983, Б. И. N30.

8. Иванов Е. Г. Результаты энергетических испытаний центробежного насоса с полуоткрытым рабочим колесом и радиальными лопастями. Тезисы докладов шестой научной конференции молодых ученых Волго-Вятского региона. -Горький. 1686.-с.166.

9. Иванов Е. Г. Движение кидкости в центробежном насосе с полуоткрытым рабочим колесом и радиальными лопастями,корпус которого не имеет отливного канала. Тезисы докладов седьмой научной конференции молодых ученых Волго-Вятского региона. -Горький, 1937. -с. 174.

10. Иванов Е. Г. Движение вядксстп в лопастном насосе с полуоткрытым рабочим колесом и радиальными лопастями. Материалы Всесоюзное научно-практической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификацию'с./х. производства". Часть 1. Аяна-Ата,1989.-с.118.

11. Арефьев й.й., Иванов Е.Г. Гияроаиклоя. Авторское свидетельство СССР N 1567283, 1990, Б. И. 120.