автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Опыт разработки и применения черпаковых насосов

.'Ьсковский ордена Ленина, ордена Октябрьской Езволкщии а ордена Трудового Красного Знамени'Государственный Р Г -7 0 Дтвхничаокий университет имени Н.Э.Баумана

УДК 621.671.62.II Еа пралах рукописи

СПАССКИЙ Коистенгин Николаевич

"'ошт РАЗРАБОТКИ й ПРЕШШЙЙ. ЧЕР1Ш0ШХ НАСОСОВ

Специальность; ОЗ.О'иТЗ - Гадраа&кчесхив иаглнь я

гкдропне^чаагркгати

Азтороф. эра т.

диссертации на соискание ученой степени ' доктора технических наух

Мооква - 1591»

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени Государственном открытой университете ( МГОУ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор А.'И.Голубев доктор технических наук, профессор Б.В.Овсянников доктор технических наук, < профессор А.А.Оейпак

Ведущая организация АО "НШХИМММ"

Защита диссертации состоится " 21 " декабря 199*г . в 14 часов на заседанйи специализированного совета Д-053.15.П при Московском государственном техническом университете им. Л. Э.Баумана по адресу;'107005, Москва Б-5, Лефортовская наб. д. I, корпус факультета " Энергомашиностроение ".

Лаш отзыв на автореферат в двух окземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке !<!ГТУ . им. Баумана.

Автореферат разослан •У/ и Н4.199Аг.

г

Ученый секретарь специализирово"ного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы.

Диссертация посвящается одной из важнейших проблем в области насосостроен,.я- создании динамических нагнетателей с высокими давлениями и малыми подачами. Диапазон подачС 0,6-25)'Ю~3 м3/с , давлений 0,1-8,0 МПа, КПД- 40-60?

Современное производство широка использует слояяые технологически е процессы,в которых необходимо перекачивать различные жидкости с небольшими подачами и высокими давлениями С непрерывные процессы получения продукта, подача реагентов в химические аппараты, перекачивание сжиженных газов,непрерывное разделение фаз перекачиваемой жидкости.системы охлаждения и лр.). Отсюда и возникая® потребность в насосах с высокими напорами и малыми подачами,т.е. насосах низкой быстроходности Са5<«Ю). Необходимость в такого рода насосах неоднократно отмечалась в материалах технических совещаний и на научно-технических конференциях по гидромашиностроения., Например, на Всесоюзных научно-технических конференциях по гидромашиностроения в Г.Сука в 1976г.,п 1368г., в г.Саратове в 1989г.

В репенкях -этих конференций по проблема« и направления!.« развития гидромашиностроения отражен-; результаты работы пт созданию малорасходных на сосав л калечены вгтееЯЕке направления развития э этой области:

1. Создание диааккчеслих насосов с дазлакияии до 25 МПа.

2. Разработка насосов с поаяяеинш уровней шума.

3. Исследование рабочего процесса микронасоеоз для автономных транспортный объектов.

Разработка нового насосного оборудования для установок по охране окру«аяаей сряды и др. Наиболее экономичными из насосов с малыми подачемя и высокими давлениями с!.:т2г5гся объемные насоси ¡КРД которых достигает 75-90/5. Однако конструктивные особенности их таковы,что приводят к ряду ограничений их пртеиетт вследствие сложности методов регулирования подач и и давления,повыиенных давлений перед уплотнением,наличия пар трения или элементов неталличеейого контакта движущихся и неподвижных деталей,наличия клапанов или распределителей с допусков««! зазорами. Применение» вихревых насосов тоже ограничивается наличием не-стквх допусков на торцовые эазоры.малым КЩ и низкими кавитационни-нн качествами. Обычный центробежный насоо при П5<40 имеет слишком низк-Ч КПЗ и поэтому серийно на выпускается. В связи с ухазан-

ным вьше было предложено разработать новый насос динамического типа - черпаковый.

По сравнении с обычными центробежными насосами черпаковые насосы имеет следующие преимущества: более высокие напор и КЩ[ при низких коэффициентах быстроходности (П^ <25 ),только одно уплотнение, расположенное на всасывавшей стороне, отсутствие допусковых зазоров в проточной части, простую конструкцию. Осэвые и радиальные силы невелики и могут быть уравновешены. Черпаковые насосы занимают сравнительно узкую область по коэффициенту быстроходности (5<П4<30) и основным параметрам: подаче й<12,5*10~3 м3/с и напору Н^Э50м при стандартной частоте вращения вала П. ^ЭЭОО об/иин.

Однако применение таких насосов позволит либо существенно сократить расход энзргии на эксплуатацию насосов,либо заменить слоккые конструкции более простыми и надежными, с удобными способами р гу-лированчя, что,в целом, и определяет актуальность нового научного направления и имеет больное практическое значение. Цддь работы. Создать основы теории рабочего процесса и методику расчета насосов черпакового типа. Установить основные соотношения размеров в проточной части насоса и их"связь с его характеристиками: напора, мощности, КЦД, кавитационного запаса в функции от расхо~ Да.

• Основные задачи исследования.

1. Установить теоретические зависимости основных параметров насоса-расхода, напора и мощности - от величин, определяющих поток внутри вращающегося корпуса и от геометрических соотношений проточной части в установившемся и неустановившемся процессе работы насоса.

2. Определить радиальнае и осевп силы, действующие на ротор насоса.

3. Разработать методы расчета поля скоростей и давлений в потоке вокруг тела черпака и формы поверхности черпакового отвода. Определить влг-ние размеров и параметров на КГЦ насоса, диапазон применимости и перспективные направления технического- развития черпак' 'вых насосов. . ■ Определить оптимальные соотнесения размеров проточной части, а также коэффициенты и параметра, лходявие в уравнения рабочего процесса. ' -

б. Разработать научно-методические материалы и практические рекомендации по расчету* и проектированию новых конструкций насосов

¿етоды исследования» Использовалась теоретические и зхсперименталь-

? ' " '

ные методы исследования течения вязкой несжимаемой жидкости. При выводе теоретических зависимостей применялись уравнения гидромеханики: изменения моментов количества движения, потенциальных течений, пограничного слоя, Бернулли'в установиввемся и неустановившемся движении. Для подтверждения теоретических выводов проводились исследования на экспериментальных и опытно -промышленных моделях в лабораторных и производственных условиях. В основу изучения явлений в насосе положен принцип анализа экспериментальных характеристик и их сравнение с данными расчета.

Научная новизна работы отражается в следующих положениях:

1.Впервые получены уравнения напорных и мощностных характеристик для трех схем передачи энергии перекачиваемой жидкости:гладкими стенками,торцевыми лопатками и струйным вводом жидкости по закрытым радиальным каналам во вращающийся корпус. ' Анализ этих уравнений позволил определить оптимальные условия работы насоса.

2.Впервые разработана математическая модель обтекания черпакового отвода во вращающемся заполненнон жидкость» корпусе,которая используется для определения поля скоростей и давлений на внешнэй поверхности черпакового отвода, коэффициентов сопротивления профиля Сх ', Сх и их связи с размерами и формой поверхности отвода.

3.Впервыэ составлен баланс энергии черпакового насоса расчетным и экспериментальным путем с достаточно хорошей сходимостью,установлены экспериментально основные соотношения размеров,а также зависимости размеров и параметров насоса от коэффициента быстроходности /ъ5.

^'.Впервые определены расчетные зависимости для радиальных и осевых

сил и даны методы их уравновешивания. 5.Разработана методика расчета оптимальных геометрических размеров и характеристик черпакового насоса удовлетворительно подтвергда-вщаяся опытом.'

Практическая значимость и реализация результатов работы I..Выполненные исследования позволяет рассчитывать чорпаковые насосы в широкон диопазбне задания рабочих параметров без дополнительного эксперимента с высокой достоверность«) результата. 3.Применение черпаковых насосоэ в области 5<(Ь^<25 взамен некоторых центробежных насосов типа "Х",конденсатных "КС",секционных"Ц>к ' и "ЦНСГ"приведет либо к увеличению КПД и уменьшению установленной мощности,либо к замене сложных многоступенчатых конструкций насосов с большим габаритом и массой на более простые, удобные для

регулирование параметров и надежные в эксплуатации.

3.Разработан и внедрен в производство черпаковый насос типа НЧ-5/170 для станций заправки автотранспорта сжиженным пропан- бутаном С взамен бензина ) с целью уменьшения вредных выбросов в выхлопных газах. Насосы этого типа выпускаются Катайским насосным заводом в количества 260-350 шт. в год.

'».Другим направлением развития внедрения черпаковых насосов является создание процессных машин: насосов-разделителей и дистилляторов типа МНР-8, МНР-9, МНР-10, МНР-II и МРД-1 для систем жизнеобеспечения летательных долговременных объектов.

Эти насосы выпускаются опытными заводами ВНИИГидромаш и НИИХИММАШ небольшими партиями.

5.Созданы и внедрены в производство насосы для систем охлаждения электронной аппаратуры большой мощности.в г.Нижний Новгород завод ЭЛЕКТРОМАШ, и насосы для технологического процесса получения кислорода в Конструкторском бюро по электрохимическому машиностроению, г. Москва.

Суммарный экономический эффект от внедрения насосов черпаково-го типа составляет 3.352.357 руб. в год в ценах 1585г.

Положения, выносимые на защиту

На защиту д. .сертации выносятся следующие основные положения,которые

сформулированы и доказаны э работе.

1.Целесообразность к перспективность расширенного применения нового, типа насоса, а также конструктивных его изменений, защищенных авто скими свидетельствами.

2.Уравнения напорной и мощностной характеристик для трех схем подео-да жидкости" во вращающиеся корпус в установившемся процессе работы черпакового насоса.

3.Метод расчета поля скоростей и давлений в потоке на внешней поверх ности черпакового отвода,который дает возможность найти'связь методу форма" пове-лкости отвода и коэффициентами сопротивленияиС^. Расчетный и экспериментальный методы определения составляющих баланс«. г • ¡ргий в насосе и получение зависимостей для основных соотношений размеров и безразмерных параметров насоса от коэффициента быстроходности ГЦи числа Рейнольдса Ре .

5.Методика расчета оптимальных геометрических размеров черпакового насоса, радиальных и осевых сил.действующих на ротор насоса, и его характеристик.

Апробации работы

Основные положения диссертации воа.ли в труды и докладывались на сле-

дувших научно-технических конференциях: 1)

на Всесопзной научно-технической конференции "Проблемы и направления развития гидромашиностроения", г.Суки, 1978г., на специализированных научно- технических советах во ВНЛИГИЛР01Ш в 1979,1981, 1962 гг., в Московском авиационном институте при кафедре С50(систем жизнеобеспечения на летательных объектах) в 1983г. и на семинаре проф. Овсянникова Б.В."Насосные агрегаты для двигательных установок летательных аппаратов" в 199^г.,на научно-технических конференциях во Всесоюзном заочном политехническом кнституте(ВЗПй) в 1982,1983, 1984,1985,1966,1987гг.

Публикации. Основные положений диссертации изложены п 33 печатных работах,которые состоят из одной монографии.двух броиир.двух учебных пособий,13 авторских свидетельств и 15 статей. Кроме того, по гене диссертации имеется 15. научно-технических отчетов. Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глас, заключения , списка использованной литературы, вклвчаевгго наименование работ советских- и зарубежных авторов и приложения. Обпгай объем диссертации 350с., в т.ч. 225с. машинописного текста, НО рис., чЭ табл. "л приложения на 28с.

С-одерканиа работь Во введении показана актуальность, паль работн, изло*енн основные

Г

результаты и положения, винос».мао на зязгл' у .¿.первой глагз. проводится анализ принципиальных вогяочкосиев выполнения - ^соса динамического типа с коэффициентом быстроходности П.£<33, ко боле-, высокими технико-экономическим'? показателем по сравнен;« с существующими типами насосов. Установлено, что одноступенчатые и многоступенчатые насосы для химических производств типа "X" и кондонсаттше насосы для энергетики типа "КС" небольшой ловкости ( до 30 кВт ) целесообразно заменить черпаковкми одноступенчатыми насосами, которые будут "четь следующие преимущества. При замене насосов типа"Х" произойдет пови-вение КПД в среднем в 2 раза и уменьшение установленной модности в 2 раза, повышение надеж-.зсти, сокравекие габаритов устан" вки. Экономический эффект на 100 машин в год составит 91,4 тыс.руб. При замене насосов типа "КС"сущ- ;твенно упроиавтея конструкции, т.к. чер-. паковые насосы одноступенчатые,повышается нгяежность,уменьшаются осевой габарит, износ внутренних поверхностей щелевых уплотнений, механические причины вибрации,сохраняется КПЗ и кавитационные свойства. Возможна также замена некоторых насосов на горно-нефтяных разработках типа"ЦНСс подачей до 20 и3/ч и напором 350 м, т.к.эти насосы многоступенчатые, межступентатыеуплотнения их быстро изнашиваются и КДД не превосходит 47-49;?. Применение черпаковых_ насосов

оказывается выгодном и пр/. выполнении некоторых специальных условий работь, когда перекачиваются ежи--энные азы и когда требуется совмещение нескольких Функций в одной махине ( например насоса и сепаратора ). При расширении диапазона применения указанных типов центробежьых касосов по подаче в область низких подач КВД их значительно уменьшится и при tls= Ют-15 будет иметь значения 15-30$, а в черпакових ньсосах КГЩ .Экономический расчет на 100 машин

снова дает выигрыш по рг,сходам на эксплуатацию порядка 100 тыс.руб. при средней потребляемой мощности 20 кВт.Экспериментальные работы по лсследованию влияния отвода на оптимальный режим центробежного насоса ( 40^11^50) .выполненные А.Н.Маииным и данные расчета КПД и его составляющих,приведенные А. к.? ^м&киным в книге "Центробежные; и осевыз насосы''.Машиностроение, 1966г. .позволяет сделать вывод,что КВД ступени центробежного насоса С АО ¿Rs<60) работающей в зона нздо-грузочных ремимов, всегда больше чем КГЩ ступени,рассчитанной на оптимум в том же режиме.Поэтому конструирование одноступенчатых центробежных насосов с оптимальными параметрами, соответствующими. Hs^30 нецелесообразно,а эксплуатация в недогрузочных режимах при-' водит к завышению установленной мощности,увеличению радиальных и осевых сил.

В связи с указанными ограничениями применения центробежных насосов обычного исполнения появились насосы с полуоткрытыми и полностью открытыми рабочими колесами,существенно повысился яапор рабочего колеса за счет увеличения угла выхода потока с лопатки ( 70-75°),но заметного повышения КЦ& в зоне П5<30 не получилось,

Тогда была предложена новая модель насоса дк-адического ч.тапа-черпако1 :Я насос. Разработка этих насосов в СССР псоъоаилась во ВНИИШРОМАШ и ВЗПЯ.а также в НШ11:<ША£ , МЗТУ км.Баумана, на заводе ЭЛЕКРОМАЕ в г. Нижний Новгород, КБ по электрохимическому маии-нос™роению в г. Москве и др. организациях,Исходными материалами для исследов!",ий,проведенных в этих орк-чизациях,6ыли экспериментальные и теоретические работы,выполненные автором.В первой главе приводится анализ большого количества схем и конструктивных решений насосов черпакового типа отечественного проигводстваЛТаиболее значительными работами является исследования,проведенные во ВНИИРИДРОМАЕ и НИЙХИММЖ. Экспериментальные и теоретические работы проведены во ЕНКЙГКДРОМАЕ. авто эм или при его участии.По результатам этих иссле дований üu BK^;ir»tiJr'0,l'ö разработаны ксперкмектальные модели и 'оти кие образцы насосов 1.5X-2Ü,-НЯ-5/170, МНР, КРД, а. в ГИПР0УГЛЕ1Ш-наоос КЧО-1. В ШШХШйЕ проведена работа Мавделевичем А. К. .

:i в 1900 г. зааЕпгсяз каэдяяатойая ллссортетшя под название:,? "Исследование к разработка центрифуг с■попорки.га устройотзакл", в которой получая экеяеричеяталыша кьторэал к расчету нагорннх устройств в вчде засЪрнкх трубок ü рездочноЗ формой накоаечкака. Однако капор— низ устройства оказались «ело пркгодншш для черпакоэых насосов,

ЕСЛОДСТВПО большой ДЛТШН отбсдшлс Трубок Е ИХ 1>зд0д яесткостл при-возиваей " вг.брацгя. Из зарубежных работ наиболее крувшлтя по браяноГ; теме могло считать: рс5оты <It'P"'í 4 Kobe " (Cü'á), которая в настоящее врехя является кояонсдшстсм в производстве оерпакошгх па-сосов, и ясслодованкя, ттрсзедеанна г. СРГ Gr/1. fu.t'ífteuS't'ofí

''St^toaitßsfajitiatische iLttetjuckuaijen. ал 5c¡TopJtck>Fu.f¡ip'

опубликованиие в журнале 5'twr.H!/^sí?'5C¡iaaicK илс1 Stterraiiiq^mQSckuua, H?ft '¿s Nov, КЗ GS г . Спублхковзншге работа ízp:,« "'Kobe в основном восввзигкгссл тасдедозавияи рз.уичшас г.ое'-ст^т'лиГ; терпаковых насосов. В рсзульта-ге асследсвепгя до.летея пшод з пользу ггяст-руисий пасосоз о одш;:; отводом, дзетах нзЕбогьипП 13Щ, одкакс я наибольшие шатагуда пульсзцвй давхе;:яя. 1ЭД оявтянзс ь:оявл<?3 вь превосходят 16;? зз-оа низко?, частоты ираи^нлл вала ( П <» 1030 об/мая.) а ют ргепгусор "1ср. черяага ( 7.с;. < 103 ?г.О. Угловая скорость гедглстя и язлеало вг">ж.дд1 на входе з оавод определялась с зеюда отр". Юохсвггасясй егьемхе:. Отлтт-л результатах наблгдегоЗ по cpsn'cm» о зкитдргдюь-го:.! аз-гора получил,ícü з кгуере-ют скоростеЗ гшдчостг, яо оютад-зь :< г.с^отрулпз кадояеЛ. Исслз-Яовявйя, дрезеделнкз :з с?Г £. Д. cittc/íeusi'cí!, глеаэтея только моделей насосов с хяпдгзугз ¡лоакг:я1 корпуса, гдз передача исае-т.:. ко--отчестпа звгпваиЕ педазгпегдзз дазкоста зходучсштся "а счет сил прения. Яоэ&Етаг? трепля о^раделлатся по JXxrasnry, я ::oayI-:nE!e¿n сопротЕзлслЕя наподвзшгоЗ трубки - до даяпна оонго-л'влевги различных форм судов, но П9 корректно, т.к. доз'фдцпоять сопротивления ¡ судов з трубка доляяа отучаться из-за различие их $орш. клесте с тем з сгатьз приводится сравнение метода расчета характеристик на- 1 соса с катодом, пведдозеянь,«; авторов и опубликованным в Вестняке • ¡ магшностроенвз 5 о, 1962г. и отмечается хорошее совпадение результатов,

Разбор конструкций черпаковше яяеосов и их соответствия технически.* хэраэторлстгдам показал, что.в настоящее время расчет их производятся по врсблшёншш экспериментальным данннм, нот теории устанозввгегося я неустановившегося рабочего проце та насоса, методика расчета полей давления и скоростей в потоке внутри корпуса, методика расчета формы отвода, коэффициентов сопротивления, радиаль-

них и осевых сил, каьцтационных характеристик, составляющих баланса энергии и КПД, что затрудняет расхт насх л)в, анализ и сравнение их характеристик в широком диапазоне параметров. Во второй главе приводится исследование рабочего процесса черпакового насоса и дается вывод уравнений установившегося и неустановившегося процесс са его работы. Описание рабочего процесса сопрововдается схемой движения жидкости в насосе, представленной на рас. I. Из рас. I следует, что жидкость с некоторым расходом 0. подводится по осевому каналу диаметром во вращающийся корпус I диаметром , в котором в результате воздействия лопаток 5, расположенных на.боковых стенках корпуса, создается момент скорости.

Рис. I. Схема движения ..дцкости в черпаковои насосе.

Вращение передается центральной массе вддкоств в результате обмена количеством двдаения между жидкостью сходящей с лопаток и жидкостью, находящейся в ыежлопаточном зазоре. Этот массообмен осуществляется вкхряш 6 кольцевого типа и концевыми вихрями 7, возникающими на лопатках 5, поскольку окружные скорости кидкости в заборе всегда меньше окружных скоростей стенок корпуса I за счет тормокения потока телом черцакч в поступления новых порций неза-ярученной жидкости. Концевые ыгхри 7 образуются именно лз-за такого

отставания в окружных скоростях. Окружные скорости по ширина корпуса распределяется таким образом, что максимальные будут у стенок, а минимальные в плоскости расположения сигарообразной части ■черпака 2 и профильной стойки 3. При этом неравномерность будет тем меньше, чем меньше коэффициент стеснения В =?Ц/4й , где - диаметр сигарообразного отвода 2, ¡5 -Ширина корпуса. Под коэффициентом стеснения здесь понимается отношение площадей сеченая черпака и корпуса плоскостями, проходящими через ось вращения. Для черпака выбирается наибольшее сечение по его сигарообразной части или наибольшей толщине профиля.

Давление внутри корпуса возрастает пропорционально квадрату окружной скорости. ,

Входное отверстие отводного каната 4 диаметром ¿(.„р.располагают в зоне наибольших давлений и скоростей датя средней части корпуса на расстоянии от оси насоса.

Напор отводимой жидкости складывается из статического и скоростного напоров перед входом в отводной канал. Именно поэтому напор черпакового насоса получается больше напора центробежного насоса в 1,5 + 1,5 раза, а потери дискового трения меньше, т.к. поверхность трения ^ерпака о жидкость меньше, чем у диска. С увеличением расхода слагаема с статического и скоростного напоров уменьшаются вследствие уменьшения окрузяых скорост 1 яедкостн в мезиопаточном зазоре.

Основные потери в нзсосе обусловлены взаимодействием вращающегося корпуса с жидкостью. Часть он оргии,- переданной вихрями, расходуется на сопротивление при обтекании черпака - механические поте- -ря, другая часть передается полезному расходу, а некоторая доля этой энергии расходуется на преодолеете сопротивления ь корпусе т отводном канапе черпака - гидравлические потери.

Для уменьшения механических и гидравлических потерь распределение скоростей по ширини окружности корпуса должно быт,, равяо-кзрннй.- Для этого черпак должен -меть небольшое сопротивление, занижать малую часть меридво;. лльяого сечения корпуса. При увеличении . сопротЕзлэяпя тона черпака и уменьшении ширины корпуса ' & снижается. «фуакзя скгрость И в межлопаточном зазоре, в результате чего резко возрастает перздаваеьмй иомевт» Напор при этом не должен изменяться, т.к. видков ствсрспэ отводного шкала ьспгда будет находится в золе Ц-Ц^ , Ерз уюегшггапа эг^ора мавду черпз-вои и гепаткааз до рзт'.сг » у.оеусеового вшучагся схега пеятро-Оегяезяхревого насоса. Чсряаковнв езсосн с безлопздазшзгз корпусам

широко используют б качестве газогвдкостных разделителей.

При выводе раичй'гных уравнений щ шти ( эдушие допущения: I. Пространственный трехмерный поток во вращающемся корпусе заменен двухмерным, т.к. радиальные скорости в нем но превосходят . з% от окружных.

Предполагается, что явления вихревого обмена за черпаком быстро затухают и не влияют на условия натекашш потока на черпак. 3. Вентиляционные потери (трение поверхности корпуса о воздух) не учитываются.

Моиэиг М^ , действующий на черпак, складывается во момента еовроти&яеияя его сигарообразной части Мс , момента соцротивле-. ндя на стойке черпака Мст> и гидраа :ческого момента Мг

м=м+м+и=

Ц с с«. 1

Здесь размеры 1ср., (I . , 1Л , [) указаны выше:

- плотность жидкости;

- угловая скорость стенок корпуса I;

- отношение угловой скорости жидкости к угловой скорости стенок корпуса; Ж = при 0. = 0.

j~Жdne/¡J- площадь входа в отводной канал; £1 и С коэффициенты сопротивления сигарообразной части * и профильной стойки черпака.

Момент М , передаваемый вращающимся корпусом в установившемся процессе работы насоса. Для корпуса с гладкими стенками момент И складчвается и.» момента трения Мд но 2-х торцевых его стенках, момента тр^чия П)7Ь на цилиндрической поверхности корпуса к гидравлического момента М г .

Ь- о/1 у +■/>ач V (2)

где 0,0622/ ~ коэффициент трения по данным Шлих-

тиаха Г. при числах Рейнольдса Яе> 3 ЛО5; у -^х/ь«,. -безразмерный радиус границы .ч.ддкого кольца; Х)г ~ (сы.рис. I).

Ш

Для корпуса с торцевгали лопатками момент Мк складывается яз момента обменного процесса 1% , гидравлического момента Мг и момента трений т цилиндрической поверхности корпуса Мм (рис.1,вари-нат I).

И = об^о- & + f ач^-* +

+ СнР-л(1--х/^ф СЭ)

где (Х) Му (У 'у: ; Пл) и определяется из формулы И ~ Н^

2 -'число лопаток на одну сюрону корпуса определяется из формат;

коэффициент расхода; {?е=ЦТ^-»шсло Рейнолъдсэ; & и ^ - угли медду относительными и окружными скоростями потока ^соотвот ста окно на радиусах 1 л ;

I Ал ~ уГ0л наЕлоаа лопаткп к торцевой стенке корпуса; Д, - менцу касательными я поверхности лопатка я цилкнд-рдческоД поверхности радиусом 1ср. Для корпуса со струйным гогэодом момент ПКС складывается аз момента количества двялзюиг , передагаек"го струями, вытекагарш» через отверстия 3, втгфавяического момента Мг момента трения , пзродаваеуого двугл торцввшс! п цялкндрическай стенками корпуса (ряс. I, вариант 2).

где - Оезразглерянй радиус входа, М = 0,6 - коэф-

фициент расхода через отверстия 8 в диске, - число отверстий 8

в диске, ^ - штощадь отверстия, - диаметр отверстия.

Произведение £¿1 определяете; из формула равенства моментов

Ькс . Тогда При^определяется число отверстий 2„..

Коэффициенты Сн и Ск и параметр ¿С являются функциями параметров ^«¿Я/В^п.£; <{„ , яеречисленнг" выше я оцепляются расчетом Ссы.г^! 3) и экспериментально. Для I. рпусов с гладклкя торцевыми стенками (без лопаток) или со струйным вводом X можно определить расчетом, приравнивая моменты на черпаке а на вращающемся корпусе. Значения коэффициента Сх и параметров X по сходным о

реяшмаы ^ должны сохраняться в широком диапазоне изменения /15 при условии подобия в цилиндрических ^ечениг • и примерного равенства чисел Ке . Характеристики мощности строятся по уравнению

Х-Мс*)^ , где может бить момент, действующий на черпак

или на вращающийся корпус. Уравнения характеристик теоретического напора Нт ( для трех схем передачи энергии жидкости,указанных выше) е фунгащи от расхода получаются из уравнений гидравлического момента, а действительного напора Н, - вычитанием гидравлических потерь из Нт .

н .ц * V

Коэффициент напора определяется расчетом по формуле К^-]/^ — Й )<£ и экспериментально. Коэффициент сопротивления отводного канала а зависит от его формы и определяется экспериментально и лидь приближенно расчетом.

Неустановившиеся режимы движения встречаются в насосах-разделителях черпакового типа в период заложения ийяорожяения вращающегося корпуса жидкостью. Момент на валу двигателя в этом случае уравновешив( ется суммой моментов сопротивления и инерции ротора насоса

IV- (6)

Потребляемый напор системы будет иметь ^рд:

Н-л^+Ар^ + ка'+ У} [(&,/дШе

Приравнивая правые части уравнений (5) и (?) определим точку на характеристике Н= • в которой насос работает. Б уравне-

на (?) - А ,2 + Др ■ - ревность статачеоких напоров в приемной емкости и в газовой полости вращающегося корпуса;, Цт*~ скорость ¡¡шдкоста в урубег . Т, - время, . Х- - дама грубы. Ваедл подстановка Си^.Х; ОД/аХ) (8)

в уравйтш (.5) в т можно 'получить дифференциальное уравнение, регаи которое со&и-тно с уравнения«» (6) определить время слива и

наполнения, <д)к = М); Ытг/С1) ЧРИ .

Текан задача шкет воэшкать при относительно большой иасса ротора к ограниченной шцностк протопи. Реренц к некоторые более простые задача, когда л ОИтЖ ? 0 ; и)к=С0П51. ;

Й. '

(7)

¡-f-const. II dUr/dt ф 0 . Таким образом в главе 2 получены уравнения моментных и напорных характеристик в установшпемся а неустановившемся процессе работы насоса.

В. трйтт.п^ .глапз построзни математические модели расчета сел давления, полей скоростей в жидкости, обтекающеП черпак, коэффициентов сопротивления участка отводного ¡«.-нала Сх (я.т.м сигарообразной часта) и стойки черпака -Су,

Измерения поля давлений к скоростей во пра^тчемся корпусе насоса показало существенные различия в их распределение но поверхности тела черпака в области входа в стводзой к&нал и на про-?глъ~ нгЛ стойке. Поэтому для построения - :орш позерхсесгп отвода решаются две задача на обтекание: сигарообразного тела, в котором заключен входкоЛ участок отводного канала, и провальной стойка. Используется рззделские потока ебтеког-'даго село на вясз-ж!!. а вгтутр'я-нвй, гла кограшчкш"? след, по методу Прандтлл.

Для глепзсго потаа voruo построить иотепяхел я £уюанэ тока,

i-етод г с ю'пзико!? и стоксв. ¿:шеГ:;:о-рзспГ'^елр:!;п:з по оси ^стсппкя л стока с

сдаьяксаоД ентсе1;::? .•гость1', по отрежу*.:; дгегоД к С . ,

эяегеяхше в оях>?ояро-псаг?т:йгшаг&& пего::, согдсг-> течеягв с со-тсецпялом у з '1уяжз?гЗ то:;з . Дли осеъгггиетрзпного 7«лз,

тглзскного на рг.с. 2, iyinacrn тика Ф , после вычисления интегра-

ла, булет кзеть вид:

+

m.

Из уравнения (10) при Ф = 0 г. ,лво определять зависимость рада-уса от длани тела Я ](,<;) • сап1 задали: окружная скорость

\ХК > сутмаржй расход ясточкяхз Щ, ; голоаенке границ отрезков С^Ь; С линейяог-распредеяеннцх лсто^иигоэ и стоков к длина С обтекаемого тела.

Рис. 2. Сигарообразная часть черпака с отводным каналом.

Чтобы определить ГЛ. и положение границ отрезков .&)Ь)С предварительно находят выражения составляющих скоростей в направлении р и £ , и абсолвтной скорости.

•ч*

+1Г,

(11).

(12) (13),

Из условия Ц= 1/при я=0;рц/а; И 0"?«^'р^

можно определить значение ФГП, которое уточняется после выбора диыетра Сц отверстия входа в отводной канал. Наименьшие сопротивления'получаются для тел с размерами О.ООЭЛ <(Х < 0,01с; О.^С < Ь < 0,71 ; 0,99^ < С С . После определения значений (П ) а; Ь ; С по уравнение (10) вычисляются

координаты поверхности сигарообразного тела, а затем силы лобового сопротивления и трения и момент Мс от этих сил относительно оси насоса-. Построение сигарообразного тела по расчету на машине ЕС-Ю22 дано на рйс.З.

10 2о 1 30 НО 50 60 70 80 30 юо>

Рис. 3 Сигарообразная часть черпака, полученная расчетом на кагане ЕС-1022. Номера 1,2 л 3 соответствуют 12,14 г 16 ярсцентйшд профилям, 9 - угол диффузора,

положение вьода Ь отвод.

Поверхность профильной стойки танк о строится но функции тога. Вид этой функция конечно будет другой, а методика построения та же.

Приводится еще построенпе цилиндрического сечения стоЗка в виде профиля Чуковского. Г

По расаредс.*аннйй . нагрузке едя дс-.телпл п -рения по поверхности черпака отделяется ксоффипент солротзэлешш Су, его сигарообразной чгсхд.

Разность давявкзй пзред входе,л в отво?яо5 канг\л я в потоке, т стесненном телом черпака, определяется ез урзаженая Беряуллз к в безразмерной форме представлена формулой:

Ы)

Распре дат ение- давлений по поверхности тела черпака определяется из формулы

др 111/и

(15)

Значения состава жди и полной старости в потоке вычисляется ко формулам (И); (12) а (13).

На рис. 4 приводятся кривые распределения давлений Ар и скоростей по поверх, юти старообразной час^к черпа-

ка. Существенные отличия акспериментальных и теоретических кривых распределения давлений и скоростей получаются в зоне 0< Х/£<0)(5 и при X = I , поскольку потенциальность потока нарушается в этих местах и не учитывается функцией для скорости потока.

Рис. 4. Кривые распределения безразмерных величин давлений

А р и скоростей сС^ по поверхности сигарообразной части черпака . <5°,— ■ Сила трения Т на поверхности сигарообразк. Д части черпака вычислял*¿ь из интегральных соотношений пограничного сдоя. Согласно расчету сила трения не превосходит 2.5% от общей склы, действующей на сигарообразную часть черпака. Тогда кор^яциент С^ определите.. формулой:

,1

1

• <71

ще козф|1ВДШ1т уштивает часть поверхности сигарообразного '{еда, на которую дейатау&т распределенная нагрузка, а остальная часчь кйу.одктоя код про^лькоЗ стойкой,

Сравяшю Вблачаа «ойеДкш, шчваюш. х дяя сигарообразной части черпака 1! его стойка прка&яо к ыдааду следующей фо^улы:

116)

При этой отяевелие коэффициентов Сд/Сх = 10 + 13. Отсюда следует что момент Мс на слгарос^рязаой части черпака в 5 * 20 раз больше момента Мсге. на стойке и тот еря трети на ней будут клиягь на характеристику мощности только при .1 ^ > 10 .

3 четверто;! главе дани эг -еримеят&пьнне характеристики чег пакового насоса и определение пэ^метрсз а коэффициентов расчетных уравнений. Приводится описание экспериментальной модели насоса и методики испытания. Било испытано 10 модификаций вращающихся корпу сов и 40 вариантов чершкових отводов. 2 корпуса имели конструкцию, позволяющую менять их ширину В . Корпус 1 Сил с прозрачной ипландрзческт.Я вставкой для стробоскопической съемки потока, ебтеказщего черпак. На этой кодела ¿или измерены параметры '

характеристик Q. - И и' fil- Н насоса, распределение скоростей и давлений в потеке л установлено их качественное и коли-чемвенаое состаетствнв теореглчеекпм- уравнениям, выведенным в Х'лг.ве 2. Установлено, что окружная скорость жидкости в'аутра корпуса ¿х'еяьшает-ся с ростом расхода Q. л растут потери в отводе, в результате чего крязвя Q. - Н имеет круто падающую форму, а •-тпность лаоберот возрастает, т.к. увеличиваемся разность ( U. к - LI ) сяороетсЗ стенок корпуса и жидкости.

Эгюпериментально установлено, что давление внутри врее-..-o зыо-сл корпуса увеличивается гропоглшояашю квадрату радиуса, - статически! и скоростной капора прздерло рггш з ч-дста корпуса, свободной от черпака.

Полай напор вере« входе« в отьодцоЗ канат несколько больше суммы статического п скоростного напоров на окружности диаметре:,: 33cj.. в часта корпуса, свободной от-черпака, что указывает на увеличение теоретического напора Нч- в области входа в канал. Коэффициент ягпора , ■ вен 1,5 •«■ 1,6, что примерно в полтора раза ¿олыае, чем.у центробежного нассоа. Затгм балл измерены поля скоростей и давлений вокруг черпака. Результата измерения z j чечета показана на рис. 4.

Сущьствишое внзмаквг было уделено отработке внешней -i-opr-н поверхности черпака, Формт ствохагого шмгалр я яг сэствегстгия расчету. Определена оптачальша отнесения b/В или с!/В рмгкзь С,15 * 0,15, при когорих эатр5та .-!Сг;коетк шдучя/.гся

Исптыпание большого количества форм'отводных каналов показали преимущества каналов с коротким диффузором на входе, спкаающим скорость в 1,5 4- 2 раза,и резким расширением канала после поворота в радиальном направлении. Напор при этом получился наибольшим. Боль-

¡-даяния на величину потребляемой мощности оказывает коэффи-ттт стеснения А . , определяющий размер зазора меяду черпаком и стенками корпуса. Экспериментально установлено, что мощность резко снижается при уменьшении Д от 0,25 до 0,12. Поскольку малые значения Д приводят к увеличению размера В и массы корпуса,, то в, настоящее время приняты в реальных конструкциях насосов значения Ь =0,15+0,16, хотя это и приводит к некоторому- снижения КПД. экспериментальные характеристики черпакового насоса с. различными формами отводов показаны на рис. 5, Видно, что отвод по варианту 2 приводит к увеличению напора, но и мощности толе. Однако сигарообразные отводы все-таки дают возможность несколько повысить КПД. Экспериментально били определены коэффициенты напора Кн и сопротивления отводного канала & . Было установлено, что при углах я 90° для лопаток или струйного ввода КИ^0,Э5 * I. При увеличений угла коэффициент

должен несколько возрастать. Экспериментальные данные по козффгщдек-ту О. поглодали получать для него приближенную з-яшснмость: (2. - . Обработка опытных к расчетных данных по измере-

нию скоростей жидкости привела к построении завнсжюин ЗС ~ 1,0^-0,06^' . При этом было установлено, что число лопаток - В * 12, угол наклона лх почти не отражается на

характеристиках насоса. Число отверстий для струйного ввода должно быть большим ЗЭ, а диаметр отверстия А0 = 0,5

Оптииь..ьная высота лопаток определяется из соотношения Н/В~0,2 . Коэффициенты сопротиздети Су и С^ опрэдадялас.ч в сгредоа . диапазоне сочетаний сраяаищахся корпусов и форга черзаковых отводов длд шделай с рарчнчяш' значением П.^ , В результате .выяснено, что эти коэффициенты в основном зсвясят от форма черпакового отвода, коэффициент* стеснения ^ , безразмерного расхода у и числа РеСнольдса Яе ' , азмеяеаип числа в 1,5+2 ра-

за влияние его не проявляете«, а при большем изменении на характеристиках 0. - Н и заметно отклонение- от подобия при пересчете с разных чисел оборотов. Вывздеии уравнения характеристик насоса в безразмерной форме к в функции от П,-для удобства обработки акспь -р.-лзнтальннх данных м нолеленого

Рис. 5. Характеристика черпак'ового насоса с двумя вариантами от-

водовгпрофклеобразнш I и сигарообразным 2 в корпусе с числом лопаток Д = 12 на сторону с углом 6 = 45 на радиу-

се . «Л

пересчета. В результате анализа баланса потерь установлено, что наибольшую доли потерь (40 + 43%) составляют потери профильные. Для их уменьшения предлагается забирать размеры корпуса и черпака согласно коэффициенту стеснения в пределах 0,1Э < р ■< 0,15, вяаш поверхность черпака строить по функции тока, ¿оотношение

Ь./ß уменьшать до 0,17 или делать подвод жидкости со струйным пводом. Число Рейнольдов ffe должно быть больше IQ7. Далее определялся внутренний' КПД и его составляющие: гидравлический и механический КПД. Объемных потерь в черпаковом насосе нет. Удовлетворительное .•'.т,падение экспериментальных к расчетных значений КПД подтверждает '.прг>.ведливость расчетных уравнений для напора, модности и КПД. Навигационные испытания насоса показали,что ото- явление тлохет развиваться при Q. < 1,3 Qor,rrt, на входных концах лоиаток на округлости Di , а при больших значениях Q. еще и на входе г от-киию?. канал. Нппменыяпе вели-чини кшзитацпошюго запаса Л К получение экспериментально на расходах Q, = .(I + 3) . 10~г ы3/с при

ti 2900 об/ман, равны 1,6 * 2,0 м, что соответствует значениям кодатпшюнного коэффициента быстроходности С = 700 + 070. Ка^итацгеш.-ие качества сильно зависят от конструкции подвода. Нан-

л-амс расчетные значения коэффициента С « 400 i 600 ооотвьт-ствуаг колет. укции кольцевого подвода с отношением внутреннего диаметра к вчеакему dj/fl^ =0,8, а наибольшие С = S00 * 1050 дта dj[/D¿ = 0. Выведена расчетная форгула для определс-

критического каглгедионного запаса дЬ.^.» вюгочаацач глетт-раческио рткора гхоаннх олшентов насоса, расход б. и частоту вр т^г.чич ¡Ъ . Опгйделйну оптимальные размори входа в насос ез ytaroBti ( Ú Ккр, )|а;ц, . Кэвигацаонныо качества сильно сшзгавтея г- рс.-ул?,тохе подсоса воздуха чероз увдотяеяае. Результаты проверки расчеппм. экгпер»:мбнтадьншга по!;азадп удовлетворительное

ух cooT5í'teíi$;:e (су,рис. 6).

Я улпг-- издесиеа, разработанный автором, кстод расчета •tcifn.vwsors ñ =йоса и дйкп оценка результатов применения-втого uorro-

¡-"i со?' гяюгмшмхй конструкций и ■гсхниго-ахоножчссках псказате-дог, uaoocvt!, «£.,r.:e¡ttí'?/tvx в р^здзчпда тг-хнодогическах схемах. Расчет ч^рг;акОгях кососоэ эах.\.-;*'П€"ся с -.3HSI оптимальных геой.'стрдчес-

iI!X pMMfpSD В чУ'НВДГЛ о? и костросшз поверхности отвода

по ';-ун':ппг.' то:<я, которое sa7¿;< у ао уравнениям харзкгерис-

ий (i ~{{CÜ a , построенная в размерной и б-^раз-

,¿c-f'ío;- -Ьсосч: 4ij-..i:CBoix> тана жгло применять в диапазоне пз-.ч-:-......' '-т:? 5 4У ¡

0.5

ÏÏ

>> /

V

л w- 1 k

H

/ -- ..... —

L

f >

/ /

* ,—

— V

/ \

/ я &sai$

/ t/ 'У - тор. - scnep-

. л?

as

Рис. S.Сравнение теоретических и экспериментальных характеристик черлакового насоса НЧ ~5/Ц0 , П. = 2900 об/мяг*

¿^.=¡0,5 мм, У - й//а)кЧсуь

H = HjAyic/, N-N/f((JK?cj>ff, р =£00 кг/^

где КПД их буд&т визе, чем в одноступенчатом центробежной насосе. Наиболее удобная область в конструктивном отношении соответствует диапазону 5 ^ flg -<. 15. При уменьшении fts существенно уменьшается ширина В вращающегося корпуса а его пасса. ШД в этой области от 30 до 45$ при числах Рейнольдса Re = (3*4).Iûs до 55% при Ю^. Основное влияние на характеристика

йасоса оказывают коэффициенты сопротивления профиля черпака £,х 2 Çx , коэффициент CL сопротивления стводяого канала и oîv. язе угловых скоростей жидко с тя и стенок корпуса ¿1 ~ СО/СО^ Коэффициенты Cv , С, и X

определялись расчетом

М. экспериментально дда моделей в широком диапазоне , что дало

возможность установить достоверность предложенного метода расчета. Доказано, что главными величинами,определяющими значения коэффициентов с'к для сигарообразной части отвода являются силы, возникающие от распределенной нагрузки давления. Уменьшить эти силы, а с ними и Сх' , можно только за счет уменьшения площади входа в отвод и перераспределения давления по поверхности сигарообразной части черпака таким образом, чтобы положительная разность его с давлением в окружающем потоке занимала ыинимаяьшй участок поверхности, а отрицательная - максимальный. Силы тревш Еегвигяг с составляют не более 20-25% от-полной силы, вследствие игвьрхпостЕ чс-раакового отво-

да. Расчеты <£ и зкеперкменталъвая его проверка показали, чте-вд большие значения' = 0.63+ 0,Ой (в каибольше напоры Н ) по-

лучаются при наименьшем значении коэффициента стеонения & =■ 6,13 * 0,15 и отношении высоты'Лопаток Ь. к ширине корпус^ В равном 0,2 (для лопаточного подвода) ели числе .сопел ^ 30 с

размером {[„= 0,5 (для струйного подвода).

При указанных соотношениях размеров и X были получены зиаче-шш С* <= 0,7 + 0,а к 0,03 * 0,03 _В= 0,79 + 0,82 и

=0,41 + 0,4а при = 10 ^ 15, где Н=

Результг: :ы работы применена в создал:.": ряда яастюов в различны: ?чологкческих схемах. В оовмзетсоЗ разработке ВБИИПЩРШДШ, НШШ5М-МАШ и Ь:ЧШ созданы снетекы регеяерзгзаг жидхсх отходов на долговременных транспортных объектах, где бак установлены насо си-раз делители к ■гистилляторы типа МИР-8, 1.КР-9.' »21?-10, Ы11Р-11 и МРД-1, отличающиеся милым габаритом и весом, пнзкаа котреблением энергии и высокой степенью очпотт» цпркулирутаея адякостн.

ч процессе разработки исш.тттованы материалы авторских свидетельств ¡'й С53174, 853175, 971450, полученные автором совместно с сотрудником БНШ1ГЛДРа,1АП1 Плотниковым Н.Р. С целью охраны окружающей среды ВНИШ^РШАШ совместно с ВЗЛИ разработан серийный насос НЧ-5/170 с черпокоБжи отводами )№ I и 2 с уменьшенными значениям

С'к (рис. 7 и 8) для перекачивания пропан-бутана, выпускаемой Катайсклм насосным заводом. Насос установлен на передвижной автозаправочной станции для заправки грузовых автомобиле?, пропан-бутаном взамен бекона. В гьбочем проекте использованы авторские свидетельства йс 731053 и 761746, получешше автором совместно с сотрудником ЬЯСИПШРСШК ИваповшВ.В. Замена вихревых н.тоооов марки С5/140 ь» чьрпаковые марки НЧ-5Д?0 привела к увеличению КПД на расчетном

jV-í.

ía fi*4 mm i

a if !

<~—1.............- - _ ^Z.'-I'Z

<7

e.

/V-á

«•г-

Г t i o tí ггзтгг' "lipi j ■ o :<■

I,'

г ! » |j 1 Ы.< а [rtJí.-t.ifjf (я

í |;,j|i.í|3í |í.l i

нрищчонм* : ¿y'O niajiaftfi cSeiif»« ' ^ясл*« sa ft** A^efcCft

Рис.7. Отз'одн черпакового титта _ M I и 2 к насосу 114-5/170.

<?з

режиме в 2 раза а сниаеяню допустимого давления в заборной емкости с 0,7 до 0,1 МДа.в результате повышения навигационных свойств насоса. В организации ЭЛЕКТРШАШ (г.Нижний Новгород) разработаны черпаковые насосы, применяете в системах охлаждения электросветильников больше" мощности. В КБ по электрохимическому машиностроению разработан насос-сепаратор-дозатор в технологической схеме установки для получения газообразного водог. ,1 и кислорода. Черпаковые насосы могут заменить некоторые многоступенчатые центробежные насосы типа " X "» вихревые насосы типа "В ", т.к.- они имеют более высокий ЩЦ и лучшие навигационные свойства, а такяе удобные способы регулирования подачи и напора. В некоторых случаях, по условиям эксплуатации возможна замена так же насосов типа ЦНС небольшой мощности, ковден сатяых насосов марок 1X12-50, ЯС12-П0, Ж32-150 без снижения их технико-экономических показателей. '

Результаты исследования могут быть использованы в проектировании и расчете черпаяовых насосов для маловязких жидкостей (до 20 сот), 1 на>сосов-разделителей, центрифуг с напорными устройствами и др. устройств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Выполненное исследование позволило сформулировать и обосновать научные положения, совокупность которых монет быть классифицирована как решение научной проблемы, имеющей важное народохсзяйственяое значение а повышении технико-экономических качеств насосов динамического типа с низким коэффициентом быстроходности. I. Разработана теория и методика расчета рабочего процесса насосов черпакового типа, включающая определение размеров и форм проточной части и построение их характеристик.

Методика расчета доведена до составления алгоритма а программы расчета на ЭВМ и удовлетворительно подтверждается экспериментом. Особенности схемы и оабочего процесса насоса позволяют полностью использовать составляющие энергии давления и кинетической, что и приводит к повышению напора в 1,5 * 1,6 раза по сравнению с одноступенча тшл центробежным насосом одинакового размера, а сокращение поверхнос ти неподвижных деталей обтекаемых жидкостью - к уменьшению потерь на трением

Эти причины в целом приводят к повышению КПД машины в 1,5-3 рг В связи с указанным расширяется область применения черпакос.ых насосу способных заменить ряд центробежных, вихревых, цептробгаио-виуреЕнх

некоторых объемных насосов, и тем самим решается проблема повышения технико-экономических качеств динамических насосов с низким тоэффпцпентом быстроходности = 5 * 25.

2. Установлены количественные соотношения величин, определяющих поток внутри вращающегося корпуса, в результате чего получены уравнения моментов, напора и мощности для трех основных конструктивна схем передачи энергии перекачиваемой клдкоста: гладкими стенками за счет сил трения, радиальными и цилиндрическими лопатками

на торцовых стонах вращающегося корпуса и закрытыми радиальными . ка:-;!лаг.:,! со сгруйшм вводом гдцкости,

Анализ зтах урамешй показал, что насос работает аффективнее пли яоибояьаах значениях отношения угловых скоростей жидкости п вр&цаюе-гося корпуса гЕ , иашзяыюх звачшвях коэффициентов стеснения потока 6 черпаковшд отводом, наименьших значениях козф"21Ызя-тог. сопротивления профиля £ж к отводного канала & . Урга-коаая получены для устааокшшегося п неустановившегося щюцсосоа работы насосов.

3.Построена математическая модель течения во вращающемся корпусе, которая позволяет резать задачу по установлению связи формы поверхностей черпаковых отводов с кооффидаентамя сопротагадек^я в • прямой и обратной постановке, распределению скоростей и гавдонш! п потоке обтекающем черпак и в свободном потоке а оцредедешш характеристик насоса. Эксперименты, проведенные на специа-я^о разра-

богангго"! прозрачной модели насоса, показали хорощто степень приближения к результатом, полученным с сокощьз математической глодали.

4. В результате исследования баланса распредааешхд знергдй получены расчетные и экспериментальные зависимости для оиредегзнгя составлявших мощности с КПД. У станов-еш оптимальные соотксасака размеров вращавшегося корпуса к черпакового отвода, а такие зпачшия числа Ке > Ю7, обеспечивающие ка^бехьпкй капор е 1ШД насоса. Шгккеньаш» гадр'пличаекпо и мехашпоске потери 2.насосе получены л.вя значений 0,13<Ь<0,15,0,8<<й1< 0,в, процентное-тк прсфг-л 0,14 < ¿.щч^/^ 4 короткой диффузоре на входе

в отсодноЗ канал и внешних обводах' черпака, выполненных по функциям тока, отношении 0,1? К/ц < 0,2, числе лопаток 3 12 на одну сторону корпуса, относ шпи 0,5 < с10Д{п <1 и числа отверстий на одну сторож/ корпуса 12 < 5Т0 < ■ 13. Получены экспсфимснтедытз завиетмостк оптимальных соотнсдсг 1 Гомеров вращакщотооя корпуса и черпакового отвода ог коэффициента ■-ыстроходности П5 ,,что сущгсм. нпо уцрещзат раочлг насоса. Соотношения гп-с.-аров в (ушотв с? хээ£>:::'кецта быстроходности используются дл.\ щюозд бсэрэзмер:гкх ураь»вшй ксмеагов.

удобных для анализа и сравнения экспериментальных характеристик. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных характеристик

О, - Н , 0. - N • 0- ~ ¡1 3 значений коэффициентов сопротивления Сх , которые показали удовлетворительную сходимость.

6. Определен 1 расчетные зависимости для вычисления радиальных и осевых сил. Радиальные силы изменяются в 1,5 -«- 1,7 раза при изменении подачи насоса от нуля до мак' ума. Уменьшение радиальных сил достигается уменьшением распределенной нагрузки давления по поверхности черпака прз ешкеяли коэффициента стеснения и увеличении радиалт. яого зазора мезду черпаком и врадагацикся корпусом. При симметричном, птпосительно оси, расположении черпаксвых отводов радиальные силы позшсстю уравяоведшвалтея.

Осевая сила зависит от давления на входе в насос л диаметра уплотнения. Мзныие осевые силы получаются в схемах с осевым подводом. ' Предложены различные схемы уравновешивания осевых сил.

7. Кавптациояяне испытания показали наличие двух возможных зон кави-тдции: на входных участках лопаток и на входе в отводной канал при

I 1,25 * 1,3 )ОоР1Ч. На и~Н характеристиках кавитация проявляется резким падением напора. Кавитапжя на входе з отвод распространяется на внешнюю поверхность профиля, что приводит к повышению коэффициента Сх а мощность при этом не снижается. Выведена формула для подсчета лавл-тационного запаса Л к . Наибольшие значения кавитационных .коэффициентов быстроходности С = 600 * 1000 получены для схем с осевым подводом ( = 0).

8. Установлена область применения черпакових насосов по коэффициенту быстроходности 5 < /2 с < 25 л числу Рейнольдса Яе > Ю6. Выявлена преимущества перед существующими машинами с одинаковым ^ диапазоном параметров по подачам и напорам: для насосов типа " А " '0 одноступенчатом г многоступенчатом исполнении модностью до 30 кВ'Г

- з КПД и установленной мощности; для многоступенчатых конструкций кснденсатних яасосоз типа "Ж" мощность® зог^кЗт- в упрощении конструкции яри замене многоступенчатых насоссв одноступенчатыми; для вихревых насосов типа "М" и ИЗ" - в повышении КПД, напера, кавитэци-онных качеств, умеаьзеншг количества типоразмеров, установленной мощности двигателей, в отдельных случаях - гао'арита и веса усгаяо£<;--, для поршневых насосов типа "ПН", а также некоторых винтовых и шестеренчатых насосов - в удобстве регулирования параметров, а иногда и более высоком КПД.

9. : ;зультаты работы внедрены в ярошошенпооть. С 1Э87 г. КатаГюкии яасосиым заводом выпускается серийно чорпаковык насос марки

НЧ-5/170-I в количестве 260-350 шт. в год, опытный завод НПО БГШПЩ'СШШ (г.Москва) выпускает насосы-разделители типа МНР и МРД, институт ядерной энергетики АН Белорусской республика разработал герметичный насос КГ15-60 с черпаковой ступенью, завод. ЭЛЕКТРОНЫ;] (г. Шшш-5 Новгород) выпускает черпаковые насосы для систем ох-лая-чения.

Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 3.352.357 руб. в год.

Оснозное содержание диссертации отражено в работах:

1. Спасский К.Н., Шаумян В.В., Новые насосы дня малых подач и высоких напоров. - lt.: Машиностроение, 1973. - 150 с.

2. Спесский К.Н., Плотников Н.Р., Краснов A.B. Черпаковые насосы в СССР и за рубежом. - И. :ЩЩ№ИМНЕФГШШ, 1978. - 54 с.

3. Спасский К.Н. Уравнения устаяовившегося процесса работы чер^а-кового насоса в безразмерной форме. Известия вузов. Энергетика.

- 1986. - В в,.- C.II0-II6.

4. Спасский К.Н. Уравнения неустановившегося процесса работы черпа-кового насоса. //Известия вузов. Энергетика, - 1983 -НА -С. 108- III.

5. Спасский К.Н. Математическая модель расчета поверхности отвода

и его кос'фициента сопротивления Сх в установившемся процессе работы черпакового насоса. // Известия вузов. Энергетика. -1989. - js 12. - С.96-100.

6. Спасский К.Н. Баланс энергии черпакового насоса. Ц Эксплуатационная надежность насосного оборудования. Сборник научных трудов ВНШГИДРШАШ. - М., - I98S, - С. III-I24.

7. Спасский К;Н. Построение формы поверхности отвода черпакового к. coca. /''Химическое и нефтяное машиностроение. - 1989. - & 9. С. 6-7.

8. Спасский К.Н. Насос для оросительных установок на угольных коубайнктУ/Вес-чшк машиностроения. - 1971. - К 12. - С- 26-29.

9. СпасскиЬ К.Н. Центробежные насосы с вращающимся корпусом. //Decwk машиностроения. - 1962. - К 5. -С .25-29.

10. Спасский К.Н. Центробежные насосы с вращающимся корпусом для малнх подач и высоких напоров. // Труды ВИШ, - 1961. Вып.ХХУШ. -С .3-14.

11. Спасский К.Н. Черпаковые насосы. - М.:ШНТШ1,1963.-51 с.

12. Спасский К.Н., Щеглов Г. 1.5. Центробежный насос с предвключе^чны • эжектором. /'Химическ: и нефтяное машиностроение. - 1968. - /КЗ

-¿.9-12.

ге

13. Спасский К.Н. Сравнительный анализ черпаков ых насосов фирмы "Koke "и отечественных моделей и тенденции их развития.'

/^Проблемы и направления развития гидромашиностроения: Тезисы дохл.

Всесоюзной научяо-техн.конф. - Сумы, 1978. С.6-7.

14. Спасский K.M. Насосные и компрессорные станции. Учебное пособие для' студентов. - М.: ВЗПИ, 1990. Часть 1-84 с.

15. Спасский К.Н. Насосные и компрессорные станции. Учебное по*- бие для студентов. - М.:ВЗПИ, 1991. Часть 2 - 80 с.

16. Спасский К.Н. Определение КПД и основных размеров черпакового насоса в зависимости от коэффициента быстроходности.: Сборник трудов ВЗПИ. Серия.-Гидравлика -и гидравлические машины. - М., 1983. - С.34-44.

17. Спасский К.Н. Центробежные насосы высокого давления. /Общее машиностроение. ЦИНГИАМ. - 1962. - & 3. - с. 7-Ю.

18. Спасский К.Н. Насосы для горной промышленности. /'Торяо-техничес-кие вопросы освоения ША, s Тез. докл. областной научяо-т ехя.ков $.

- Губкин, 1985. - С.92-94.

19. Спасский К.Н., /какова 1.Й. Конструктивные и эксплуатационные характеристики черпакового насоса. /^Горно-технические вопросы освоения ША.: Тез. докл. областной научно-техн. конф. -Губкин, 1985. - С. I0I-I03.

20. A.c. 222173 СССР, МПК F 04b. Черпаковый насс /К.Н.Спасский.

//Б.И. - 1968. - & 22.

21. A.C. 761746 СССР, М.Кл.3Р043)1/12 . Самовсасывающий черпаковый насоо / В.В.Иванов, Б.И.Васильев, К.К.Спасский. /^Б.И.-1980. - Л 33. -

22. A.C.I4I755 СССР, Кя. 59b, . Вертикальный герметичный черпаковый насос с газозополн^яяш корпусом /К.Н. Спасский. '' Б.И. - 1961. - й 19. "

23. A.C. 217960 СССР, МПК F05с . Черпаковый насос. /К.Н.Спасск:<й, В.М.Усакогский п др. //Ъ.\\. - 1968. - В 16.

24. А.С; 221496 СССР, }ШК F0Sс . Черпаковый насос /К.Н.Спасский, В.В.Иванов. //5.11. - 19,3. - № 21.

25. A.C. .105170 V/CCP, Кл. 59b , 2. Уплотнение вала центробежного насоса. /К.Н. Спасский. / /Б.И. - 1956. - № 12.

26. A.c. 222676 СССР, ШК FQ5c , Насоо черпакового типа. Д.Н. Спасский./ /Б.И. - 1968. - № 23.

27. A.c. 234868 СССР, ШК FOSc . Самовсасывающий центробежный на сос /К.Н. Спасский, В.В. Иванов, Г.М.Щеглов. / /Б.И. - 1969. -

& ;.

28. A.c. 274656 СССР, UIUÎ fOHd . Насосный агрегат плавающего типа. /К.Н.Спасский, В.М.Усаковск-П и др ' /Б.И.-1970.-гё 21.

29. A.c. 853175 СССР, М.Кл.3 FÛ4DH2. • Черпаковый реверсивный насос /Н.Р.Плотников, К.Н.Спасский в др./ / Б.И.-1381, - № 29,

30. A.c. 853174 СССР, М.Кл'3 F 04 1/12 . Черпаковый насос /11.1'. Плотников, И.Д. Ошмарин, К.Н.Спасский и др./ /Б.И.-1981. - а 29.

31. A.c. 971490 СССР, М.Кл.3 В04В 11/00. Центрифуга для разделения газолшдкостных смесей /Н.Р. Плотников, К.Н.Спасский и др.

," Б.И.-1982. - № 41.

32. A.c. 731059 СССР, М. Кл.3 F 04 I/JL2 . Черпаковый отвод насоса /Б.И.Васильев, К.Н.Спасский, В.З. Иванов / /Б.И.-1980, - Я 16.

33. A.C. 1373876 СССР, NLtU? F04 I/I2 .• Черпаковый насос. /В.В.Иванов, К.Н.Спасский к др./ /Б.И.-1988. - № 6.

Подписано х печати 4.il.94. Объем 2 я,л. Зак.509. Тйр. 100 экз. Типография МПТУ им. й.3.Баумана