Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей




Скачать 94.45 Kb.
НазваниеТурбомашины для перекачивания газожидкостных смесей
Дата конвертации25.03.2013
Размер94.45 Kb.
ТипДокументы
УДК 621.65: 532.529


ТУРБОМАШИНЫ ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ


Евтушенко А.А., канд. техн. наук, доц.; Колисниченко Э.В., асп.; Сапожников С.В., канд. техн. наук

Сумский государственный университет


Проблема перекачивания газожидкостных смесей (ГЖС) возникла давно и является важной для многих отраслей промышленности. Свои подходы к ее решению ищут как специалисты в области компрессоростроения [1], так и специалисты в области насосостроения [2]. В данной статье мы остановимся на состоянии этого вопроса в области насосостроения, базируясь на опыте кафедры прикладной гидроаэромеханики (ПГМ) Сумского государственного университета
(СумГУ).

В составе современных гидравлических сетей наиболее используемым является насосное оборудование гидродинамического принципа действия. Если пользоваться общепринятой [3] для лопастных насосов величиной коэффициента быстроходности (ns) их проточной части, то это область параметров с 35ns1200. Известно, что максимальный КПД лопастных насосов достигнут при ns150, тогда как при ns=35 он примерно равен 35-40%. Область особо малых ns является традиционно областью параметров насосов объемного типа. Однако высокая их стоимость, а также низкая надежность в работе в целом, а на гидросмесях, в частности, чаще всего не устраивает эксплуатирующие их организации.

В сравнении с насосами объемного типа лопастные насосы в случае перекачивания ГЖС этих недостатков лишены, но имеют ряд своих, в том числе низкий КПД и срыв параметров при избыточном газосодержании в перекачиваемой среде.

Проблема срыва параметров является актуальной для всех лопастных насосов. По внешним проявлениям данная особенность идентична более исследованному явлению – кавитационному срыву параметров насоса. Рассматриваемый срыв параметров приводит к полной потере работоспособности гидравлической сети, что чаще всего влечет за собой экономические убытки, существенно превышающие стоимость используемого в ее составе насосного оборудования.

Для предотвращения случаев потери работоспособности гидравлических сетей, работающих на газожидкостных смесях, как правило, используется специальное насосное оборудование, оснащенное дополнительными конструктивными узлами [4]. Его применение позволяет исключить указанные случаи потери работоспособности, но одновременно ведет к повышению себестоимости и снижению надежности в работе таких сетей.

Перекачивание ГЖС требует широкого диапазона изменения напоров и подач используемого насосного оборудования, соответственно существует потребность в насосах с различными значениями коэффициента быстроходности. Принимая во внимание необходимость обеспечения хотя бы относительно высокого уровня их КПД, возникает вопрос об использовании насосов для заданных условий работы с разным конструктивным исполнением их проточной части.

На кафедре ПГМ СумГУ ведутся исследования, направленные на определение степени применимости насосов гидродинамического принципа действия для перекачивания газожидкостных смесей с высоким газовым фактором в разных диапазонах их параметров. При этом основными критериями, которыми определяется выбор конструктивного исполнения проточной части насосов, являются: КПД (), коэффициент быстроходности (ns), величина критического объемного газосодержания - максимальная концентрация газа в перекачиваемой смеси, после достижения которой происходит срыв параметров насоса (кр). В ходе этих работ установлено, что в области перекачивания газожидкостных смесей насосами гидродинамического принципа действия наименее обеспеченным соответствующим насосным оборудованием является диапазон параметров, соответствующий значениям быстроходности 60 ns 300. Согласно представленным в литературе данным хорошо работают на газожидкостных смесях в диапазоне 60 ns 130 свободновихревые насосы (СВН) типа «Turo» [5], а в диапазоне 130 ns 300 – центробежные (ЦБ) насосы с рабочими колесами (РК), с малым числом лопастей [6]. Однако имеющиеся по этому вопросу материалы содержат лишь рекламные сведения, а необходимые количественные характеристики отсутствуют.

На устранение указанного пробела, касающегося области перекачивания газожидкостных смесей, на кафедре ПГМ СумГУ проведены исследования работы СВН типа «Turo», а также центробежного насоса с одно- и двухлопастными рабочими колесами. На основании результатов этих работ установлено, что действительно СВН типа «Turo» , а также центробежные насосы, имеющие рабочие колеса с малым числом лопастей,устойчиво работают на ГЖС с достаточно высоким газосодержанием в диапазонах быстроходности 60 ns 130 и 130 ns 300 соответственно [7,8].

Характеристики данных насосов при различном расходном газосодержании были получены в результате снятия частных характеристик на рабочем интервале при подачах 0,6Q0, 0,7Q0, 0,85Q0, Q0, 1,1Q0. Количество впущенного воздуха увеличивалось до прекращения подачи насоса (достижения величины расходного критического газосодержания). Для оценки влияния газа на характеристику насоса использовались соотношения безразмерных коэффициентов напора (), подачи (), мощности () и КПД () к безразмерным коэффициентам этих параметров в точке максимального КПД, полученным при работе насоса на чистой жидкости.

Безразмерные коэффициенты напора, подачи, мощности и КПД в оптимальном режиме для данных насосов при их работе на чистой жидкости представлены в таблице.


Таблица 1 - Основные безразмерные характеристики испытанных насосов






0

0

0

0

СВН типа «Turo»

1,155

0,039

0,078

0,55

ЦБ насос с двухлопастным РК

0,874

0,029

0,044

0,58

ЦБ насос с однолопастным РК

0,544

0,032

0,032

0,54


Изменение параметров данных насосов в оптимальной точке в зависимости от газосодержания показано на рис. 1-3.




Риунок. 1 - Изменение параметров СВН типа «Turo» в оптимальном режиме при изменении газосодержания


Рисунок 2 - Изменение параметров ЦБ насоса с двухлопастным РК в оптимальном режиме при изменении газосодержания


Рисунок 3 - Изменение параметров ЦБ насоса с однолопастным РК в оптимальном режиме при изменении газосодержания


Из рисунков видно, что максимальная величина критического объемного газосодержания для СВН типа «Turo» составляет кр=0,45,
ЦБ насоса с двухлопастным РК - кр=0,32, ЦБ насоса с однолопастным РК достигает значения кр=0,5.

Следует отметить тот факт, что при увеличении уровня газосодержания в случае СВН типа «Turo» от 0 до 0,035 для ЦБ насоса с двухлопастным РК – от 0 до 0,07, с однолопастным РК – от 0 до 0,12 наблюдается рост всех параметров насоса по сравнению с чистой жидкостью. Это же явление описано в работе [9], где говорится о том, что при уменьшении числа лопастей рабочего колеса центробежного насоса (с семи до трех), работающего на ГЖС с небольшим количеством газа (β0,022), его параметры слегка возрастают по сравнению с чистой жидкостью. Причина такого явления авторами не была раскрыта. Однако авторы данной статьи придерживаются мнения, что причина этого явления заключается в уменьшении плотности ГЖС по сравнению с чистой жидкостью, что и ведет к росту параметров насоса. Аналогичное явление используется в эрлифтных установках, где подъем газожидкостной смеси, осуществляется за счет уменьшения плотности этой смеси по сравнению с чистой жидкостью [10].

При дальнейшем увеличении количества газовой фазы в смеси параметры насосов падают. Это можно объяснить тем, что наряду с уменьшением плотности перекачиваемой газожидкостной смеси по мере увеличения количества в ней газа происходит изменение структуры смеси. В настоящее время принято считать, что все разнообразие структур газожидкостных смесей может быть сведено к четырем основным группам (рис. 4):

а


Рисунок 4 - Структура газожидкостных смесей
) пузырьковое течение – газовая фаза в виде отдельных пузырьков различной величины и формы равномерно распределена в среде жидкости (рис. 4 а), которая является дисперсионной средой;

б) пробковое (четочное) или снарядное течение – часть газовых пузырей сливается и занимает почти все поперечное сечение трубы, образовавшиеся крупные пузыри имеют характерную снарядообразную форму и следуют по трубопроводу друг за другом, разделенные слоем жидкости или газожидкостной смесью (рис. 4б);

в) кольцевое (осевое) течение (стержневой режим) – на стенках трубопровода имеется движущийся слой жидкости или пленка, в центре трубопровода движется газовый поток (рис. 4в);

г) дисперсное течение (режим тумана) – все сечение трубы занято газовым потоком со взвешенными в нем капельками жидкости (рис. 4 г).

Указанные режимы в известном смысле являются идеализированными, и в чистом виде получить их очень трудно. На практике наиболее часто встречаются так называемые переходные режимы: пузырьково-снарядный, снарядно-кольцевой и т.п. Переход из одного режима к другому происходит, как правило, по мере увеличения объемного расхода газовой фазы [10].

Благодаря проведенной визуализации рабочего процесса в СВН типа «Turo» было установлено, что рост параметров насосов происходит на начальных режимах течения ГЖС, т. е. когда наблюдается пузырьковое течение, а также на начальной стадии пузырьково-снарядного.

По мере увеличения газовой фазы в смеси происходит переход к снарядному течению. В этом случае происходит рост газовых пузырьков, что ведет к уменьшению выходного сечения насоса, а значит, и к падению его параметров.

При дальнейшем увеличении количества газа в ГЖС происходит переход к кольцевому режиму течения, что ведет к запиранию увеличивающимся воздушным пузырем выходного канала СВН типа «Turo», т.е. происходит прекращение подачи насоса – явление срыва параметров.

Так как в ходе исследований работы центробежного насоса с одно- и двухлопастными рабочими колесами способ визуализации рабочего процесса не использовался, поэтому место, где в этом случае происходит запирание газовым пузырем, остается неопределенным.

На основании представленной работы можно сделать следующие выводы:

1) наименее исследованный в области перекачивания насосным оборудованием газожидкостных смесей диапазон быстроходности - 60 ns 300;

2) установлено, что заполнить этот диапазон можно применением таких насосов, как СВН типа «Turo» (60 ns 130), а также центробежных насосов с малым числом лопастей (130 ns 300);

3) определена максимальная величина критического объемного газосодержания таких насосов: для СВН типа «Turo» она равна кр=0,45, ЦБ насоса с двухлопастным РК - кр=0,32, ЦБ насоса с однолопастным РК - кр=0,5;

4) установлены три стадии работы СВН типа «Turo» на ГЖС:

а) начальная – происходит рост параметров насоса по сравнению с чистой жидкостью, что объясняется падением плотности смеси;

б) падение параметров возникает из-за изменения структуры потока, а также увеличения размеров газовых пузырьков, вследствие чего происходит уменьшение проходного сечения насоса;

в) прекращение подачи возникает в результате запирания выходного сечения СВН типа «Turo» растущим газовым пузырем;

5) для выяснения сечения, где именно происходит процесс запирания в центробежном насосе с одно- и двухлопастными рабочими колесами, существует потребность в визуализации рабочего процесса данного насоса.


SUMMARY


The article justifies the selection of free-vortex pumps of «Turo» type, as well as centrifugal pumps with low number of blades, in order to study their operation at gas-liquid mixtures. The results of research of these pumps are presented.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ





  1. Григорьев В.П. Мощность мокровоздушного вакуум-насоса типа РУТС // Повышение технического уровня, надежности и долговечности компрессоров и компрессорных установок // Тез. докл. VII Всесоюзн. науч.-техн. конф. – Казань, 1985. – 142 с.

  2. С.В. Сапожников. Перекачивание газожидкостных смесей динамическими насосами
    // Праці II Респуб. наук.-техн. конф. "Гідроаеромеханіка в інженерній практиці". - Черкаси: ЧІТІ. - 1998. - С. 81-86.

  3. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. – М.: Машиностроение, 1977. – 288 с.

  4. Караханьян В.К. Новые насосы для перекачивания неабразивных веществ, волокнистых масс и газонасыщенных суспензий // Качество и эффективность насосного оборудования // Труды ВНИИ Гидромаш, 1984. – С. 3-16.

  5. Kikuyama K, Minemura K. and other. Effects of entrained air upon a vortex pump performance. – Proc. 8th Conf. Fluid Mach. Vol. 1, Budapest, - 1987. – P. 358-365.

  6. The secrets of successflue submersible sewage pumps // World pumps. – 1999. - № 394. - Р. 38-42.

  7. А.А. Евтушенко, С.В. Сапожников, В.А. Соляник. Коэффициент полезного действия свободновихревого насоса типа “Turo” при работе на чистой жидкости и на газожидкостной смеси // Вестник НТУУ “КПИ”. –М.: Машиностроение. – 1999. -
    Вып. 36. - Т. 1. – С. 249-255.

  8. Евтушенко А.А., Колисниченко Э.В. Влияние двухфазного газожидкостного потока
    на характеристику центробежного насоса с малым числом лопастей // Сб. научн. трудов. – Харьков: Ин-т проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины. - 2003. – Т. 2. – С. 539-542.

  9. Murakami M. and other. Effects of Entrained Air on the Performance of Centrifugal Pumps Under Cavitating Conditions. - Bulletin of the JSME. Vol. 23, №183 – 1986. –
    Р. 1435-1442.

  10. Ф.А. Папаяни и др. Энциклопедия эрлифтов. - Донецк, 1995. – С.12-18.


Поступила в редакцию 18 октября 2004г.

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconИсследование применения насосного оборудования различных конструктивных схем для перекачивания жидкостей с высоким газовым фактором
Портировки водовоздушных смесей возникла достаточно давно и на сегодняшний день является очень актуальной. Поэтому потребность в...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconDescription of business and market
Украины, СНГ и стран ес, для сталеплавильных предприятий, автодорожных предприятий, производителей бетона и смесей, литейных предприятий...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconРазработана математическая мо­дель процесса ректификации многокомпонентных смесей, по­зволяющая рассчитывать процесс для широкого круга органических соединений
Разработка одного класса математических моделей ректификации многокомпонентных смесей

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconОб уравнениях переноса для неравновесных газовых смесей
Великодный В. Ю., Маркеев Б. М. Об уравнениях переноса для неравновесных газовых смесей. //Жтф. 1981. Т. 51. №1. С. 192-196

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconИсследованы диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие свойства
Сп типа ВaTiO3 и статистических смесей пьезокерамика – непьезоактивный материал (полимер); установлено большое различие средних времен...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconРазработка и внедрение сухих строительных смесей для дорожных покрытий из камней мощения
Цель проекта – улучшение эксплуатационных показателей (ровность, долговечность, прочность, экологичность) дорожных покрытий из камней...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconСкважинные насосы
Обычно насосы скважинные применяются: для подачи грунтовой воды в системы водоснабжения, для частных домов и небольших водопроводных...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconМетодика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (рд 03-409-01)
Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (далее Методика) позволяет провести приближенную оценку различных...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconРегламент на производство бетонных и растворных смесей
«Технологический регламент» содержит основные требования к исходным материалам и технологическому процессу, а также описывает виды...

Турбомашины для перекачивания газожидкостных смесей iconСоздание высокоэффективных воздухозаборных трактов для энергетических газотурбинных и парогазовых установок турбомашины и комбинированные турбоустановки
Работа выполнена в ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования имени И....


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница