Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 2 )

Целью работы – является повышение чистоты рабочих жидкостей, смазочных материалов, промышленных, бытовых и питьевых вод путем создания нового поколения очистителей с использованием гидроэлектрических технологий

Задачами настоящей диссертационной работы является:

1. Разработать научно-методические основы для создания очистителей рабочих жидкостей насосов, использующих гидродинамический эффект очистки, в которых необходимо обосновать возможность замены источника движения частиц в гидродинамических очистителях в одном из направлений на пондемоторную силу с целью упрощения конструкции и значительного повышения тонкости очистки.

2. На базе полученных научно-методических разработок по электромагнитным очистителям разработать конструкции указанных очиститителей и провести их апробацию в лабораторных и промышленных условиях.

3. Определить целесообразность и пути использования очистителей, работающих с использований гидроэлектрических технологий применительно к динамическим насосам, в том числе: разработать принципы расчета и конструирования очистителей перекачиваемой среды динамическими насосами, применение которых не окажет существенного влияния на рабочие характеристики указанных насосов, в частности на их всасывающую способность;

- разработать конструктивные решения и методику инженерных расчетов очистителей, встроенных в системы охлаждающей и смазывающей жидкостей динамических насосов;

- осуществить поиск дополнительных путей защиты щелевых уплотнений динамических насосов путем использования гидродинамического эффекта разделения фаз рабочей жидкости.

Объект исследования – рабочий процесс устройств очистки многофазной жидкости, который основан на использовании гидроэлектрических технологий.

Предмет исследования – очистители многофазных жидкостей, состоящей из базовой фракции – непосредственно жидкости, и имеющей в ней ферромагнитных и (или) неферромагнитных частиц, которые рассматриваются как механические примеси.

Методы исследований. Поставленные задачи исследования решались путем использования расчетно-аналитического метода, метода физического моделирования на стенде и на промышленных установках, метода численного моделирования на ЭВМ.

Расчетно-аналитическая часть базировалась на использовании уравнений современных теорий турбомашин, механики жидкости и газа. Достоверность полученных научных результатов подтверждено использованием широко апробированных и признанных результатов прикладной гидроаэромеханики, а также результатов сравнения расчетных данных с экспериментальными данными.

Экспериментально проверялись и корректировались заложенные параметры установок.

Научная новизна полученных результатов диссертационной работы состоит в следующем:

1. Впервые разработаны научно-методические основы создания принципиально нового вида очистителей рабочих жидкостей насосов, использующих гидродинамический эффект очистки жидкости, в котором обоснована возможность замены источника движения частиц в гидродинамических очистителях в одном из направлений на пондемоторную силу, что значительно упрощает конструкцию, существенно повышает тонкость очистки, сохраняя при этом другие положительные свойства гидродинамических очистителей, в том числе:

- разработана математическая модель течения двухфазной вязкой немагнитной неэлектропроводной жидкости, содержащей ферромагнитные частицы (загрязнения), при воздействии постоянного неоднородного магнитного поля в электромагнитном очистителе со сложной конфигурацией этого поля и электромагнитного поля в виде бегущей волны;

- исследовано влияние параметров жидкости, ферромагнитных частиц и формы электромагнитного поля на течение жидкости в электромагнитном очистителе;

- разработаны методы расчета движения ферромагнитных частиц в вязкой неэлектропроводной немагнитной жидкости под действием электромагнитного поля.

2. Впервые определены условия улавливания ферромагнитных частиц в электромагнитных очистителых показана целесообразность и доказана возможность переноса разработок теоретически обоснованных и практически реализованных технических устройств очистки жидкостей, применяемых в объемных насосах на динамические насосы.

3. Впервые разработанны входные очистители перекачиваемой среды, повышающие всасывающую способность динамических насосов;

- впервые обоснованна целесообразность использования гидродинамических очистителей, встроенных в системы охлаждающей и смазывающей жидкостей динамических насосов;

- дополнена теория рабочего процесса динамических насосов путем разработки способа защиты щелевых уплотнений динамических насосов на базе использования гидродинамического эффекта разделения фаз рабочей жидкости.

Практическое значение полученных результатов, заключается в следующем:

1. Создан принципиально новый вид электромагнитных очистителей, не изменяющих уровень гидравлической энергии потока очищаемой жидкости и защищающих систему от ферромагнитных загрязнений.

2. Электромагнитные очистители доведены до практического применения и использования в Алчевском региональном производственном управлении ОКП «Компания «Лугансквода»».

3. Рекомендации по применению входных очистителей перекачиваемой среды при повышении всасывающей способности, а также встроенных в системы охлаждающей и смазывающей жидкости динамических насосов внедрены на Сумском насосном заводе «Насосэнергомаш».

4. Наработанные рекомендации по развитию теории рабочих процессов динамических насосов внедрены в учебный процесс Донбасского государственного технического университета и при выполнении научных разработок Сумского государственного университета.

Личный вклад соискателя. Основные результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. В работах [114, 78, 3, 4] автором рассмотрены вопросы возникновения ферромагнитных загрязнений в различных жидких средах, а в [114, 78, 101, 76, 99, 109 , 110, 77, 58, 15, 29] рассмотрены различные виды фильтров, их устройства и принцип действия. В работах [76, 21, 74, 24, 25, 29, 91] автор изложил теорию работы фильтров с бегущим электромагнитным полем и в работах [98, 92, 115] были описаны эксперименты, которые и послужили основанием для подготовки диссертационной работы. Две постановочные работы [24, 20] опубликованы без соавторов.

Постановка задачи, расчеты и экспериментальные исследования, анализ полученных результатов проведены автором работы совместно с научным руководителем.

Апробация результатов диссертационной работы. Основные положения и результаты экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на 2 республиканской научно-технической конференции “Гидромеханика в инженерной практике” (Киев, 1997г.), 3 республиканской научно-технической конференции “Гидромеханика в инженерной практике” (Киев, 1998г.), 5 республиканской научно-технической конференции “Гидромеханика в инженерной практике” (Киев, 2000г.), Международной научно-технической конференции “Проблемы создания новых машин и технологий” (Кременчук,2001г.), Международной конференции “Technika diagnostika stroju a vyrobnich zarizeni DIAGO-2003”(Ostrawa, 2003r.), 2 Международной конференции “Прогрессивная техника и технология” (Киев, 2004г.), в центре “Очистки промышленных жидкостей при иновационной фирме “Hert””(Краков,2005г.), на технических советах Алчевского регионального производственного управления ОКП “Компания “Лугансквода”, 14 международной научно-технической конференции «Гидромеханика в инженерной практике» (Черновцы, 2009 г.), 3 международной научно-технической конференции «ENERGIA-2009» (Симферополь – Люблин, 2009г.).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 30 работ, из которых – 14 в журналах, утвержденные ВАК Украины, 6 статей в зарубежных журналах 7 патентов на изобретения (2 патента приняты в Польше), 2 – тезисы докладов на научных конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, трех разделов, выводов, списка использованных источников и приложения. Полный объем диссертационной работы 158 страниц, в том числе 49 рисунка, 22 таблиц, приложения на 5 листах, список использованных источников из 120 наименований.

РАЗДЕЛ 1

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние степени очистки жидкостей на характеристики гидравлических систем

Как известно, гидродинамические машины (насосы гидродинамического типа, центробежные, турбины гидромуфты, гидротрансформаторы) [40, 41], благодаря своим бесспорным преимуществам, являются одними из важнейших агрегатов современной промышленности. Пропуская через себя огромные объемы жидкости их элементы непрерывно ощущают воздействие абразивных частиц, находящихся в этих жидкостях. Число этих частиц чрезвычайно велико. Не говоря уже о грунтовых и песковых насосах, предназначенных для перекачки жидкостей с многопроцентным содержанием твердых частиц, самые рядовые насосы подвергаются непрерывному изнашиванию при перекачке, например, воды в замкнутом контуре водоснабжения на металлургических заводах.

На Мариупольском металлургическом комбинате им. Ильича прокатный стан 1700 потребляет 24 тыс. м3 в час воды, содержание твердых примесей в которых достигает 11%, ежечасно через насосы проходит 2,5 тонны абразивных материалов в час, т. е. около 60 тонн в сутки. Понятно, что долговечность этих насосов – одна из главных проблем производства.

Что касается грунтовых насосов, то в некоторых случаях их межремонтный срок службы составляет 2÷2,5 месяца. Из-за необходимости их ремонта во всех рудоремонтных заводах угольных объединений по добыче угля (на Украине их 20) имеются участки по ремонту центробежных насосов. То же касается и других отраслей народного хозяйства.

Рассматривая конструкцию гидродинамических машин можно отметить несколько наиболее «болевых точек». К ним в первую очередь следует отнести щелевые уплотнения. Профессор указывает: «Износ щелевых уплотнений – основная причина сокращения межремонтных сроков многоступенчатых центробежных насосов, перекачивающих загрязненные абразивными частицами жидкости. К этим насосам относятся насосы шахтного водоотлива и насосы для закачки нефтепромысловых сточных вод и скважины с целью поддержания пластового давления. Обследования таких насосов показали, что больше всего изнашиваются уплотнения, расположенные в средней части ротора, где амплитуда вибраций максимальна. Эти результаты подтверждают связь процессов изнашивания с вибрациями ротора». [65]