Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 20 )

Все традиционные очистители высокой пропускной способности (сотни, тысячи и десятки тысяч метров кубических в час) имеют сопротивление, как минимум в 0,2÷0,3МПа, что вообще исключают их использование в линии всасывания.

Поскольку гидродинамическая очистка позволяет создавать очистители любой пропускной способности с чрезвычайно малым сопротивлением (0,01÷0,02МПа) появилась возможность повысить напор на срезе всасывающего патрубка насоса. Суть предложения видна на рис. 3.1, где изображена принципиальная схема всасывающего устройства с рециркуляцией части нагнетаемого потока с целью повышения давления на всасывании.

Устройство состоит из всасывающего трубопровода 7, струйного насоса 6, подающего жидкость на очиститель 5, насоса 4, нагружаемого потребителем 1. Часть жидкости, подаваемой потребителю с помощью дросселя-вентиля 3 по обводному трубопроводу 2, поступает с необходимым давлением на струйный насос 6, создавая скоростной поток, создающий дополнительное разряжение, помогающее повысить всасывающую способность динамического насоса.

Для контроля рабочего процесса в схеме предусмотрены - мановакууметр 9 и манометр 10. Дроссель 8 необходим для обеспечения очистителем 5 нужной тонкости очистки.

Сброс части потока из линии нагнетания известен как один из методов регулировки производительности динамических насосов [42, 62, 63, 67].

В случае объемных гидромашин - это принцип дроссельного регулирования, который допустимо применять при общей мощности не выше 3кВт.

Рис. 3.1. Принципиальная схема всасывающего устройства с рециркуляцией части нагнетаемого потока:

1 - потребитель; 2 – обводной трубопровод; 3 – дроссель-вентиль; 4 - насос; 5 - очиститель; 6 – струйный насос; 7 – всасывающий трубопровод; 8 - дроссель; 9 - мановакууметр; 10 – манометр.

Анализируя энергетические характеристики высокооборотных лопастных машин, профессор [26] указал «… эффект эжекции, создаваемый в таком уплотнении (с наклонным козырьком – Н. Б.) потоком протечек, повышает давление на входе в колесо, устраняя западание рабочей характеристики и улучшая антикавитационные качества ступени». По нашему мнению, здесь прямое подтверждение работоспособности схемы. Наконец, следует указать, что подобную схему по повышению вакуумметрической высоты всасывания центробежных насосов успешно испытали в толстолистовом цехе Алчевского металлургического комбината. Таким образом, с принципиальной точки зрения предлагаемый метод повышения надежности не должен вызывать сомнений.

Эффективность предлагаемого устройства можно оценить по данным работы [61].

Ниже приводится заимствованная из [61] таблица, отображающая показатели установок с гидроструйными насосами для повышения кавитационного запаса динамических насосов.

Однако теоретическое и расчетное исследование рециркуляции жидкости в динамических насосах вызывает значительные трудности.

Во-первых, уровень повышения давления в линии всасывания зависит от количества рециркулируемой жидкости, от нагрузки со стороны потребителя, от характеристики защищаемого насоса, от характеристики обводного клапана и от других показателей. При этом эти показатели в свою очередь зависимы между собой и, самое главное, от меняющейся нагрузки (требуемого расхода и напора). Рециркуляция приводит к потерям КПД как в связи с потерями мощности, идущей на рециркуляцию, так и в связи с изменением ординаты на кривой КПД в характеристике насоса. Поэтому учет всех указанных факторов и определение экономической целесообразности энергопотерь ради повышения надежности – сложная научная и инженерная задачи.

Во-вторых, приведенная на рис. 3.1 схема – это пример положительной обратной связи, которая, как известно, может привести к неустойчивой работе системы. Возникает опасность опрокидывания системы, т. е. полного прекращения подачи основным насосом.

Решение указанной проблемы возможно с использованием методов теории автоматического управления.

Показатели установок с гидроструйными насосами для повышения надкавитационного напора лопастных насосов.

Относительное повышение надкавитационного напора	Относительный расход жидкости на работу струйного насоса	Относительный полезный расход агрегата	Гидравлический КПД	Параметр струйного насоса
0,0126	0,09	0,91	0,920	8,5
0,0155	0,1	0,9	0,917	7,6
0,0183	0,11	0,89	0,901	7,1
0,0215	0,12	0,88	0,900	6,6
0,0256	0,13	0,87	0,888	5,9
0,0283	0,14	0,86	0,880	5,6
0,0315	0,15	0,85	0,878	5,4
0,0352	0,16	0,84	0,870	5,1
0,0395	0,17	0,83	0,860	4,8
0,0450	0,18	0,82	0,852	4,5
0,0526	0,20	0,80	0,843	4,2
0,0605	0,22	0,78	0,830	3,8
0,0710	0,24	0,76	0,816	3,5
0,0850	0,26	0,74	0,800	3,3
0,1050	0,29	0,71	0,780	3,1

Поскольку, нужные методы разработаны, как правило, для задач электротехники, то целесообразно, с нашей точки зрения применить электрогидравлическую аналогию, т. е. представить задачу в виде электрической цепи, исследовать ее, а полученные результаты интерпретировать с точки зрения гидропривода.

Дополнительно к выше изложенному нами была приведена дополнительная экспериментальная проверка возможности повышения всасывающей способности динамических насосов рециркуляцией потока.

В лаборатории шахтного водоотлива Донбасского государственного технического университета была проверена принципиальная возможность повышения всасывающей способности центробежного за счет частичного отбора жидкости из линии нагнетания и после дросселирования пополнения этим отобранным потоком линии всасывания. Необходимо было убедиться, что возможно увеличить всасывающую способность на величину перепада давления на очистителе всего потока жидкости, поступающей на всасывающий патрубок насоса. При этом следует учесть, что, во-первых, подаваемая из линии нагнетания в линию всасывания жидкость уже прошла очистку и, следовательно, не будет изнашивать струйный насос, а, во-вторых, эта часть потока подвергается двойной очистке и, следовательно, повышаются качества выдаваемого продукта.

Опытная установка была собрана по схеме рис.3.1. Отличие состояло только в том, что в месте соединения обводной трубы со всасывающим трубопроводом не устанавливался струйный насос. Такое решение шло в «запас». Понятно, что если без струйного насоса будет доказана возможность установки серийного гидродинамического очистителя, и что при этом будет обеспечена устойчивость работы системы, при наличии струйного насоса задача будет выполняться гарантировано, и станет новая задача оптимизации процесса.

В качестве испытываемого насоса использовался центробежный насос ЦНС-60-66. Все приборы прошли метрологическую поверку. Как следует из акта (Приложение В), за счет рециркуляции 45% подачи было получено повышение всасывающей способности на 0.02 МПа, что вполне достаточно для компенсации перепада давления на любом рассчитанном на самую большую пропускную способность гидродинамическом очистителе.

Изложенное выше, нам представляется достаточным обоснованием для положительного решения вопроса о целесообразности использования гидродинамических очистителей в качестве входных очищающих устройств динамических насосов.

3.2. Разработка очистителей, встроенных в системы охлаждающей и смазывающей жидкости динамических насосов.

Обратимся далее ко второй проблеме, имеющей с нашей точки зрения, прямое отношение к рассматриваемому вопросу, – вопрос об очистке смазывающих и запирающих жидкостей, используемых применительно к опорно-уплотнительным узлам динамических насосов.

3.2.1. Неполнопоточные очистители.

В основу разработки очистителей для динамических машин положен принцип гидродинамического разделения фаз (см. раздел 1).

Применительно к входным фильтрам насосов мы выше вели речь только об, так называемых, полнопоточных очистителях – в которых очищается вся перекачиваемая жидкость. Применительно к охлаждающим и смазывающим жидкостям целесообразно говорить о неполнопоточных очистителях, в которых очищается с высокой степенью точности очистки только часть жидкость, непосредственно, проходящая через дроссельные зазоры в опорах и уплотнениях, а также подающаяся в другие вспомогательные устройства. Схематично неполнопоточный фильтр представлен на рис.3.2.

Рис.3.2. Схема неполнопоточного очистителя.

Устанавливается очиститель в линии нагнетания соответствующей жидкости. Как показано на рис.3.2 схематично очиститель представляет собой вставку в трубопровод 1, имеющую ответвление 4 на трубку, в которую поступает жидкость с высокими требованиями к ее чистоте. Вставка состоит из фильтрующего сетчатого цилиндра 3 и корпуса вставки 2. При включении вентиля подачи очищаемой жидкости часть поступает по трубопроводу 4, очищалась перегородкой 3. Хотя крупность ячеек в этой перегородке невелика, засорение ее не происходит, т. к. крупные частицы уносятся основным потоком. Для увеличения скорости последнего диаметр фильтрующего цилиндра выполняется меньшим, чем диаметр трубопровода. Такая схема применима, если на очистку расходуется жидкости значительно меньше, чем ее протекает по трубопроводу 1.