Розробка насосів з покращиними антикавітаційним характеристиками
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243114Ключові слова:
консольний насос, відцентрове робоче колесо, шнек, кавітаційний запас, плівковий випарний апаратАнотація
У розгляді питання про створення насосів з покращеними антикавітаційними характеристиками представлені результати поглибленого аналізу проблеми перекачування в'язких рідин при високій температурі. На прикладі технологічного процесу випарювання цукрового сиропу на плівковому випарному апараті новітнього типу було виявлено проблему виникнення кавітації при перекачуванні в’язких рідин з високою температурою.
Проаналізувавши існуючі машини, що використовуються для зазначених умов роботи, були виявлені критичні конструктивні і режимні параметри, що впливають на появу кавітації. А саме на появу кавітації впливають: наведений діаметр входу в робоче колесо, діаметр входу в колесо, число лопатей, ширина лопатей і частота обертання ротора.
Для дослідження рівня впливу зазначених параметрів був обраний метод фізичного моделювання, був спроєктований і виготовлений експериментальний стенд. Були проведені дослідження роботи насоса з предвключенним шнеком і без шнека. Проаналізовано роботу з двох‑ і трилопатевим шнеком, досліджено роботу з відкритим і закритим робочим колесом, з одно та дворівневою лопатевою системою.
В результаті аналізу експериментальних даних було обрано оптимальну конструкцію проточної частини з трилопатевим шнеком і напіввідкритим робочим колесом з дворівневою лопатевою системою. У свою чергу це дозволило зменшити стиснення потоку на вході в колесо без втрати енергетичної ефективності, кути нахилу лопаток шнека і робочого колеса було синхронізовано.
Отриманий досвід дозволив спроєктувати і виготовити промисловий зразок консольного насоса зі шнеком і напіввідкритим робочим колесом. Тим самим дозволивши вирішити проблему перекачування густого сиропу на плівковій випарній установці Теофіпольського цукрового заводу (Хмельницька область, Україна), з кавітаційним запасом 1,5 м.
Посилання
- Yelin, O. V. (2013). Possibility to increase the suction capacity of the inducercentrifugal stage without changing of an inducerand an impeller geometry. Visnyk SumDU. Seriia Tekhnichni nauky, 4, 7–16.
- Pei, J., Yin, T., Yuan, S., Wang, W., Wang, J. (2017). Cavitation optimization for a centrifugal pump impeller by using orthogonal design of experiment. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 30 (1), 103–109. doi: http://doi.org/10.3901/cjme.2016.1024.125
- Imamura, H., Kurokawa, J., Matsui, J., Kikuchi, M. (2003). Suppression of Cavitating Flow in Inducer by Use of J-groove. The Proceedings of the JSME Annual Meeting, 2003.2, 35–36. doi: http://doi.org/10.1299/jsmemecjo.2003.2.0_35
- Vizenkov, G., Tverdokhleb, I., Kutsenko, V., Ivaniushin, A., Avdeenko, V. (2008). Nasosy spetsialnogo i obschepromyshlennogo naznacheniia s predvkliuchennymi osevymi kolesami. Obzor opyta issledovanii, razrabotki i ekspluatatsii nasosov s predvkliuchennym osevym kolesom. Nasosy i oborudovanie, 3, 46–50.
- Dular, M. (2016). Hydrodynamic cavitation damage in water at elevated temperatures. Wear, 346-347, 78–86. doi: http://doi.org/10.1016/j.wear.2015.11.007
- Gavaises, M., Villa, F., Koukouvinis, P., Marengo, M., Franc, J.-P. (2015). Visualisation and les simulation of cavitation cloud formation and collapse in an axisymmetric geometry. International Journal of Multiphase Flow, 68, 14–26. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2014.09.008
- Lauterborn, W., Bolle, H. (1975). Experimental investigations of cavitation-bubble collapse in the neighbourhood of a solid boundary. Journal of Fluid Mechanics, 72 (2), 391–399. doi: http://doi.org/10.1017/s0022112075003448
- Huang, B., Wang, G. (2011). Experimental and numerical investigation of unsteady cavitating flows through a 2D hydrofoil. Science China Technological Sciences, 54 (7), 1801–1812. doi: http://doi.org/10.1007/s11431-011-4369-1
- Friedrichs, J., Kosyna, G. (2002). Rotating Cavitation in a Centrifugal Pump Impeller of Low Specific Speed. Journal of Fluids Engineering, 124 (2), 356–362. doi: http://doi.org/10.1115/1.1457451
- Li, D., Song, Y., Lin, S., Wang, H., Qin, Y., Wei, X. (2021). Effect mechanism of cavitation on the hump characteristic of a pump-turbine. Renewable Energy, 167, 369–383. doi: http://doi.org/10.1016/j.renene.2020.11.095
- Chen, S.-Y., Xu, W.-L., Luo, J., Li, J.-B., Zhai, Y.-W. (2021). Experimental study on the mesoscale causes of the effect of sediment size and concentration on material cavitation erosion in sandy water. Wear. doi: http://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204114
- Yuan, Z., Zhang, Y., Zhang, J., Zhu, J. (2021). Experimental studies of unsteady cavitation at the tongue of a pump-turbine in pump mode. Renewable Energy, 177, 1265–1281. doi: http://doi.org/10.1016/j.renene.2021.06.055
- Osterman, A., Bachert, B., Sirok, B., Dular, M. (2009). Time dependant measurements of cavitation damage. Wear, 266 (9-10), 945–951. doi: http://doi.org/10.1016/j.wear.2008.12.002
- Amromin, E. L. (2021). Modeling of the impact of laminar-turbulent transition on cavitation inception. Applied Ocean Research, 114, 102796. doi: http://doi.org/10.1016/j.apor.2021.102796
- Krella, A. K., Krzemianowski, Z., Maurin, A. (2021). Degradation of Armco iron caused by cavitation: Part I – Correlation with flow. Engineering Failure Analysis, 128, 105586. doi: http://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105586
- Krella, A. K., Maurin, A., Krzemianowski, Z. (2021). Degradation of Armco iron caused by cavitation: Part II – Correlation with stress analysis. Engineering Failure Analysis, 128, 105621. doi: http://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105621
- Bhukya, J., Naik, R., Mohapatra, D., Sinha, L. K., Rao, K. V. R. (2021). Orifice based hydrodynamic cavitation of sugarcane juice: Changes in Physico-chemical parameters and Microbiological load. LWT, 150, 111909. doi: http://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111909
- Wang, Z., Zhang, B. (2021). Cavitation erosion behavior of high‑nitrogen austenitic stainless steel: Effect and design of grain-boundary characteristics. Materials & Design, 201, 109496. doi: http://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109496
- Wang, C. Y., Cheng, W., Shao, Y. K., Luo, K. Y., Lu, J. Z. (2021). Cavitation erosion behaviour of AISI 420 stainless steel subjected to laser shock peening as a function of the coverage layer in distilled water and water-particle solutions. Wear, 470-471, 203611. doi: http://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203611
- Mikhailov, A. K., Maliushenko, V. V. (1986). Lopastnye nasosy. Teoriia, raschet i konstruirovanie. Moscow: Mashinostroenie, 270.
- Zimnitskii, V. A. (Ed.) (1986). Lopastnye nasosy. Moscow: Mashinostroenie, 334.
- Melaschenko, V. I., Zuev, A. V., Savelev, A. I. (2004). Profilirovanie lopatei robochikh koles tsentrobezhnykh nasosov. MGTU im. N. E. Baumana, 50.
- Franc, J.-P., Michel, J.-M. (2006). Fundamentals of Cavitation. Kluwer Academic Publishers Dordrecht. Created in the United States of America, 345.
- Rzhebaeva, N. K., Rzhebaev, E. E. (2009). Raschet i konstruirovanie tsentrobezhnykh nasosov. Sumy: SumGU, 219.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Olexandr Tiahno, Anatoly Vorozhka, Mykhailo Ovcharenko, Mikhailo Loburenko, Andrey Papchenco
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
