Підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту удосконалюванням насосного обладнання

Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

УДК 621.924

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту удосконалюванням насосного обладнання

05.22.12 - промисловий транспорт

Рисухін Леонід Іванович

Луганськ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

СОКОЛОВ Володимир Ілліч,

Східноукраїнський національний університет

імені Володимира Даля, декан механічного факультету

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

ЧЕРНЕЦЬКА Наталія Борисівна,

Східноукраїнський національний університет

імені Володимира Даля, завідувач кафедри

організації перевезень і управління на залізничному транспорті

кандидат технічних наук, доцент

СВІТЛИЙ Юрій Герасимович,

науково-виробниче об'єднання «Хаймек»,

директор з наукової роботи

Захист відбудеться 24.06. 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д29.051.03 при Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а, перший навчальний корпус, зала засідань

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля

Автореферат дисертації розіслано 23 травня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ю.І. Осенін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Стійкою тенденцією вдосконалення транспортної галузі України є розвиток систем гідротранспорту як одного, що найбільш динамічно розвивається, при транспортуванні насипних вантажів.

Основними достоїнствами гідротранспорту є його здатність безперервного транспортування великих об'ємів вантажів, а також можливість повної автоматизації процесу транспортування і його інтеграції у виробничий цикл, висока продуктивність і екологічна сумісність з навколишнім середовищем. Використання гідротранспортних систем не вимагає спеціального виділення додаткових земельних ресурсів, не залежить від рельєфу місцевості і в значній мірі скорочує використання дорогих наземних транспортних засобів.

У зв'язку з цим трубопровідний гідротранспорт широко використовується в багатьох країнах з розвиненою інфраструктурою.

Актуальність теми. Магістральний трубопровідний транспорт є перспективним видом переміщення матеріалів на дальні відстані. В ньому закладені резерви потужності і економічної ефективності. Проте рівень технічного виконання гідравлічних систем та їх насосного обладнання відстає від сучасних вимог. Розвиток і підвищення ефективності гідротранспортних систем багато в чому пов'язаний із застосуванням об'ємних поршневих насосів з поліпшеними показниками.

Розрахунок і конструювання таких насосів на задані параметри утруднений у зв'язку з відсутністю математичних моделей характеристик, що достатньо повно враховують як фізичні властивості середовища, що перекачується, так і його реологію, даних про гідравлічні характеристики клапанів насосів, що перекачують неньютонівські рідини, такі параметри, як приєднана маса клапана, яка у свою чергу визначається його положенням і властивостями середовища, методикою розрахунку гідравлічних втрат при нестаціонарній течії неньютонівської рідини. Враховуючи складність і дорожнечу натурних випробувань з метою визначення перерахованих характеристики, найбільш перспективним шляхом є розробка математичних моделей як окремих елементів насосного обладнання, так і всієї системи в цілому. Крім того, поршневий насос гідротранспортної системи працює в комплексі з підпірним відцентровим насосом, що вимагає обліку взаємовпливу їх характеристик на ефективність транспортування в цілому, аналізу і вибору способу регулювання продуктивності.

Підвищенню ефективності трубопровідного гідротранспорту шляхом збільшення його продуктивності за рахунок удосконалювання насосного обладнання на основі математичних моделей окремих елементів, робочого процесу поршневого насоса, всієї системи гідротранспорту в цілому присвячена дана робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами

Дисертаційна робота виконана в рамках розділу «Науково-технічний та інноваційний розвиток» Програми соціально-економічного та культурного розвитку Луганської області до 2010 року; дослідження є частиною теми Мінвуглепрому «Розробка й освоєння в дослідницько-промисловій експлуатації технології використання водовугільного палива на базі енергетичного вугілля і шламових відходів» (договір № 23050608000 від 25 вересня 2006 р.); госпдоговірної теми Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля ДН-27-06 «Обґрунтування і розробка теоретичних основ створення енергоємного і екологічного седиментаційно-стабільного водовугільного палива» (2006 р.). Крім того, дисертаційна робота виконана згідно до Постанови Президії національної академії наук України від 31.03.2004 р. № 96 про створення спільних підрозділів науково-дослідних установ Національної академії наук України і Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля.

Мета і задачі дослідження

Метою дослідження є підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту шляхом збільшення його продуктивності за рахунок удосконалювання насосного обладнання.

Для досягнення поставленої мети сформульовані такі задачі:

1. Обґрунтувати реологічну модель суспензії та дослідити залежності напору, швидкості і витрати при течії робочої рідини гідротранспортної системи від визначаючих геометричних параметрів. В математичній моделі течії трифазного середовища врахувати процеси дифузії газу через стінки бульбашки, зміну її радіусу в часі, вплив сил поверхневого натягнення, теплообміну. Визначити модуль пружності робочої рідини.

2. Розробити математичну модель робочого процесу поршневого насоса з урахуванням реологічних властивостей середовища, що перекачується, та ряду конструктивних і гідравлічних параметрів його елементів.

3. Розробити методику визначення приєднаної маси клапана на основі рішення рівняння течії неньютонівської рідини при його обтіканні для використання в математичній моделі динаміки клапана.

4. Виконати експериментальні дослідження коефіцієнтів витрати нагнітального і всмоктувального клапанів, силової взаємодії. Запропонувати критерій, що визначає можливість застосування стаціонарних коефіцієнтів витрати і силової взаємодії для розрахунку динаміки руху клапана. Провести експериментальні дослідження робочих характеристик насоса УНБ-600 з метою визначення адекватності запропонованої математичної моделі.

5. Дослідити роботу відцентрового насоса в системі трубопровідного гідротранспорту і запропонувати спосіб регулювання продуктивності, що забезпечує зменшення потужності, що споживається, перевірити його експериментально.

6. Розробити напрямки підвищення ефективності показників поршневого насоса та гідротранспортної системи в цілому, показати перспективність поршневого насоса із запропонованими конструктивними і гідравлічними параметрами.

Об'єкт дослідження - гідромеханічні процеси в поршневому насосі і системі гідротранспорту в цілому.

Предмет досліджень - закономірності впливу конструктивних і гідравлічних параметрів насоса та гідротранспортної системи на ефективність її роботи. суспензія дифузія газ пружність

Методи дослідження. Досягнення поставленої мети виконане на основі комплексного системного підходу в теоретичних і експериментальних дослідженнях на лабораторних стендах і на реальних об'єктах гідротранспортних систем.

Використано математичний апарат теорії нестаціонарної течії неньютонівської рідини, теорії коливань, математичного моделювання за допомогою диференціальних рівнянь і чисельних методів їх рішення, а також методи теорії ймовірності і математичної статистики, методи експериментальних досліджень (при уточненні і перевірці адекватності розроблених математичних моделей на лабораторних установках).

Достовірність і обґрунтованість наукових положень, висновків і результатів підтверджена коректним використанням сучасних методів математичної фізики, ймовірності при теоретичних дослідженнях і моделюванні динамічних процесів, значним об'ємом дослідних даних, отриманих в реальних умовах роботи обладнання; застосуванням сучасних засобів вимірювань і методів експериментальних досліджень; експериментальним підтвердженням моделей і методик розрахунків.

Наукова новизна отриманих результатів

1. Доведено, що розроблена математична модель робочого процесу поршневого насоса з урахуванням реологічних властивостей середовища, що перекачується, та ряду конструктивних і гідравлічних параметрів його елементів може бути покладена в основу удосконалювання робочих і гідравлічних характеристик гідротранспортної системи.

2. Теоретично і експериментально обґрунтована методика визначення приєднаної маси клапана на основі математичного моделювання його динаміки як одній з складових рівняння руху, що дозволило розкрити механізм взаємодії неньютонівської рідини з клапаном.

3. На підставі виявлених закономірностей течії неньютонівських рідин вперше запропонований критерій, що визначає граничні частоти використання статичних характеристик течії для розрахунку нестаціонарних процесів.

4. Вперше виконано дослідження спільної роботи поршневого і відцентрового насосів гідротранспортної системи, запропонований спосіб регулювання продуктивності останнього, що забезпечує менші втрати енергії в порівнянні з традиційними.

Практичне значення і впровадження результатів дослідження

1. Розроблена інженерна методика розрахунку приєднаної маси рухомих елементів в неньютонівській рідині і, зокрема, клапана поршневого насоса.

2. Розроблені прикладні програми розрахунку характеристик поршневого насоса гідротранспортної системи з урахуванням реологічних властивостей середовища, що перекачується, конструктивних і гідромеханічних параметрів його елементів, характеристик відцентрового насоса, що дозволяють на стадії проектування системи гідротранспорта обґрунтовано вибрати насосне обладнання, його режими роботи, що забезпечують підвищення ефективності всієї системи.

3. Встановлений вплив параметрів клапанних пружин на показники роботи насосних установок магістрального гідротранспорту вугілля. Отримані оптимальні характеристики пружин клапанів насоса УНБ-600, що дозволяє збільшити коефіцієнт подачі на 1,5%.

4. Проведено дослідження впливу газовмісту, шкідливого об'єму і характеристик пневмокомпенсатора на показники роботи насоса УНБ-600. Близьким до оптимального слід вважати значення об'єму газової порожнини, що дорівнює 125 дм³. Установка сферичних пневмокомпенсаторів такого об'єму дозволяє зменшити нерівномірність тиску до 2% при начальному газовмісту в межах 1-2%.

5. Запропонований оригінальний спосіб регулювання відцентрового насоса (патент України на корисну модель № 34474), який працює в комплексі з поршневим, що дозволило зменшити потужність, що споживається, на 5 %.

Основні результати дисертації використані та впроваджені на промислових підприємствах, в науково-дослідних та проектно-конструк-торських організаціях, на комунальних підприємствах, у навчальному процесі, що підтверджується відповідними актами. Економічний ефект від впровадження запропонованих рішень склав близько 40 тис. грн.

Особистий внесок здобувача

Приведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно. Автором розроблена математична модель робочого процесу поршневого насоса з урахуванням реологічних властивостей середовища, що перекачується, та ряду конструктивних і гідравлічних параметрів його елементів [1, 2, 5, 6]; теоретично і експериментально обґрунтована методика визначення приєднаної маси клапана поршневого насоса на основі математичного моделювання його динаміки як одній з складових рівняння руху, запропонований критерій, що визначає граничні частоти використання статичних характеристик течії для розрахунку нестаціонарних процесів [3, 7]; розроблені прикладні програми розрахунку характеристик поршневого насоса гідротранспортної системи з урахуванням реологічних властивостей середовища, що перекачується, конструктивних і гідромеханічних параметрів його елементів [2, 6]; встановлений вплив параметрів клапанних пружин на показники роботи насосних установок магістрального гідротранспорту вугілля, отримані оптимальні характеристики пружин клапанів насоса УНБ-600, проведено дослідження впливу газовмісту, шкідливого об'єму і характеристик пневмокомпенсатора на показники роботи насоса, виконано дослідження спільної роботи поршневого і відцентрового насосів гідротранспортної системи запропонований оригінальний спосіб регулювання останнього [4, 8, 9-11].

Апробація результатів роботи

Результати досліджень повідомлені, обговорені й схвалені на ХІІ, ХІІІ, ХІV міжнародних науково-практичних конференціях «Університет і регіон» (м. Луганськ, 2006-2008 рр.); ХІІ міжнародній науково-практичній конференції «Гідроаеромеханіка в інженерній практиці» (м. Луганськ, 2007 р.); науково-практичній конференції «Актуальні проблеми фізики» (м. Кременчук, 2008 р.); на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу СНУ ім. В. Даля (2006-2008 рр.).

У повному обсязі результати і висновки дисертації доповідалися на розширеному засіданні кафедри «Машинознавство» СНУ ім. В. Даля із залученням фахівців кафедр «Транспортні технології» і «Гідрогазодинаміка» (2009 р.).

Публікації

Основний зміст дисертації опублікований у 11 роботах, з яких 6 статей у наукових фахових виданнях, 2 брошури, 3 патенти України на корисну модель.

Структура і об'єм дисертації

Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 161 найменування на 17 сторінках, додатків на 13 сторінках. Загальний об'єм дисертації 158 сторінок, з яких 125 сторінок основного тексту, робота має 53 рисунки, 6 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі наукового дослідження, викладена наукова новизна, практична цінність і реалізація результатів роботи.

Перший розділ дисертації представляє розгорнутий аналіз стану проблеми в емпіричному, теоретичному і практичному аспектах. Виконаний аналітичний огляд досліджень по математичному моделюванню насосних установок гідротранспортних систем, аналіз умов їх роботи, методи врахування реологічних властивостей середовища, що перекачується, гідравлічних характеристик елементів поршневого насоса, а також шляхів підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту.

Широке розповсюдження при дослідженнях характеристик потужних поршневих насосів систем гідротранспорту знайшов метод математичного моделювання з подальшим чисельним експериментом на ЕОМ. Цьому питанню присвячені роботи Бажина І.І., Алексєєва А.К., Глікмана Б.Ф., Прокоф'єва В.М. та ін.

Дослідження робочого процесу поршневого насоса та гідротранспортної системи в цілому нерозривно пов'язане з дослідженням нестаціонарного руху середовища, що перекачується. Аналіз літературних джерел показав, що недостатньо висвітлені питання розрахунку окремих елементів гідротранспортної системи, умов роботи та основних експлуатаційних факторів, визначаючих її ефективність.

Проблеми підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту, питання оптимізації конструктивних і гідромеханічних параметрів елементів та іншого обладнання гідротранспортних систем досліджено в роботах Б.Ф. Брагіна, С.І. Криля, Ф.Д. Маркунтовича, Ю.Г. Світлого, Н.Б. Чернецької та ін.

Відзначається необхідність подальшого розвитку математичного моделювання руху неньютонівської рідини в системах гідротранспорту з урахуванням її реологічних властивостей, приведеного модуля пружності.

На підставі виконаного огляду теоретичних та експериментальних робіт сформульовані мета і конкретні задачі дослідження, які приведені на початку автореферату.

У другому розділі обґрунтована реологічна модель суспензії та розроблена математична модель робочого процесу поршневого насоса в системі трубопровідного гідротранспорту.

Для дослідження течії неньютонівської робочої рідини в магістральному трубопроводі обґрунтовано застосування статечної моделі реології Оствальда де Віля де - дотична напруга; - показник консистентності суспензії; - швидкість; - поточний радіус трубопроводу; п - показник неньютонівської поведінки, n<1.

З використанням цієї моделі отримано рівняння для визначення втрат тиску і ефективного числа Рейнольдса.

Рідина, що перекачується, є трьохкомпонентним середовищем, тому в дисертації виконаний докладний аналіз впливу нерозчиненого повітря, процесів теплообміну і дифузії. Визначений модуль пружності середовища, який являється функцією модуля пружності «чистої» рідини, газовмісту, тиску, щільності і модуля пружності твердої речовини, її масової концентрації.

Еквівалентний показник політропи для відповідно максимальних і мінімальних значень тиску р₂, р₁ і температури Т₂, Т₁ складає

Зміна радіусу бульбашки для різних показників політропи приведена на рис. 1, де також показані експериментальні дані, що підтверджують адекватність розрахункових залежностей.

Дослідження частотних характеристик в нагнітальному і всмоктувальному трубопроводі дозволило визначити граничні частоти, при яких газова складова середовища не впливає на її динаміку.

Основна увага приділена математичному моделюванню робочого процесу поршневого насоса як основної енергетичної ланки системи. Розрахункова схема приведена на рис. 2.

Модель (індекси тиску р, витрат Q, модуля пружності Е відповідно рис. 2) включає:

- рівняння зміни тиску в поршневих камерах із змінним об'ємом W_6i

- рівняння зміни об'ємів поршневих камер площею S_n для параметрів кривошипно-шатунного механізму L, R, при куті повороту

- рівняння витрати рідини, що витісняється поршнем, при частоті обертання вала насоса

- рівняння руху клапана

де М - маса клапана; К_м - коефіцієнт приєднаної маси; К_Т - коефіцієнт в'язкого тертя; h - переміщення клапана; - вага клапана; F_O, c - попереднє піджаття і жорсткість пружини; F_у - пружна сила еластичного ущільнення; F_ж - сила тиску рідини на клапан; F_TO - сила сухото тертя.

У рівняння руху клапана входить приєднана маса К_ММ, визначення якої викликає певні труднощі. Тому розроблена загальна методика і програма її реалізації для розрахунку коефіцієнта приєднаної маси рухомого тіла в неньютонівській рідині, адаптована потім для визначення приєднаної маси клапана поршневого насоса,

де- безрозмірний викликаний потенціал; ds - елемент поверхні клапана.

Безрозмірний викликаний потенціал визначений з рівнянь Навьє-Стокса для потоку робочого середовища в проточній частині клапанної системи. За відповідних граничних умов (непроникність стінок, постійність щільності робочого середовища, в'язкості, залежної від реологічної моделі середовища, рівня вхідного і вихідного тиску), рівняння визначають поле швидкостей і тиску, а отже і потенціалу, в проточній частині клапана. Рішення в загальному виді рівнянь Навьє-Стокса не існує, тому в роботі вибраний чисельний метод. В якості чисельного методу обраний метод контрольного об'єму. На рис. 3 приведений приклад розрахунку ліній струму при обтіканні клапана.

З метою спрощення розрахунків параметрів робочого процесу отримана апроксимаційна модель, яка використана для аналізу спільної роботи декількох насосів на один трубопровід гідротранспортної системи.

У третьому розділі приведені результати експериментальних досліджень коефіцієнтів витрати нагнітального і всмоктувального клапанів, силової взаємодії рідини і клапана, приєднаної маси клапана та інших характеристик, які входять в математичну модель роботи поршневого насоса і не можуть бути визначені аналітично.

Для експериментального визначення гідравлічних характеристик клапанів створена установка на базі стенду поршневого насоса У8-6МА, яка дозволяла здійснювати проливки клапанних пристроїв водою і водовугільною суспензією.

Установка, схема якої приведена на рис. 4, складалася з натурного двохпоршневого насоса 1 двосторонньої дії, всмоктувальний колектор якого з'єднувався за допомогою трубопроводу 2 з нагнітальною лінією 3 бустерного насоса 4 (типу ГРАТ 350/40), а нагнітальний колектор через трубопровід 5 з'єднувався із зливною магістраллю 6.

Статичними проливкам піддавалися всмоктувальний B1 і нагнітальний H1 клапани, а на решті всмоктувальних клапанів В2, ВЗ, В4 встановлювалися заглушки. Регулювання подачі робочої рідини здійснювалося засувкою 7. Засувки 8, 9 і система перез'єднання магістралей 10 дозволили проводити випробування клапанів при зворотних перетоках.

Обробка результатів статичних проливок водою і водовугільною суспензією дозволила отримати наступні апроксимуючі залежності коефіцієнтів витрати від висоти підйому клапанів

а у разі зворотних перетоків робочої рідини

У цих залежностях - безрозмірна різниця між висотою підйому клапана і висотою гумового ущільнення. С, С_0, b, b₀ - постійні коефіцієнти.

Коефіцієнт силової взаємодії, що є відношенням сили притиснення клапана до сідла і сили тиску рідини, апроксимований виразом

Запропонований та експериментально перевірений критерій гомохронності, що визначає границі застосування стаціонарних значень гідравлічних характеристик для розрахунку нестаціонарної течії,

де - геометричні параметри клапана; - безрозмірні експериментальні коефіцієнти, що визначаються конструкцією клапана; V - швидкість рідини у щілині клапана; h - переміщення клапана; - коефіцієнти кількості кінетичної енергії та руху.

Адекватність математичної моделі робочого процесу поршневого насоса в системі гідротранспорту визначалася шляхом порівняння результатів, отриманих в чисельному експерименті на ЕОМ, з даними дослідження робочого процесу модернізованого насоса УНБ-600 при перекачуванні водовугільної суспензії. Порівнянню піддавалися осцилограми переміщення нагнітальних і всмоктувальних клапанів, тиску в циліндрі та в нагнітальному колекторі поршневого насоса (рис. 5).

Критерієм адекватності служив критерій Фішера, розрахункові значення якого вийшли менше табличних при довірчій ймовірності = 0,95.

Розроблена математична модель дозволила надалі досліджувати робочий процес насосної установки магістрального гідротранспорту, виконати оптимізацію окремих конструктивних елементів поршневого насоса шляхом планування і проведення чисельного експерименту.

Модель, алгоритм і програма її реалізації покладені в основу дослідження шляхів підвищення ефективності системи гідротранспорту.

Четвертий розділ присвячений дослідженню роботи відцентрового насоса в системі трубопровідного гідротранспорту. Розглянуті й проаналізовані та експериментально перевірені (рис. 6) методи регулювання подачі з погляду їх економічності в умовах роботи гідротранспортних установок.

Відповідним перемиканням засувок виконано дослідження ефективності різних способів регулювання продуктивності. Наприклад, для дослідження регулювання ефективності байпасного способу регулювання продуктивності насоса в роботу включався тільки насос 2 (електродвигун насоса 1 вимкнений, засувка 15 закрита). Витрата в байпасній лінії регулювалася засувкою 20, витрата насоса - засувкою 16, продуктивність насоса визначалася за показаннями дифманометра із вторинним приладом 13.

Виконана оцінка ефективності запропонованого (патент України на корисну модель № 34474) способу регулювання продуктивності відцентрового насоса з ежектором, встановленим на його вході. Встановлений критерій ефективності байпасного способу регулювання.

Як результат проведених експериментальних і аналітичних досліджень отримана область раціонального використання різних способів регулювання.

У п'ятому розділі розроблені напрямки підвищення ефективності показників поршневого насоса та гідротранспортної системи в цілому.

На основі чисельних експериментів та їх ортогонального планування отримані оптимальні характеристики клапанних пружин, що дозволили підвищити коефіцієнт подачі насоса на 1,5 % та в 1,1 рази зменшити коефіцієнт нерівномірності тиску при роботі насоса у номінальному режимі.

Проаналізований вплив пневмокомпенсатора на характеристики роботи насоса і запропонована методика його розрахунку з урахуванням процесів теплообміну. Досліджений вплив газовмісту і шкідливого об'єму на показники роботи насоса в системі гідротранспорту.

З використанням апроксимаційної моделі характеристик поршневого насоса виконано дослідження спільної роботи декількох насосів на один трубопровід гідротранспортної системи, запропоновані залежності для розрахунку частоти биття тиску, амплітуди в залежності від довжини трубопроводу та інших конструктивних параметрів насоса.

Результати досліджень використані та впроваджені на ТОВ «Схід-енерго» СО «Луганська ТЕС», ДВАТ «НДПКІ «Вуглемеханізація», НВП «АтомЕнергоСпецЗахист», Луганському обласному комунальному підприємстві «Облтепло» та ін., у навчальному процесі СНУ ім. В. Даля, Луганського державного інституту житлово-комунального господарства і будівництва, що підтверджується відповідними актами.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту шляхом збільшення його продуктивності за рахунок удосконалювання насосного обладнання.

1. Аналіз стану питання по моделюванню робочих процесів елементів і систем гідротранспортного обладнання показав, що існуючі методики носять в основному напівемпіричний характер, не забезпечують необхідну точність розрахунків, не дозволяють узагальнити результати експлуатаційних випробувань, виконати прогноз впливу параметрів середовища і насосного устаткування на ефективність системи в цілому.

2. Розроблена математична модель робочого процесу поршневого насоса, що враховує реологічні властивості середовища, що перекачується, та конструктивні і гідравлічні параметри його елементів, використання якої дозволило удосконалити робочі та гідравлічні характеристики гідротранспортної системи.

3. Запропонована і апробована методика визначення приєднаної маси клапана на основі математичного моделювання його динаміки. Показано та експериментально підтверджено значення коефіцієнта приєднаної маси типової конфігурації клапана K_М =1,9 при роботі насоса на пульпі. Отримане значення використане в математичній моделі робочого процесу поршневого насоса.

4. Отримало подальший розвиток математичне моделювання руху неньютонівської рідини в системах гідротранспорту урахуванням її реологічних властивостей, приведеного модуля пружності. Вперше запропонований критерій, що визначає граничні частоти використання статичних характеристик неньютонівської рідини для розрахунку нестаціонарних течій.

5. Вперше виконаний аналіз спільної роботи поршневого і відцентрового насосів гідротранспортної системи, запропонований ефективний спосіб регулювання продуктивності останнього. При цьому отримана адекватна математична модель спільної роботи ежекційного пристрою з відцентровим насосом. Таке рішення, що захищене патентом України, дозволило зменшити потужність насоса, що споживається, на 5 %. Встановлений критерій ефективності байпасного способу регулювання.

6. Розроблений ряд інженерних методик розрахунку, алгоритмів і програм їх реалізації, що дозволяють визначити оптимальні геометричні і гідромеханічні параметри елементів системи гідротранспорту.

7. Встановлений вплив параметрів клапанних пружин на показники роботи насосних установок магістрального гідротранспорту вугілля. Отримані оптимальні характеристики пружин клапанів насоса УНБ-600, що дозволяє збільшити коефіцієнт подачі на 1,5%.

8. Проведено дослідження впливу газовмісту, шкідливого об'єму і характеристик пневмокомпенсатора на показники роботи насоса УНБ-600. Близьким до оптимального слід вважати значення об'єму газової порожнини, що дорівнює 125 дм³. Установка сферичних пневмокомпенсаторів такого об'єму дозволяє зменшити нерівномірність тиску до 2% при начальному газовмісту в межах 1-2%.

Результати досліджень використані та впроваджені на промислових підприємствах Луганської області, в науково-дослідних та проектно-конструкторських організаціях, на комунальних підприємствах, у навчальному процесі, що підтверджується відповідними актами (ТОВ «Схід-енерго» СО «Луганська ТЕС», ДВАТ «НДПКІ «Вуглемеханізація», НВП «АтомЕнергоСпецЗахист», Луганське обласне комунальне підприємство «Облтепло», СНУ ім. В. Даля, Луганський державний інститут житлово-комунального господарства і будівництва). Економічний ефект від впровадження запропонованих рішень склав близько 40 тис. грн.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Рисухин Л.И. Модели турбулентности в расчетах характеристик гидравлических систем / Л.И. Рисухин, Р.Ф. Монахов // Зб. наук. праць ЛНАУ. Серія «Технічні науки». - Луганськ, 2006. - № 70(93). - С.131-136.

Здобувачем обґрунтована модель турбулентності для течії рідини в гідротранспортній системі.

2. Рисухин Л.И. Усовершенствование методики расчета турбулентных течений в цилиндрических каналах / Л.И. Рисухин, В.И. Соколов // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, 2007. - № 1(107). - С. 358-361.

Здобувачем розроблений алгоритм розрахунку характеристик турбулентної течії у трубопровідному гідротранспорті.

3. Коваленко А.А. О границах квазистационарности коэффициентов гидравлического сопротивления при неустановившемся течении неньютоновской жидкости / А.А.Коваленко, Л.И. Рисухин // Вісн. Кременч. держ. політехн. ун-ту ім. М. Остроградського. - Кременчук, 2008. - № 5(52). - Ч.1. - С. 61-62.

Здобувачем запропонований критерій, що визначає границю квазістаціонарності коефіцієнтів гідравлічного опору з урахуванням властивостей неньютонівської рідини..

4. Рисухин Л.И. Критерий эффективности байпасного регулирования центробежного насоса // Східно-Європейський журнал передових технологій. Серія «Системи управління». - Харків: Технологічний центр «Україна», 2009. - № 1/3(37). - С. 35-37.

5. Рисухин Л.И. Термодинамические характеристики многокомпонентной смеси в поршневом насосе / Л.И. Рисухин, А.А. Коваленко // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, 2008. - № 2Е/2008. [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua.

Здобувачем визначений влив термодинамічних характеристик багатокомпонентної суміші в математичній моделі робочого процесу поршневого насоса.

6. Коваленко А.А. Расчет вязкости водоугольного топлива / А.А. Коваленко, Л.И. Рисухин, А.М. Шворникова, Е.С. Гусенцова // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, 2009. - № 3Е/2009. [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua.

Здобувачем запропоновані залежності для визначення в'язкості трьохкомпонентної суміші.

7. Рисухин Л.И. Процессы диффузии техногенных загрязнений в атмосфере / Л.И. Рисухин, Л.Л. Покровський, Я.В.Соколова. - Луганськ: СНУ ім. В. Даля, 2006. - 60 с.

Здобувачем адаптований метод контрольного об'єму для чисельного інтегрування рівнянь переносу.

8. Рисухин Л.И. Лопастные насосы. Вопросы регулирования / Л.И. Рисухин, А.В. Вялых, И.В. Щурова. - Луганськ: СНУ ім. В. Даля, 2008. - 100 с.

Здобувачем виконана класифікація способів регулювання подачі відцентрового насосу в системі гідротранспорту, наведений спосіб байпасного регулювання подачі.

9. Пат. на корисну модель № 34360. Україна, МПК В21С 37/15. Трубопровідна арматура з автоматичним регулюванням / В.Г. Васькевич, В.І. Соколов, А.О. Коваленко, М.Д. Андрійчук, Л.І. Рисухін. - № u 2008 02720; Заявл. 03.03.2008; Опубл. 11.08.2008. Бюл. № 15.

Здобувачем розроблені елементи привода трубопровідної арматури для регулювання потоку гідросуміші.

10. Пат. на корисну модель № 34474. Україна, МПК F04D 15/00. Система регулювання насоса / Л.І. Рисухін, О.П. Кравченко, В.О. Мальцев, А.О. Коваленко, В.І. Соколов, Є.С. Гусєнцова. - № u 2008 03688; Заявл. 24.03.2008; Опубл. 11.08.2008. Бюл. № 15.

Здобувачем запропонована установка ежектора на всмоктувальній магістралі насоса при байпасному способі регулювання подачі.

11. Пат. на корисну модель № 35829. Україна, МПК F04D 25/02. Привід вентилятора / Л.І. Рисухін, О.П. Кравченко, В.О. Мальцев, А.О. Коваленко, В.І. Соколов, Є.С. Гусєнцова. - № u 2008 04542; Заявл. 09.04.2008; Опубл.10.10.2008. Бюл. № 19.

Здобувачем розроблені елементи привода для регулювання динамічної машини.

АНОТАЦІЯ

Рисухін Л.І. Підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту удосконалюванням насосного обладнання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.12 - промисловий транспорт. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2009.

В дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення ефективності трубопровідного гідротранспорту удосконалюванням насосного обладнання на основі розробки математичних моделей гідравлічних і робочих характеристик окремих елементів, робочого процесу поршневого насоса та гідротранспортної системи в цілому.

Розроблена математична модель робочого процесу поршневого насоса з урахуванням реологічних властивостей середовища, що перекачується, та ряду конструктивних і гідравлічних параметрів його елементів.

Теоретично і експериментально обґрунтована методика визначення приєднаної маси клапана на основі математичного моделювання його динаміки як одній з складових рівняння руху, що дозволило розкрити механізм взаємодії неньютонівської рідини з клапаном.

Отримало подальший розвиток математичне моделювання руху неньютонівської рідини в системах гідротранспорту врахуванням її реологічних властивостей, приведеного модуля пружності, що дало можливість отримати адекватну математичну модель течії в системі гідротранспорту.

На підставі виявлених закономірностей течії неньютонівських рідин запропонований критерій, що визначає граничні частоти використання статичних характеристик течії для розрахунку нестаціонарних процесів.

Виконано дослідження спільної роботи поршневого і відцентрового насосів гідротранспортної системи, запропонований спосіб регулювання продуктивності останнього, який захищено патентом України, і забезпечує менші втрати енергії в порівнянні з традиційним.

Результати досліджень використані та впроваджені на промислових підприємствах Луганської області, в науково-дослідних та проектно-конструкторських організаціях, комунальних підприємствах, у навчальному процесі.

Ключові слова: трубопровідний гідротранспорт, неньютонівська рідина, насосне обладнання, клапанні пружини, пневмокомпенсатор, оптимізація.

АННОТАЦИЯ

Рисухин Л.И. Повышение эффективности трубопроводного гидротранспорта совершенствованием насосного оборудования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.12 - промышленный транспорт. - Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Луганск, 2009.

В диссертационной работе решена научно-техническая задача повышения технико-экономической эффективности трубопроводного гидротранспорта совершенствованием насосного оборудования на основе разработки математических моделей гидравлических и рабочих характеристик отдельных элементов, рабочего процесса поршневого насоса и гидротранспортной системы в целом.

Исходя из цели и задач исследования, в диссертации разработана математическая модель рабочего процесса поршневого насоса, учитывающая реологические свойства перекачиваемой среды, конструктивные и гидравлические параметры его элементов, использование которой позволило усовершенствовать рабочие и гидравлические характеристики гидротранспортной системы.

Предложена и апробирована методика определения присоединенной массы клапана на основе математического моделирования его динамики как одной из составляющих уравнения движения.

Получило дальнейшее развитие математическое моделирование движения неньютоновской жидкости в системах гидротранспорта. Обоснована реологическая модель суспензии и исследованы зависимости напора, скорости и расхода при движении рабочей жидкости в гидротранспортной системе от определяющих геометрических параметров. В математической модели трехфазной среды учтены процессы диффузии газа через стены пузырька, изменение его радиуса во времени, влияние сил поверхностного натяжения, теплообмена. Определен модуль упругости неньютоновской рабочей жидкости.

Для использования гидравлических характеристик неньютоновской жидкости, полученных при статических испытаниях, для расчета нестационарных течений впервые предложен критерий, определяющий граничные частоты.

Уделено внимание анализу совместной работы поршневого и центробежного насосов гидротранспортной системы. Предложен эффективный способ регулирования производительности центробежного насоса, установленного в линии всасывания поршневого насоса, защищенный патентом Украины.

С использованием ортогонального планирования экспериментов проведено исследование влияния характеристик клапанных пружин, газосодержания, вредного объема и характеристик пневмокомпенсатора на показатели работы насоса УНБ-600. Показано, что использование клапанных пружин с оптимальными характеристиками позволяет повысить коэффициент подачи насоса на 1,5%. Рассмотрен вопрос совместной работы нескольких насосов на одну линию, предложена зависимость для определения частоты биений давлении в нагнетательном трубопроводе.

Результаты исследования использованы и внедрены на промышленных предприятиях Луганской области, в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, коммунальных предприятиях, в учебном процессе.

Ключевые слова: трубопроводный гидротранспорт, неньютоновская жидкость, насосное оборудование, клапанные пружины, пневмокомпенсатор, оптимизация.

summary

Risukhin L.I. Efficiency Rising of Pipeline Transport by Perfection of Pumping Equipment. - Manuscript.

The dissertation for searching a scientific degree of the candidate of technical science on a specialty 05.22.12 - industrial carrier. - East Ukrainian National University named after Vladimir Dahl, Lugansk, 2009.

In thesis the results of theoretical generalization are resulted and the scientific and technical task of increase of technicoeconomic efficiency of the pipeline hydraulic transport is decided by perfection of pumping equipment on the basis of development of mathematical models of hydraulic and workings descriptions of separate elements and hydrotransport system on the whole.

Coming from the goal and research tasks the mathematical model of piston pump working process taking into account fluid rheological properties, structural and hydraulic parameters of its elements, is developed in dissertation, the use of which allowed to optimize workings and hydraulic descriptions of the hydrotransport system.

The mathematical model of motion of unnewtonian liquid got further development in the systems of the hydraulic transport by the account of its rheological properties, resulted module of resiliency. A criterion, determining scope frequencies of the use of static characteristics of unnewtonian liquid for the calculation of unstationary flows, is first offered.

The analysis of joint work of piston and centrifugal pump of the hydrotransport system is first executed, the effective method of adjusting of the productivity of the last is offered. Research influencing of characteristics of valvular springs, gas content, volume and descriptions of pneumatic compensator on the indexes of work of piston pump is conducted. The question of joint work of a few pumps on one line is considered, the original method of centrifugal pump control productivity is offered.

Keywords: pipeline hydraulic transport, unnewtonian liquid, pumping equipment, valvular springs, pneumatic compensator , optimization.

Підписано до друку 07.05.2009

Формат 60х84 1/16. Папір офсетний. Гарнітура Times.

Друк офсетний. Умов. друк. арк. 1,0.

Тираж 100 прим. Вид. № 2292. Замовлення № 407.

Видавництво Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а

Дільниця оперативної поліграфії

Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а

Размещено на Allbest.ru