Теоретические основы проектирования роторно-вращательных насосов c циклоидальными зацеплениями
Скачать 1.51 Mb.
|
Гидростатическая осевая сила на ведущем винте ВЩ равна: , а осевая сила на ведомом винте ВМ определяется , где – наружный диаметр ВМ; – давление насоса. При работе между ВЩ и ВМ имеется силовой контакт, который не учитывается этими формулами. Для изучения силового контакта между винтами была проведена экспериментальная работа. При диаметре верхнего разгрузочного поршня, равном наружному диаметру ВЩ эмпирическая осевая сила, действующая на отсеченную часть ВЩ между камерами нагнетания и всасывания, равна: , где , где – давление нагнетания. При отсутствии нижнего разгрузочного поршня ВЩ условная площадь равна: .Осевое усилие на ведомом винте (ВМ) равно: . Для конструкции насоса, у которого ВЩ с верхним и нижним разгрузочными поршнями: . При ВЩ только с верхним разгрузочным поршнем: . В четвертой и пятых главах выполнен анализ энергетических характеристик насосов с различными зацеплениями профилей, полученных при испытаниях 28 различных комплектов винтов на экспериментальном стендовом оборудовании. Результаты испытаний серийных насосов были обработаны в обобщенных координатах, в качестве которых приняты безразмерные комплексы: и , представляющие собой безразмерную утечку и безразмерный момент трения: и ; где – утечка в насосе; – момент сил трения в насосе; – теоретический момент на валу ведущего винта (ВЩ); – угловая скорость ВЩ; , , – соответственно дифференциальное давление, подача и геометрическая подача насоса; , – объемный и механическо-гидравлический КПД насоса; – критерий Гумбеля; – критерий Рейнольдса; – критерий геометрического подобия; – критерий теплосодержания; – наружный диаметр винта; , , , , – соответственно динамическая и кинематическая вязкость, удельный вес, удельная теплоемкость и характерная температура перекачиваемой жидкости. определяется из зависимости вязкости жидкости от температуры : . При геометрическом подобии исходных (торцовых) сечений винтов двухвинтового насоса геометрическое подобие проточной его части определяется симплексами: ; ; ; ; , где: , , – зазоры (на сторону): – между винтами и обоймой; – между боковыми профилями; – между вершиной одного винта и дном впадины другого; – ход ВЩ (ВМ), – рабочая длина винтов. В логарифмических координатах были нанесены экспериментальные точки, которые аппроксимировались прямыми и по ним записывались аналитические уравнения. Большое число экспериментов с различными зазорами рабочих органов было сделано при создании мультифазных двухвинтовых насосов и, соответственно, получены уравнения объемного и механическо-гидравлического КПД при перекачивании жидкости без примеси свободного газа. Расчет параметров мультифазного насоса при перекачке газожидкостной смеси представляет собой сложную техническую проблему, так как необходимо учитывать влияние сжатия газа в рабочих органах (РО) насоса. Методикой расчета параметров насосов при перекачивании жидкости без газа можно пользоваться для приблизительных расчетов и при перекачивании газожидкостной смеси, с учетом того, что, как показали эксперименты, потребляемая насосом мощность не зависит от содержания газа в смеси, и что подача газожидкостной смеси на входе в насос больше подачи чистой жидкости (без газа) при одном и том же дифференциальном давлении, но она никогда не может быть больше геометрической подачи насоса. Причем, как правило, с увеличением доли газа в смеси подача смеси на входе в насос увеличивается, приближаясь к геометрической подаче. Т.е. подача газожидкостной смеси находится в “вилке” между минимальной подачей при работе насоса на жидкости без газа (определяемой по вышеприведенному методу) и максимальной подачей, равной геометрической подаче. Главными факторами, определяющими конструкцию насоса и его параметры, являются процентное содержание газа в смеси и степень повышения давления (соотношение давлений) , где , и – соответственно подачи смеси, газа и жидкости на входе в насос; , – соответственно абсолютное давление на выходе и входе в насос. Кроме того, конструкцию насоса определяют давление насоса и давление на входе в него. Чем больше величины , , , тем длиннее должны быть винты, тем больше должно быть число замкнутых камер для постепенного сжатия газа в них при небольших утечках жидкости. Чем больше , тем экономичнее работает насос. В качестве газожидкостной смеси в эксперименте использовали водовоздушную смесь. Для расчета характеристик насоса для газожидкостной смеси введены новые понятия: потребляемая мощность смеси – мощность, затраченная на повышение давления смешанного потока (газ+жидкость) – ; объемный КПД насоса – , механическо-гидравлический КПД – , где – теоретическая мощность, – потребляемая мощность, – геометрическая подача насоса. Поскольку температура смеси на входе и выходе из насоса отличалась не более чем на один-два градуса, считаем процесс сжатия газа изотермическим. Полезная (изотермическая) мощность смеси – мощность, которой обладают сжатый газ и жидкость на выходе из насоса: . КПД, учитывающий влияние изотермического сжатия газа в камерах РО насоса (условно назовем его газовый КПД), . Общий КПД . При изотермическом сжатии смеси газовый КПД определяется по формуле: , а в общем случае как , где – показатель политропы. Так как подача смеси определялась только на входе в насос, то было принято обозначение . Максимально допустимое содержание газа в смеси тем больше, чем меньше соотношение давлений . Для большинства испытанных насосов при минимальном соотношении давлений, лежащем в диапазоне , было достигнуто максимальное содержание газа при перекачивании водовоздушной смеси . При номинальном расчетном режиме и , т.е. при соотношении давлений , предельно допустимое газосодержание равно . Общий КПД насосов достаточно высок и составляет при номинальном давлении в при подаче воды и масла . Наивысшее газосодержание допускает насос при давлении в и – , при – (кратковременно). Насос при давлении на выходе в и давлении на входе , т.е. при соотношении давлений имеет коэффициент , т.е. способен кратковременно перекачивать газовые пробки. Отметим, что одноступенчатые винтовые компрессоры сухого сжатия обычно работают при степени повышения давления ; одноступенчатые маслозаполненные – при . Мультифазные насосы, которые в настоящее время серийно изготавливает ОАО "Ливгидромаш", успешно эксплуатируются в Татарстане, Башкортостане, Западной Сибири и Казахстане. В пятой – седьмой главах рассматриваются вопросы привязки рабочих профилей роторов к параметрам насосов различной разновидности. При проектировании винтовых и шестеренных насосов необходимо знать, какой профиль следует выбрать при заданных относительных глубине нарезки и ходе для конкретных параметров насоса. Относительная глубина нарезки роторов характеризуется отношением диаметра окружности вершин зубьев к диаметру окружности дна их впадин, т.е. , относительный ход . При выборе профиля с заданной относительной глубиной нарезки следует определять: максимальное число зубьев , которые можно разместить на образующей окружности ротора; коэффициент торцевого перекрытия (КТП), условно приходящийся на один зуб, т.е. коэффициент в формуле , где – угол торцевого перекрытия зацепления; максимально достижимый КТП ; – наименьшее число зубьев, необходимое для обеспечения , которое рассчитывается как . Эти величины для проектирования приводятся в таблице. Диапазон изменения глубины нарезки составляет и наиболее часто применяется во всех роторно-вращательных машинах. Конкретные значения глубины нарезки выбираются из условия расположения максимального числа зубьев с профилем на окружности колеса. При составлении таблицы учитывались следующие ограничения для профилей: ( ) – ; ( ) – ; – ; – ; – , ; – , ; – , , где – модуль циклоидального зацепления. Для коловратных и шестеренных насосов все рассмотренные профили герметичны, так как они спроектированы с нулевым зазором в "запирающем" месте, т.е. между вершиной зуба одного колеса и дном впадины другого. Отсюда следует, что, пользуясь таблицей, можно выбрать для конкретных условий рациональное зацепление. Понятно, что при наличии синхронизирующих зубчатых колес, например в коловратных насосах, число зубьев ротора можно брать меньше . To же и в винтовых роторах, где общий коэффициент перекрытия передачи равен сумме КТП и коэффициента осевого перекрытия. Таблица ПрофильПараметрыЗначения параметров при 3 (1,5)2 (4/3)5/3 (5/4)1,5 (6/5)1,4 (7/6) , , 0,25 2 0,25 0,51/6 3 0,167 0,50,125 4 0,125 0,50,1 5 0,1 0,51/12 6 0,083 0,5 , 0,259 5,11 1,29 40,202 9,04 1,82 50,171 13,62 2,22 60,151 18,77 2,71 70,136 24,4 3,27 8 , 0,268 4,09 1,07 40,23 7,88 1,61 50,205 12,06 2,46 50,186 16,75 2,98 60,172 21,92 3,62 6 , 0,212 3,55 0,63 –0,155 6,94 0,93 –0,129 10,83 1,29 80,112 15,2 1,68 90,101 20,00 2,02 10 0,258 4,54 1,03 40,195 7,65 1,37 60,160 11,01 1,76 70,136 14,53 1,91 80,118 18,15 2,13 9 40,203 0,269 3,08 0,807 –30,609 0,188 6,12 1,13 625,66 0,153 9,65 1,38 722,518 0,132 13,62 1,72 820,301 0,118 18 2,12 9 54,415 0,215 3,47 0,645 –39,904 0,159 6,64 0,951 –33,06 0,132 10,11 1,319 828,849 0,116 13,80 1,502 925,920 0,104 17,65 1,770 10 0,8288 0,238 4,34 0,95 –0,7385 0,184 7,55 1,288 60,656 0,156 10,99 1,557 70,5799 – – – –0,5106 – – – –В рабочих органах объемных роторных машин в основном применяются циклоидальные профили, а в шестеренных – эвольвентные. В последнее время некоторые фирмы стали применять и в шестеренных насосах циклоидальные профили. Для уменьшения массы и габаритов шестеренных насосов были испытаны профили УЭ+ОЭ, УЭ+ОГ+ЭВ+ОЭ в двух шестеренных насосах. По сравнению с эвольвентным профилем уменьшение массы шестеренного насоса – до , а увеличение КПД – до . Насос с профилем отличается удивительно устойчивой работой при большой высоте всасывания (до ) – подача плавно падает, но резкого срыва подачи и кавитации не наблюдается. Недостатком является сильный шум, что потребовало изменения технологии нарезки шестерен и зазоров в «запирающем» месте. На шуме также сказывается величина защемленного объема между РО, для уменьшения которого стремятся, чтобы . Есть конструкция, где контакт профилей в торцовой плоскости осуществляется в одной точке. Насос с такими шестернями отличается быстроходностью, малыми шумом и пульсацией потока жидкости, высоким КПД и хорошей всасывающей способностью. В таком зацеплении отсутствует защемленный объем жидкости между зубьями, поэтому не требуются разгрузочные канавки. В нашем случае одноточечное зацепление у профиля ( ) при использовании косых зубьев с большим углом наклона (винтов) устраняет защемленный объем, в результате чего насосы могут работать с большой частотой вращения. В других случаях теоретически защемленного объема не будет, если в зацеплении шестерен есть участок, где отсутствует контакт шестерен. На практике степень разгерметизации зацепления шестерен зависит от длины участка шестерни, на котором отсутствует контакт. Для определения степени герметичности зацепления введено понятие условного коэффициента герметичности зацепления , где – угловой шаг условной торцевой шестерни; – угол поворота образующей торцовой шестерни для винта с ходом и длиной . Отсюда коэффициент герметичности: . Косозубое зацепление будет герметичным при , т.е. при ; ход винта должен быть , таким образом для герметичного зацепления угол наклона зубьев на центроиде: . В коловратном насосе испытывались шестизубые роторы с профилем . По сравнению с двухзубыми роторами с профилем (УЭ) уменьшилась пульсация жидкости и увеличилось предельное давление до , что недостижимо для профиля при малой частоте вращения . В заключительной части диссертации рассматривается промышленное использование разработанных профилей рабочих органов насосов. Все типоразмеры двухвинтовых насосов, выпускаемых по ГОСТ 20572-88, имеют новые профили роторов (винтов), разработанные по рекомендациям диссертанта. Внедрено 6 негерметичных профилей (ц.з.1-1 и ц.з.2-2) и 2 герметичных профиля (ц.з.1-1 и ц.з.2-3). Изобретено 1 герметичный и 8 негерметичных профилей. Из 40 типоразмеров трехвинтовых насосов, выпускаемых по ГОСТу 20883-88, 36 типоразмеров имеют профили винтов и и их модификации, разработанные по рекомендациям диссертации. Изобретено 3 негерметичных профилей. Для специальных малошумных насосов применено новое соотношение хода к номинальному диаметру и новый профиль , а для – и профиль . Для насосов , и за счет применения новых профилей , и новых отношений длины РО к ходу удалось повысить вакуумметрическую высоту всасывания при перекачивании дизтоплива. Впервые на ОАО «Ливгидромаш» изготовлены многозаходные одновинтовые погружные насосы , ( ), , насосы для буровых растворов , . Полупогружной насос для цистерн ( ) имеет точное внецентроидное цевочное гипоциклоидальное зацепление с кинематическим отношением , рассчитанное по уточненным формулам, выведенным автором, причем радиус цевки больше, чем у Пермского профиля, что повышает объемный КПД (на ) и ресурс работы насоса в 2 раза. Также впервые для изготовления винта и стержня применено фрезерование специальными дисковыми профильными фрезами, методика расчета которых разработана диссертантом. Новая технология нарезки стержней, а иногда и винтов, применена и для насосов с кинематическим отношением , что значительно повысило точность их изготовления и ресурс работы (на ). Внедрение новых профилей в шестеренные и коловратные насосы идет медленнее из-за более сложного нового инструмента для их изготовления. Новые профили и , а также новые соотношения геометрических параметров РО для мультифазных насосов позволили создать ряд их конструкций с энергетическими характеристиками мирового уровня и выше, позволяющими перекачивать смесь с содержанием газа от 50 до , а кратковременно и до , в зависимости от давлений на входе и выходе насоса. |
Похожие:
 | Разработка и исследование интегрированных алгоритмов размещения элементов... Специальности: 05. 13. 12 – Системы автоматизации проектирования, 05. 13. 17 – Теоретические основы информатики |  | Программа вступительных испытаний Тема Теоретические основы растениеводства Теоретическое обоснование диапазона оптимальной влагообеспеченности полевых культур. Биологические основы разработки системы удобрений.... |
| Теоретические основы проектирования ппп Ппп (Пакет прикладных программ)— это совокупность совместимых программ для решения определенного класса задач | | Теоретические основы развития общеобразовательной школы (системно-ориентационныи подход) Актуальность темы исследования определяется необходимостью решения в теоретическом и практическом плане задачи проектирования развития... |
| Рабочая программа по дисциплине Теоретические основы электротехники Дисциплина: «Теоретические основы электротехники» относится к циклу профессиональных дисциплин, для ее изучения студент должен обладать... | | Рабочая программа учебной дисциплины теоретические основы автоматизированного управления Для изучения дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» студентам необходимо обладать знаниями, умениями и... |
| Курсовая работа по дисциплине «Проектирование информационных систем в образовании» I. Теоретические основы проектирования информационных систем в образовании. 7 | | Учебно-методический комплекс дисциплины насосы и насосные установки... «насос», «насосная установка» и «насосная станция»; сделать обзор современного насосного оборудования; изучить основные параметры... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «мдк теоретические и методические основы организации различных видов деятельности детей раннего и дошкольного возраста» Теоретические... | | Т. В. Сазанова теоретические основы и технологии по естествознанию В. Сазанова. Теоретические основы и технологии по естествознанию. Учебно-методический комплекс. Методические указания и индивидуальные... |
| Реферат ргасу 19 2009 699 содержание введение 2 список использованной... «Теоретические основы "Философии хозяйства" С. Н. Булгакова» одна из важных и актуальных тем на сегодняшний день | | План введение Глава Научно-теоретические основы возрастных особенностей детского творчества Теоретические и методические вопросы организации творчества у школьников разных возрастов на уроках изобразительного искусства |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оборудование швейного... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оборудование швейного производства и основы проектирования оборудования» составлен в... | | Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины б 6 Теоретические... Б 6 Теоретические и экспериментальные основы психолого-педагогической деятельности: Психология развития |
| Рабочая программа дисциплины Теоретические основы органической химии... Целями освоения дисциплины Теоретические основы органической химии биологически активных добавок являются | | Элективный курс «Основы проектирования». 10 класс. Составитель программы... Курс «Основы проектной деятельности» изучается в старшей ступени обучения в средней школе |
