Научная статья на тему 'ИЗМЕНЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАКУУМНОЙ РЫБОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА'

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАКУУМНОЙ РЫБОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
57
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Известия КГТУ
ВАК
AGRIS
Ключевые слова
ВАКУУМНЫЕ РЫБОНАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ / ВОДОКОЛЬЦЕВЫЕ КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / ЗАТРАЧЕННАЯ МОЩНОСТЬ / ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ РОТОРА

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Наумов В. А.

Вакуумные рыбонасосные установки (ВРУ) обеспечивают наименьшую повреждаемость рыбы при ее перемещении. Большинство современных ВРУ сконструированы на базе водокольцевых компрессорных машин (ВКМ). ВКМ могут бесперебойно функционировать в тяжелых условиях, в том числе и на промысловых судах. Компания Samson Pumps (Дания) с 2019 г. поставляет на международный рынок ВКМ серии Ocean Master. Одной из ее особенностей является возможность работы с различными частотами вращения ротора (ЧВР). Ранее в Калининградском государственном техническом университете (КГТУ) был разработан метод математического моделирования этапов работы ВРУ. Влияние ЧВР было исследовано лишь на перекачивание воздуха (первая фаза работы ВРУ). Влияние ЧВР на производительность и энергетическую эффективность за весь цикл работы ВРУ изучено автором на примере ВКМ KS625. Необходимые дополнения, учитывающие изменение ЧВР, внесены в математическую модель работы ВРУ. Увеличение ЧВР приводит к возрастанию перепада давления. Поэтому больший объем водорыбной смеси закачивается в резервуар за один цикл работы ВРУ. Расход ее во время первого этапа увеличивается, но не столь значительно, как во втором. Рост ЧВР почти не отражается на продолжительности первого этапа, тогда как длительность второго заметно уменьшается. Поскольку продолжительность цикла работы ВРУ уменьшается, а объем смеси, перекачиваемой за один цикл, увеличивается, то средняя производительность ВРУ возрастает. Коэффициент полезного действия ВРУ изменяется незначительно с ростом ЧВР. Тогда как показатель энергоемкости заметно ухудшается. Эксплуатацию ВРУ на высоких оборотах ВКМ следует рекомендовать лишь при необходимости быстро опорожнить емкость с водорыбной смесью (например, при разгрузке промысловых судов). Целесообразно снизить частоту вращения ротора ВКМ при длительной эксплуатации ВРУ. Это позволит уменьшить энергетические затраты на перекачивание водорыбной смеси.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGING PERFORMANCE AND ENERGY EFFICIENCY OF THE VACUUM FISH-PUMP SYSTEM WITH INCREASING ROTOR SPEED

Vacuum fish-pump units (VFU) provide the least damage to the fish when it is moved. Most modern VFUs are designed on the basis of water-ring compressor machines (VCM). VCM can operate smoothly in difficult conditions, including on fishing vessels. Samson Pumps (Denmark) has been supplying the Ocean Master series of VCM since 2019. The ability to change the rotor speed (RS) is one of the features of this series. Earlier, Kaliningrad State Technical University (KSTU) developed a method for mathematical modeling of the operational stages of the VRU. The effect of changing the PMR was studied only on air pumping (the first phase of the VFU operation). The change in productivity and energy efficiency with an increase in RS over the entire cycle of the VFU has been studied in this article on the example of the KS625 VCM. The necessary additions, taking into account the change in the RS, were made to the mathematical model of the work of the VFU. An increase in the RS leads to a greater pressure drop. Therefore, a larger volume of the water-sample mixture is pumped into the tank in one cycle of the VFU operation. The consumption of the water mixture during the first stage increases, but not as much as during the second stage. The increase in RS has almost no effect on the duration of the first stage, while the duration of the second stage is significantly reduced. Since the duration of the VFU cycle decreases, and the volume of the mixture pumped in one cycle increases, the average performance of the VFU increases. The efficiency of the VFU changes slightly with the growth of the RS while the energy intensity indicator is noticeably deteriorating. Operation of the VFU at high speeds of the VCM should be recommended only if it is necessary to quickly empty the container with the water mixture (for example, when unloading fishing vessels). It is advisable to reduce rotation speed of the VCM rotor during long-term operation of the VFU. This will reduce energy costs for pumping the water mixture.

Текст научной работы на тему «ИЗМЕНЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАКУУМНОЙ РЫБОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА»

УДК 533.5:621.526

DOI 10.46845/1997-3071 -2021-61-64-75

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАКУУМНОЙ РЫБОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА

В. А. Наумов

CHANGING PERFORMANCE AND ENERGY EFFICIENCY OF THE VACUUM FISH-PUMP SYSTEM WITH INCREASING ROTOR SPEED

V. A. Naumov

Вакуумные рыбонасосные установки (ВРУ) обеспечивают наименьшую повреждаемость рыбы при ее перемещении. Большинство современных ВРУ сконструированы на базе водокольцевых компрессорных машин (ВКМ). ВКМ могут бесперебойно функционировать в тяжелых условиях, в том числе и на промысловых судах. Компания Samson Pumps (Дания) с 2019 г. поставляет на международный рынок ВКМ серии Ocean Master. Одной из ее особенностей является возможность работы с различными частотами вращения ротора (ЧВР). Ранее в Калининградском государственном техническом университете (КГТУ) был разработан метод математического моделирования этапов работы ВРУ. Влияние ЧВР было исследовано лишь на перекачивание воздуха (первая фаза работы ВРУ). Влияние ЧВР на производительность и энергетическую эффективность за весь цикл работы ВРУ изучено автором на примере ВКМ KS625. Необходимые дополнения, учитывающие изменение ЧВР, внесены в математическую модель работы ВРУ. Увеличение ЧВР приводит к возрастанию перепада давления. Поэтому больший объем водорыбной смеси закачивается в резервуар за один цикл работы ВРУ. Расход ее во время первого этапа увеличивается, но не столь значительно, как во втором. Рост ЧВР почти не отражается на продолжительности первого этапа, тогда как длительность второго заметно уменьшается. Поскольку продолжительность цикла работы ВРУ уменьшается, а объем смеси, перекачиваемой за один цикл, увеличивается, то средняя производительность ВРУ возрастает. Коэффициент полезного действия ВРУ изменяется незначительно с ростом ЧВР. Тогда как показатель энергоемкости заметно ухудшается. Эксплуатацию ВРУ на высоких оборотах ВКМ следует рекомендовать лишь при необходимости быстро опорожнить емкость с водорыбной смесью (например, при разгрузке промысловых судов). Целесообразно снизить частоту вращения ротора ВКМ при длительной эксплуатации ВРУ. Это позволит уменьшить энергетические затраты на перекачивание водорыбной смеси.

вакуумные рыбонасосные установки, водокольцевые компрессорные машины, производительность, затраченная мощность, частота вращения ротора

Vacuum fish-pump units (VFU) provide the least damage to the fish when it is moved. Most modern VFUs are designed on the basis of water-ring compressor machines (VCM). VCM can operate smoothly in difficult conditions, including on fishing vessels. Samson Pumps (Denmark) has been supplying the Ocean Master series of VCM since 2019. The ability to change the rotor speed (RS) is one of the features of this series. Earlier, Kaliningrad State Technical University (KSTU) developed a method for mathematical modeling of the operational stages of the VRU. The effect of changing the PMR was studied only on air pumping (the first phase of the VFU operation). The change in productivity and energy efficiency with an increase in RS over the entire cycle of the VFU has been studied in this article on the example of the KS625 VCM. The necessary additions, taking into account the change in the RS, were made to the mathematical model of the work of the VFU. An increase in the RS leads to a greater pressure drop. Therefore, a larger volume of the water-sample mixture is pumped into the tank in one cycle of the VFU operation. The consumption of the water mixture during the first stage increases, but not as much as during the second stage. The increase in RS has almost no effect on the duration of the first stage, while the duration of the second stage is significantly reduced. Since the duration of the VFU cycle decreases, and the volume of the mixture pumped in one cycle increases, the average performance of the VFU increases. The efficiency of the VFU changes slightly with the growth of the RS while the energy intensity indicator is noticeably deteriorating. Operation of the VFU at high speeds of the VCM should be recommended only if it is necessary to quickly empty the container with the water mixture (for example, when unloading fishing vessels). It is advisable to reduce rotation speed of the VCM rotor during long-term operation of the VFU. This will reduce energy costs for pumping the water mixture.

vacuum fish-pump units, water-ring compressor machines, performance, power consumed, rotor speed

ВВЕДЕНИЕ

Насосы различных типов широко применяются в пищевой промышленности с целью непрерывной подачи материала. Для перемещения рыбы уже давно используется гидротранспорт. В 1970-80-е годы под руководством профессора А. Л. Фонарева были выполнены экспериментальные исследования и разработан метод расчета гидротранспорта рыбы с помощью центробежных насосов (ЦРН) [1, 2]. ЦРН обладают высокой надежностью, неплохой производительностью и энергетической эффективностью. Насосы типа РБ-100, 150, 200, 250 (число означает диаметр рабочего колеса в миллиметрах) до сих пор используются для подъема рыбы на борт российских промысловых судов [3, 4]. Однако применение ЦРН приводит к повреждаемости рыбы. Причем она существенно возрастает с увеличением подачи ЦРН и размера рыбы [5, 6].

В настоящее время во многих странах ЦРН заменены на осевые рыбонасосы (ОРН) либо вакуумные рыбонасосные установки [7]. Французская компания Faivre [8] известна как производитель оборудования для аквакультуры и представляет на международном рынке серию пропеллерных (осевых) рыбонасосов, технические характеристики которых показаны в таблице. Прочерк означает отсутствие данных на Интернет-ресурсе компании. В таблице указан максимальный размер живой рыбы, предназначенной для дальнейшего выращивания. При от-

грузке ее с целью реализации размер может быть увеличен. Обратим внимание, что ВРУ (в последней колонке таблицы) позволяет перемещать без повреждений более крупную рыбу, чем ОРН, но с меньшей производительностью. При этом требуется двигатель большей мощности.

Таблица. Технические характеристики рыбонасосов компании Faivre [6]

Table. Technical characteristics of Faivre fish pumps [6]

Параметры Модель рыбонасоса

Pescamotion Pescamotion Pescamotion Pescamotion Pescavac

2.5 Plus 4 Plus 6 Plus 8 8

Максимальная 0,04 0,30 0,70 2,5 3,5

масса рыб, кг

Производительность по рыбе, т/ч 20 20 20 25 8

Производительность 232 232 232 550 -

по воде, м3/ч

Мощность 3 3 3 11 5,1

двигателя, кВт

Диаметр 65 101 152 203 200

входа/выхода, мм

Общая высота 12 12 12 13 9

подъема, м

Частота вращения, 200-540 200-540 200-540 100-390 -

об/мин

В работе [9] был разработан метод проектирования ОРН, который включает алгоритмы вычислительной гидродинамики и эмпирическую модель повреждаемости рыбы лопастями. Предложено усовершенствовать конструкцию лопастей рабочего колеса существующего ОРН с целью снижения повреждаемости рыбы при одновременном контроле ее гидродинамических характеристик. Анализ течения вблизи ступицы сильно наклоненных лопастей показал, что для обеспечения поведения потока, благоприятного для транспортировки рыбы, требуются специальные изменения конструкции. При этом авторы [9] утверждают, что рабочие характеристики ОРН ухудшились незначительно. Они остались приемлемыми для практического применения ОРН.

Вакуумные рыбонасосные установки обеспечивают наименьшую повреждаемость рыбы при ее перемещении. Большинство современных ВРУ сконструированы на базе водокольцевых компрессорных машин (ВКМ), которые могут бесперебойно работать в тяжелых условиях, включая промысловые суда [10, 11]. Samson Pumps (Дания) [12] является одной из наиболее известных компаний по производству ВКМ для ВРУ. С 2019 г. компания поставляет на международный рынок ВКМ серии Ocean Master. В соответствии с технической документацией [12] они могут действовать в диапазоне частоты вращения ротора (ЧВР) от 800 до 1800 об/мин.

Высокопрочные ВКМ серии Ocean Master предназначены для транспортировки водорыбной смеси в агрессивных условиях, в том числе в морской воде. Они являются модификацией ранее выпускавшихся ВКМ серий KE и KS, резуль-

таты испытаний которых находились в открытом доступе и были использованы в КГТУ для моделирования нагрузочных характеристик.

В [13] был предложен метод построения нагрузочных характеристик ВКМ по результатам испытаний при фиксированной ЧВР п. Математическая модель этапов работы ВРУ при п = const представлена в [14]. Влияние ЧВР на нагрузочные характеристики ВКМ исследовано в [15]. На рис. 1 точками показаны экспериментальные зависимости производительности ВКМ фирмы Samson [12] от давления P при различных значениях п. Эти нагрузочные характеристики использованы в [16] для расчета процессов закачки и откачки воздуха из рабочей камеры.

G, м3/мин

f\ 4—1 ¿гя _ Ä. _|

I /l L

iL/* »

О 20 40 60 80 Р, кПа

a b

Рис. 1. Зависимость производительности ВКМ KS 625 от давления при различной ЧВР: 1 - 1000 об/мин; 2 - 1200 об/мин; 3 - 1450 об/мин; 4 - 1750 об/мин; a - в режиме вакуумного насоса; b - в режиме компрессора.

Точки - экспериментальные данные [12], линии - расчет по формулам (8, 9) Fig. 1. Dependence of the VCM KS625 performance on the pressure at different rotor

speeds: 1 - 1000 rpm; 2 - 1200 rpm; 3 - 1450 rpm; 4 - 1750 rpm; a - in the vacuum pump mode; b - compressor. Points are experimental data [12], lines are calculation according to formulas (8, 9)

Откачка и закачка воздуха в резервуар являются лишь первыми фазами этапов функционирования ВРУ. Движение водорыбной смеси происходит во второй фазе как первого, так и второго этапа. Цель данной статьи - исследование влияния ЧВР ВКМ на полный цикл работы ВРУ, включая гидротранспорт рыбы.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ За основу приняты математические модели этапов функционирования ВРУ, предложенные в [14]. Далее укажем элементы модели, которые учитывают изменение ЧВР ВКМ. Дифференциальное уравнение откачки воздуха из бака в первой фазе первого этапа запишем как в [16]: d P

^0 • — = f1(P(t),n)-{к• PA -P(t)• (1 + к)), P(0) = PA, (1)

d t

3

где У0 - объем бака, м ; Р - давление в резервуаре, Па; РА - атмосферное давление, Па; г - текущее время, с; 0=/1(Р,п) - зависимость эффективной производительности ВКМ в режиме вакуумного насоса от давления и ЧВР, м /с; к - коэффициент утечек воздуха. Параметр к равен отношению расхода утечки к текущему. Он считался постоянным в данной статье (к = 0,05). Время первой фазы первого этапа было задано: Г11 = 60 с. Давление в конце фазы откачки воздуха определялось как Р1 = Р(Т11).

Дифференциальные уравнения для второй фазы первого этапа работы ВРУ:

ё W 1

{ \7 \ Т1/2

ё г р

к^ = "■ Ра - Р., \ , " 8Н1 - '(1 + 0, W( 0) = 0; (2)

Уо - У(г)

W2

2

^ = а(г), W(г) = Щр-, У( 0) = 0, Н1 = + ^, (3)

а г ¿0 ¿1

где Ь1, Н10, - длина, начальная высота подъема, обобщенный коэффициент гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода, соответственно; У - объем водорыбной смеси в резервуаре, м ; W - средняя по поперечному сечению скорость движения водорыбной смеси, м/с; р - плотность водорыбной

3 2

смеси, кг/м ; g - ускорение свободного падения, м/с ; Q(г) - объемный расход жидкости в трубопроводе, м

3/с; ¿0 =^74 - площадь поперечного сечения трубопровода, м2; ¿1 - площадь основания емкости с водорыбной смесью, м2.

Вторая фаза первого этапа заканчивается, когда давление в резервуаре увеличивается до значения Р2, равного атмосферному за вычетом давления столба жидкости Н1. В отличие от [16] учтем увеличение Н1 из-за понижения уровня в емкости с водорыбной смесью. Поэтому найдем Р2 и минимальный объем воздуха в резервуаре ¥т1„ из системы алгебраических уравнений:

Ушш = У0Р1 / Р2, Р2 = Ра - рg (Н10 + (У0 - Утп)/ ¿1). (4)

Дифференциальные уравнения для второго этапа работы ВРУ:

(У0 - У(г))■ = /2 (Р(г),п)((1 - к) ■ Р(г) + к ■ Ра )-Р(г) ■ Q(г), Р( 0) = Р2; (5) аг

dW 1 / ч W2 / ч

¿2 ^ = 1 .(Р(г) - Ра )-gH 2 - ^-(1 + С2 ), W( 0 ) = 0; (6)

аг р 2

= -Шг), У( 0)=ум = У0-УтЫ, Н 2 = Н20 - ^, (7)

а г ¿2

где ¿2 - площадь основания резервуара, Ь2, Н2, & - соответственно, длина, перепад высот, коэффициент гидравлических потерь нагнетательного трубопровода.

Заметим, что на втором этапе также можно выделить первую фазу - нагнетание воздуха в резервуар. Движение водорыбной смеси (вторая фаза) начинается лишь тогда, когда правая часть уравнения (5) становится положительной. До этого ее объем в резервуаре V не изменяется. Продолжается вторая фаза второго этапа до опорожнения резервуара. Затем весь цикл повторяется.

В уравнениях (1) и (5) необходимо задать зависимость производительности ВКН от давления в резервуаре Р и ЧВР. Для этого воспользуемся формулами, полученными в [15, 16]:

f(P,n) = Gm(n). 1 ~(Pv/P^ (P > Pv); (8)

1 -(Pv/PA )"

f2(P,n) = Ga(n)-K(n) (P-Pa), (9)

где PV - минимальное абсолютное давление, создаваемое вакуумным насосом, кПа; GM - производительность (скорость откачки) вакуумного насоса при атмосферном давлении, м3/мин; а - эмпирический показатель степени; GA - производительность компрессора при атмосферном давлении, м3/мин; K - эмпирический коэффициент, м /(мин^кПа).

Эмпирические функции для ВКМ Samson KS625 были найдены в [15]:

а = 0,001174 ■ n - 0,723, GM = V1 • n, V1 = 0,00710 м3; (10)

K = 0,0861 - 3,26.10-5 ■ n, Ga = a + b • n, (11)

где V1 - объем воздуха, откачиваемый вакуумным насосом за один оборот при атмосферном давлении.

Чтобы рассчитать показатели энергетической эффективности ВРУ, потребуются найденные в [14] зависимости затраченной мощности от давления и ЧВР в режиме вакуумного насоса и компрессора KS625, соответственно:

д, (р ) \nm (n)-B0 • P (P - P0 (п)),при P > P0 (n);

N = Ф1 ^H., () D D() (12)

lNM (n), при P < P0 (n).

N = Ф2(P,n) = Na(n)+ B(n).(P - Pa)- (13)

Nm(U) = 6,739^10 -5V<739, P0(n) = 66,84 - 0,0263n.

Коэффициент B0 в формуле (12) с ростом частоты меняется незначительно, он может быть принят постоянным, в частности, для Samson KS625 B0~8,729-10-4 кВт/Па3.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Три поставленные задачи Коши были решены последовательно, численным методом в среде Mathcad. Причем решение (1) стало начальным условием для (2), (3), а решения второй задачи - для (5), (7). Были приняты следующие значения технических параметров: V0 = 4 м ; k = 0,05; H10 = H20 = 4 м; L1 = 50 м; L2 = 100 м; d = 0,3 м; S1 = 1,5 м2.

На рис. 2-4 представлено изменение рассчитанных функций по времени (начиная со второй фазы первого этапа) при разных значениях ЧВР n. Динамика предшествующей откачки воздуха из резервуара (первая фаза первого этапа) была подробно изучена в [16].

По рис. 2 увеличение ЧВР приводит к большему перепаду давления. При всасывании водорыбной смеси в резервуар становится глубже вакуум (рис. 2a), на рис. 2b - выше избыточное давление. Из-за этого за один цикл работы ВРУ в резервуар закачивается больший объем водорыбной смеси (см. рис. 3).

В кПа

50

40

30

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

20

10

2/

0

12 f,c

а ь

Рис. 2. Изменение давления в резервуаре во время работы ВРУ при различных значениях ЧВР ВКМ KS625: 1 - 1000 об/мин; 2 - 1400 об/мин; 3 - 1800 об/мин;

а - вторая фаза первого этапа; Ь - второй этап Fig. 2. Pressure change in the tank during the operation of the VFU at different values of the VCM KS625 rotor speed: 1 - 1000 rpm; 2 - 1400 rpm; 3 - 1800 rpm; a - the second phase of the first stage; b - the second stage

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

V, м

/3 У1

>1

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

V, ы

1

\ V

\з \

0

12 f,c

0

10 20

30

40 f, с

а ь

Рис. 3. Изменение объема смеси в резервуаре во время работы ВРУ при различных значениях ЧВР ВКМ KS625: 1 - 1000 об/мин; 2 - 1400 об/мин, 3 - 1800 об/мин; а - вторая фаза первого этапа; Ь - второй этап Fig. 3. Change in the volume of the mixture in the tank during the operation of the VFU at different values of the VCM KS625 rotor speed: 1 - 1000 rpm; 2 - 1400 rpm, 3 - 1800 rpm; a - the second phase of the first stage; b - the second stage

С увеличением ЧВР с 1000 до 1800 об/мин максимум расхода водорыбной смеси на первом этапе возрастает с 207,6 до 256,1 дм3/с, при этом время достижения максимума меняется незначительно (рис. 4а). Гораздо более существенные изменения расхода наблюдаются во время второго этапа (рис. 4Ь). Максимум возрастает с 84,4 до 221,2 дм /с, время его достижения сокращается с 27,9 до 18,3 с.

Рост п почти не отражается на продолжительности первого этапа, тогда как длительность второго заметно уменьшается.

С, ды/с

О

3/

Ды/с

240 180 120 60

I \2 1

/

f

200

150

100

50

r

1/

i

0

12

f,c

0

10 20

30

40 t с

b

Рис. 4. Изменение расхода в трубопроводе во время работы ВРУ при различных значениях ЧВР ВКМ KS625: 1 - 1000 об/мин; 2 - 1400 об/мин; 3 - 1800 об/мин; a - вторая фаза первого этапа; b - второй этап Fig. 4. Flow rate change in the pipeline during the operation of the VFU at different values of the VCM KS625 rotor speed: 1 - 1000 rpm; 2 - 1400 rpm; 3 - 1800 rpm; a - the second phase of the first stage; b - the second stage

На рис. 5, 6 представлено влияние увеличения ЧВР на показатели производительности и энергетической эффективности ВРУ. Абсолютное давление в конце первой фазы первого этапа P1 снижается (на рис. 5b вакуум глубже). Так как продолжительность цикла работы ВРУ T уменьшается, а объем смеси VC, перекачиваемой за один цикл, увеличивается (рис. 5a), то средняя производительность

Q = Vc/Т на рис. 5b

возрастает, где время полного

T=Tl + T2 = {Tll + Тп) + (Т21 + т22).

Vc

з

и

2.6

2.2 1.8

1.4L

1000

Т

с

120

110

100

О

дм3/с 30

25

20

1200

1400 a

1600

90

п, об/мин

15

1000

цикла

Pi

кПа. 25

20

15

10 b

QJ Pi

Рис. 5. Зависимость показателей производительности ВКМ KS625 от ЧВР:

a - объем водорыбной смеси и продолжительность цикла; b - средняя подача за цикл и давление в конце первой фазы первого этапа Fig. 5. Dependence of the performance indicators of the VCM KS625 on the rotor speed: a - volume of the water-fish mixture and cycle duration; b - average flow per cycle and pressure at the end of the first phase of the first stage

a

Компания Euskan Fish Systems [17] указывает в технической документации производительность ВРУ на базе ВКМ KS625 180 м3/ч или 50 дм3/с. Как видно по рис. 5b, даже при n = 1800 об/мин в расчетах получается значение всего 32,2 дм3/с. Результаты расчетов показали, что столь высокая производительность ВРУ может быть получена лишь при малых перепадах высот и длинах трубопровода.

Рассчитаем затраченную и полезную работу (рис. 6a). Механическая работа, затрачиваемая ВКМ KS625 для перекачивания воздуха на первом и втором этапе, соответственно:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

T11 T

AZ1(n)= J<$x(P(t,n),n) dt, Az2(n)= Jф2(P(t,n),n) dt.

(14)

Полезная работа на первом и втором этапах, соответственно:

AP1(n)= J Q(t,n)-(PA - P(t,n)) dt, Ap2 (n)=J Q(t,n)-(P(t,n) - PA) dt. (15)

T11

На рис. 6Ь показаны результаты расчета коэффициента полезного действия и показателя энергоемкости по формулам, соответственно:

П = 100AP / AZ, E = AZ / VC; Ap = Ap1 + AP2; AZ = AZ1 + AZ2.

(16)

1000 1200 1400 1600 и,о6/мин

а Ь

Рис. 6. Зависимость показателей энергетической эффективности ВКМ KS625 от ЧВР: а - затраченная и полезная работа за цикл; Ь - КПД и показатель энергоемкости Fig. 6. Dependence of the energy efficiency indicators of the VCM KS625 on the rotor speed: a - spent and useful work per cycle; b - efficiency and energy intensity indicator

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рассмотренных условиях увеличение ЧВР ВКМ КБ625 с 1000 до 1800 об/мин приводит к уменьшению времени цикла работы ВРУ с 117 до 92 с, росту объема перекачиваемой водорыбной смеси с 1,92 до 2,97 м3. В результате средняя производительность ВРУ возрастает с 15,5 до 32,2 дм /с. При этом коэф-

0

1

1

фициент полезного действия изменяется незначительно (с 22,7 до 21,2 %), тогда как показатель энергоемкости заметно ухудшается с 545 до 842 кДж/м3.

Таким образом, эксплуатацию ВРУ на высоких оборотах ВКМ следует рекомендовать лишь при необходимости быстро опорожнить емкость с водорыбной смесью (например, при разгрузке промысловых судов). При длительной эксплуатации ВРУ целесообразно снизить ЧВР ВКМ, что позволит уменьшить энергетические затраты на перекачивание водорыбной смеси при обеспечении приемлемой производительности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Фонарев, А. Л. Расчет гидротранспорта рыбы: монография / А. Л. Фона-рев. - Москва: Пищевая промышленность, 1977. - 166 с.

2. Фонарев, А. Л. Гидравлика и гидравлические машины в промышленном рыболовстве: учебник / А. Л. Фонарев. - Москва: Колос, 1993. - 208 с.

3 . Таран, В. Е. Гидромеханизация промысловых судов / В. Е. Таран // Рыболовство - аквакультура: III Междунар. науч.-техн. конф.: материалы (Владивосток, 18-20 апреля 2017 г.). - Владивосток: Изд-во Дальрыбвтуз, 2017. - С. 19-24.

4. Рязанова, Т. В. Судовое промысловое оборудование и его эксплуатация: учеб. пособие / Т. В. Рязанова. - Керчь: Изд-во ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2019. -103 с.

5. Терентьев, A. B. Влияние режима работы центробежных рыбонасосов на повреждаемость рыбы / А. В. Терентьев, Б. С. Краковский, Н. В. Гусин // Рыбное хозяйство. - 1972. - № 2. - С. 53-56.

6. Фатыхов, Ю. А. Классификация повреждений рыбного сырья при гидротранспортировании / Ю. А. Фатыхов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 1986. - № 4. - С. 9-12.

7. Кудакаев, В. В. Автоматизированные гидравлические системы транспортировки рыбы из орудий лова рыбонасосами / В. В. Кудакаев, Т. П. Карпелев, А. Н. Бойцов // Известия ТИНРО. - 2016. - Т. 186. - С. 207-213.

8. Faivre Company. Fish Pumps [Электронный ресурс]. - URL: https://faivre.ru/production/rybonasosy (Дата обращения: 03.03.2021).

9. Fish-friendly design of an axial flow pump impeller based on a blade strike model / Q. Pan, W.D. Shi, D.S. Zhang, B.P.M. van Esch [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Power and Energy. - 2020. Vol. 234, No. 2. -P. 173-186.

10. Yu, H. M. Analysis on selection of water ring vacuum pumps in the chemical industry / H. M. Yu // Applied Mechanics and Materials. - 2013. - Vol. 325-326. -P. 1435-1439.

11. Performance monitoring analysis of liquid ring vacuum pumps / G. Q. Qiu, S. Huang, L. L. Zhu, Y. Chen, J. He // Applied Mechanics and Materials. - 2017. -Vol. 853. - P. 463-467.

12. Samson Pumps [Электронный ресурс]. - URL: https://www.samson-pumps.com/downloads/vacuum-pumps.html (Дата обращения: 03.03.2021).

13. Великанов, Н. Л. Моделирование характеристик водокольцевых вакуумных насосов / Н. Л. Великанов, В. А. Наумов // Известия вузов. Машиностроение. - 2019. - № 10. - С. 70-77.

14. Наумов, В. А. Этапы работы вакуумной рыбонасосной установки /

B. А. Наумов, Н. Л. Великанов // Рыбное хозяйство. - 2020. - № 2. - С. 108-112.

15. Наумов, В. А. Характеристики водокольцевых компрессорных машин вакуумных рыбонасосных установок / В. А. Наумов, Н. Л. Великанов // Рыбное хозяйство. - 2021. - № 1. - С. 94-98.

16. Наумов, В. А. Влияние частоты вращения ротора водокольцевых компрессорных машин на перекачивание воздуха / В. А. Наумов // Известия Калининградского государственного технического университета. - 2021. - № 60. -

C.111-122.

17. Euskan Fish Systems [Электронный ресурс]. - URL: http://www.euskan.com/ (Дата обращения: 02.02.2021).

REFERENCES

1. Fonarev A. L. Raschet gidrotransporta ryby [Calculation of hydrotransport of fish]. Moscow, Pishchevaya promyshlennost', 1977, 166 p.

2. Fonarev A. L. Gidravlika i gidravlicheskie mashiny v promyshlennom ry-bolovstve: uchebnik [Hydraulics and hydraulic machines in industrial fishing: textbook]. Moscow, Kolos, 1993, 208 p.

3. Taran V. E. Gidromekhanizatsiya promyslovykh sudov [Hydromechanization of commercial vessels]. Rybolovstvo - akvakul'tura. Materialy III Mezhdunar. nauch.-tekhn. konferentsii (Vladivostok, 18-20 Aprelya 2017gJ[Fishery-aquaculture. Proceedings of the III International scientific and technical conference (Vladivostok, 18-20 April 2017)]. Vladivostok, Dal'rybvtuz Publ., 2017, pp. 19-24.

4. Ryazanova T. V. Sudovoe promyslovoe oborudovanie i ego ekspluatatsiya: uchebnoe posobie [Ship fishing equipment and its operation: textbook]. Kerch', KSMTU Publ., 2019, 103 p.

5. Terent'ev A. B., Krakovskiy B. S., Gusin N. V. Vliyanie rezhima raboty cen-trobezhnykh rybonasosov na povrezhdaemost' ryby [Influence of the operation mode of centrifugal fish pumps on the damage to fish]. Rybnoe khozyaystvo, 1972, no. 2, pp. 53-56.

6. Fatykhov Yu. A. Klassifikatsiya povrezhdeniy rybnogo syr'ya pri gidro-transportirovanii [Classification of damage to fish raw materials during hydro-transportation]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya, 1986, no. 4, pp. 9-12.

7. Kudakaev V. V., Karpelev T. P, Boytsov A. N. Avtomatizirovannye gidravlicheskie sistemy transportirovki ryby iz orudiy lova rybonasosami [Automated hydraulic systems for transporting fish from fishing gear with fish pumps]. Izvestiya TINRO, 2016, vol. 186, pp. 207-213.

8. Faivre Company. Fish Pumps. Available at: https://faivre.ru/production/rybonasosy (Accessed 03 March 2021).

9. Pan Q., Shi W.D., Zhang D.S. et al. Fish-friendly design of an axial flow pump impeller based on a blade strike model. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Power and Energy, 2020, vol. 234, no. 2, pp. 173-186.

10. Yu H. M. Analysis on selection of water ring vacuum pumps in the chemical industry. Applied Mechanics and Materials, 2013, vol. 325-326, pp. 1435-1439.

11. Qiu G.Q., Huang S., Zhu L.L. et al. Performance monitoring analysis of liquid ring vacuum pumps. Applied Mechanics and Materials, 2017, vol. 853, pp. 463-467.

12. Samson Pumps. Available at: https://www.samson-pumps.com/downloads/vacuum-pumps.html (Accessed 03 March 2021).

13. Velikanov N. L., Naumov V. A. Modelirovanie kharakteristik vodokol'tsevykh vakuumnykh nasosov [Modeling of water-ring vacuum pumps characteristics]. Izvestiya vuzov. Mashinostroenie, 2019, no. 10, pp. 70-77.

14. Naumov V. A., Velikanov N. L. Etapy raboty vakuumnoy rybonasosnoy ustanovki [Operation stages of the vacuum fish-pump unit]. Rybnoe khozyaystvo, 2020, no. 2, pp. 108-112.

15. Naumov V. A., Velikanov N. L. Kharakteristiki vodokol'cevykh kompres-sornykh mashin vakuumnykh rybonasosnykh ustanovok [Characteristics of liquid ring compressors vacuum of fish-pump units]. Rybnoe khozyaystvo, 2021, no. 21 pp. 94-98.

16. Naumov V. A. Vliyanie chastoty vrashcheniya rotora vodokol'tsevykh kom-pressornykh mashin na perekachivanie vozdukha [Influence of the rotation frequency of the rotor of water-ring compressor machines on air pumping]. Izvestiya KGTU, 2021, no. 60, pp. 111-122.

17. Euskan Fish Systems. Available at: http://www.euskan.com/ (Accessed 02 February 2021).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Наумов Владимир Аркадьевич - Калининградский государственный технический университет; доктор технических наук, профессор; зав. кафедрой водных ресурсов и водопользования; E-mail: van-old@rambler.ru

Naumov Vladimir Arkadievich - Kaliningrad State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Department of Water Resources and Water Management; E-mail: van-old@rambler.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.