CC BY
19
УДК 628.1
КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ВАКУУМНЫХ
РЫБОНАСОСАХ
В.А. Наумов, А.А. Землянов
COMPRESSOR MACHINES USED IN VACUUM FISH PUMPS
V.A. Naumov, A.A. Zemlyanov
Аннотация. Вакуумные рыбонасосные установки (ВРУ) обеспечивают наименьшую повреждаемость объектов лова при перемещении рыбы. Водокольцевые компрессорные машины (ВКМ) поочередно создают вакуум и избыточное давление в рабочей емкости. ВРУ формируются на базе ВКМ следующих производителей: «Беском», «ГМС Ливгидромаш», «Пензагрореммаш», Samson Pumps, EmmeCom, Finder Pompe, Pompetravaini, Bush, Environmental Technologies Inc, Speck Pumpen Vakuumtechnik, Hydro-Vacuum. Названные компании приводят в открытом доступе нагрузочные характеристики. Их анализ показал существенную зависимость производительности и затраченной мощности от давления в рабочей камере. Эту зависимость необходимо учитывать при подборе ВКМ для повышения энергетической эффективности ВРУ.
Ключевые слова: вакуумные рыбонасосные установки; водокольцевые компрессорные машины; технические параметры; нагрузочные характеристики.
Abstract. Vacuum fish pumps (VFP) provide the least damaging of the target species when moving fish. Water -ring compressor machines (WCM) to alternately create a vacuum and the pressure in the working container. VFP are formed on the basis of WCM of the following manufacturers: "Beskom", "HMS Livgidromash", "Penzagroremmash", Samson Pumps, EmmeCom, Finder Pompe, Pompetravaini, Bush, Environmental Technologies Inc, Speck Pumpen Vakuumtechnik, Hydro-Vacuum. These companies are provided publicly available load characteristics. Their analysis showed a significant dependence of performance and power consumption on the pressure in the working chamber. This dependence should be taken into account when selecting the WCM to improve the energy efficiency of the VFP.
Keywords: vacuum fish pumps; water-ring compressor machines; technical parameters; load characteristics.
Введение
Вакуумные рыбонасосные установки (ВРУ) обеспечивают наименьшую повреждаемость объектов лова из всех типов устройств по перемещению рыбы. Принцип работы таких установок основан на использовании с помощью компрессорных машин поочередно, то вакуума, то избыточного давления в рабочей емкости для водорыбной смеси. В качестве компрессорных машин в ВРУ, чаще всего, используются водокольцевые компрессорные машины (ВКМ). Такой выбор связан с особенностью конструкции ВКМ.
Водокольцевые агрегаты обладают рядом значительных преимуществ [1]: высокая надежность конструкции; небольшое количество конструктивных элементов, обусловленное моноблочной конструкцией; отсутствие быстроизнашивающихся деталей; отдельно стоящий агрегат; удобное сервисное обслуживание; нечувствительность к гидравлическим ударам; незначительный нагрев газа на выходе; нечувствительность к засорению газа пылью.
Широкое применение ВКМ в различных отраслях стало причиной экспериментальных [2, 3] и теоретических исследований [4-7]. Главный недостаток ВКМ -низкий общий КПД, что приводит к сравнительно невысокой энергетической эффективности ВРУ. Повышение энергетической эффективности ВРУ во многом зависит от выбора рационального режима работы ВКМ.
В [8] приведены материалы зарубежных и российских компаний из Интернета [9-13], которые предлагают ВРУ для передачи рыбы на береговые перерабатывающие заводы с рыбодобывающих судов. Рассмотрены некоторые аспекты их применения дальневосточными рыбодобывающими компаниями. Но не проведено никакого анализа характеристик ВКМ, которые в составе ВРУ определяют энергетическую эффективность. Цель данной статьи - определить перечень ВКМ, используемых в современных ВРУ, сравнить их технические параметры, найти нагрузочные характеристики.
ВРУ на современном российском рынке
Из российских предприятий, работающих на отечественном рынке, ООО «АгроБалтПроект» предлагает вакуумные системы собственного производства, специально созданные для бережного перекачивания рыбы без травм [9]. Компания АгроБалтПроект разработала типовой ряд рыбонасосных установок. Во всех моделях максимальная высота всасывания - 5 м; общая высота подъема - до 9 м; электропитание - трехфазное (380 В, 50 Гц). Остальные технические параметры представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Технические параметры ВРУ компании АгроБалтПроект [9]
Параметры ВРУ Модель рыбонасосной установки
AB510R-500 AB510R-1000 AB510R-1500 AB510R-2000
Объем бака, л 500 1000 1500 2000
Диаметр входа/выхода, мм 150 (200) 200 (250) 250 300
Средний вес рыбы, кг до 4 до 6 6 8
Мощность вакуумного насоса, кВт 11 15 22 37
Кроме типовых моделей, по потребностям заказчика, предлагаются установки различного исполнения. По индивидуальным заказам компания АгроБалтПроект конструирует ВРУ по следующим параметрам (см. рис. 1): тип рыбонасоса (для живой рыбы; для выловленной рыбы); порода и размерный ряд рыбы (кг); планируемая производительность установки (кг/ч); исполнение: (морское; береговое; стационарное; мобильное); основные размеры (м): А - высота выкачки; В - длина шланга; С - высота подъема; D - дальность перекачки.
Компании АгроБалтПроект комплектует ВРУ на базе ВКМ разных производителей, подходящие по техническим параметрам к требуемым условиям. В том числе используются модели как отечественных (например, ЗАО «Беском» [14]), так и зарубежных производителей (Pompetravaini [15], Samson [16] и др.).
Компания Euskan Fish Handling Systems (EFHS) [11] производит ВРУ с одним и двумя резервуарами. Вакуумные установки Euskan являются высокоэффективными системами для транспортировки живой или мертвой рыбы, и могут быть использованы как на судах, так и береговых сооружениях. Они не повреждают рыбу и имеют самые высокие показатели по таким параметрам как максимальный вес рыбы и высота подъема водно-рыбной смеси.
Ешкап имеет широкий ассортимент стандартных насосов, с резервуарами объемом от 250 до 4500 л и производительностью до 300 тонн рыбы в час. Каждая из моделей включает несколько модификаций в зависимости от мощности, количества и объема резервуаров.
Простейшие вакуумные системы [11] по перекачке рыбы с одним резервуаром имеют один блок питания (номер модели рыбонасоса в первом столбце табл. 2 соответствует объему резервуара в литрах). По этой причине поток воды при выходе будет прерывистым.
Таблица 2 - Технические параметры ВРУ VS _ [11]
Модель рыбонасоса Компрессорные машины Средний вес рыбы, кг Q в, м /час Мощность, кВт Диаметр входа/вых. Потребление воды, л/мин
VS250 Samson KE180 2 40 7,5 6" 10
VS500 Samson KE225 4 50 11 8" 15
VS1000 Samson KL350 6 95 15 10" 15
VS1500 Samson KS510 6 160 22 10" 20
VS2000 Samson KS625 6 180 37 10" 20
Как видно из табл. 2, компания Euskan в вакуумных рыбонасосных установках использует компрессорные машины Samson моделей KE, KL, KS. Это одноступенчатые водокольцевые компрессорные машины объёмного действия с одним вращающимся лопастным импеллером. Они могут работать и в режиме вакуумного насоса, и в режиме компрессора. Вакуумный танк изготовлен из нержавеющей стали. Впуск и выпуск оснащены быстросъемными откидными клапанами для легкой замены или проверки. Встроенные датчики уровня воды автоматически регулируют циклы наполнения/разгрузки вакуумного танка. Имеется также контроллер автоматического отключения подачи воды в случае неисправности. Автоматическая система управления PLC с большим экраном и удобным меню позволяет выбрать язык и настроить работу ВРУ. Управление впускными и выпускными клапанами осуществляется с помощью замкнутой гидравлической системы.
Установка DVS оснащена двумя вакуумными резервуарами, расположенными друг напротив друга. Каждый энергоблок заполняет и освобождает соответствующий резервуар с помощью вакуума и сжатого воздуха. Получается, практически, непрерывный поток водорыбной смеси. Два энергоблока взаимосвязаны с помощью электронного управления для обеспечения синхронизации. В случае поломки одной из систем, насос другой системы может продолжать работать, но с меньшей производительностью.
Вакуумные установки компании Environmental Technologies Inc (ETI) [10] известны в России как TransVac. Максимальная высота на всасывании: 6,3 м. Выпускаются модели с один, двумя и тремя рабочими резервуарами. Переключение клапанов автоматическое. Производительность в зависимости от модели и высоты подъема от 10 до 150 тонн в час.
ETI изготавливает их на базе ВКМ собственного производства TRANSVAC® Liquid Ring Pump и ВКМ компании Pompetravaini [15]. При работе модели HVCS 5825 (с тремя резервуарами) в режиме компрессора обеспечивается расход воздуха до 1400 куб. футов минуту (2380 м3/час) при давлении до 448 кПа [10]. Производительность может достигать 250 тонн в час (сельдь). Номинальный диаметр трубопровода 14.0 дюймов (35-36 см).
Французская компания Faivre [17] известна на международном рынке как производитель оборудования для аквакультуры. Специально для перекачивания живой рыбы компанией разработана ВРУ Pescavac-8. Технические параметры представлены в табл. 3. Максимальный размер в таблице указан для живой рыбы, предназначенной для дальнейшего выращивания. При отгрузке рыбы, направляемой на реализацию, размер может быть увеличен.
Таблица 3 - Технические параметры ВРУ [17]
Мощность двигателя, N 5,3 кВт (400 В)
Диаметр входа/выхода, Б 200 мм
Максимальная высота всасывания 5 м
Максимальная высота нагнетания 4 м
Общая максимальная высота подъема, Н 9 м
Допустимая масса живой рыбы: - лососевые до 2,5 кг
- карповые до 1,5 кг
Габариты установки 2,5 на 1,15 на 1,5 м
Масса установки 440 кг
Компания Inventive Marine Products Limited (IMPL) [12] имеет более чем 20-летний опыт разработки вакуумных установок для перекачки живой рыбы. Выпускаются модели с одним и двумя резервуарами, а так же мобильный вариант. Установки имеют вход/выход диаметром 10 или 12 дюймов, рассчитаны на живую рыбу от 50 грамм до 20 кг. Производительность модели CanaVac Aqua составляет 5-100 тонн в час. Производительность модели CanaVac Aqua Twin может достигать 20-400 тонн в час при высоте всасывания до В.6 м и общей высоте подъема до 15 м.
Модель CanaVac Micro установлена на мобильной тележке, которую может передвигать один человек. Была изначально разработана для мелкой рыбы и небольших объемов, таких как на рыбоводных заводах. Рассчитана на 10-12 тонн в час живой рыбы, при отпуске готовой продукции производительность может достигать 20 тонн в час. Все установки собираются на базе ВКМ компании Samson [15].
Российская компания СТАРКО (Южно-Сахалинск) занимается подбором и наладкой вакуумных рыбонасосных установок RYCO (производства США). На Камчатке широко применяется использование рыбонасоса, установленного на плашкоуте, который выходит в море прямо на рейд, куда подходит рыболовецкое судно. Таким образом, прямо из трюма по трубопроводу рыба подается непосредственно на перерабатывающий завод на берегу. Мощность насоса позволяет перекачивать рыбу на расстояние до 2-х км.
Компания Ryco Equipment Inc (REI) [13] выпускает 3 базовых модели ВРУ. Базовая модель Wetpump #971 имеет объем рабочей емкости 1,5 куб. метров. Эта модель обеспечивает производительность до 40 тонн рыбы в час. Для непрерывной работы компонуется сдвоенными бочками.
Модель Wetpump #912 предназначена для перекачивания мелких рыб, таких как сельдь, сардина, скумбрия и минтай. Компания REI указывает высоту всасывания - до 30 футов (9,14 м). Допустимую горизонтальную дальность - до 2 миль (3,2 км). Общая высота подъема - до 50 футов (15,2 м) Производительность компрессора - от 3 до 57 куб. метров (воздуха) в минуту.
Технические параметры водокольцевых компрессорных машин
Жидкостно-кольцевые (водокольцевые) компрессорные машины являются разновидностью ротационно-пластинчатых компрессорных машин. Их принцип работы описан, например, в [1].
Бессоновский компрессорный завод (Пензенская область) более 70 лет является ведущим предприятием России по производству ВКМ производительностью до 25 м3/мин [14]. Водокольцевые машины производства этого завода предназначены для создания вакуума (вакуум-насосы) или небольшого избыточного давления (компрессоры) в закрытых аппаратах. Вакуумные насосы выпускаются следующих марок: ВВН2-0,75; ВВН1-1,5; ВВН1-3; ВВН1-6; ВВН1-12; ВВН1-25. Компрессоры выпускаются следующих марок: ВК-0,75; ВК-1,5М1; ВК-3М1; ВК-6М1; ВК-12М1; ВК-15; ВК-25 . Эти машины изготавливают из серых
чугунов и сталей обычных марок и могут работать на воздухе и воде или на газах, парах и жидкостях, не агрессивных к указанным материалам. Тип вакуум-насосов и компрессоров [14] - водокольцевые простого действия, горизонтальные, с осевым направлением газа через всасывающие и нагнетательные окна. Номинальная производительность при абсолютном давлении всасывания 40 кПа и потребляемая ими мощность, а также масса насосов представлены в табл. 4. Указанные в таблице данные достигаются при подаче воды с температурой, не превышающей 15° С.
ВРУ российского производства используют водокольцевые вакуумные насосы моделей ВВН1-3, ВВН1-6, ВВН1-12. Единица в обозначении модели говорит, что номинальное давление всасывание равно 40 кПа (60% вакуума от барометрического давления). Последнее число представляет собой номинальную производительность Q (скорость откачки, кубические метры в минуту), приведенную к давлению всасывания. Насосы вакуумные водокольцевые типа ВВН выпускают ЗАО «Беском» [14], АО «ГМС Ливгидромаш» [18], ЗАО «Пензагрореммаш» [19] и другие российские производители.
Кроме производительности, к основным параметрам насосной установки относятся: N - потребляемая (затраченная) мощность на валу насоса, п - частота вращения вала электродвигателя, q - количество воды подаваемой в насос, m - масса насоса. Указанные параметры внесены в табл. 4, у разных производителей они отличаются не более чем на 10%.
Таблица 4 - Технические параметры водокольцевых насосов ВВН [14, 18, 19
№ Параметры Модель насоса
пп ВВН1-1,5 ВВН1-3 ВВН1-6 ВВН1-12
1 Q, м3/мин 1,57 3,33 6,20 12,1
2 N, кВт 2,80 5,15 9,60 18,6
3 q, л/мин 5 7 11 23
4 n , об/мин 1500 1500 1500 1000
5 m, кг 32 105 200 410
Названные российские производители выпускают и компрессоры (воздуходувки), используемые в ВРУ. В табл. 5 приведены технические параметры водокольцевых компрессоров производства ЗАО «Беском» [14]. Номинальная производительность компрессоров указана при давлении нагнетания 150 кПа, атмосферном давлении на входе компрессора, при подаче воды с температурой не превышающей 15 °С.
Таблица 5 - Технические параметры водокольцевых компрессоров ЗАО «Беском» [14]
Модель Q, м3/мин Pmax, кПа Мощность ЭД, кВт Частота, об/мин.
ВК-0,75 0,75 200 3,0 1500
ВК-1,5М1 1,50 150 5,5 1500
ВК-3М1 3,05 150 11,0 1500
ВК-6М1 6,20 150 18,5 1500
ВК-12М1 12,00 150 45,0 1000
ВК-15 16,50 300 90,0 1500
ВК-25 25,00 150 75,0 1000
Датская компания Samson Pumps [16] выпускает классические водокольцевые одноступенчатые машины с усиленным рабочим импеллером (ротором) серий KE, KL, KS, KM. ВКМ именно этих серий чаще всего используются в РНУ (см., например, табл. 1.1.2). Они отличаются от аналогов других производителей повышенной надёжностью в работе,
простым дизайном и оснащены современными механическими (торцевыми) уплотнениями вала. Производитель предлагает все модели 4-х серий в исполнении «насосы с голым валом». Технические параметры ВКМ серий КЕ, КЬ, применяемых в ВРУ, приведены в табл. 6.
Таблица 6 - Технические параметры одноступенчатых водокольцевых вакуумных насосов
Технические параметры KE 180 KE 200 KE 225 KE 300 KL 350 KL 400 KL 430 KL 500
Производительность, м3/час 200 260 230 270 340 430 440 500
Предельный вакуум, мбар абс. 100 33 100 33 100 33 100 100
Мощность двигателя, кВт 5,5 5,5 7,5 7,5 11 11 15 18,5
Потребление жидкости, м3/час 1,1 1,1 1,2 1,5 2,0 2,5 2,5 2,5
В 2018 компания Samson Pumps разработала серию ВКМ Ocean Master, предназначенную специально для перекачивания улова и живой рыбы. В настоящее время компания предлагает модели Ocean Master [16]: OM-1000, OM-700, OM-450, OM-250. Число представляет номинальную производительность (м3/час) по перекачиваемому объему воды с рыбой. Компания сообщает, что принято решение оснастить суда для перевозки живой рыбы системами Samson Ocean Master.
ВКМ серии ELRS производятся компанией ERSTVAK в Германии [20]. С 2012 года сборка происходит в Китае с целью уменьшения издержек. Они также используются в ВРУ. В табл. 7 приведены скорость откачки, потребляемая и максимальная мощность в зависимости от частоты вращения для насосов серии ELRS.
Таблица 7 - Технические параметры водокольцевых насосов ELRS [20]
Модель насоса Частота вращения, б/мин Потребляемая мощность, кВт Максимальная мощность, кВт Скорость откачки, м3/час
ELRS-40 466 48 55 2520
530 58 75 2820
590 65,5 75 3200
660 79,8 90 3550
740 98 110 4000
ELRS-45 472 55 75 3150
530 61 75 3380
590 70 90 3750
660 90 110 4090
740 108 132 4520
ELRS-57 312 75 90 3750
420 80,8 110 4260
530 113 132 5230
590 136 160 6000
660 167 185 6510
Насосы серии Dolphin (производство концерна Bush, Германия [21]) - классические водокольцевые одноступенчатые машины объёмного действия с радиальным подводом откачиваемого газа. Они отличаются простым и надёжным дизайном и оснащены современными механическими (торцевыми) уплотнениями вала. Насосный блок в них
устанавливается прямо на фланце электродвигателя, а импеллер вакуумного насоса крепится непосредственно на его валу. Технические данные вакуумных насосов серии ЬС-Л приведены в табл. 8.
Таблица 8 - Технические параметры вакуумных насосов серии LC-A [21]
Технические параметры Модель водокольцевых вакуумных насосов серии LC-A
0030 0060 0080 0110 0150 0220 0280 0400
Производительность, м3/час 30 55 75 106 145 220 280 380
Предельный абс. вакуум, мбар 33 33 33 33 33 33 33 33
Мощность двигателя, кВт 0,75 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11
Потребление жидкости, м3/час 0,25 0,5 1,0 1,0 1,0 1,2 1,6 2,0
Л/Г с on 97 ^ А 71 11 ^ 9 1 ^ oil
Масса в сборе, кг 20 2/ 56 63 /1 115 215 211
Итальянская компания EmmeCom, [22] выпускает одноступенчатые водокольцевые вакуумные насосы серии AL-A, у которых всасывание и выхлоп осуществляется через переднюю и заднюю торцевые крышки одновременно. Двухступенчатые водокольцевые вакуумные насосы этой компании серий AL-D и NP, позволяют развивать вакуум до 33 мбар абс. без приспособлений и до 10 мбар абс. с газовым эжектором в диапазоне производительности от 20 до 3200 м3/час. Имеют встроенный антикавитационный клапан между ступенями. Агрегаты надежны, просты в обслуживании, с их помощью можно откачивать практически любую газовую среду или пар. Технические данные вакуумных насосов серии серии AL-D приведены в табл. 9.
Таблица 9 - Технические данные одноступенчатых водокольцевых вакуумных насосов серии _AL-D [22]_
Технические параметры Водокольцевые вакуумные насосы серии AL-D
330 360 411 418 423 530 540 548 870 890
Производительность, м3/час 21 48 100 153 190 260 352 390 600 760
Предельный абс. вакуум, мбар 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33
Мощность двигателя, кВт 1,1 1,5 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 30,0
Потребление жидкости, м3/час 0,3 5 0,37 0,5 0,72 0,9 2,1 2,4 2,5 2,8 3,8
Вес без электродвигателя, кг 22 25 75 85 95 130 140 155 250 280
Итальянская компания Finder Pompe [23] выпускает одноступенчатые водокольцевые вакуумные насосы серии F, у которых всасывание и выхлоп так же осуществляется через переднюю и заднюю торцевые крышки одновременно. Возможно только одно исполнение агрегатов - из специального чугуна. В отличие от аналогов они развивают несколько большую производительность, но предназначены для работы в более грубом вакууме: предельный абсолютный вакуум равен 150 мбар. Технические данные вакуумных насосов серии F приведены в табл. 10.
Таблица 10 - Технические данные одноступенчатых водокольцевых вакуумных насосов __серии F [23]__
Производительность, Мощность Масса насоса без
м3/час электродвигателя, кВт электродвигателя, кг
F 300 2600-3200 от 50 до 65 1500
F 310 3500-4500 от 70 до 100 1600
F 360 4800-6000 от 80 до 120 2400
F 400 5200-7800 от 100 до 160 3500
F 410 7200-10500 от 100 до 200 3800
F 500 7200-11000 от 120 до 210 5100
F 510 9000-13800 от 150 до 210 5500
F 600 10800-15000 от 180 до 270 8000
F 610 13200-17400 от 175 до 330 8500
F 700 16500-22800 от 250 до 450 11500
Польское предприятие АО Hydro-Vacuum [24] выпускает одноступенчатые и двухступенчатые ВКМ серии PW и газодувки PD. ВКМ предназначены для всасывания и перекачки сухого газа с температурой до 150°С и насыщенные парами газы с температурой до 100°С, с возможностью применения рабочих жидкостей с вязкостью до 60 мм2/сек и плотностью 800 - 1200 кг/м3. Температура воды на выходе из ВКВН не должна превышать 80 °С. Насос и двигатель крепятся на общей опоре. Крутящий момент от двигателя передается к импеллеру через вал, установленный в подшипниках опоры и эластичную соединительную муфту. Такая конструкция делает вакуумный насос заметно длиннее и тяжелее, но облегчает его обслуживание, когда требуется разборка насоса или замена двигателя. Кроме того, насос установлен на 2 опорах, что дает более длительный срок службы насосов нежели моноблока. Предельные остаточное давление равно 33 мбар. ВКМ PW1-12 - PW7-14 являются одноступенчатыми насосами с производительностью до 1500 м3/час (табл. 11).
Таблица 11 - Технические параметры одноступенчатых ВКМ серии PW [24]
Модель Qmax? м3 /час P . 1 min? мбар Мощность электродвигателя, кВт Частота вращения, об/мин Потребление воды, л/мин.
PW1.12 24.0 146 1.1 2900 5
PW1.13 54.0 146 1.5 2900 5.5
PW4.11 75.0 146 3.0 1450 14
PW4.12 120.0 146 4.0 1450 14
PW4.13 190.0 146 5.5 1450 25
PW4.14 240.0 146 7.5 1450 25
PW5.12 315.0 146 11.0 1450 45
PW5.13 395.0 146 15.0 1450 62
PW5.14 460.0 146 15.0 1450 66
Водокольцевые вакуумные насосы производства Speck Pumpen Vakuumtechnik (SPV) GmbH (Германия) [25] предназначены для различных сфер применения. Их производительность от 2 до 1900 м3/час. Одноступенчатые ВКМ серии V (табл. 12) предназначены для производств, где не требуется большая производительность.
Таблица 12 - Технические параметры одноступенчатых ВКМ серии V [25]
Модель бшах, м3 /час Ашт, мбар Обороты/мин. Масса, кг Мощность, кВт
V-6 9,5 40 2850 9,3 0,4
V-30 26 33 2850 20 1,1
V-55 48 33 2850 25 1,5
V-95 70 33 1450 59 2,2
V-130 100 33 1450 67 3,0
V-155 123 33 1450 83 4,0
V-255 199 33 1450 11 5,5
Повышение энергетической эффективности ВРУ во многом зависит от выбора рационального режима работы используемых ВКМ. Ранее был предложен метод выбора ВКМ для снижения энергозатрат по параметрам, приведенным в техническом паспорте. При этом не учитывается, что ВКМ далеко не всегда работают и не в номинальном режиме. Необходим анализ нагрузочных характеристик ВКМ.
Нагрузочные характеристики водокольцевых компрессорных машин
Многие производители приводят в открытом доступе нагрузочные характеристики моделей ВКМ. Наиболее подробные данные включают экспериментальные зависимости производительности (по воздуху), затраченной мощности и расхода жидкости (воды) от давления в рабочей камере. Такие данные приводит кампания SPV [25]; пример представлен
на рис. 2.
О
[тп3/И]
с
О! СГ|
Е
<и >
¡ЗП 31 га 1/1
140
120 100 80 60
N
га "С 01 X1
XI
СП С 3
[1/т1п] 25 20 Н
Ъ га "С и .¡3
<и
и-1
5
VI55
У-95
40
30 100
200 300 400 600 900 Апьаидс)гиск р [тЬаг]
Рисунок 2 - Экспериментальные данные [25] зависимости производительности, затраченной мощности и расхода воды ВКМ серии V от давления всасывания
Ни один из производителей не сообщает коэффициент полезного действия (КПД) ВКМ даже в номинальном режиме. Большинство производителей размещают в открытом доступе две экспериментальные зависимости: производительности (по воздуху) и затраченной мощности от давления в рабочей камере.
На рис. 3-4 представлены нагрузочные характеристики ВКМ серии ELRS: p-Q и p-N. Указано [20], что графические характеристики действительны при всасывании воздуха с температурой 15°С, воды 20°С. Погрешность графиков составляет ±10%.
Компания Samson Pumps [38] приводит в технической документации табличную форму нагрузочных характеристик ВКМ при работе в режиме вакуумного насоса для трех значений частоты вращения (табл. 13), при работе в режиме компрессора для двух значений частоты вращения (табл. 14). Для дальнейшей компьютерной обработки табличная форма представления данных предпочтительнее.
4МЮ
4500
и
п:
J ^ 4200
2
^ V 3900
Т
IV
1-п 3600
л
U г> 3300
с.
о
и 3000
2700
740 об/мин 710 UG/mílu
660 об/мин
590 об/мин
530 об/ми ir 540 обЛюнн 412 об/мин
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1013
Остаточное давление, мбар Рисунок 3 - Экспериментальные данные [20] зависимости производительности ВКМ ЕЬЯ8-45 от давления всасывания при различной частоте вращения
и
0
1
3"
о 2
Ol
с; ш
V CL I-
о Г.
100
80
60
40
20
740 об мин 710 об'мнн 660 об'мнн
590 об/мин
об/мни 5С0 Об/ЧНН 412 об'мнн
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1013
Остаточное да еле н не, мбар
Рисунок 4 - Экспериментальные данные [20] зависимости потребляемой мощности ВКМ ЕЬЯ8-45 от давления всасывания при различной частоте вращения
Таблица 13 - Нагрузочные характеристики ВКМ Samson при работе в режиме вакуумного
насоса [16]
Pressure [mbarfl] 33 IOC 200 300 400 500 600 700 eoo
K.E2DC
1 200 [rpm] Fi™ [nflh] 10 150 190 199 203 202 200 196 193
Consumption [kW] 1 2 3.3 за 3.E 3.7 3.3 2.9 2 A
1450 [rpmj Flow so 207 244 256 250 257 2S6 253 240
Consumption [kW] 2-6 3JQ 4JQ 5.4 5.4 5.2 4. a 4.3 3.9
1750 [rpm) Flew [m'rti] t& 266 190 20Г 280 267 2W 291 2ft7
CwiJLimpHon [kW] 4.6 6Л e.7 75 75 73 3,7 6 e 6.2
КЕЗОО
1200 [г ргп] Flew forth] 67 its 187 in 203 203 200 1« 192
coflsumpllw IkW] 3 4,2 5.4 6.9 59 5.6 5.4 & 4.6
1450 [гргл] Flew [ил1/*] 126 20B 253 265 2B6 267 265 252 257
Consumption vm 4.5 5.В 6.7 7.5 7.5 7.3 6.7 6.5 6.2
1750 [фт] Flow [m'rti] 126 276 305 314 315 314 310 306 302
Consumption [kW] 6.0 7Я 9.2 0.7 0.7 9.4 0.2 a..7 S.3
Таблица 14 - Нагрузочные характеристики ВКМ Samson при работе в режиме компрессора
[16]
КЕ180
Pressure [barg] 0,3 0.4 o.s 0.6 0.7 0,& 0.9 1 11 1.2 1.3 1.4 1.5
1450 [rpm] Flow [m'/li] 165 152 142 128 115 100 90 7S 70 60 50 48 45
Consumption [kW] 5.2 5.6 6 6.4 6.6 7.2 7.6 a 8.2 B.8 g 0.5 10
1750 [rpm] Flow LirifVN] 219 215 212 20S 202 197 190 103 175 170 160 140 155
Consumption [kW) 6.8 7.6 s.e 9.4 10 10.7 111.2 12 125 13.2 14 145
KEZ25
1450 [rpm] Flow [m^h] 225 212 197 130 165 150 135 120 105 9fl 90 35 80
Consumption [kW] 5.9 6.2 6.8 7.1 7.5 e 8.4 e.o 9.3 9.7 10 105 11
1750 [фт] Flow [m^/li] 200 28B 285 230 277 271 266 260 250 240 235 225 215
Consumption [kW] ¡5.7 9.3 10 10.7 11.3 12 12.8 13.3 14 14.7 15.5 16 16.5
Нагрузочные характеристики ВКМ ЗАО «Беском» [14] при работе в режиме вакуумного насоса и компрессора представлены на рис. 5-6.
Рисунок 5 - Нагрузочные характеристики ВКМ ЗАО «Беском» при работе в режиме
вакуумного насоса [14]
N Q
7- 1,75-
6- 1,5
5- 1,25
4 1,0
3- 0,75-
2- 0,5
1 - 0,25-
0 0
О
\ N
вк- 1,51\ 41
0,1 0,1250,15 0,175 0,2 0,225 0,25 P
N Q
12.0
10,5- 3,5
9 - 3,0
7,5 - 2,5
6 - 2,0
4,5 - 1,5
3 - to
1,5 - 0,5
о J 0
О
\\ N
вк- зм
0,1 0,125 0,15 0,175 0,2 0,225 0,25 P
Рисунок 6 - Нагрузочные характеристики ВКМ ЗАО «Беском» при работе в режиме
компрессор (воздуходувки) [14]
Заключение
Установлено, что в ВРУ, чаще всего, используются ВКМ следующих производителей: Российские компании ЗАО «Беском», АО «ГМС Ливгидромаш», ЗАО «Пензагрореммаш»; Датская компания Samson Pumps; Итальянские компании EmmeCom, Finder Pompe, Pompetravaini; Немецкие компании Bush, Environmental Technologies Inc, Speck Pumpen Vakuumtechnik; Польская компания АО Hydro-Vacuum.
Кроме технических параметров ВКМ, названные компании приводят в открытом доступе нагрузочные характеристики, полученные в результате испытаний. Их анализ показал существенную зависимость производительности и затраченной мощности от давления в рабочей камере, Q(P) и N(P). Эту зависимость необходимо учитывать при подборе ВКМ для повышения энергетической эффективности ВРУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абдурашитов С.А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М. Насосы и компрессоры. Москва: Недра, 1974. 296 с.
2. Смирнов О.В., Костеренко В.Н. Исследование производительности водокольцевых вакуумных насосов различных типов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 7. С. 390-395.
3. Герасимова О.А., Карасева Т.Н., Радкевич Е.В. Экспериментальное исследование энергосберегающего привода водокольцевого вакуумного насоса // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2016. № 1 (21). С. 168-181.
4. Шилин В.А., Герасимова О.А. Теоретические исследования работы водокольцевого вакуумного насоса // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2015. № 1 (17). С.142-158.
5. Huang S., He J., Wang X., Qiu G. Theoretical model for the performance of liquid ring pump based on the actual operating cycle // International Journal of Rotating Machinery. 2017. 9 p. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1155/2017/3617321.
6. Великанов Н.Л., Наумов В.А. Компрессорные машины вакуумных рыбонасосов // Рыбное хозяйство. 2018. № 6. С. 78-81.
7. Великанов Н.Л., Наумов В.А. Динамические характеристики вакуумных насосов и компрессоров рыбонасосных установок // Рыбное хозяйство. 2019. № 1. С. 79-83.
8. Кудакаев В.В., Карпелев Т.П., Бойцов А.Н. Автоматизированные гидравлические системы транспортировки рыбы из орудий лова рыбонасосами // Известия ТИНРО. 2016. Т. 186. С. 207-213.
http://vestnik
-nauki.ru
Вестник науки и образования Северо-Запада России, 2019, Т. 5, №2
ISSN 2413-9858
9. ООО «АгроБалтПроект» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.agro-balt.ru/ (дата обращения: 07.04.2019).
10. Environmental Technologies, Inc (ETI) [Электронный ресурс]. URL: http://www.transvac.com/ (дата обращения: 31.03.2019).
11. Euskan Fish handling systems [Электронный ресурс]. URL: http://www.euskan.com/ (дата обращения: 31.03.2019).
12. Inventive Marine Products Limited [Электронный ресурс]. URL: http://inventivemarine.com/ (дата обращения: 31.03.2019).
13. Ryco Equipment Inc [Электронный ресурс]. URL: http://rycous.com/ (дата обращения: 31.03.2019).
14. ЗАО «Беском». Водокольцевые вакуум-насосы и компрессоры [Электронный ресурс]. URL: http://servocompressor.ru/docs/vvn/vvn_vk.pdf (дата обращения: 01.04.2019).
15. Pompetravaini. Vacuum Pumps and Compressors [Электронный ресурс]. - URL: http://www.pompetravaini.it/pages/elenco.aspx?id=1 (дата обращения: 07.04.2019).
16. Samson Pumps [Электронный ресурс]. URL: https://www.samson-pumps.com/ (дата обращения: 20.03.2019).
17. Faivre Company [Электронный ресурс]. URL: http://faivre.ru/tekhnicheskie-kharakteristiki-rybonasosa-pescavac-8 (дата обращения: 09.04.2019).
18. АО «ГМС Ливгидромаш» Насосы вакуумные водокольцевые типа ВВН [Электронный ресурс]. URL: http://www.hms-livgidromash.ru/upload/ iblock/6f7/re-vvn1_3-i-vvn-1_12-_-vvn1 6 .pdf (дата обращения: 01.04.2019).
19. ЗАО «Пензагрореммаш». Насосы вакуумные водокольцевые [Электронный ресурс]. URL: http://penzagrm.nt-rt.ru/images/manuals/nasos vak.pdf (дата обращения: 01.04.2019).
20. ERSTVAK. Catalogs of the equipment. Water ring vacuum pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.erstvak.com/katalog/vodokolcevye-vakuumnye-nasosy.pdf (дата обращения: 25.03.2019).
21. Dolphin - Bush vacuum pumps [Электронный ресурс]. URL: https://www.buschvacuum.com/us/en/products/dolphin (дата обращения: 20.03.2019).
22. Italian Vacuum Compressors. Liquid ring vacuum pumps [Электронный ресурс]. URL: https://www.ivaco.it/en/c/liquid-ring-vacuum-pumps-1432.html (дата обращения: 20.03.2019).
23. Finder Pompe Products [Электронный ресурс]. URL: http://www.finderpumps.com/product/-in-category/categories/pumps-liquid-ring (дата обращения: 20.03.2019).
24. Hydro-Vacuum S.A. Vacuum pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.pumps-hv.com/vacuum pumps.php (дата обращения: 20.03.2019).
25. Vacuum pumps Speck Pumpen [Электронный ресурс]. URL: https://www.speck-pumps.com/en/speck/industrial-technology/vacuum-pumps-/ (дата обращения: 20.03.2019).
1. Abdurashitov S.A., Tupichenkov A.A., Vershinin I.M. Nasosy i kompressory [Pumps and compressors]. Moscow: Nedra, 1974. 296 p.
2. Smirnov O.V., Kosterenko V.N. Issledovanie proizvoditel'nosti vodokol'cevyh vakuumnyh nasosov razlichnyh tipov [Research of performance of water-ring vacuum pumps of various types]. Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2011. No 7, pp. 390-395.
3. Gerasimova O.A., Karaseva T.N., Radkevich E.V. Eksperimental'noe issledovanie energosberegayushchego privoda vodokol'cevogo vakuumnogo nasosa [Experimental study of energy-saving drive of water-ring vacuum pump]. Nauchnyj zhurnal Rossijskogo NII problem melioracii. 2016. No 1 (21), pp. 168-181.
REFERENCES
4. Shilin V.A., Gerasimova O.A. Teoreticheskie issledovaniya raboty vodokol'cevogo vakuumnogo nasosa [Theoretical studies of the water ring vacuum pump]. Nauchnyj zhurnal Rossijskogo NII problem melioracii. 2015. No 1 (17), pp.142-158.
5. Huang S., He J., Wang X., Qiu G. Theoretical model for the performance of liquid ring pump based on the actual operating cycle. International Journal of Rotating Machinery. 2017. 9 p. [Electronic resource]. URL: https://doi.org/10.1155/2017/3617321.
6. Velikanov N.L., Naumov V.A. Kompressornye mashiny vakuumnyh rybonasosov [Compressor machines of vacuum fish pumps]. Rybnoe hozyajstvo. 2018. No 6, pp. 78-81.
7. Velikanov N.L., Naumov V.A. Dinamicheskie harakteristiki vakuumnyh nasosov i kompressorov rybonasosnyh ustanovok [Dynamic characteristics of vacuum pumps and compressors of fish-pumping units]. Rybnoe hozyajstvo. 2019. No 1, pp. 79-83.
8. Kudakaev V.V., Karpelev T.P., Bojcov A.N. Avtomatizirovannye gidravlicheskie sistemy transportirovki ryby iz orudij lova rybonasosami [Automated hydraulic system of transporting fish from fishing gear by fish pumps]. Izvestiya TINRO. 2016. V. 186, pp. 207-213.
9. OOO «AgroBaltProekt» [Electronic resource]. URL: http://www.agro-balt.ru/ (date accessed: 07.04.2019).
10. Environmental Technologies, Inc (ETI) [Electronic resource]. URL: http://www.transvac.com/ (date accessed: 31.03.2019).
11. Euskan Fish handling systems [Electronic resource]. URL: http://www.euskan.com(date accessed: 31.03.2019).
12. Inventive Marine Products Limited [Electronic resource]. URL: http://inventivemarine.com/ (date accessed: 31.03.2019).
13. Ryco Equipment Inc [Electronic resource]. URL: http://rycous.com/ (date accessed: 31.03.2019).
14. ZAO «Beskom». Vodokol'cevye vakuum-nasosy i kompressory [Water ring vacuum pumps and compressors]. [Electronic resource]. URL: http://servocompressor.ru/docs/vvn/vvn_vk.pdf (date accessed: 01.04.2019).
15. Pompetravaini. Vacuum Pumps and Compressors [Electronic resource]. - URL: http://www.pompetravaini.it/pages/elenco.aspx?id=1 (date accessed: 07.04.2019).
16. Samson Pumps [Electronic resource]. URL: https://www.samson-pumps.com/ (date accessed: 20.03.2019).
17. Faivre Company [Electronic resource]. URL: http://faivre.ru/tekhnicheskie-kharakteristiki-rybonasosa-pescavac-8 (date accessed: 09.04.2019).
18. AO «GMS Livgidromash» Nasosy vakuumnye vodokol'cevye tipa VVN [Liquid ring vacuum pumps of VVN type]. [Electronic resource]. URL: http://www.hms-livgidromash.ru/upload/ iblock/6f7/re-vvn1_3-i-vvn-1_12-_-vvn1_6_.pdf (date accessed: 01.04.2019).
19. ZAO «Penzagroremmash». Nasosy vakuumnye vodokol'cevye [Liquid ring vacuum pumps]. [Electronic resource]. URL: http://penzagrm.nt-rt.ru/images/manuals/nasos_vak.pdf (date accessed: 01.04.2019).
20. ERSTVAK. Catalogs of the equipment. Water ring vacuum pumps. [Electronic resource]. URL: http://www.erstvak.com/katalog/vodokolcevye-vakuumnye-nasosy.pdf (date accessed: 25.03.2019).
21. Dolphin - Bush vacuum pumps [Electronic resource]. URL: https://www.buschvacuum.com/us/en/products/dolphin (date accessed: 20.03.2019).
22. Italian Vacuum Compressors. Liquid ring vacuum pumps [Elektronnyj resurs]. URL: https://www.ivaco.it/en/c/liquid-ring-vacuum-pumps-1432.html (date accessed: 20.03.2019).
23. Finder Pompe Products [Electronic resource]. URL: http://www.finderpumps.com/product/-in-category/categories/pumps-liquid-ring (date accessed: 20.03.2019).
24. Hydro-Vacuum S.A. Vacuum pumps [Electronic resource]. URL: http://www.pumps-hv.com/vacuum_pumps.php (date accessed: 20.03.2019).
25. Vacuum pumps Speck Pumpen [Electronic resource]. URL: https://www.speck-pumps.com/en/speck/industrial-technology/vacuum-pumps-/ (date accessed: 20.03.2019).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Наумов Владимир Аркадьевич Калининградский государственный технический университет, г. Калининград, Россия, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водных ресурсов и водопользования, действительный член Российской инженерной академии, действительный член Российской академии естественных наук, E-mail: [email protected]
Naumov Vladimir Arkad'evich Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia, Chairman of The Water Resources Department, Doctor of Technical Science, Professor, Member of Russian Engineering Academy, Member of Russian Academy of Natural Science, E-mail: [email protected]
Землянов Антон Алексеевич Калининградский государственный технический университет, г. Калининград, Россия, студент второго курса строительного факультета, направление подготовки «Природообустройство и водопользование», E-mail: [email protected]
Zemlyanov Anton Alekseevich Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia, second-year student of the Construction Faculty, field of study "Environmental engineering and Water use", E-mail: [email protected]
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 236022, Россия, Калининград, Советский пр., 1, КГТУ, ГУК, каб. 372. Наумов В.А.
8(4012)99-53-37
