CC BY
10
2011 08953; заявл. 18.07.11; опубл. 10.02.12, Бюл. № 3. - 6 с.
6. Патент ^ №91268, МПК7 В66В 1/28, 2008. Споаб керування посадкою-зняттям тдйомно! посудини з жорстко! основи та пристрш для його здшснення, Чехлатий М.О., Дворников В.1., заяв. 22.09.2008, опубл. 10.02.2009, бюл. №3, 2009.
Аннотации:
Проведен анализ существующих устройств защиты подъемных установок от аварийных ситуаций, описаны методы и средства контроля зависания сосуда в стволе.
Предложен комплекс технических средств, предназначенный для контроля и защиты подъемных установок, а также повышения эффективности и безопасности их эксплуатации.
Ключевые слова: подъемные установки, парашют, комплекс технических средств, измерительные устройства, зависание сосуда.
The analysis of existing devices for protecting lifting installations from emergency situations has been conducted, and methods and means of monitoring vessel hanging in the barrel are described. A complex of technical means designed for monitoring and protecting lifting installations, as well as increasing their operational efficiency and safety, is proposed.
Keywords: lifting equipment, parachute, complex of technical means, measuring devices, vessel hanging.
УДК 621.694.3
ТИМОХИН Ю.В., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
ПАЛАМАРЧУК Т.Н., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Расчет режимных параметров центробежного и подкачивающего струйного насосов с отбором рабочей жидкости от промежуточной ступени центробежного насоса
Timokhin Y.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI) Palamarchuk T.N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI)
The math of the regime parameter of centrifugal and ejector pumps with the selection of power fluid from the intermediate stage of the centrifugal pumps
Введение
Струйные насосы не содержат движущихся деталей, что определяет их достоинства:
- простая конструкция, небольшие габариты, оптимальная масса, низкая стоимость изготовления, несложный монтаж;
- высокая надежность, износостойкость, большой срок
службы, низкая чувствительность к агрессивным средам;
- низкие эксплуатационные
затраты, так как не требуют проведения постоянного надзора, ухода и технического обслуживания.
Недостатки струйных насосов: малый коэффициент полезного действия, не превышающий тридцати процентов, большой расход рабочей жидкости с высоким давлением [1].
Существенные преимущества по сравнению с другими видами насосного оборудования обусловили применение струйных насосов в различных сферах: системах теплогазоснабжения,
вентиляции и кондиционирования воздуха, в теплофикационных установках в качестве смесителей, в вентиляционных установках для создания непрерывного потока воздуха в каналах, в ядерной энергетике, в пищевой и нефтедобывающей промышленности, в холодильной технике в качестве агрегатов холодильных установок, для подъема воды из глубоких колодцев и скважин, в канализации - для удаления осадка из песко- и илосборников и др. [2, 3, 4].
Применяют водоструйные
агрегаты в качестве подкачивающих (бустерных) насосов для повышения всасывающей способности и устранения кавитационных режимов в насосных установках с лопастными насосами. Источником рабочей жидкости для струйных насосов в таких установках являются сами лопастные насосы [5].
Анализ последних исследований и публикаций
Для откачки воды при проходке тоннелей, на шахтном водоотливе и др. применяются центробежные насосы. Недостатком насосов с большой
подачей (2 > 200...300 м3/час) является малая допускаемая высота всасывания, не превышающая 3 м, что для ряда схем откачивания воды является
недостаточной. Эксплуатация при высоте всасывания, превышающей допускаемую высоту всасывания, недопустима, так как насос в этом случае работает в кавитационном режиме, сопровождающимся
повышенным изнашиванием деталей проточной части, снижением напора и коэффициента полезного действия, уменьшением ресурса.
Исключение кавитационных
режимов насосов дает технологические и технико-экономические
преимущества: снижает стоимость, увеличивает срок службы насосов, обеспечивает работу насоса с максимальным коэффициентом
полезного действия и т. п.
Для обеспечения нормальных условий работы центробежного насоса необходимо, чтобы фактическая вакуумметрическая высота всасывания Ивак не превосходила допустимой высоты всасывания Ивакд°"■
Это возможно при
соответствующим расположении
центробежного насоса относительно уровня жидкости в приемном резервуаре (источнике), что требует выполнения дополнительных
капитальных работ при строительстве насосных станций и увеличения капитальных затрат.
Выполнены ряд исследований по повышению всасывающей способности центробежных насосов за счет изменения геометрии проточной части первого колеса, применения
предвключенных шнеков и т. п., однако центробежные насосы с большими подачами и высокой всасывающей способностью отсутствуют.
Простым и эффективным способом является предотвращение кавитационных режимов применением предвключенных подкачивающих
(бустерных) насосов погружного типа или низконапорных низкооборотных центробежных насосов с достаточной высотой всасывания насосов, которые повышают давление перекачиваемой жидкости на входе в основной насос. Недостаток способа: наличие дополнительного насоса, требующего отдельного энергопитания, системы управления и, в ряде случаев, -необходимость защиты от высокого давления, которое может возникнуть при отключении основного насоса.
Струйные насосы применяются в качестве подкачивающих для центробежных насосов, причем рабочая жидкость для них отбирается с выхода последних. Насосные установки просты и компактны, однако из-за низкого коэффициента полезного действия струйных насосов по
энергоэффективности уступают схемам откачки с лопастными покачивающими насосами.
Энергоэффективность насосных установок со струйными
подкачивающими насосами повышается при отборе рабочей жидкости от промежуточной ступени центробежного насоса [5].
В работах по расчету струйного насоса приводится теоретическое обоснование выбора параметров струйного насоса, расчет оптимальных характеристик струйного насоса. В практических расчетах струйных насосов определяются скорость истечения из сопла рабочей жидкости, коэффициент инжекции, расходы рабочей и инжектируемой жидкости, потребляемая насосом мощность, геометрические размеры (диаметры
сечений, длины камеры смещения, диффузора и т.п.) [1].
В расчетах параметров режима совместной работы лопастного и струйного насосов с отбором рабочей жидкости от лопастного насоса определяются напор струйного насоса, расходы перекачиваемой жидкости и рабочего потока. Однако, например, в [4] в разделе «Характеристика установки с центробежным и водоструйным насосом» расчеты выполняются на основании известных опытных напорных характеристик, в [7] - для нетипичной расчетной схемы насосной установки. Применяемые в них методики не применимы для расчета параметров режима
последовательной работы
центробежного и струйного насосов с отбором рабочей жидкости для струйного насоса от промежуточной ступени центробежного насоса, так как напорная характеристика струйного насоса зависит от режима центробежного насоса.
Цель работы
Целью работы является разработка методики расчета параметров режима последовательной работы
центробежного и струйного насосов с отбором рабочей жидкости для струйного насоса от промежуточной ступени центробежного насоса.
Основная часть
Постановка задачи. На рис. 1 приведена расчетная схема насосной установки, включающая
многоступенчатый центробежный
секционный насос с числом ступеней г, на входе которого для увеличения
высоты всасывания установки установлен струйный насос. Рабочая жидкость для струйного насоса отбирается от ¿1-ой промежуточной ступени центробежного насоса (¿1 > 2). Насосная установка работает на
напорную сеть, параметры которой заданы.
Необходимо определить
параметры режима последовательной работы центробежного и струйного насосов
Рис. 1. Расчетная схема насосной установки
1 - струйный насос; 2 - центробежный насос, 21 ступеней; 3 - центробежный насос, (г - ц) ступеней; 4 - всасывающий
патрубок установки; 5 - резервуар потребителя жидкости
Напорная характеристика
центробежного насоса описывается выражением
н = 2 (я 0 + лд - вд>2),
(1)
где Н; д - напор и подача насоса;
Нз; Л; В - коэффициенты напорной характеристики одной ступени центробежного насоса;
г - число ступеней центробежного насоса.
Напорная характеристика сети с учетом всасывающего трубопровода имеет вид
(2) высота
н = нг + а£2,
где Нг - геометрическая водоподъема;
а - гидравлическое сопротивление
сети.
На рис. 2 показана принципиальная схема струйного насоса. Рабочая жидкость по подводящему трубопроводу поступает к
соплу, выходя из которого с большой скоростью поступает в камеру смешения и вовлекает в движение подсасываемую жидкость. В горловине происходит энергообмен между рабочей
и подсасываемой жидкостями, в расширяющемся диффузоре -постепенное уменьшение скорости с преобразованием динамического напора жидкости в статическое давление.
Рис. 2. Принципиальная схема струйного насоса
На рис. 2 обозначено:
- скорость рабочего потока на выходе из сопла;
^н2 - скорость инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения, м/с;
^з - скорость смешанного потока в выходном сечении камеры смешения, м/с;
Ор, Он - расходы рабочей и инжектируемой среды, кг/с;
Рр1, Рн2, рз - давления в выходном сечении рабочего сопла, во входном сечении камеры смешения и в
выходном сечении камеры смешения, Па;
/р1, /н2, /з - площади, соответственно, выходного сечения рабочего сопла, входного сечения
камеры смешения, выходного сечения
2
камеры смешения, м ;
/н2 = /з - /р1; ф2 - коэффициент скорости камеры смешения.
Согласно [6] уравнение характеристики струйного насоса в соответствии с обозначениями на рис. 2 имеет вид
АРо _ ф2 и
Л г
АРн /
2ф2 +
2ф2 --1]/1и2 _(2-ф32/(1 + и)2
Ф4 ) Ур Л2 V /ъ
(3)
где Ур, Ун, Уе - удельные объемы рабочей, инжектируемой и смешанной сред, м3/кг; для струйного насоса при перекачивании воды
Ур = Ун = Уе;
(4)
и = Gн/Gp - коэффициент инжекции, т. е. отношение массового
расхода инжектируемого потока к массовому расходу рабочего потока;
Gp, Gн, Gс - массовые расходы рабочего, инжектируемого и
смешанного потоков, кг/с;
Рр, рн, рс - давления рабочего и инжектируемого потоков перед струйным аппаратом и смешанного потока на выходе из диффузора, Па;
Лрс = рс - рн; Лрр = Рр - рн; Л/н2 = /3 -/р1; /р/ = /Д/з -/р1) = 1/(/з//р1 -1);
(5)
(6)
ф1, ф4, фз - коэффициенты скорости сопла, входного участка камеры смешения, диффузора.
На основе экспериментальных исследований установлены
оптимальные значения коэффициентов скорости: ф1 = 0,95; ф2 = 0,975; фз = 0,9; ф4 = 0,925 [6]. При этих значениях уравнение характеристики струйного насоса примет вид
4Рс _ fр
р1
^Рн /3
1,76 + 0,705 и2 -1,07 ^ (1 + и)2
1н2 /ъ
(7)
или
/р 1
Рн =
/3
1, 76 + 0, 705 ^ и2 -1,07^- (1 + и)2
1н2 /ъ
(Рр " Рн).
(8)
Струйный насос примерно на высоту к = 1...2 м погружен в воду и давление на входе его всасывающего устройства составляет не более рн = (0,1.0,2) атм. Это значительно меньше давления рр рабочего потока перед струйным аппаратом и давления рс смешанного потока на выходе из диффузора.. Поэтому можно принять
рн = 0. При необходимости рн может быть учтено, однако это при незначительном увеличении точности расчета это приведет к существенному усложнению расчетных формул.
Тогда уравнение характеристики давления струйного насоса будет иметь вид
Рс = Pp
А
pi
/3
f f 1,76 + 0,705 u2 -1,07^- (1 + u)2
/н2 /Ъ
Давление Р и напор И связаны зависимостью
Р = PgИ, (10)
где р - плотность воды;
(9)
g - ускорение свободного падения.
Разделив обе части уравнения характеристики давления на рg с учетом предыдущей зависимости, получим характеристику напора струйного насоса
К =
1,76 fp1 + 0,705 -fp2- u2 -1,07 fp1 (1 + u)2
/3
/н 2/3
/32
К.
(11)
где Ир, Ис - напор рабочего потока перед струйным насосом и напор смешанного потока на выходе из диффузора.
Или после возведения в квадрат выражения в круглых скобках и приведения подобных получим
Кс =
f f2 f2 í 1,76^ _ 1,07 -p- - u +
/3 // /32
0,705
V
f2 f2 ^
--1,07 ^ u-
3 У
/н 2/3
/3
К.
(12)
Выразим коэффициент инжекции через массовый расход струйного насоса
GH_ pQh _ QH
Gp pQp Qp
(13)
где 2н, 2р - объемные расходы инжектируемого и рабочего потока, м3/час;
2н + 2р - объемный расход смешанного потока, м3/час.
Подставив значение
коэффициента инжекции в уравнение характеристики напора, получим
h. =
- fp 1 /
/p
1,76^- _ 1,07^4 -2,14^-^ +
3 ^p
/32
/pi Qh
/32 Qp
0,705
v
f2
./pi ./н 2/3
/ÍL ] Q2'
/32 J Qp2
К
(14)
Напор рабочей жидкости создается Z1 ступенями основного насоса
К = ZiH0 + A (Qh +Qp)-Bzi (QH +Qp)2.(15)
С учетом напора рабочей жидкости напорная характеристика
струйного насоса при совместной с центробежным насосом примет вид
И = Н 0 + ЛО - 5 02 - СО3 +
С 0с 2 С*^2' (16)
где Hoc; С^; .00^ к -
коэффициенты напорной
характеристики струйного насоса при совместной с центробежным насосом:
Н0 с - Н0 21
( ^ Г2 ^ 1,76-^ -1,07 -р-
/з /з2
Л
1,76 — -
2
V Jз у V /з /з У V /з /з у
/з /з2
- Щб
( * /• 2 1,76-^ -1,07-р-
/з /з2
А =-2,14 +
С 1 0 бр/з2 1
/ 2 Г / / 2 / 2 ^
р1 ■ ' 1 76р1 _1 07 Р1 —2 14
/■ ' /■ 2 ' / 2 /з /з /з у
Г /*2 / Л 4,28-^1 -з,52У р1
/з2 /з
з У
(17)
(18)
Вс =
кН0\ + —
0 д д
к - 214^1
/з
2 > ^ ( /• Л
5,з5 — -1,76
з У
{
+ В^1
/з
/р
/з У
(19)
Сс = 2
лк-1+В б д
Г / 2 > 2,14 -р- - 2к
/
Jз
- V
Вгк
- В
А
б2 '
/г /1 к = 0,705 --.
/н2/з Ъ
Напорная характеристика (г - 21) ступеней центробежного насоса
кц = (2 - 2 )Н0 + Л(2 - ¿1 )бн - В(2 - ¿1 )<£.
(20)
(21)
(22)
(2з)
Напорная характеристика насосной установки со струйным подкачивающим насосом
Н = ке + кр + кц = Нуст + ЛуСТбн - Вустб - ссоз + да4,
Нуст = Нос + zЯo + - Я^;
А = А+ Аг - 2 Bz,Q ;
уст с 1 ^р ?
д = -Вс - ы.
(24)
(25)
(26) (27)
Приравняв напоры установки и сети, получим уравнение для опрелеления подачи насосной
установки со
подкачивающим насосом
струйным
Нг+а0н2 = яУсТ+^ о - Вуст 022 - Сс 0нз + А04
или
(28)
ОО? - СО-(в + а)02 + А О +(и - и) = 0.
о^2 0^2 \ уст \ уст Г /
(29)
Полученное уравнение четвертой степени имеет аналитическое решение по формуле Феррари, однако проще получить положительный корень уравнения численным методом, например, подбором или другим методом.
Коэффициент полезного действия насосной установки со струйным подкачивающим насосом
П =
(ис + Ир + Иц )22
Ир (ер + 02)/П21 + Иц02 /П
(30)
где Пн1; Пн2 - коэффициент полезного действия центробежного насоса, соответственно, при подаче (2р + 0н) и ан; берется из графика коэффициента полезного действия насоса.
Алгоритм выбора параметров режима центробежного насоса со струйным покачивающим насосом:
- задать несколько значений расхода рабочей жидкости ар; изменение расхода рабочей жидкости на практике обеспечивается изменением гидравлического сопротивления
трубопровода подачи рабочей жидкости от ступени центробежного насоса к
струйному насосу или ступени 21 отбора;
- вычислить по вышеприведенным формулам подачу ан и напор Нн установки, напор рабочего потока перед струйным насосом (равный напору 21 ступеней центробежного насоса) Ир и напор смешанного потока на выходе струйного насоса (равный напору на входе центробежного насоса) Ис;
- принять рациональный режим установки, исходя из критериев: Ис > Ивакд°п (где Ивакд°п - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания центробежного насоса) и коэффициент полезного действия установки п имеет наибольшее значение;
- регулирование работы струйного насоса производится изменением подачи рабочей жидкости при помощи вентиля на трубопроводе рабочей жидкости или регулировочной иглы на сопле.
Коэффициенты напорной
характеристики одной ступени центробежного насоса принимаются из каталога насоса или определяются по графику напорной характеристики методом наименьших квадратов по формулам:
- Н 0 )е, 124-КД. - Н 0 )е2 х ез
А = -
г=1
г=1
г=1
т т
т т
I о2124-I ез I е.3
г=1 г=1
г=1 г=1
(з1)
- ^о2 Ю2 - н 0)а!а3
В _ ?=1_г=1_¿=1_¿=1
т т
I о21 о; -1 о?
г=1 г=1
V ¿=1
где Н0; Н; О? - напор и подача насоса берутся из графика напорной характеристики;
да - количество пар (Н и О¿) точек; да = 6.8.
Выводы
Методика расчета параметров совместной работы покачивающего струйного насоса и основного центробежного насоса позволяет получить напорные характеристики обоих насосов и определить параметры режима на заданную напорную сеть. При необходимости методика может быть использована для выбора рационального режима эксплуатации насосной установки.
Список литературы:
1. Калачев В.В. Струйные насосы. Теория, расчет и проектирование. / Калачев В.В. - М.: Филинъ: "Омега-Л", 2017. - 418 с., ил.
2. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы / П.Н. Каменев. - М.: Стройиздат,1970. -415 с.
3. Малибашев С. К. Одноконтурная ЯЭУ с использованием струйных аппаратов. /Атомная энергия, т. 79, вып. 6, декабрь 1995. - С. 411 -416.
4. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. Теория, конструирование и применение. / Перевод с английского инж. М.Я. Лейферова и канд. техн. наук М.В.
(з2)
Поликовского. - М.: Государственное научно-техническое издательство
машиностроительной литературы, 1960.
5. Романов В.А. Разработка системы центробежного и струйного насосов для работы в условиях шахтного водоотлива: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.05.06. - Донецк, 1994. - 21 с., илл.
6. Соколов Е.Я. Зингер Н.М. Струйные аппараты. - з-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 352 с., илл.
7. Топольников А. С. Методика расчета параметров струйного насоса при совместной эксплуатации с ЭЦН. / Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011. - № 3. - С. 1з4 - 146.
Аннотации:
В статье рассмотрена работа центробежного насоса со струйным подкачивающим насосом. Для устранения кавитационных режимов центробежных насосов применяют подкачивающие струйные насосы. Для насосной установки со струйным и центробежным насосами с отбором рабочей жидкости для струйного насоса от промежуточной ступени центробежного насоса, получены напорные характеристики обоих насосов при их совместной работе и определены параметры режима на заданную напорную сеть. С использованием предложенной методики возможен выбор рационального режима насосной установки, исходя из критериев обеспечения бескавитационного режима и наибольшего значения коэффициента полезного действия.
Ключевые слова: центробежный насос, подкачивающий струйный насос, параметры режима, подача, напор, коэффициент полезного
действия, кавитация, напорная характеристика.
The article discusses the operation of a centrifugal pump with a boost pump. To eliminate cavitation modes of centrifugal pumps, boost pumps are used. For a pumping unit with jet and centrifugal pumps with the selection of working fluid for the jet pump from the intermediate stage of the centrifugal pump, the pressure characteristics of both pumps when operating together were obtained
and the mode parameters for a given pressure network were determined. Using the proposed methodology, it is possible to choose the rational mode of the pumping unit, based on the criteria for ensuring a cavitation-free mode and the highest value of the efficiency coefficient.
Keywords: centrifugal pump, boost pump, operating parameters, displacement, discharge head, efficiency factor, cavitation, head-flow characteristic.
УДК 621.396, 621. 315
НЕСЕНЮК Т.А., канд. техн. наук, доцент (Уральский государственный университет путей сообщения)
Автоматизированная система учета и технического обслуживания воздушной линии электропередачи
Nesenyuk T.A., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (USURT)
Automated system of accounting and maintenance of overhead power transmission line
Введение
Актуальной является проблема проведения технического содержания оборудования воздушной линии электропередачи, применяемого в электросетевом хозяйстве. В целях совершенствования системы
содержания объектов энергетического комплекса с 2022 г. были установлены правила [1]. На железнодорожном транспорте к объектам электросетевого комплекса относится контактная сеть, линии продольного электроснабжения, линии СЦБ, линии нетяговых потребителей, тяговые подстанции. Изучая статистку хозяйства
электроснабжения ОАО «РЖД» за пять лет, выяснилось, что средняя доля
отказов технических средств в основном приходится на контактную сеть 69%, линии СЦБ и АБ 16% и в меньшей степени для тяговых подстанций 12%.
Анализ последних исследований и публикаций
Согласно нормативным
документам проведение технического обслуживания и ремонта
электроустановок осуществляется в целях поддержания исправного состояния и безопасной эксплуатации электроустановок подготовленным персоналом [2]. При этом, анализируя количество отказов в системе электроснабжения (рис 1), формируется
