Влияние свойств жидкости на эффективность работы гидродиодов пульсационного насоса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.22:621:512

Е. Ю. НОСОВ В. Е. ЩЕРБЛ А. П. БОЛШТЯНСКИЙ С. В. КОРНЕЕВ

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ жидкости НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ГИДРОДИОДОВ

ПУЛЬСАЦИОННОГО НАСОСА_

В статье рассмотрено влияние вязкости жидкости на характеристики пульсационного насоса, действие которого основано на создаваемом гидродиодами, выполняющими функции обратных самодействующих клапанов, перепаде высот жидкости, столб которой колеблется (пульсирует) по высоте за счет движения, поддерживающего этот столб подвижного элемента. Экспериментально установлено, что снижение вязкости жидкости приводит к увеличению эффективности насоса.

Ключевые слова: смазка, пульсирующий насос, гидравлический диод, вязкость жидкости.

Одним из путей повышения общей эффективности (КПД, массогабаритные показатели и т.д.) сложных устройств является использование их рабочих элементов для выполнения вспомогательных функций. В частности, авторами [ 11 предложено применить полость разделительной пластины ротационного компрессора с катящимся ротором дополнительно в качестве цилиндра гидравлическою насоса, прокачивающего смазочно-охлаждающую жидкость через рубашку и теплообменник компрессора. В конструкции в качестве клапанов насоса предлагается использовать гидродиоды, организующие однонаправленный поток жидкости при периодическом изменении объема полости за счет движения в ней разделительной пластины компрессора (рис. I).

Собственно гидродиоды представляют собой чашеобразные конические втулки, установленные в одной из ветвей (нагнетательной или всасывающей) насоса, или в обеих ветвях. Конструкция и схема работы гидродиодов, использовавшаяся авторами [2| при определении их характеристик в пульсирующем потоке, показана на рис. 2. В работе |2| были получены результаты, которые свидетельствуют о существенном влиянии количества гидродиодов, установленных в гидравлической линии системы, а также о заметном влиянии расстояния между гидродиодами и частоты пульсации жидкостного потока на эффективность их работы.

В то же время известно |3|, что отношение прямого потока жидкости, проходящей через диод, к

Рис. I. Гидравлическая схема системы охлаждении: 1. Насосная полость. 2. I ндродноды. 3. Полости рубашки охлаждения цилиндра. 4. Бак. 5. Теплообменники.

0. Всасывающая ветвь. 7. Нагнетательная ветвь. В. Разделительная пластина ротационного компрессора О - суммарный расход; О, - расход во всасывающей ветви; О, - расход в нагнетательной ветви

Рис. 2. Схема резисторного гидродиода диафрагменного типа: а - протекание прямого потока, б - протекание обратного потока: I. Канал. 2. Набор чашеобразных конических втулок. 3. Обратный вихрь

Рис. 3. Зависимость кинематической вязкости V масла ЛМГ-10 от температуры

1

у

2

:

Рис. 4. Зависимость относительной диодностн двух гндродиодон п линии нлгнетания от числа Рейнольдсп Ке (кривая 1) и вязкости масла (кривая 2).

Кривая I получена путем изменения частоты движения пластины Н (рис. 1), а кривая 2 - изменением вязкости жидкости

«бра гному потоку (диодность) существенно зависит не только от характеристик гидродиода, но и от сопротивления гидравлической линии, в которой он установлен. Если, например, гидравлическое сопротивление диода в прямом и обратном направлении намного ниже, чем сопротивление линии, в которой он установлен, общая диодность линии становится пренебрежимо малой.

Известно, что помимо геометрических размеров гидравлической линии (поперечное сечение, длина, величина шероховатости стенок) и скорости течения жидкости на сопротивление ее потоку существенное влияние оказывает такая важная характеристика жидкости, как ее вязкость. В работе |3| также указывается на влияние вязкости на характеристики гидро-диодов (она характеризуется коэффициентом гидравлического трении X, который во всех случаях принимается равным 0,02), однако авторы не приводят какие-либо рекомендации по расчету этого воздействия или по выбору параметров этого влияния в зависимости от собственно вязкости жидкости. И если расчет гидравлического сопротивления обычному потоку не представляет сложности, то для определения этого параметра для гидродиода необходимо получи ть сведения, которые помогли бы оценить влияние вязкости жидкости на сопротивление гидродиода, что и является целью данного исследования.

Для проведения экспериментов использовалась установка, описанная в |2|, которая была дополнена устройством для измерения и изменении температуры жидкости. В качестве измерителя температуры использовался спиртовой термометр с ценой делении I К, чувствительный элемент которого был введен в зону, непосредственно прилегающую к гидроди-одам, установленным в нагнетательной ветви установки Изменение температуры жидкости осущес твлялось нагревом нагнетательной ветви установки с по-

мощью бытового тепловентилятора с ротируемой мощностью до 2 кВт. Изменение температуры приводит к изменению вязкости жидкости. В опы тах использовалось масло марки АМГ-10, свойства когорого хороню известны (в частности, зависимосп. вязкости оттемпературы). Перед проведением экспериментов вязкость масла при Т= + 20 'С была измерена капиллярным вискозиметром ВПЖ 2 но ГОСТ 33 2000 и составила 24 сСт. Измерение эффективности гидро-диодов (высота создаваемого ими перепада давления) проводилось при изменении температуры масла от + 10 до + 60 "С с шагом 10 "С в прямом и обратном направлении. Каждая стационарная температура выдерживалась не менее 30 минут. Частота пульсации жидкости была постоянной и составляла 6,7 Гц. В связи с том, ч то масло нагревалось только в зоне действия гидродиодов, еготемпература в коммуникациях установки и в зоне измерения создаваемого гидродиодами перепада давления (создаваемого перепада высот столба жидкости) оставалась неизменной (соответственно, не изменялась и его плотность) и составляла + 10'С.

Результаты экспериментов показаны на рис. 3 и А.

Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что влияние вязкости жидкости на относитель-нуюдиодность (отношение получаемой диодпосги к исходной — при температуре жидкости + 20 *С) можно объяснить двумя основными факторами.

Во-первых: с уменьшением вязкости, 11е растет, вследствие чего коэффициенты гидравлических сопротивлений линии надают. Следовательно, как указывалось выше, общая лиолжхгп.линии будет раст, чтопри-водит к увеличению эффективности работы насоса.

Во-вторых, с увеличением Яе возрастает влияние струйного эффекта, при котором формирование потока и его деление приводит к закручиванию части потока в виде вихря (поз. 3, рис. 26) и динамически действует на ту часть потока, которая продолжает движение близко к его оси, дополнительно сужая его. В этом случае происходит временное уменьшение площади потока (этотвопрос рассмотрен в работе |2|).

Таким образом, снижение вязкости жидкости приводит к существенному повышению эффективности работы пульсациоиного насоса, которое сравнимо с эффектом, получаемым мри увеличении частоты работы насоса.

Библиографический список

1. Г Ьтчгг РФ N02305207С1. Ротационный компрессор/ А.П. Бол-штинский, Е.Ю. Носов; заявка N0 2005135596/06; заявлено 16.11.2005; Опубл. 27.08.2007. Бюл. N0 24

2. Болштянский А.П., Носов Е.Ю., Краморов А,Г. Работа гидродиодов в линии жидкостного охлаждении с пульсирующим потоком //Омскийнаучный вестник. - 2007,- №3(60) - С 46-50

3. Лебедев И В., Трескунов С. Л,, Яковенко В. С. Элементы струйной автоматики. — М.: Машиностроение, 1973. - 360 с.

НОСОВ Евгении Юрьевич, старший преподаватель кафедры «Гидромеханика и транспортные машины». БОЛШТЯНСКИЙ Александр Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины».

ЩЕРБА Виктор Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Гидромеханика и транспортные машины». КОРНЕЕВСергей Васильевич, доктор технических наук, профессор, дирек тор нефтехимического института.

Статья поступила к редакцию 20.12.08 г.

© Е. Ю. Носов, Л. П. Болштянский, В. Е. Щерба, С. В. Корнеев