Обоснование рациональных параметров погружных гидронасосных агрегатов для повышения надежности их работы

• Автор: Вислогузов, Валерий Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 135 с.

1. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОГРУЖНЫХ ГИДРОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
1.1 Электромеханические системы погружных гидронасосных агрегатов и область их применения
1.2 Влияние условий работы на эксплуатационные показатели электромеханической системы погружных гидро насосных агрегатов
1.3 Показатели и методы повышения надежности электромеханических систем погружных гидронасосных агрегатов
1.4 Выводы
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТУПЕНЕЙ ПОГРУЖНОГО ГИДРОНАСОСНОГО АГРЕГАТА С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
2.1 Формирование динамических нагрузок на валу погружного гидронасосного агрегата, вызванных пульсациями рабочей жидкости
2.2. Влияние пульсаций на показатели надежности ЭМС погружных гидронасосных агрегатов

2.3. Определение оптимальных параметров ступени погружного насоса

2.4 Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ПОГРУЖНОЙ ГИДРОНАСОС - ВОДОЗАПОЛНЕННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ - ВНЕШНЯЯ ВОДОПРОВОДНАЯ СЕТЬ
3.1 Моделирование переходных процессов в системе погружной гидронасосный агрегат - внешняя водопроводная сеть
3.2. Моделирование параметров погружного гидронасосного агрегата при групповой работе
3.3. Определение рациональных параметров электромеханической системы погружного гидронасосного агрегата
3.4. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРУЖНЫХ ГИДРОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
4.1 Стенд для исследования погружных электронасосных агрегатов
4.2 Аппаратура стенда
4.3 Планирование эксперимента и методика проведения стендовых испытаний
4.4 Результаты стендовых испытаний и проведенных исследований
4.5. Исследование теплового состояния погружного
водозаполненного электродвигателя
4.6. Выводы
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭМС ПОГРУЖНЫХ ГИДРОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
5.1. Определение уровня надежности погружного гидронасосного агрегата
5.2. Расчет экономической эффективности определения рациональных параметров системы погружного гидронасосного агрегата
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы. Интенсификация использования подземных вод в водоснабжении городов и осушении пластовых месторождений полезных ископаемых сдерживается фактором надежности погружных гидронасосных агрегатов. Более 35 % погружных гидронасосных агрегатов ежегодно выходят из строя и требуют либо замены, либо капитального ремонта. Основной причиной их отказов является износ водозаполненных элементов, вызванный концентрацией и твердостью абразивных частиц в рабочей жидкости, а так же, пульсацией давления и скорости рабочей жидкости. Величины амплитуды пульсаций давления и скорости рабочей жидкости превышают на 40-50 % постоянные составляющие, характеризующие процессы в водозаполненных элементах гидронасосных агрегатов. Это приводит к динамическим процессам в электромеханической системе гидронасосных агрегатов, вызывая динамические нагрузки в ее элементах, и, нарушению теплового режима электродвигателя, а, следовательно, снижению надежности ее работы.
Это связано с недостаточными исследованиями закономерностей формирования динамических процессов в погружных гидронасосных агрегатах, вызванных пульсациями рабочей жидкости в их водозаполненных элементах. Поэтому, это ставит научную задачу обоснования рациональных параметров погружных гидронасосных агрегатов для повышения надежности их работы за счет снижения уровня и интенсивности пульсаций рабочей жидкости в разряд важнейших.
Цель работы - повышение эффективности и надежности погружного гидронасосного агрегата за счет снижения динамических нагрузок, вызванных пульсациями рабочей жидкости, путем обоснования его рациональных параметров.
Идея работы заключается в достижении требуемого уровня эффективности и надежности погружных гидронасосных агрегатов, путем обоснования их рациональных параметров и плавного пуска электродвигателя, обеспечивающих снижение динамических нагрузок в электромеханической системе, вызванных пульсацией рабочей жидкости.
Объектом исследования являются погружные водозаполненные гидронасосные агрегаты, широко используемые в системах водоснабжения и осушения пластовых месторождений полезных ископаемых.
Предметом исследования являются гидромеханические процессы, протекающие в водозаполненных элементах погружных гидронасосных агрегатов и их электромеханических системах.
Метод исследования, используемый в работе - комплексный, основанный на совокупности применения методов гидродинамики и теории электромеханических систем, оптимального проектирования и надежности, эксперимента с широким использованием ЭВМ.
Автор защищает:
1. Математические модели и закономерности формирования динамических нагрузок на валу погружного гидронасосного агрегата, учитывающие уровень и интенсивность процесса пульсаций рабочей жидкости в зависимости от геометрических форм ступеней насоса и скорости вращения вала электродвигателя.
2. Методику определения оптимальных геометрических параметров ступеней погружного гидронасосного агрегата и зависимости для расчета рациональной жесткости механической характеристики электродвигателя, обеспечивающей максимально возможное демпфирование динамических нагрузок в электромеханической системе насосного агрегата, вызванных пульсациями рабочей жидкости.
3. Зависимости для расчета нагрева обмоток электродвигателя, вызванного динамическими нагрузками в электромеханической системе погружного насосного агрегата, учитывающие уровень и интенсивность процесса пульсаций рабочей жидкости и износ изоляции статорной обмотки.
4. Методику расчета уровня и показателей надежности гидронасосного агрегата и его срока службы, учитывающую влияние характеристик динамических процессов в электромеханической системе насосного агрегата, вызванного пульсациями рабочей жидкости.
Научная новизна работы заключается в установлении взаимосвязей уровня интенсивности процесса пульсаций рабочей жидкости в водозаполненных элементах погружного гидронасосного агрегата с геометрическими параметрами ступеней насосного агрегата и скоростью вращения вала электродвигателя, динамическими нагрузками в его электромеханической системе, и, определении на их основе рациональных параметров агрегата, обеспечивающих повышение эффективности и надежности работы погружного гидронасосного агрегата.
Она представлена следующими результатами:
- установлены закономерности формирования динамических нагрузок на валу погружного гидронасосного агрегата, учитывающие уровень и инже является показателем, влияющим на величину виброактивности и долговечности, а значит и надежности, причем нагрузки от пульсационных давлений на выходе из колеса, натекающей на лопатки направляющего аппарата жидкости, создают на них знакопеременные гидродинамические нагрузки.
Рис. 2.4 Геометрические характеристики направляющего аппарата
Направляющий аппарат имеет следующие геометрические параметры (рис.2.4).
С учетом математической модели течения жидкости, изменение относительной скорости А 1¥/1¥ по шагу на выходе из колеса погружного насоса, зависит от трех факторов: от относительного зазора между выходной кромкой лопасти и местом замера пульсаций (г1 г2) г1; г2 - относительные координаты; от угла лопасти на выходе из колеса Д2; от коэффициента подачи наДля получения достоверной информации необходимо на основе формулы (2.30) получить спектры амплитуд пульсаций относительной скорости р, = А¥. Установленные спектры амплитуд пульсаций (для к статистически значимых частот относительной скорости р7 = (р7 = 1,...&)) представлены на рисунке 2.5.
coca