Анализ гидродинамических свойств и повышение энергетических показателей многоступенчатых насосов малой быстроходности

• Автор: Ельзароок Фарадж Ахмед
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 223 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список основных обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ - МЛН МАЛОЙ БЫСТРОХОДНОСТИ
1.1 .Специфические особенности исполнения и функционирования МЛН для эксплуатации малодебитных скважин
1.2 Достигнутый уровень показателей работоспособности и энергетических качеств секционных ЭЦН

1.3 .Инновационные подходы к повышению энергетической эффективности МЛН

1.4 Основные методы расчёта и оптимизационного проектирования ступеней МЛН

1.5. Математическая модель и алгоритм численного решения трёхмерных гидродинамических задач в используемом для реализации компьютерного эксперимента — КЭ программном продукте

Основные выводы

2.ПРИНЦИП ПОЛИРЯДНОСТИ ДЛЯ МАЛОРАСХОДНЫХ ЛОПАСТНЫХ МАШИН-БМ И ВАРИАНТЫ ИХ ПРОЕКТНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
2.1.Качественное обоснование идеи полирядности для лопастных машин -этап концептуального синтеза БМ
2.2.0тдельные эскизно-проектные решения
2.3.Рабочий процесс БМ
2.4.Предварительный прогноз ожидаемых энергетических показателей полирядных лопастных машин
Основные выводы
3. ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДЛЯ ТРЁХРЯДНОГО МЛН НА НИЗКИЕ ПОДАЧИ С УТОЧНЕНИЕМ ПРОНОЗИРУЕМЫХ УРОВНЕЙ ЕГО УДЕЛЬНОЙ НАПОРНОСТИ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА
3.1. Постановка КЭ. Особенности реализации и предпочтительные проектные решения
3.2. Интегральные энергетические показатели ступеней и распределения гидродинамических функций при работе трёхрядного насоса - БН на номинальном режиме
3.3. Контролируемые показатели и функции в проточных частях ступеней БН на нерасчётных режимах работы
3.4. Влияние геометрических параметров решёток профилей на гидродинамические показатели рабочих органов ступеней БН
3.5 О применении решёток бипланов и их гидродинамических показателях

Основные выводы
4.ДАЛЬНЕЙШАЯ ДЕТАЛИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАБОЧИХ КОЛЁСАХ - РК И НАПРАВЛЯЮЩИХ АППАРАТАХ-НА ПОЛИРЯДНОГО МЛН
4.1. Задачи численного описания отрывных явлений в проточных частях — ПЧ осевых МЛН
4.2.Квазинеобходимые условия гладкого обтекания проточных частей и решеток профилей РК и НА каждого ряда БН
4.2Л. Квазинеобходимое условие отсутствия продольного отрыва
4.2.2.Квазинеобходимое условие отсутствия поперечного отрыва
4.3. Расчёты по условиям возможных отрывов потока и их анализ
Основные выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ. Примеры конструктивных проработок полирядных лопастных машин

Список основных обозначений и сокращений.
Обозначения:
О- диаметр; размерность задачи;
Б ; Г - сила; цилиндрическое сечение ПЧ с номером к ; в- массовый расход;
Н , Нг , Н , Н,- напор; теоретический, удельный, приведенный удельный напор;
М- момент силы;
N , К' - мощность, затраченная мощность;
Р -г" ряд ступеней;
0,0,,-расход, расчётный расход;
Я- резюме;
6',поверхность; внутренний,
внешний обвод гГО ряда;
V-объём;
Г,Г1(,Г0|,Г2, - циркуляция скорости по замкнутому контуру; циркуляция па входе, развиваемая ЛС, на выходе из ЛС /го ряда, в, - вылет лопасти (лопатки)
РК (НА) ;го ряда;
/ - формпараметр Лойцянского; g - ускорение свободного падения;
/г; - вылет лопастей (лопаток) в ЛМ для газов;
к0, К. /т,, К,, Нщ - коэффициенты дисковых, концевых, на лопастях (лопатках), на обводах, щелевых потерь;
/;й -кавитационный коэффициент Тома;
И - экспертный коэффициент неучтённых расчётами потерь; ки - коэффициент момента скорости;
/ - длина скелетной линии профиля;
1т - текущая длина меридианной проекции ЛС; т], - число лопастей РК(/ = 1) , лопаток
НА (/ = 2) ряда;
п, и, - частота вращения (мин 1 ), коэффициент быстроходности; п1,п$1,пз- виртуальные, отнесённые к толщине 5 ПС правые границы вязкого подслоя, переходной зоны и ПрС в целом; р , р - давление, коэффициент давления; г - радиус;
, <7;, криволинейная система координат; q - продольное (по меридианному
потоку), г/ - поперечное,
<75 - окружное направления;
(У, п) - локальная ортогональная система
координат: б - продольное, п - нормальное направления;
С шаг решетки профилей; и,и,м’- модуль переносной, абсолютной, относительной скорости; ит,ии л ц>и- меридианная, окружная составляющие абсолютной или относительной скорости; и, л , ип - продольная, поперечная составляющие абсолютной или относительной скорости в ПС;
(х,,х3) - плоскость конформного
отображения; х- осевая длина;
а,/3 - углы наклона скелетных линий кромок профилей лопаток НА, лопастей РК;
8 - толщина ПС; вариация аргумента, функции;
8 ,8'‘ - толщина вытеснения, потери импульса в ПС;
8,,8" - толщина ПС, толщина потери импульса в ПС - в непосредственной близости к виртуальной точке отрыва потока;
е - величина торцевого зазора в ЛС; градиент по направлению э ;

детально описан в [56] и применён в настоящем исследовании, в связи с чем в определяющих чертах рассмотрен в следующем параграфе.
Все изложенные вычислительные методы с тем или иным успехом могут быть применены к численному решению прямой гидродинамической задачи для ступеней МЛН с учётом специфических особенностей геометрических форм их ПЧ. Для центробежных ступеней наибольшие трудности при использовании локальных вычислительных методов возникают в процедурах достаточно адекватного описания границ расчётной области дискретными элементами в зонах резкого изменения кривизны соответствующих поверхностей. Высказанное в особой мере относится к виду обводов каналов 8, 9 (см. рис. 1.2, 1.3) и окрестностям входных и выходных кромок лопастей РК и лопаток НА с вытекающей из изложенного необходимостью введения существенно нерегулярного распределения узловых точек в замкнутой расчётной области течения. Для осевых ступеней МЛН требуется также введение существенно неравномерной пространственной расчётной сетки с целью более точного определения параметров сильно диффузорного потока в ЛС таких ступеней.
Современное состояние и существующие подходы к решению оптимизационных обратных задач, т.е. задач проектирования с достижением практического (инженерного) экстремума показателей качества ЛМ, в том числе и МЛН, достаточно подробно исследованы в работе [35]. Поэтому ограничимся лишь краткой констатацией основных положений.
Оптимизационное проектирование ПЧ ЛН и, как частный случай, — ступеней МЛН, предполагает, что при безусловном удовлетворении показателю работоспособности, а именно - созданию потребного напора Н насоса, в целом, или ступени МЛН, в частности, осуществляется компьютерно автоматизированное, на основе целенаправленного метода проб и ошибок, или планирования вычислительного эксперимента, достижение близких к желаемым показателям качества ПЧ ЛН. В гидродинамическом отношении к таким показателям следует отнести,