Исследование теплонапряженного состояния гидродинамического уплотнения в высокооборотных турбомашинах

• Автор: Огурцов, Павел Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАСС ПЕРЕНОСА В ПОЛОСТИ ИМПЕЛЛЕРНОГО УПЛОТНЕНИЯ

1.1. Конструкции гидродинамических уплотнений

1.2. Аначиз экспериментальных исследований по определению утечек через импеллерное уплотнение

1.3. Анализ методик определения мощности, потребляемой гидродинамическим уплотнением

1.4. Выводы и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ УПЛОТНЕНИЯХ

2.1. Численный подход к решению задачи

2.2. Система уравнений и расчетная область

2.3. Постановка граничных условий
2.4. Проведение вычислительного эксперимента
2.5. Верификация полученной математической модели и анализ полученных результатов
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
3.1 Задачи экспериментальных исследований и применяемое стендовое оборудование. Конструкция модельного устройства, программа испытаний
3.2. Планы эксперимента и статистический анализ экспериментальных данных
3.3. Результаты экспериментальных исследований
4. РАЗРАБОТКА И ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОМ АССО 1ЕРЕНОС А
4.1. Нейросетевое моделирование и аппроксимация эмпирических результатов
4.2. Обучение искусственной нейронной сети
4.3. Особенности формирования идентификационных математических моделей
4.4. Методика расчета основных параметров открытого импеллерного уплотнения
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 1 патент на полезную модель. В патенте [3] согласно закону РФ «Об интеллектуальной собственности» каждый автор имеет равные права на изобретение. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [4, 5] — разработка испытуемой установки и экспериментального стенда; [6] - экспериментальные исследования процессов гидродинамики и тспломассопереноса в гидродинамических уплотнениях; [1] - методика проведения эксперимента; [2] - анализ и обобщение опытных данных, разработка инженерной методики. ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из наименований и 2 приложений. Основная часть работы изложена на 8 страницах, содержит рисунок и 5 таблиц. Турбомашины находят широкое применение в самых различных областях человеческой деятельности. Понятие “турбомашина” является собирательным и объединяет большой класс устройств (насосы, генераторы, детандеры, турбины, двигатели, компрессоры), предназначенных для преобразования энергии. Несмотря на то, что каждый из перечисленных видов турбомашин имеет свои отличительные особенности, неотъемлемым элементом любой турбомашины являются торцовые уплотнения. Перспективным направлением совершенствования турбомашин является увеличение их полезной мощности за счет повышения скоростей вращения ротора. Одной из важных проблем при этом является создание надежных уплотнений по валу машин, поскольку с ростом скоростей увеличивается износ пар трения в контактных уплотнениях, имеющих наибольшее распространение. Вместе с тем рост скоростей вращения ротора благоприятствует применению гидродинамических уплотнений, уменьшая их габариты и потребляемую мощность при заданном перепаде удерживаемого давления жидкости без ухудшения надежности работы. Отказ от торцового уплотнения и замена их гидродинамическим затвором позволяет создать турбомашину с почти неограниченным ресурсом [1] и исключительно высокой пожаровзры-вобезопасностью [2], что позволяет решить основные проблемы конструирования насосов высокого давления для перекачки горячих нефтепродуктов [3]. К динамическим уплотнениям вращающихся валов относятся винтовые, лабиринтно - винтовые [4,5], уплотнения импеллерного [6,7,8] или эжекторного типа и динамические гидрозатворы [8,9,]. Благодаря отсутствию механического трения в динамических уплотнениях они могут применяться при очень больших скоростях вращения роторов, при этом эффективность уплотнения резко возрастает. При заданном перепаде давлений жидкости габариты и потребляемая мощность динамических уплотнений с ростом угловой скорости вала значительно уменьшаются. Таким образом, общая тенденция роста скоростей гидромашин приводит к более широкому применению гидродинамических уплотнений как в комбинации с контактными так и без них. Утечка через динамические уплотнения мала и определяется лишь испарением жидкости из области уплотнения, а также вытеканием небольшого количества жидкости при пусках и остановках машины. Тем не менее даже столь малые утечки недопустимы по условиям эксплуатации насосов для перекачки горячих нефтепродуктов. Основной причиной по которой в настоящее время эжекторы не нашли широкого применения является то, что они могут быть установлены только в тех машинах, которые сами создают перепад давления жидкости. Но и в насосах эжекторы пока ещё применяются редко. Импеллерные уплотнения выгодно отличаются своей простотой, компактностью и надежностью. В свою очередь импеллерные уплотнения можно разделить на открытые импеллеры, импеллеры с кольцевым каналом, закрытые импеллеры и радиально - вихревые импеллеры. Открытыми называются такие радиальные уплотнения, которые снабжены открытыми лопатками (рис. Напор импеллера зависит от отношения высоты лопатки к сумме величин высоты лопатки и торцового зазора [И]. Увеличение числа лопаток более 6 приводит лишь к незначительному повышению напора импеллера.