Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ВЛИЯНИЕ ЗАБОРНОЙ ЧАСТИ НА ТРАНСПОРТИРОВКУ ЖИДКОСТЕЙ ИЗ ЕМКОСТЕЙ

Исаев Ю.М., Губейдуллин Х.Х., Гришин О.П, Аксенова Н.Н.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны, испытаны пружинно-насосные устройства для перекачки жидких и полужидких с материалов, в частности нефтепродуктов. Для выкачки жидкостей из фляг, бочек жидкость захватывается витками пружины и по кожуху перемещается к сливному патрубку.

Для транспортировки высоковязких жидкости из емкостей традиционными способами возникают определенные трудности. В этом случае могут быть использованы: двигатель на 0,2 кВт, кожух полиэтиленовый (нержавеющие материалы) диаметром 38 мм, проволока диаметром 3…4 мм, частота вращения 1500 мин-1.

 Пружина средним радиусом  вращается с угловой скоростью  и движется вдоль трубы с линейной скоростью  Диаметр про волоки пружины обозначим , ход винта - s,плотность жидкости -,ее кинематическая вязкость -.

Сила, действующая на жидкость со стороны одного витка проволочного винта, равна лобовому сопротивлению обтекающего его потока и вызывается разностью давлений по обе стороны потока и напряжениями трения: , где  - коэффициент лобового сопротивления,  - площадь проекции витка на плоскость поперечную движению,  - относительная скорость набегающего потока. Перепад давления по потоку, обтекающего виток проволоки, определяется по формуле: , в которую подставляется скорость смеси , и коэффициент сопротивления .

В случае подъема жидкости и движения проволочного винта в канале скорость перемещения жидкости относительно пружины  где  - линейная осевая скорость движения проволочного винта, а  - осевая скорость жидкости относительно канала. Запишем уравнение Бернулли данного движения для объема, со ответствующего шагу s винта вдоль оси z,

  (1)

где - потери напора в трубопроводе на данном участке.

Принимая во внимание, что шаг винта пружины равен -20..60 мм, то на такой длине потери напора в уравнении (4) можно не учитывать. Тогда, подставив значение перепада давления из-за движения пружины из формулы:

 , (2)

в уравнение (4), получим уравнение для определения осевой скорости жидкости

  (3)

Далее, решая это квадратное уравнение, получаем значение скорости движения жидкости по трубопроводу:

 , при . (4)

 Знак выбирается из физических условий, чтобы скорость движения была положительной.

В случае, когда коэффициент сопротивления  из уравнения (4) следует решение: . Критическая скорость  при =0.

Экспериментами установлено, что подача (производительность) барды влажностью 90,16 %, плотностью r = 907 кг/м3, вязкостью v=28,896 мм/с температуры 20°С пружинным насосом d = S = 35 мм, d = 3 мм, высоты подъема Н = 1,3 м, Dк = 40 мм составляет W = 975,5 кг/ч, N = 0,307 кВт. При этом, коэффициент осевого отставания материала kv.= υ /u = 0,495, зависимости которого от частоты вращения показана на рис. 1. Зависимости производительности W и N от частоты вращения пружины приведены в таблице.

Таблица 1. Зависимости производительности W и N от частоты вращения пружины n

n,

мин-1

W, кг/ч

zn,м/с

zmм/с

Кυ

N,BT

Nуд,

Вт/кг/ч

1560

215,6

0,91

0,298

0,327

160

0,742

2590

824,4

1,51

0,718

0,475

225

0,275

2940

975,5

1,715

0,848

0,495

300

0,307

3400

1245,9

1,98

0,933

0,47

390

0,310

4220

1833,0

2,46

1,167

0,47

510

0,278

4970

2025,0

2,899

1,474

0,508

600

0,292

5350

2180,0

3,12

1,75

0,56

690

0,316

6110

2617,2

3,564

2,0

0,56

1032

0,394

Анализ таблицы показывает, заборная способность примерно идентичны. Коэффициент осевого отставания колеблется в пределах kv=0,327..0,56, при этом осевая скорость материала в большей степени отстаёт приn=1000..2000 мин-1. Наименьшие удельные энергозатраты достигаются при частоте вращения пружины n=2500..4000 мин-1.При частоте вращения пружины менее 1000 мин-1 жидкость в вертикальном положении не подаётся.

Увеличение вязкости до 28,896 сСт ведёт к уменьшению степени осевого отставания материала от осевой скорости винтовой поверхности пружины, что вдвое превышает kv при μ=3,744 сСт. Однако это не ведёт к заметному увеличению производительности перекачки, но наблюдается тенденция к началу забора жидкости при более низких частотах вращения пружины. Полученная теоретическая зависимость (4) позволяет, к тому же по значению критической частоты вращения (скорости пружины), при которой начинается подъем жидкости, определить истинное значение коэффициента . Коэффициент осевого отставания материала  можно определить из формулы (4): 

 , и при  ; 

, (5)

 Для сравнения полученной теоретической зависимости по формуле (6) с результатами экспериментальных исследований проведен расчет коэффициента осевого отставания материала kv.= v /u. Для цилиндрической трубы с внутренним диаметром D=40 мм, диаметром пружины =35 мм и диаметром проволоки δ =3 мм коэффициент  равен 1,3.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента осевого отставания материала kv.= v /u от частоты вращения пружины при s=35 мм.

 Обозначения: k(n) – заборная часть с прямоугольными окнами размером 10 х 80 мм, k1 – точками показаны экспериментальные значения; k2(n)– традиционная заборная часть без окон/

Исследования показали, что для жидкости с плотностью = 907 кг/м3 теоретическая зависимость  удовлетворительно совпадает с результатами эксперимента и подтверждает механизм движения жидкости в сложных условиях вращения пружинного винта в канале и позволяет использовать полученные в работе данные при разработке и конструировании насосов и устройств, для транспорти рования различных жидкостей.


Библиографическая ссылка

Исаев Ю.М., Губейдуллин Х.Х., Гришин О.П, Аксенова Н.Н. ВЛИЯНИЕ ЗАБОРНОЙ ЧАСТИ НА ТРАНСПОРТИРОВКУ ЖИДКОСТЕЙ ИЗ ЕМКОСТЕЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=643 (дата обращения: 28.11.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074