Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Файлы

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

Статья в формате PDF

162 KB

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 мм² /с температуры 20°С пружинным насосом d = S = 35 мм, d = 3 мм, высоты подъема Н = 1,3 м, D_к = 40 мм составляет W = 975,5 кг/ч, N = 0,307 кВт. При этом, коэффициент осевого отставания материала k_v.= υ /u = 0,495, зависимости которого от частоты вращения показана на рис. 1. Зависимости производительности W и N от частоты вращения пружины n приведены в таблице.

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

Анализ таблицы показывает, заборная способность примерно идентичны. Коэффициент осевого отставания колеблется в пределах k_v=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 k_v 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 k_v.= 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 k_v.= 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