Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ДЕМПФИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ НА ВЫХОДЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Бобков А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»
Статья посвящена проблеме демпфирования колебаний давления на выходе лопаточной машины и, в частности, центробежного насоса, путём установки в напорный трубопровод устройств, оказывающих гидравлическое сопротивление течению рабочего тела. При определённых условиях эти колебания могут генерировать резонансные явления в системе трубопроводов и исполнительных устройств, снижая надёжность их эксплуатации. Рассматривается возможность демпфирования колебаний с помощью фронтальных турбулизаторов, расположенных поперёк течению потока. Фронтальные турбулизаторы изготавливались из перфорированных пластин и металлических сеток. Результаты исследований показали, что лучшими демпфирующими свойствами обладают фронтальные турбулизаторы из сеток. С ростом числа Рейнольдса фронтальные турбулизаторы, изготовленные из перфорированных пластин, проявляют не демпфирующие, а генерирующие свойства, приводящие к росту амплитуды колебаний давления.
центробежный насос
колебания давления
фронтальный турбулизатор
демпфирование
гидравлическое сопротивление
1. Высокооборотные лопаточные насосы / [под ред. Б.В. Овсянникова и В.Ф. Чебаевского]. - М. : Машиностроение, 1975. - 336 с.
2. Гостелоу Дж. Аэродинамика решеток турбомашин. - М. : Мир, I987. - 392 с.
3. Памрин. Аэродинамика малогабаритных компрессоров и вентиляторов // Тр. Амер. об-ва инж.-мех. Энергетические машины и установки. - 1973. - № 3. - С. 125-132.
4 Перевощиков С.И. Разработка научных основ управления вибрацией гидродинамического происхождения в центробежных насосах магистральных трубопроводов : дис. д-ра техн. наук. - Тюмень, 2004. - 347 с.
5. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. - М. : Машиностроение, 1982. - 240 с.
6. Соколов Ю.Н. Основы единой теории лопастных машин (насосов, вентиляторов, воздуходувок). - Томск : ТПИ, 1973. - 217 с.
7. Чумаченко Б.Н. Теоретические основы и экспериментальные исследования с целью создания проточных частей лопастных насосов, обеспечивающих сочетание высоких КПД, всасывающей способности и низкого уровня вибраций : автореферат дисс. ... д-ра техн. наук / Исследовательский центр им. М.В. Келдыша. - М., 2002. - 35 с.
Пульсации давления в напорной магистрали после центробежного насоса являются следствием механизма передачи энергии от рабочего колеса к рабочему телу, осуществляемому только при наличии перепада давления на лопатках [1; 2]. Этот перепад является источником колебания давления с лопаточной частотой  [3; 6]:

,

где n - число оборотов в секунду; z - число лопаток РК.

Колебания давления распространяются вдоль проточных трубопроводов и могут значительно влиять на эксплуатационные параметры энергетической системы [4; 5; 7].

Установка фронтального турбулизатора (ФТ) на пути потока, с целью его мелкомасштабной турбулизации, очевидно, может повлиять на амплитудно-частотную характеристику пульсаций давления рабочего тела. Причём теоретически возможны два диаметрально противоположных результата. В одном случае ФТ может выполнить функции демпфера (гасителя колебаний), а в другом - генератора колебаний.

С целью практической оценки демпфирующих качеств ФТ были проведены экспериментальные исследования по замеру пульсаций статического давления в стационарном канале до и после ФТ.

В качестве источника пульсаций давления использовался центробежный малорасходный насос. Рабочим телом служила вода. Статическое давление перед ФТ поддерживалось равным 2.28·105 Н/м2. В систему измерения входили датчики давления и двухлучевой запоминающий осциллограф С8-9А, применение которого позволило уменьшить время проведения экспериментов. В качестве примера на рис. 1 представлена осциллограмма пульсации давления до и после ФТ.

Рис. 1. Схема определения амплитуды колебаний давления на осциллограмме.

В качестве фронтальных турбулизаторов использовались перфорированные металлические пластины или плетёные сетки 045, 0056 (обозначение по ГОСТу), устанавливаемые поперёк трубопровода.

Оценка демпфирующих свойств ФТ производилась с помощью приведённой амплитуды колебания давлений:

где  - двойная амплитуда колебаний давления до ФТ;  - двойная амплитуда колебаний давления после ФТ. На рис. 2, в качестве примера, дана иллюстрация 2 вариантов изменения амплитудно-частотных характеристик пульсаций после прохождения потока через ФТ.

Рис. 2. Характер влияния ФТ на пульсацию давления:

а) ФТ из перфорированной пластины;

б) ФТ из сетки.,

При интерпретации результатов испытаний значение =1 расценивалось, как отсутствие влияния ФТ на динамические параметры потока. Интервал <1 указывал на то, что ФТ уменьшает амплитуду колебаний, а неравенство >1 позволяло сделать вывод о том, что ФТ увеличивает амплитуду колебаний.

На рис. 3 представлены результаты исследований в виде графической зависимости =f(ReW1). Здесь приняты обозначения: П1 - перфорированная пластина толщиной 1 мм и коэффициентом живого сечения 0,3; П2 - перфорированная пластина толщиной 2 мм и коэффициентом живого сечения 0,3; С1 - сетка 045; С1 - сетка 0056; ReW1 - число Рейнольдса, зависящее от относительной скорости потока, набегающего на ФТ.

Лучшие демпфирующие свойства показали плетёные сетки, коэффициент сопротивления  которых оказался в диапазоне =0,4-0,8.

При увеличении коэффициента сопротивления ФТ до = 200-600 подавление колебаний происходило лишь при малых значениях числа Rew1<800. С ростом числа Рейнольдса ФТ из перфорированных пластин проявляют не демпфирующие, а генерирующие свойства. Амплитуда пульсаций увеличивается. Объясняется это тем, что коэффициенты сопротивления ФТ при больших Rew1 на один, два порядка выше оптимальных.

Рецензенты

  • Евстигнеев А.И., д.т.н., профессор, проректор по НР, ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», г. Комсомольск-на-Амуре.
  • Феоктистов С.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология самолётостроения» ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», г. Комсомольск-на-Амуре.

Библиографическая ссылка

Бобков А.В. ДЕМПФИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ НА ВЫХОДЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=6759 (дата обращения: 23.09.2021).

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