Исследование влияния коэффициента скорости и числа каналов на потери в направляющем аппарате трубчатого типа
Автор: Косенок Николай Владимирович, Жарковский Александр Аркадьевич
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Проблемы энергетического машиностроения
Статья в выпуске: 4-2 т.15, 2013 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты расчетных исследований проточной части центробежного насоса с коэффициентом быстроходности n S ≈ 95. Исследования выполнены в программном комплексе ANSYS CFX. Проанализировано влияние коэффициента скорости и числа каналов трубчатого направляющего аппарата на относительные гидравлические потери. Проведено сравнение расчета с экспериментом.
Насос, рабочее колесо, трубчатый направляющий аппарат, проточная часть, расчетная сетка, граничные условия, гидравлические потери
Короткий адрес: https://sciup.org/148202332
IDR: 148202332 | УДК: 621.671.001.024
Research the influence of speed coefficient and channels number on losses in the directing tubular type apparatus
Results of calculated researches of flowing part of centrifugal pump with rapidity coefficient n s ≈ 95 are presented. Researches were made in the program ANSYS CFX complex. Influence of speed coefficient and channels number of tubular directing apparatus on the relative hydraulic loss is analyzed. Comparison of calculation with experiment is carried out.
Текст научной статьи Исследование влияния коэффициента скорости и числа каналов на потери в направляющем аппарате трубчатого типа
Объектом исследования является модель насоса КГТН 415-305А с диаметром рабочего колеса (РК) D 2 =150 мм. Быстроходность проточной части составляет n S ≈95. Подача Q=30 м3/ч, напор H=13 м, частота вращения РК n=2000 об/мин. В этом насосе используется трубчатый направляющий аппарат (ТНА), состоящий из расположенных в радиальной плоскости симметричных отверстий, осевые линии которых являются касательными к внутреннему диаметру направляющего аппарата (НА). Рассмотрены варианты ТНА с количеством отверстий Z 0 =9, 10, 11, 12 и 13 (табл. 1). На рис. 1 представлен ТНА с 12 каналами.
Таблица 1. Количество и диаметры проходных отверстий
|
Z 0 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
dсв, мм |
12,1 |
11,45 |
10,93 |
10,46 |
10,06 |
Значение диаметра d св проходного отверстия рассчитано для постоянной скорости (м/с) в отверстии трубчатого аппарата:
V = Q = 0,00741 = 72
3 n d 2в 3,14 - (0,01047) 2 ,
Z •------ 12 •----------------------
Рис. 1. Схема трубчатого направляющего аппарата КГТН 415-305А
Зная V 3 можно определить коэффициент скорости K c :
V 3 =К с 2g H ТЗ
К с
V 3
V 2gH ТЗ
7,2
V 2 . 9,81 - 13
= 0,45
Для проведения расчётов гидравлических качеств проточной части построены 3D-модели, соответствующие форме потока жидкости в подводе, РК и направляющем аппарате (рис. 2). Расчетные сетки, применяемые для данных моделей неструктурированные, ячейки в ядре потока представляют собой тетраэдры. Вблизи твердых стенок созданы слои призматических ячеек для достижения равномерной точности расчета в местах быстрого изменения параметров течения.
Расчет трехмерного вязкого течения проведен на основе решения уравнений Рейнольдса, для замыкания которых использована k-ε модель турбулентности. Расчет выполнен с использованием программного комплекса ANSYS CFX 13.
В качестве граничных условий на входе задавался массовый расход, соответствующий подаче насоса, на выходе – полное давление. Моделирование кавитационных явлений не производилось. Во всей расчётной области задавалась постоянная плотность среды. Для подтверждения правильности выбранных граничных условий, модели турбулентности и параметров сетки бы- ло проведено сравнение расчета с экспериментальными данными (рис. 3).
Рис. 2. Модель проточной части канальный ТНА имеет наименьшие гидравлические потери, большие напор и КПД по сравнению с другими вариантами.
Рис. 4. Относительные гидравлические потери в отводе с различными ТНА
Рис. 3. Сравнение расчета с экспериментом
Из рис. 3 видно, что кривые КПД и напора имеют схожий характер, а расхождение в районе оптимума составляет 3,5% и 4% соответственно. Значение КПД вычислено как произведение объемного, механического и гидравлического, причем первые два по эмпирическим зависимостям через коэффициент быстроходности, а гидравлический – по расчету в ANSYS CFX. По результатам расчетов проточных частей с различными ТНА построены характеристики относительных гидравлических потерь, напора и КПД, представленные на рис. 4, 5 и 6 соответственно. Из графиков можно сделать вывод о том, что 9
Следующим этапом исследовалось влияние коэффициента скорости на относительные гидравлические потери. Были построены расчетные модели для направляющих аппаратов с 12 каналами и различными коэффициентами скорости К с (табл. 2). По результатам расчетов построены графики относительных гидравлических потерь, напора и КПД, рис. 7, 8 и 9 соответственно. Из рис. 7 видно, что наименьшие потери наблюдаются для случая с К с =0,3. Также для этого варианта результаты расчета показывают увеличение напора на 0,5 м и КПД на 2%.
Таблица 2. Выбор диаметра отверстий в зависимости от K c
|
К с |
0,3 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
0,6 |
|
V 3 , м/с |
4,83 |
6,44 |
7,18 |
8,06 |
9,67 |
|
d св , мм |
12,76 |
11,05 |
10,46 |
10,88 |
9,01 |
Рис. 7. Относительные гидравлические потери в отводах с различными К с
Рис. 9. Сравнение КПД при различных К с
Выводы: для насосов с n S ≈95 оптимальным является трубчатый направляющий аппарат с 9 каналами, а значение коэффициента скорости рекомендуется принимать 0,3.
Рис. 8. Напорные характеристики при различных К с
RESEARCH THE INFLUENCE OF SPEED COEFFICIENT ANDCHANNELS NUMBER ON LOSSES IN THE DIRECTING TUBULAR TYPE APPARATUS
