Исследование влияния нерастворенного воздуха в рабочей жидкости на нагруженное состояние комбинированного насосного агрегата

• 1.    Датчики замера статического давления расположены:

• .    на питающем трубопроводе (С9);

• .    в полости слива рабочей жидкости из сливных магистралей (С10);

• .    на корпусе улитки перед шнеком. Датчик установлен по направлению течения рабочей жидкости (С11);

• .    на корпусе улитки перед шнеком. Датчик установлен в противоположном направлении течения рабочей жидкости (С12);

• .    на выходе из ШЦС (С13);

• .    на выходе ШС (С14);

• 2.    Датчики пульсаций давления расположены:

• .    в питающем трубопроводе (С15);

• .    на входе в ШЦС (перед шнеком – С16);

• .    на выходе из ШЦС (С17);

• .    в полости между ШЦС и ШС (С18);

• .    на выходе из ШС (С19);

• 3.    Датчики вибрации на фланце подвода топлива:

• 4.    8 тензодатчиков, наклеенных на проставку между ШЦС и ШС (см. рис. 3).

  Z

  
  

  Х

  ◄—

  
  

  О

  
  

  Y

  
  
  
  

  Рис. 1. 2D модель комбинированного насоса

  
  
  

  Рис. 2. Схема расположения датчиков

  
  

. вибрации вдоль вала насоса в горизонтальной плоскости YОХ (канал С21);

. вибрации перпендикулярно валу насоса в поперечной плоскости ZOY (канал С22);

. вибрации перпендикулярно валу насоса в вертикальной плоскости XOZ (канал С23);

. вибрации на проставке, соединяющей ШЦС и ШС, в горизонтальной плоскости YОХ вдоль вала насоса (канал С24).

Статическое давление измерялось стрелочными манометрами и датчиками ДД-10. Пульсации давления регистрировались с помощью датчиков PCB HM101A. Вибрации измерялись однокомпонентным вибропреобразователем PCB M353B16 и трёхкомпонентным PCB 356В21. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью двадцати четырёх канальной измерительно-обрабатывающей аппаратуры LMS Scadas Mobile.

Тензодатчики были установлены на проставке с целью определения осевых усилий, действующих на подшипник ротора, т.к. на него через вал передаются неуравновешенные силы, действующие на шнек и рабочее колесо.

Исследование проведено при двух вариантах работы насосного агрегата:

• 1.    Рабочее тело – керосин;

• 2.    Рабочее тело – керосин и воздух (концентрация от 6 до 9%).

Подача воздуха осуществлялась в подводящий трубопровод. Расход воздуха измерялся по перепаду давления на калиброванном жиклере с известной расходной характеристикой. Объем подаваемого воздуха регулировался с помощью жиклера диаметром 0,8 мм.

Результаты экспериментальных измерений пульсаций и вибраций насосного агрегата при подаче воздуха и без него представлены на рис. 4 – 7. Все динамические параметры представлены в виде их среднеквадратичных значений (СКЗ). СКЗ параметров для временного сигнала определяются по формуле:

Рис. 3. Схема препарирования проставки тензодатчиками

СКЗ =

где n – количество отсчетов времени при замере сигнала снимаемого параметра;

y_j – значение сигнала снимаемого параметра на определенном временном отрезке.

Режимы, на которых проводились исследования влияния нерастворенного воздуха в рабочей жидкости на вибрационное и пульсационное состояние комбинированного насосного агрегата представлены в табл. 1.

Проведенные испытания позволили установить, что практически на всех режимах испытаний подача незначительного объема воздуха GВ оказывает существенное стабилизирующее воздействие на устойчивость системы «насос-тру-бопроводы», что подтверждает результаты полученные в [1]. Так при подаче GВ=0,04GТ на первом режиме работы насосного агрегата, СКЗ амплитуд колебаний давления в местах установки датчиков уменьшилась в среднем на 20%, СКЗ сигналов виброускорений – на 30%.

На рис. 6 и 7 представлены спектры пульсаций давления, и виброускорения для соответствующих точек насосного агрегата. Из них видно, что частоты основного рабочего процесса (перекачка рабочей жидкости) не меняются.

Самое значительное влияние воздуха, при всех исследованных режимах работы, на снижение пульсационной нагруженности насосного агрегата наблюдается на входе в ШЦС (перед шнеком) – канал С16 (снижение амплитуд колебаний давления на 30…70%) и на выходе из ШС – канал С19 (снижение амплитуд колебаний давления на 20…34%). Наиболее существенное влияние воздуха на снижение вибрационной нагруженности насосного агрегата наблюдается в плоскости YOX (снижение амплитуд колебаний виброускорения на 37…48%); в поперечной плоскости ZOY (снижение на 62…65%); в вертикальной плоскости XOZ (снижение на 11…38%).

На рис. 8 приведены результаты тензометриро-вания насосного агрегата для первого режима насоса с различными уровнями содержания воздуха.

При этом для всех режимов работы наблюдается характерная картина изменения сигнала

Таблица 1. Режимы работы насосного агрегата

N режима	Р , атм стен д,	Nнас, об/мин	G ТЦН , кг/ч	GТПЕР, кг/ч	Т ТОПЛ , 0С	% воздуха
1	1,9	6433	14656	454	25	0	4	5,3
2	1,9	6420	17102	537	26	0	6,5	8,7

Рис. 4. СКЗ пульсаций давления для различных каналов измерений при разных уровнях подачи воздуха: а – режим 1; б – режим 2

№ режима

б)

б)

Рис. 5. Уровни виброускорений для разных каналов измерений при различных уровнях подачи воздуха: а – режим 1; б – режим 2

а)

0          1000          2000           3000          4000          5000                     0          1000          2000           3000          4000          5000

Частота Кривые: 1/1 Uncompressed Частота [Hz]                                              Частота Кривые : 1/1 Uncompressed Частота [Hz]

а)                                                          б)

Рис. 6. Спектры виброускорений при работе на керосине:

в)

а – на входе в ШЦС (перед шнеком – С16); в – в полости между ШЦС и ШС (С18);

Частота [Hz]

Частота Кри вые: 1 /1 Uncompressed

Частота Кр и вые : 1 /1 Un com pressed

2000        3000

Частота [Hz]

^а)                                                               б )

^в) „                                                             г )

Рис. 7. Спектры пульсаций давления при работе на керосине с нерастворённым воздухом (G_В=0,04G_T): а – на входе в ШЦС (перед шнеком – С16); б – на выходе из ШЦС (С17);

в – в полости между ШЦС и ШС (С18); г – выходе из ШС (С19)

Рис. 8. Изменение напряжений на проставке насоса в зависимости от подачи воздуха (канал №1)

2 5

Время, с

Рис. 9. Сигнал с тензодатчика на 1 режиме работы без воздуха по каналу №1

Рис. 10. Сигнал с тензодатчика на 1 режиме работы при 4% воздуха по каналу №1

с тензодатчиков при работе без воздуха и с воздухом (см. рис. 9, 10)

Результаты тензометрирования проставки насоса, являющейся одновременно корпусом подшипника, на который передаётся осевое усилие, свидетельствуют (см. рис. 12, 13, 14), о значительном возрастании напряжений при подаче воздуха на вход в насос. Возникающие при этом переменные усилия могут являться причиной ускоренного износа подшипника. Из рисунка хорошо видно, что при подаче воздуха возникают резкие провалы напряжений на 17 …18 кгс/ см2, в то время как без подачи воздуха наблюдаются редкие одиночные провалы, не превышающие 3…5 кгс/см2. Однако, одновременно с этим подача воздуха оказывает серьезное стабилизирующее воздействие на пульсационное и вибрационное состояние насосного агрегата. Таким образом, необходимо более детальное изучение природы повышенной напряженности корпуса подшипника.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки), на основании постановления Правительства РФ №218 от 09.04.2010