Способ регулирования режима работы центробежного насоса

 

Сущность изобретения: возвратно-поступательно перемещают предвключенный шнек по валу относительно рабочего колеса при изменении расхода жидкости на входе в насос. При увеличении расхода шнек перемешают в направлении движения жидкости, при уменьшении расхода - в противоположном направлении. Перемещение шнека осуществляют при изменении мгновенного значения расхода жидкости относительно среднего его значения на режиме кавитационных автоколебаний с частотой, равной частоте колебаний, и фазой, совпадающей с фазой колебаний. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и гидравлике и может быть использовано при разработке и реконструкции гидравлических систем, содержащих кавитирующие шнекоцентробежные насосы, для повышения устойчивости работы последних по отношению к кавитационным автоколебаниям.

Известен способ регулирования работы шнекоцентробежного насоса, включающий регулирование его производительности. Сущность способа состоит в том, что в процессе изменения расхода рабочей жидкости через насос изменяют шаг винтовой поверхности шнекового преднасоса. При увеличении расхода жидкости через насос шаг шнека увеличивают, а при уменьшении - шаг шнека уменьшают. Известный способ обеспечивает автоматическое регулирование насоса в широком диапазоне изменений расхода.

Однако, способ имеет существенный недостаток, состоящий в ухудшении прочностных характеристик шнекового преднасоса в устройствах, реализующих известный способ.

Известен способ регулирования шнекоцентробежного насоса, включающий возвратно-поступательное перемещение предвключенного шнека по валу относительно центробежного колеса при изменении расхода на входе в насос. При увеличении расхода шнек перемещают в направлении движения жидкости, а при уменьшении расхода - в противоположном направлении. Положительный эффект от использования способа состоит в улучшении антикавитационных качеств шнекоцентробежного насоса.

Недостаток состоит в том, что в процессе регулирования он не обеспечивает постоянства угла атаки потока жидкости на входе в шнековый преднасос при изменениях расхода. В этом случае в гидросистеме с кавитирующим лопастным насосом возможно возникновение кавитационных автоколебаний. Опасность возникновения этого вида неустойчивости резко снижает надежность работы гидросистемы.

Цель изобретения - повышение устойчивости работы гидросистемы со шнекоцентробежным насосом по отношению к кавитационным автоколебаниям путем поддержания близкого к постоянному угла атаки потока жидкости на входе в шнековый преднасос. Частота кавитационных автоколебаний находится в диапазоне 5-50 Гц.

Указанная цель достигается тем, что способ регулирования работы шнекоцентробежного насоса включает возвратно-поступательное перемещение предвключенного шнека по валу относительно центробежного колеса при изменении расхода жидкости на входе в насос. При увеличении расхода шнек перемещают в направлении движения жидкости, а при уменьшении расхода - в противоположном направлении. Перемещения шнека осуществляют при изменении мгновенного значения расхода жидкости относительно среднего его значения на режиме кавитационных автоколебаний с частотой, равной частоте упомянутых колебаний, и с фазой, совпадающей с фазой последних. В этом случае возвратно-поступательные движения, совершаемые шнековым колесом, приводят к уменьшению углов атаки потока жидкости при входе на лопасти, делают углы атаки близкими к постоянным, а это, в свою очередь, снижает амплитуду колебаний объема кавитационных каверн на всасывающих сторонах лопастей и повышает устойчивость работы гидросистемы с таким шнекоцентробежным насосом по отношению к кавитационным автоколебаниям.

На фиг. 1 представлен продольный разрез шнекоцентробежного насоса; на фиг. 2 и 3 - совмещенные колебания расхода жидкости, осевой скорости на входе в насос, а также скорости перемещений шнекового преднасоса.

Насос содержит корпус 1, в котором на валу 2 последовательно установлены осевой шнек 3 и центробежное колесо. Шнек 3 на валу 2 размещен с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно центробежного колеса. В процессе работы шнекоцентробежного насоса возвратно-поступательные перемещения шнека 3 по валу 2 осуществляют так, что при увеличении расхода рабочей жидкости через насос шнек 3 перемещают в направлении движения жидкости, а при уменьшении расхода - против направления ее движения. Перемещения шнека 3 осуществляют при изменении мгновенного значения расхода жидкости относительно среднего его значения. Частота перемещений шнека 3 равна частоте кавитационных колебаний, а их фаза совпадает с фазой изменений мгновенного значения расхода жидкости.

Для осуществления возвратно-поступательных перемещений шнека 3 вдоль вала 2 насос должен быть оснащен специальным узлом. Последний для оказания силового воздействия на шнек 3 может использовать упругие свойства газа или пружины. При колебаниях расхода жидкости, обусловленных кавитационными явлениями, происходят изменения величины осевой, действующей с выхода шнека на вход. Усилие, создаваемое узлом для перемещений шнека 3, должно быть соизмеримо с величиной осевой силы, воздействующей на шнек, а направление перемещения определяется превышением одной силы над другой.

Колебания расхода Q рабочей жидкости при работе насоса на режиме кавитационных автоколебаний вызывают изменения угла атаки αпотока на входе в шнек α=β_л-β₁=β_л- arctg , (1), где β_л - угол установки лопастей шнека; β₁ - угол натекания потока на лопасти шнека; C₁= ; U=ω ; ω = ; F и D_ш - соответственно площадь проходного сечения питающего трубопровода и диаметр шнека; n - частота вращения вала насоса.

В выражении (1) β₁= const и U = const, а С₁ изменяется в соответствии с колебаниями величины среднего расхода Q на входе в насос, т.е. на входе в шнековое колесо.

В соответствии с предлагаемым способом для повышения устойчивости работы гидросистемы с таким насосом по отношению к кавитационным автоколебаниям путем обеспечения угла атаки на входе в шнек, близкого к постоянному, осуществляем возвратно-поступательные перемещения шнекового преднасоса. Скорость перемещений шнека обозначена С_п. При наличии таких перемещений со скоростью С_п результирующая скорость С течения жидкости на входе в шнек равна алгебраической сумме осевой скорости жидкости С₁ и скорости С_п возвратно-поступательных перемещений шнека, т.е. =- Как показано на фиг. 2, выбором величины скорости С_п и направления перемещений шнека, адекватных изменениям осевой скорости С₁ и обусловленных колебаниями расхода Q рабочей жидкости, обеспечивается близкая к постоянной величина скорости С натекания жидкости на лопасти шнекового колеса, т.е. устраняется первопричина кавитационных колебаний.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА, включающий возвратно-поступательное перемещение предвключенного шнека по валу относительно рабочего колеса при изменении расхода жидкости на входе в насос, причем при увеличении расхода шнек перемещают в направлении движения жидкости, а при уменьшении расхода - в противоположном направлении, отличающийся тем, что перемещение шнека осуществляют при изменении мгновенного значения расхода жидкости относительно среднего его значения на режиме кавитационных автоколебаний с частотой, равной частоте упомянутых колебаний, и с фазой, совпадающей с фазой последних.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2