РОЗДІЛ 2
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ, ЗАСОБИ І МЕТОДИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Визначення мети і задач дослідження
Дослідження, спрямоване на вдосконалення форми напірної характеристики малогабаритної ступені шнекового типу занурюваного свердловинного насосу має характер багатопараметричної оптимізаційної задачі, для вирішення якої необхідно вибрати компромісний варіант поєднання ряду різнопланових, а часом і взаємопротилежних вимог. Крім необхідності забезпечення потрібних значень подачі у робочій точці необхідно вдосконалити форму напірної характеристики ступені при умові збереження на достатньо високому рівні її ККД та напору, що слід визнати основною метою дослідження.
Очевидно, що для її досягнення необхідно чітке розуміння механізму явищ та процесів, що відбуваються у проточній частині досліджуваної ступені в області нестабільності її напірної характеристики. Проведений огляд існуючих моделей та гіпотез робочого процесу лопатевих насосів на знижених подачах в сукупності з аналізом конструкції досліджуваної ступені вказує на неправомірність їх беззастережного використання для досліджуваної ступені з ряду причин. Відповідно першим кроком при виконанні дослідження повинна бути розробка фізичної моделі течії в малогабаритній насосній ступені шнекового типу при знижених подачах, що дозволить визначити можливі причини утворення ділянки нестабільності на напірній характеристиці. Зважаючи на складність реальної картини течії при розробці фізичної моделі доцільно обмежитися визначенням провідних факторів і явищ, котрі в той чи інший проміжок часу управляють робочим процесом на тій чи іншій ділянці характеристики. Виділивши вказані фактори, слід абстрагуватися від інших, менш суттєвих, і для певної ділянки характеристики побудувати спрощену фізичну модель течії, котра б якісно описувала процеси, що відбуваються у проточній частині ступені, так як кількісне їх описання з огляду на складність явища на даному етапі утруднене.
Разом з тим при розробці фізичної моделі слід враховувати обширний експериментальний матеріал, нагромаджений на даний час щодо вивчення структури потоку у проточних частинах лопатевих насосів взагалі і шнеків зокрема. Доведеним [38, 40, 44, 50, 56, 57] можна вважати факт виникнення зворотних токів на вході в шнекове робоче колесо при зниженні подачі і значний вплив останніх на картину течії в каналах проточної частини та на баланс енергії насосу. Зворотні токи на виході з шнекового робочого колеса вивчені значно менше і їх поява ймовірно в значній мірі від залежить конструкції і компоновки насосу. Зокрема в автономних шнекових колесах [55] їх існування зареєстровано, а в передвключених шнеках відцентрових насосів вони не виявлені [54, 57]. Відповідно даному питанню слід приділити окрему увагу при розгляді процесів, що мають місце у каналах досліджуваної ступені при знижених подачах.
Наступним кроком після розробки фізичної моделі течії та уточнення першопричин виникнення ділянки нестабільності на напірній характеристиці ступені має бути пошук можливих шляхів переформування структури потоку у її каналах для отримання потрібного розподілу швидкостей і тисків та досягнення бажаного ефекту. Огляд пристроїв для вдосконалення форми напірної характеристики осьової турбомашини показав, що жорстко обмежені габарити досліджуваної ступені та деякі особливості її конструкції та умов роботи (багатоступеневий насос свердловинного виконання, агресивне робоче середовище з абразивом та ін.) обмежують застосування активних пристроїв, а з пасивних найбільш доцільним варіантом з урахуванням вказаних особливостей виглядає використання прямих осьових пазів. Відповідно другою задачею слід визнати пошук тих геометричних параметрів проточної частини досліджуваної ступені (в тому числі і пазів), котрі суттєво впливають на структуру потоку в каналах ступені, змінюючи тим самим форму її напірної характеристики. Очевидно, що існування ряду описаних вище істотних відмінностей від конструкцій [43, 51, 52], зумовлених особливостями ступені, котрі, як припускається, мають суттєвий вплив на роботу пазів та їх ефективність, не дозволить вирішити поставлену задачу лише за рахунок аналізу апріорної інформації, так як принципово можливе існування параметрів, притаманних лише досліджуваній ступені.
В якості третьої задачі, вирішення котрої необхідне для досягнення мети дослідження, виділена задача отримання оптимального співвідношення вищеописаних геометричних параметрів проточної частини ступені, котре забезпечить стабільність її напірної характеристики. Безумовно, пази будуть джерелом додаткових гідравлічних втрат у каналах ступені внаслідок з одного боку, зростання втрат на тертя за рахунок збільшення площі поверхні твердих стінок, а з іншого - за рахунок втрат на удар при вході потоку та додаткового вихроутворення в пазах. Разом з тим вони можуть справляти певний "спрямляючий" вплив на потік у міжлопатевому каналі, що повинно позитивно вплинути на рівень напору ступені. Вочевидь реальний вплив пазів на форму напірної характеристики досліджуваної ступені та значення її максимального ККД та напору в розрахунковій точці буде визначатися співвідношенням внесків двох вищенаведених процесів. Тому під оптимальним у даному випадку розуміється такий варіант або набір геометричних параметрів проточної частини, котрий не тільки забезпечує стабільність напірної характеристики ступені, а й не призводить до різкого падіння ККД та напору ступені. Крім того слід мати на увазі, що технологічні та експлуатаційні обмеження призводять до значного звуження області можливих значень геометричних параметрів проточної частини, серед яких необхідно відшукати оптимальний варіант.
Четверта задача представленого дослідження має прикладний характер і полягає в розробці науково-методичних рекомендацій щодо проектування малогабаритних насосних ступенів з вдосконаленою формою напірної характеристики. Слід зазначити, що при розробці даних рекомендацій достатньо обмежитися отриманням вказівок для проектанта щодо вибору доцільних рі
- Київ+380960830922