Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини та гідропневмоагрегати.- Сумський державний університет, Суми, 2007 р.
З метою удосконалювання енергетичних характеристик струминних нагнітачів, а саме пошуку й розробки нових пристроїв, для перекачування різних одно- і багатофазних середовищ проведені дослідження струминно-вихрових насосів (НСВ).
У роботі використалися методи математичного й фізичного моделювання процесів, що відбуваються в НСВ. Математичне моделювання проводилося на основі методів Лагранжа й Ейлера. Застосовувалося кілька математичних моделей потоку в насосі для розрахунку траєкторій твердих часток на основі методу накладення руху твердих часток на заздалегідь розраховане поле гідродинамічних характеристик рідини.
Експериментально отримані робочі характеристики НСВ, знайдений максимум ККД; знайдені залежності тиску й витрати на виході з насоса від тиску живлення; досліджені характеристики насоса при навантаженні на виході. Розглянуто різні варіанти геометрії проточної частини НСВ.
На основі отриманих результатів розроблена методика інженерного розрахунку НСВ, розроблені практичні рекомендації щодо вибору геометричних розмірів проточних частин насосів.
У дисертаційній роботі наведені результати теоретичного узагальнення і нове рішення наукової задачі, що полягають в удосконалюванні енергетичних характеристик струминних нагнітачів. Це дозволяє підвищити економічність і ефективність заснованих на них пристроїв і систем. На основі експериментальних і теоретичних досліджень науково обґрунтувано робочий процес, встановлено вплив геометрії проточної частини, гідродинамічних параметрів течії, властивостей робочих середовищ на енергетичні характеристики струминно-вихрових насосів, розроблено методику інженерного розрахунку НСВ з оптимальними параметрами.
На підставі отриманих у дисертаційній роботі даних експериментальних і теоретичних досліджень можна зробити наступні висновки:
вперше науково обґрунтовано робочий процес у НСВ, при цьому доведено, що передача енергії до переміщуваної рідини відбувається за рахунок дії відцентрових сил, і саме це обумовлює більш високі показники ефективності, такі як: ККД і тиск, що створює насос, у порівнянні з відомими струминними насосами;
вперше за результатами чисельних розрахунків на розроблених математичних моделях і експериментальними дослідженнями встановлено фізичні картини течії в НСВ при роботі на багатофазних середовищах; установлено, що всі тверді частки рухаються вздовж кругових стаціонарних орбіт щодо центра вихрової камери в проекції на горизонтальну площину, а при влученні в примежовий шар на торцевій стінці переміщуються до дренажного каналу, внаслідок чого виникають втрати твердого середовища, що перекачується, до них додаються також втрати, що виникають внаслідок, того, що частки, які входять у вихрову камеру біля вісі робочої камери безпосередньо потрапляють в дренажний канал при низьких ступенях закручення потоку;
- вперше експериментальним шляхом встановлені енергетичні характеристики НСВ, які виявилися подібними характеристикам відцентрових насосів, але додані характеристикою дренажного каналу. Встановлено, що характеристика ККД має максимум, значення якого вище, ніж у відомих типів струминних насосів в 1,3 рази і становить 40%;
- вперше встановлений взаємозв'язок між енергетичними характеристиками насоса і формою проточної частини, співвідношенням геометричних розмірів, це дозволило встановити, що за тиском на виході з насоса і за споживаною потужністю на перекачування одиниці витрати оптимальною є конструкція насоса з кутом між каналами живлення і виходу ; за тиском, що створює насос, незалежно від кута , оптимальною є конструкція з , а за ККД – ;
- вперше за даними проведених досліджень установлений вплив властивостей робочих середовищ на характеристики НСВ; при перекачуванні твердих середовищ, зміна форми прийомного каналу на щілинну, дозволяє знизити втрати твердих часток у 2 рази;
- розроблена методика інженерного розрахунку струминно-вихрових насосів, що дозволяє одержати оптимальні енергетичні характеристики;
- розроблені практичні рекомендації щодо вибору геометричних розмірів проточних частин струминно-вихрових насосів. Реалізація запропонованих технічних рішень дозволила зменшити величину втрат твердого середовища в насосі в 2 рази, зменшити осьові габаритні розміри НСВ у 10 разів, у порівнянні зі струминними насосами; збільшити напірність і коефіцієнт корисної дії НСВ у 1,3 рази;
- впровадження камерного насоса з використанням струминного виконавчого пристрою з вихровим регулюючим органом, дозволило знизити витрати на заміну клапана випуску повітря та підвищити довговічність більше ніж в 100 разів. Запропоновано практичні рекомендації щодо створення НСВ для перекачування вугільного пилу. Це дозволить зменшити споживану потужність на 7%, але збільшується необхідна для перекачування витрата стисненого повітря на 32%. Застосування НСВ дозволяє забезпечити безперервність роботи установки й постійну концентрацію на виході із трубопроводу, підвищити надійність і довговічність.
- основні результати теоретичних і експериментальних досліджень використовуються в навчальному процесі зі спеціальності «Гідравлічні та пневматичні машини» у Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля.
Публікації автора:
Сёмин Д.А., Павлюченко В.А., Мальцев Я.И., Роговой А.С. Исследование динамических свойств вихревого клапана на рабочих средах «вода-воздух» // Вісник СНУ. – Луганськ. – 2000. – № 11(33). – С. 85–90.
Сёмин Д.А., Роговой А.С., Дмитриенко Д.В. Математическое моделирование движения твердой частицы в короткой вихревой камере// Вісник СНУ ім. В. Даля. – 2003. – № 9(67). – С. 123 – 126.
Сёмин Д.А., Роговой А.С. Особенности движения твердой частицы в пограничных слоях на торцевых стенках короткой вихревой камеры.// Вісник СНУ ім. В.Даля. Ч.2. – 2003. – №10(68). – С.127-131.
Сёмин Д.А., Роговой А.С. О движении твердой частицы в центральной зоне вихревой камеры с газовой несущей средой. //„Промислова гідравліка і пневматика” Всеукраїнський науково-технічний журнал. – Вінниця: Вид-во Вінницького держ. ун-ту. – № 3(9). – 2005. – С. 48–51.
Сёмин Д.А., Мальцев Я.И., Роговой А.С. Математическое моделирование рабочего процесса в струйно-вихревых насосах. // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ: Вид-во Східно-укр. нац. ун-ту. - №9 (91). – 2005. – С. 201 – 206.
Сёмин Д.А., Роговой А.С. Экспериментальные исследования характеристик струйно-вихревого насоса. // Вісник СумДУ. – 2005. – 12(84). – С. 64-70.
Роговой А.С. Исследование влияния геометрических параметров проточной части струйно-вихревого насоса на его энергетические характеристики. // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ: Вид-во Східно-укр. нац. ун-ту. - №10 (104). – 2006. – С. 58 –63.
Пристрій управління сипких середовищ: Патент України на винахід 41017 А, МПК B65G53/00, F15C1/14 / Сьомін Д.О., Павлюченко В.О., Мальцев Я.І., Роговий А.С. - №2001010092. Заявлено 3.01.2001; Опубл. 15.08.2001, Бюл. №7.- 3 с.
Пристрій для управління потоками сипучих середовищ: Патент України на винахід 3664, МПК B65G53/00, Сьомін Д.О., Войцеховський С.В., Роговий А.С. - №2004020749. Заявлено 03.02.2004; Опубл. 15.12.2004, Бюл. №12.- 2 с.
Система гальмування поршня гідро- та пневмоциліндра. Патент України на винахід 7103, МПК F15B15/22, Сьомін Д.О., Величко В.М., Баранов В.Ю., Мальцев Я.І., Роговий А.С. – №20040806987. Заявлено 21.08.04; опубл. 15.06.2005, Бюл. № 6. – 2 с.
Струминний насос. Патент України на винахід 9805, МПК В65G53/30, Сьомін Д.О., Роговий А.С. – № u 200503142. Заявлено 05.04.2005; опубл. 17.10.2005, Бюл. № 10. – 3 с.
Сёмин Д.А., Дмитриенко Д.В., Роговой А.С. Математическое моделирование динамики гидропривода поршневой отсадочной машины. // Збірник наукових праць СНУ ім. В.Даля (матеріали VIII міжнар. наук.-практичної конференції з проблем вищої школи «Університет і регіон» 2002 року) / За заг. ред. Проф. О.Л. Голубенка. – Луганськ: вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім. В.Даля, 2002 р. – Частина друга. – С. 25.
Сёмин Д.А., Роговой А.С. Моделирование и расчет траектории движения твердой частицы в зоне потенциального течения вихревой камеры в газовой несущей среде. // Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління: Тези доп. першої наук.-практ. конф. – К.:КУЕТТ, 2003. – С. 207 -208.
Сьомін Д.О., Роговий А.С. Особливості руху твердих часток у короткій вихровій камері з газоподібним робочим середовищем. // Збірник наукових праць СНУ ім. В.Даля (матеріали IX міжна. наук.-практ. конференції з проблем вищої школи «Університет і регіон» 10-12 грудня 2003 року)/ За заг. ред. Проф. О.Л. Голубенка. – Луганськ: вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім. В.Даля, 2004 р. – Частина друга. – С. 196.
Сьомін Д.О., В’ялих О.В., Павлюченко В.О., Мальцев Я.І., Дмитрієнко Д.В., Роговий А.С., Мальцева М.О., Гринь І.Ю., Седлецька М.М. Струминно-вихровий привод відсаджувальних машин на вуглезбагачувальних фабриках Донбасу. // Внесок Донбасу в розвиток вітчизняного промислового потенціалу (матеріали міжнар. наук. конференції). – Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2005. – С. 148-153.
Сёмин Д.А., Роговой А.С. Экспериментальные исследования рабочих характеристик струйно-вихревого насоса. // Збірник наукових праць СНУ ім. В.Даля (матеріали X міжнародної науково-практичної конференції з проблем вищої школи «Університет і регіон» 2005 року)/ За заг. ред. Проф. О.Л. Голубенка. – Луганськ: вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім. В.Даля, 2006 р. – Частина друга. – С. 154.
