CC BY
69
УДК 627.844
ИСПЫТАНИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА ЛИНИИ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ОСЕВЫХ НАСОСОВ НОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС
Ананьев Сергей Сергеевич
Тарасьянц Сергей Андреевич д.т.н., профессор
ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия», Новочеркасск, Россия
В приведенной статье рассмотрены испытания струйных насосов, установленных на линии рециркуляции циркуляционных осевых насосов. С целью повышения высоты всасывания циркуляционных насосов, проведен ряд опытов с различными диаметрами сопел и местами их установок. По результатам опытов сделаны основные выводы
Ключевые слова: ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ОСЕВОЙ НАСОС, ЛИНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ, СТРУЙНЫЙ НАСОС, ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ, ДИАМЕТР СОПЛА, ВЕЛИЧИНА ПОДПОРА, ОБТЕКАТЕЛЬ РАБОЧЕГО КОЛЕСА
UDС 627.844
TESTING OF JET PUMPS INSTALLED ON THE RECIRCULATING LINE OF CIRCULATION AXIAL FLOW PUMPS OF NOVOCHERKASSK HYDROELECTRIC POWER STATION
Ananyev Sergey Sergeevich
Tarasyants Sergey Andreevich Dr.Sci.Tech., professor
FSBEIHPI «Novocherkassk State Land Reclamation Academy», Russia
The testing of jet pumps, installed on the recirculation line of circulation axial pumps are dealt with in this article. A number of experiments with nozzles of different diameter and installation sites have been conducted to increase the suction head of circulation pumps. The main conclusions have been done after testing
Keywords: CIRCULATION AXIAL FLOW PUMP, RECIRCULATING LINE, JET PUMP, SUCTION HEAD, NOZZLE DIAMETER, BACKWATER BULK, IMPELLER FAIRING
Испытания струйных насосов на циркуляционной насосной станции (рис. 1) Новочеркасской ГРЭС, установленных на входе осевого насоса (рис. 2) проводились с целью повышения высоты всасывания циркуляционных насосов.
Первоначально по первому опыту для установки принято конически сходящееся сопло с углом конусности 8о и длиной цилиндрической части на выходе 15 мм (рис. 3). Диаметр сопла 120 мм принят по таблице 1 для
3 3
максимальной подачи в линии рециркуляции 576 м /ч (0,16 м /с), при этом
на основании ранее приведённых расчётов определялись секундная
2 2
кинетическая энергия рециркуляционного потока 14735 кг- м/с и
9 9
основного потока 32294 кг- м /с для расхода 14000 м /ч, при этом расчётная удельная кинетическая энергия составила 0,59 м.
Таблица 1 - Диаметр сопла в зависимости от расхода в
рециркуляционном потоке при максимальном напоре перед соплом 12 м
(Уо=14,57 м/с)
Диаметр сопла, мм 100 120 140 160 180 200 220 240
Площадь, м2 0,0078 0,0110 0,0150 0,0200 0,0250 0,0310 0,0450 0,0530
Расход на циркуляцию в сопле м3/ч 396 576 792 1044 1290 1620 1940 2410
м3/с 0,11 0,16 0,22 0,29 0,36 0,45 0,54 0,67
Место установки сопла определено для условий полного смешивания двух потоков (см. рис. 2), основного и вводимого по линии рециркуляции. На основании литературных источников [1], данное расстояние должно соответствовать не менее пяти диаметрам сопла. Схема размещения места врезки приборов контроля давления показана на рисунке 4.
Результаты испытаний по первому опыту приведены в таблице 2, которые показали практическое отсутствие влияния линии рециркуляции на изменение энергии в районе входа потока на лопатки рабочего колеса.
Объясняется данный факт следующим:
1. Колебания давления на всасывании, измеренные дифференциальным манометром как при закрытой (-60 +30 мм), так и при открытой линии рециркуляции (-200 20 мм), не позволяют определить расчётную величину изменения давления.
Рисунок 1 - Схема циркуляционных водоводов береговой насосной станции: 1 - рабочее колесо насоса; 2 - трубопровод; 3 - сбросные каналы; 4 - конденсатор турбины; 5 - манометр
Рисунок 2 - Схема расположения сопла в проемной камере насоса ОПВ-110 по первому опыту: 1 - трубопровод линии рециркуляции 0426 мм; 2 - сопло 0200 мм; 3 - рабочее колесо насоса; 4 - напорный
трубопровод наоса
3
Рисунок 3 - Конически сходящееся сопло для расхода 576 м /ч при напоре 12 м и скорости выхода потока 14,57 м/с.
2. Сопло линии рециркуляции установлено таким образом, что возможно вводимый рециркуляционный поток увеличил потери энергии на смешивание двух потоков из-за установленных в приёмной камере по центру потока рассекателей.
3. Расчётный расход линии рециркуляции (576 м /ч) и, соответственно, диаметр сопла 120 мм, явно не достаточны для осуществления ощутимого изменения давления на всасывающей линии насоса.
На основании вышеизложенного был проведён второй опыт с другим расчётным диаметром сопла и местом установки. Схема установки сопла показана на рисунке 5. Принятый диаметр сопла 200 мм. Расчёт проводился по ранее описанной методике, сравнением кинетической энергии сопла с кинетической энергией основного потока. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Как видно из таблицы 3 при диаметре сопла 200 мм расчётный расход
33
на рециркуляцию в сопле составил 1623 м /ч (0,45 м /с). Удельная кинетическая энергия при этом равна 1,5 м против 0,62 м без линии рециркуляции, т.е. расчётное приращение, без учёта потерь на смешивание должно составить 0,88 м.
Таблица 2 - Результаты испытаний струйного насоса с коническим соплом по первому опыту
Дата ^-ДБ оС Уровень в канале, Нв, м относит-но оси насоса Положение рецирк-ии ЦЭН-4Б РЦЭН Б, кгс/см2 Р линии рецирк- ци, кгс/см2 Р на всасе ЦЭН-Б, мм 1цЭН Б, А бц/в на рец-ю, м3/ч бц/в на конд-р Б, м3/ч и на выходе конд-ра А/Б оС tw оС
27.12.10 10,5 0,9 Отключена 1,33 - +80- -60 100 14800 0 20,2/20 26,1
Открыта 50% 1,31 0,96 +60- -120 100 14500 »270 20,2/20 26,1
Открыта 75% 1,31 1,08 +20- -200 100 14100 »550 20,2/20 26,1
Открыта 100% 1,31 1,09 +20- -200 100 14100 »550 20,2/20 26,1
28.12.10 10,0 0,9 Отключена 1,43 - -500 118 17600 0 19,8/19 24,9
Открыта 30% 1,4 0,95 -570-710 118 17300 »290 19,8/19,2 25
Открыта 50% 1,4 1,08 -720-750 118 16700 »750 19,8/19,2 25
Открыта 100% 1,4 1,16 -740-760 118 16700 »750 19,8/19,2 25
А-А
Рисунок 4 - Схема расположения места врезки приборов контроля давления на береговой насосной станции №1.
Рисунок 5 - Схема установки сопла по второму опыту: 1 - трубопровод линии рециркуляции 0426 мм; 2 - сопло 0200 мм; 3 - линия рабочего колеса; 4 - входящий конфузор
насоса; 5 - выправной аппарат насоса; 6 - ось рабочего колеса
Анализ таблицы 2 показывает, что при работе с закрытой рециркуляцией величина подпора во всасывающей камере насоса составила 80-120 мм, при работе с включенной рециркуляцией подпор
увеличился на 80-100 мм при уменьшенном расходе воды 1200 м /ч против
3
расчётного 1620 м /ч.
Данное расхождение расчётных и фактических параметров может быть объяснено ошибочным определением расстояния от обреза сопла до начала обтекателя рабочего колеса, увеличением потерь энергии на смешение потоков.
Кроме того центральный подвод потока, установленный во втором опыте, не может оказывать существенное влияние на величину подпора, так как увеличение расчётного расстояния до начала обтекателя противоречит рекомендациям по расчётам эжекционных устройств [2], а уменьшение данного расстояния увеличивает потери энергии на столкновение потока с обтекателем. В связи с вышеизложенным, для исправления всех вышеперечисленных недостатков был согласован третий опыт, для которого разработан кольцевой 2-х поверхностный подвод потока а.с. 1620693 [3], исключающий все вышеперечисленные недостатки. Схема сопла струйного насоса с основными размерами показана на рисунке 6. Смешение потоков проводилось по нормам смешения для эжекционных устройств, из-за кольцевого подвода рабочего и подсасываемого потоков.
Расчёт проводился как по сопоставлению кинетических энергий основного и рециркуляционного потоков, так и по рекомендациям для расчёта эжекционных устройств [4].
Размеры кольцевого сопла показаны на рисунке 6, а места установки на рисунке 7.
Таблица 3 - Результаты испытаний струйного насоса с коническим соплом по второму опыту
Дата "1цв оС Уровень в канале/ над осью рк, Нв, м Положение рецирк-ии ЦЭН-4Б РЦЭН Б, кгс/см2 Р линии рецирк-ци, кгс/см2 Р на всасе ЦЭН-Б, мм 1цэн Б, А Оц/в на конд-р Б, м3/ч Оц/в на рец-ю, м3/ч Р сиф, Б, кПа "ц/в на выходе конд-ра А/Б оС Р ц/в на входе в конд-р Б, кгс/см2 tw оС
28.02.11 7 1,0 Отключена 1,32 - 80-120 98 15600 0 -61/-61 16,8/17,4 0,2 22,7
Открыта 30% 1,29 0,3 -80-140 98 15000 »600 -61/-61 16,8/17,5 0,19 23
Открыта 70% 1,28 0,8 120-160 98 14800 »800 -61/-61 17/17,6 0,19 23
Открыта 100% 1,28 0,95 140-160 98 14400 »1200 -61/-61 17/17,6 0,19 23
Таблица 4 - Результаты испытаний струйного насоса с коническим соплом по третьему опыту
Дата 1"цв оС Уровень в канале/ над осью рк, Нв, м Положение рецирк-ии ЦЭН-4Б РЦЭН Б, кгс/см2 Р линии рецирк-ци, кгс/см2 Р на всасе ЦЭН-Б, мм 1цэн Б, А Оц/в на конд-р Б, м3/ч Оц/в на рец-ю, м3/ч Р сиф, Б, кПа "ц/в на выходе конд-ра А/Б оС Р ц/в на входе в конд-р Б, кгс/см2 tw оС
28.03.11 4 1,3 Отключена 1,28 -0,1 -90—-100 96 15700 0 -62/-62 12,8/13,8 0,2 19,8
Открыта 50% 1,2 0,2 +200-+210 94 14500 »1200 -62/-62 12,8/13,8 0,2 19,8
Открыта 100% 1,2 0,7 +420—+430 94 13900 »1800 -62/-62 12,8/13,8 0,2 19,9
ьо
М34-
Ф273
05и
Рисунок 6 - Схема сопла кольцевого двухповерхностного струйного
насоса по а.с. №1620693
Испытания показали (таблица 4) практическое совпадение расчётных и фактических значений величины подпора на оси рабочего колеса.
Величина подпора, при подаче насоса 15000 м /ч, разнице отметок горизонта воды в канале и оси колеса 4 м, составила 520 мм.
С целью определения величины сопротивления линии рециркуляции с эжекционным насадком ЦЭН-4Б, был проведен сравнительный замер величины подпора на всасе перед параллельно работающими насосами ЦЭН-4Б и ЦЭН-1А при уровне воды в подводящем канале относительно оси насоса (3,72 м от оси рабочего колеса) с использованием вновь смонтированных импульсных линий на двух агрегатах ЦЭН-1А и ЦЭН-4Б.
Результаты выполненных замеров сведены в таблицы 5, 6.
Таблица 5 - Результаты выполненных замеров
Насос Нагрузка I, А Подпор Р, мм Гидр. сопр. рецирк-ии АН, мм
ЦЭН-1 А 100 1420-1440 тах (1380-1500) -
ЦЭН-4Б 94 880-920 тах (800-1050) отсутствует
Рисунок 7 - Размеры и место установки кольцевого двухповерхностного струйного насоса: 1 - рабочее колесо насоса; 2 - кольцевой двухповерхностный струйный насос; 3 - трубопровод линии рециркуляции 0426 мм; 4 - опора
Таблица 6 - Результаты выполненных замеров
Насос Нагрузка I, А Подпор Р, мм Эффект открытия рецирк-ии Н, мм Гидр. сопр. рецирк-ии АН, мм
ЦЭН-1 А 98 1430-1450 тах (1390-1550)
ЦЭН-4Б (степень откр-я лин. рец. 0%) 97 тах (750-980) отсутствует
ЦЭН-4Б (степень откр-я лин. рец. 100%) 1500-1600 520-530 отсутствует
Выполненные замеры показали:
- величина подпора ЦЭН-1А имеет стабильный характер с колебаниями 5-15 мм, с плавным перемещением в пределах зафиксированного максимального диапазона его изменения и отчетливо фиксируемым средним рабочим значением;
- величина подпора ЦЭН-4Б, имеет также стабильный характер, что указывает на практическое отсутствие влияния линии рециркуляции и сопла струйного насоса на работу агрегата ЦЭН-4Б.
- включение рециркуляции ЦЭН-4Б позволяет поднять давление на входе потока в насос, несколько стабилизировать и уменьшить диапазон его изменения;
- сопоставление величин подпора двух насосных агрегатов показало, что гидравлическое сопротивление схемы рециркуляции ЦЭН-4Б практически отсутствует;
- включение рециркуляции позволяет увеличить давление на входе в насос порядка 500-520 мм.
Основные выводы:
1. Для увеличения кавитационного запаса циркуляционных осевых насосов рекомендуется установка кольцевых двухповерхностных струйных насосов с кольцевым подводом рабочего потока на обтекатель рабочего колеса.
2. Расход рециркуляционного потока необходимо определить как из условия сопоставления кинетических энергий, так и методами расчёта эжекционных устройств.
Список литература
1. Фридман Б.Э. Гидроэлеваторы. - М.: Машгиз, 1965. С. 16-17
2. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы и другие струйные аппараты. М.:
Машстройиздат, 1950. С. 113
3. А.с. 1620693 СССР.1991. МКИ Б 04 5/10 Струйный насос.
4. Ржаницын Н.А. Водоструйные насосы. М.: Редакция энергетической
литературы, 1938. С. 97
