Регламентация
расхода дополнительной жидкости в ЖВН с автоматическим регулированием размера
нагнетательного окна
Тамбовский
государственный технический университет, г.Тамбов, Россия
аспирант Гутенев М.Д., к.т.н.
Елизаров И.А., к.т.н. Никитин Д.В.,
к.т.н. Однолько В.Г.,
магистрант Платицин П.С., к.т.н. Родионов Ю.В.
Жидкостнокольцевые вакуумные насосы (ЖВН)
используют в химической, фармацевтической, текстильной, металлургической,
пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности, а также в сельском
хозяйстве.
Данные насосы это машины с нерегулируемыми
фазами газораспределения. В этом случае протекание термодинамических процессов
в рабочей полости зависит от конструктивных параметров машины. Высокой
экономичности работы, с точки зрения быстроты действия (производительности) и
минимальных энергозатрат можно достигнуть только на расчетном режиме, когда внутренняя
степень повышения давления определяется конструктивными параметрами вакуум-насоса,
формой и расположением нагнетательного окна, количеством дополнительно
подаваемой рабочей жидкости.
С целью оценки влияния размеров и
положения нагнетательного окна на рабочие характеристики ЖВН на кафедре «Теория
машин, механизмов и детали машин» Тамбовского государственного технического
университета были проведены теоретические и экспериментальные исследования [1,
2].
В результате проведенных исследований
получена математическая зависимость изменения площади проходного сечения
нагнетательного окна в зависимости от величины создаваемого вакуума, и
разработана конструкция ЖВН с автоматическим регулированием проходного сечения
нагнетательного окна, позволяющая снизить энергозатраты и повысить КПД насоса
на всех режимах работы насоса.
Регулирование размера нагнетательного окна
осуществлось перемещением заслонки [3]. Функциональная зависимость перемещения
заслонки от величины вакуума имеет вид:
,
где 
– коэффициенты, определяемые в результате аппроксимации экспериментальных
данных методом наименьших квадратов;
p – величина вакуума в линии всасывания, кПа.
Существенное влияние на быстроту действия
и затраты мощности оказывает расход дополнительно подаваемой рабочей жидкости, который
в настоящее время в данной конструкции насоса не регламентировался [3]. Общее количество
жидкости, подаваемое в ЖВН складывается из количества жидкости необходимого для:
·
поддержания теплового
баланса;
·
заполнения «мертвой зоны»;
·
для уплотнения торцевых
неплотностей.
В зависимости от режима вакуумирования при
определенном положении заслонки нагнетательного окна экспериментально
определялся оптимальный расход дополнительно подаваемой рабочей жидкости по
критерию минимальной удельной мощности. Полученная функциональная зависимость
расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости от величины вакуума имеет
вид:
,
где 
– коэффициенты, определяемые в результате аппроксимации экспериментальных
данных методом наименьших квадратов;
P – величина
вакуума в линии всасывания, кПа.
Для эффективной работы вакуум-насосной
установки необходимо, чтобы система управления насосом изменяла степень
открытия заслонки G и расхода дополнительно подаваемой рабочей жидкости F в соответствии
с заданными функциональными зависимостями 
и 
при смене величины
вакуума 
в линии всасывания.
По современной классификации подобная автоматическая система управления
относится к классу следящих систем.
Рисунок
1 Система автоматического управления жидкостнокольцевым вакуум-насосом: 1 –
жидкостнокольцевой вакуум-насос; 2 – заслонка; 3 – электропривод заслонки; 4 –
регулирующий клапан с электрическим исполнительным механизмом; 5 – управляющий
контроллер; ПИ – алгоритм ПИ-регулирования.
В состав этой системы входят (рисунок 1): датчик
давления PE, датчик положения заслонки GE, расходомер FE, регулирующий
клапан с электрическим исполнительным механизмом, электропривод заслонки, программируемый
логический контроллер с модулями аналогового и дискретного ввода-вывода.
Автоматическая система управления
обеспечивает регулирование расхода подаваемой в насос воды и положения заслонки
с использованием ПИ-законов регулирования. При этом заданное значение расхода и
положения заслонки корректируется в зависимости от текущего значения
достигнутой величины вакуума. Коррекция уставок регуляторам расхода и положения
заслонки осуществляется по заданными функциональным зависимостям 
и 
.
ВЫВОДЫ
И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Экспериментально установлено влияние размеров нагнетательного
окна и количество дополнительно подаваемой рабочей жидкости на эффективность
работы ЖВН и сделаны выводы о необходимости регулировки сечения нагнетательного
окна и регламентации дополнительной рабочей жидкости в зависимости от режима
вакуумирования.
2. Получена
зависимость изменения площади нагнетательного окна и количества дополнительной
рабочей жидкости от давления всасывания для ВВН 030 и разработана конструкции
ЖВН с автоматическим регулированием проходного сечения нагнетательного окна и
регламентированной подачи дополнительной рабочей жидкости ВВН 030Р.
3.
Разработанный
экспериментальный ЖВН позволяет снизить
удельные энергозатраты в среднем на 15% на каждом режиме вакуумирования.
Список используемых
источников:
1. Родионов Ю.В., Никитин Д.В. К вопросу о размерах нагнетательного окна жидкостнокольцевого
вакуум-насоса // Составляющие научно-технического прогресса: Международная
научно-практическая конференция. – Тамбов: ТГТУ, 2005. – С. 181-183.
2.
Денисова И.А., Никитин Д.В., Родионов Ю.В.. Свиридов М.М. Теоретические
предпосылки необходимости регулирования размеров проходного сечения
нагнетательного окна. // Глобальный научный
потенциал: Сборник научных трудов 2-й международной научно-практической
конференции. – Тамбов: ТГТУ, 2006. – С. 101-103.
3. Патент Россия
№2303166 МПК F04C 15/00 Жидкостно-кольцевая машина с автоматическим регулированием
проходного сечения нагнетательного окна / Волоков А.В., Воробьев Ю.В., Никитин
Д.В., Попов В.В., Родионов Ю.В., Свиридов М.М.; Опубл. 20.07.2007. Бюл. №20