Metoda projektowania pomp o specjalnych wymaganiach eksploatacyjno-ruchowych z wykorzystaniem numerycznej analizy przepływów trójwymiarowych

Błaszczyk, A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Metoda projektowania pomp o specjalnych wymaganiach eksploatacyjno-ruchowych z wykorzystaniem numerycznej analizy przepływów trójwymiarowych

Autorzy

Błaszczyk A.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy przedstawiono nową metodę projektowania pomp odśrodkowych. Proponowana metoda umożliwia wyznaczanie parametrów hydraulicznych i geometrycznych pomp, od których wymaga się jednoczesnej realizacji żądanego kształtu charakterystyki przepływu i poboru mocy. W metodzie tej proces projektowania i optymalizacji realizowany jest według następujących etapów: -wyznaczenie głównych wymiarów kanałów hydraulicznych metodą opartą na jednowymiarowym modelu przepływu zawierającą nowe i udoskonalone związki empiryczne wiążące parametry konstrukcyjne z kształtem charakterystyki przepływu i poboru mocy, -analiza struktury przepływu czynnika przez elementy układu hydraulicznego pompy numerycznymi metodami obliczania przepływów trójwymiarowych, -określenie charakterystyk przepływowo-energetycznych pomp i ich elementów hydraulicznych. W celu opracowania związków i zależności empirycznych wykorzystano wyniki badań czterech pomp (w pracy przedstawiono jedynie wybrane rezultaty obliczeń). Do oceny jakościowej projektowanych wariantów geometrii układów hydraulicznych zaproponowano wykorzystywanie wyników obliczeń parametrów lokalnych (ciśnień i prędkości) przepływającego czynnika. W pracy do tego celu zastosowano numeryczną metodę obliczania przepływów trójwymiarowych wykorzystującą model turbulencji Baldwina-Lomaxa. Wyniki rozprawy pozwalają stwierdzić, że opracowana metoda może być z powodzeniem stosowana w praktyce projektowej.

A new method for designing centrifugal pumps is described. The method allows for determination of hydraulic and geometrical parameters of pumps that are to satisfy both the requirements concerning the flow characteristics and the power consumption characteristics. In the described method, design and optimization procedures comprise the followinig stages: -determination of main dimensions of hydraulic passages with a method based on the one-dimensional flow model but including new and improved empirical relationships relating design parameters to the shape of the flow characteristics and the power consumption characteristics, -analysis of the fluid flow structure through elements of the pump flow system with numerical computational methods for three-dimensional flows, -determination of the flow and performance characteristics of pumps and their hydraulic elements. To generate the empirical relationships, the results of investigations carried out on four pumps have been employed (this dissertation includes only some selected computational results). To evaluate qualitatively the geometry variants of the pump hydraulic systems being designed, it has been suggested to employ the results of calculations of parameters of local pressures and velocities of the fluid. In this study, a numerical method of three-dimensional flow computations employing the Baldwin-Lomax turbulence model has been used for this purpose. The results presented in this dissertation allow for concluding that the developed method can be applied successfully in designing practice.

Słowa kluczowe

pompa przepływy trójwymiarowe pompy odśrodkowe

pump three-dimensional flows centrifugal pumps

Wydawca

Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

Rocznik

2003

Tom

Z. 321

Strony

6--148

Opis fizyczny

Bibliogr. 63 poz.

Twórcy

autor

Błaszczyk A.

Instytut Maszyn Przepływowych, Wydział Mechaniczny Politechnika Łódzka

Bibliografia

1. Ajzenštejn M.D.: Centrobieżnyje nasosy dlja neftanoj promyszlennosti. Gostoptie-chizdat, Moskva 1957.
2. Anderson H.H.: Centrifugal Pumps. 3-nd Ed, 1993, Elsevier Sc. Publ.
3. ANSI HI 1.1-1.5.1994 - American National Standard for Centrifugal Pumps For Nomenclature, Definitions, Application and Operation 1.3.3.3 Efficiency Prediction Method for Centrifugal Pumps. Hydraulic Institute, N. York 1994.
4. Attainable Efficiencies of Volute Casing Pumps: a Reference Quide. European Association of Pump Manufacturers. Elsevier, 1999.
5. Arndt A., Acosta A.J. Brenner C.E., Caughey T.K.: Experimental Investigation of Rotor-Stator Interaction in a Centrifugal Pump with Several Vaned Diffusers. T. ASME, Vol.12.
6. Ayder E. and Vanden Braembussche R.: Numerical Analysis of the Three- Dimensional Swirling Flow in Centrifugal Compressor Volutes. Trans, of the ASME, J. of Turbomachinery. July 1994, Vol.116.
7. Baghdadi S. and McDonald A.T.: Performance of Three Vaned Radial Diffusers with Swirling Transsonic Flow. ASME J. of Fluids Engineering, Vol.97, No 2, 1975, pp. 155-170.
8. Bajbakow O.W., Matwejew J.W.: Prognozirowanije charakteristik centrobieżnych nasosow. Westnik Maszinostrojenija, Nr 10/1973.
9. Baldwin B.S., Lomax H.: Thin Layer Approximation and Algebraic Model for Separated Turbulent Flow AIARA 16 TH. Aerospace Sciences Meeting Huntsville. Alabama/January 16-18.1978. Paper 78-257, 9 p. 13 refs.
10. Berowski T.: Metoda obliczania charakterystyki mocy jednostopniowej pompy promieniowej o niskim wyróżniku szybkobieżności. Prace ITC. Z. 51. Łódź, 1972.
11. Błaszczyk A.: Metoda projektowania pomp promieniowych o nieprzeciążalnych charakterystykach poboru mocy. Rozprawa doktorska, Łódź 1976.
12. Blaszczyk A.: Sposób wyznaczania parametrów na wlocie do wieńca łopatkowego promieniowego koła wirnikowego. HYDROFORUM’85, konferencja naukowo- techniczna, Gdańsk, wrzesień 1985.
13. Błaszczyk A.: Optymalizacja metody projektowania pomp promieniowych o nie- przeciążalnej charakterystyce poboru mocy (NCPM). HYDROFORUM’85, konferencja naukowo-techniczna, Gdańsk, wrzesień 1985.
14. Błaszczyk A. i inni: Badanie przepływu w wielostopniowych pompach odśrodkowych. Sprawozdanie z projektu badawczego Nr 903 6191 01, Łódź 1994.
15. Błaszczyk A.: Fluid Flow in the Vaned Diffuser of Multistage Pump. Institute of Turbomachinery, Technical University of Łódź, 1995.
16. Błaszczyk A.: Teoretyczne i doświadczalne badanie struktury przepływu w elementach układów przepływowych pomp przeznaczonych do pracy w różnych warunkach zainstalowania. Sprawozdanie z projektu badawczego Nr PB7TO7B04812, Łódź 2000.
17. Błaszczyk A., Papierski A., Rabiega M., Staniszewski J.: Metoda wyznaczania parametrów pomp za pomocą numerycznej analizy przepływów trójwymiarowych. ZN PŁ Cieplne Maszyny Przepływowe, Z. 119, 2001.
18. Błaszczyk A.: Method for Designing Pumps Characterised by Special Performance Requirements. ZN PŁ. Cieplne Maszyny Przepływowe, Z. 122, 2002.
19. Bobrowskij B.J.: Analiticzeskij metod rozczeta energeticzeskich charakteristik centrobieznych nasosow so spiralnym otwodom. Energomaszinostrojenie, №2/1970.
20. Bobrowskij B.J., Owsiannikow B.W.: Parametry drobszczenija napora i k.p.d. centrobieznych nasosow. Westnik Maszinostrojenija, Nr 4/1974.
21. Carlson and Sagi C.J.: Effects of Wall Shape on Flow Regimes and Performance in Straight, Two-Dimensional Diffusers. ASME Paper No 66-FE-13, presented at the ASME-EIC Fluids Engineering Conference, April 25-27, 1966, Denver, Colo.
22. Czibere T.: Erfahrungen über die Anwendung Zweidimensionaler Berechnungsmethoden bei der Auslegung von Radial- und Halbaxialgittern im Pumpenbau. 1967.
23. Denton J.D.: The Calculation of Three-Dimensional Viscous Flow Through Multistage of Turbomachines. J. of Turbomachinery, January 1992, Vol.l 14.
24. Esch B.P.M.: Simulation of Three-Dimensional Unsteady Flow in Hydraulic Pumps. Thesis University of Twente, Enschede - With summary in Dutch ISBN 90-366-10171.
25. Fujie K: Three-Dimensional Investigation of Flow in Centrifugal Impeller with Straight-Radial Blades. Bulletin of ISME, Vol. 1, No 1, 1958.
26. Gusiew W.W.: К razczetu energeticzeskich charakterystik cenrobieżnowo nososa. WUZ Gornyj Zurnal, Nr 1/1973.
27. Hah C.: A. Navier-Stokes Analysis of Three-Dimensional Turbulent Flow Inside Turbine Blade Rows at design and Off-Design Conditions. J. of Engineering for Gas Turbines and Power, April 1984, Vol.106.
28. Hofmeister M.: Entwicklung von radialen Schaufeln unter Benufzung des Singularitätenverfahrens 1959. Mitteilung aus dem Institut für Angewandte Strömungslehre der T.H. Dresden.
29. „Handbuch das Energiemaschinenbaudes”. Rozdział 7 (L. Walter) Pumpen im Kraftwerksbetrieb Leipzig 1965, VEB Fachbuchverlag.
30. Hofmeister M.: Ein Beitrag zur Berechnung der Inkompressiblen Reibungsfreien Strömung durch unendlich dünnes Schaufelgitter in einen Ratations Raum 1961. Mitteilung aus dem Institut für angewandte Strömunglehre der T.H. Dresden.
31. Inoue M. and Cumpsty N.A.: Experimental Study of Centrifugal Impeller Discharge Flow in Vaneless and Vaned Diffusers. ASME J. of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 106, 1984, p. 455.
32. Jędral W.: Pompy wirowe odśrodkowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1996.
33. Johnson J.P. and Dean R.C.: Losses in Vaneless Diffusers Centrifugal Compressors and Pumps. ASME J. of Engineering for Power, Vol. 82, 1966, pp. 49-60.
34. Jóźwiak P.: Przepływ trójwymiarowy w kierownicy promieniowej pompy wielostopniowej. Praca Dyplomowa, 1996.
35. Karassik I.: Centrifugal Pump Clinic Part 110. World Pumps. July 1985, s. 192-194.
36. Kazimierski Z.: Numeryczne wyznaczanie przepływów turbulentnych. Ossolineum, Wrocław 1992.
37. Korczak A., Rokita J.: Pompy i układy pompowe - obliczenia i projektowanie. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.
38. Kuczewski S.: Przybliżona metoda obliczania wirników pomp promieniowych. Prace ITC Z. 16, Łódź 1962.
39. Kuczewski St.: Metoda obliczania kąta wypływu. Prace ITC, Z. 15, IX Warszawa 1961.
40. Łazarkiewicz S., Troskolański A.T.: Nowoczesne kierunki w rozwoju pomp wirowych. Warszawa, WMT 1966.
41. Najdecki S., Błaszczyk A., Papierski A., Staniszewski J.: Badania struktury przepływu w kierownicach odśrodkowych i dośrodkowych promieniowych pomp wielostopniowych. Sprawozdanie z projektu badawczego Nr 7T07B 04313.
42. Papierski A.: Numeryczne badania struktury przepływu trójwymiarowego w pompach odśrodkowych metodą dekompozycji obszaru. Rozprawa doktorska, Łódź 2002.
43. Papierski A., Rabiega M.: Multiblock Parallel Computation of an Incompressible 3-D Flowing Turbomachines TASK QUARTELY 3 No 1(1999)39-52.
44. Peck J.: Desing of Centrifugal Pumps with Computer Aid. Proc. Inst. Mech. Engineering 1968-69, Vol 183, Pt 1 Mrl7.
45. Pfleiderer C.: Die Kreiselpumpen für Flüssigkeiten und Gase (5 Aufl) Ber- lin-Göttingen-Heidelberg: Springer-Verlag 1961.
46. Pfleiderer C: Die Kreiselpumpen für Flüssigkeiten und Gase. IV Aufl. Ber- lin-Göttingen-Heidelberg. Springer 1955.
47. Plutecki J.A.: Analiza możliwości przewidywania charakterystyk pomp odśrodkowych na podstawie materiału badawczo-doświadczalnego branży. Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej, Raport Nr 294, Wrocław 1976.
48. Proskura G.: Gidrodinamika turbomaszin. Moskwa: Izgat Maszgiz 1954.
49. Prosnak W.: Mechanika płynów. PWN, Warszawa 1970.
50. Rabiega M., Kazimierski Z.: 3D Gas Flow Trough Rotating Channels - an Elliptic Approach. ZNPŁ - CMP, 109 Łódź.
51. Rohatyński R.: Ogólna procedura projektowania i analizy elementów przepływowych pomp wirowych. Prace Naukowe IKiEM Politechniki Wrocławskiej Nr 34, Seria: Konferencje 5. Wrocław 1977.
52. Rydlewicz J.: Wpływ nachylenia łopatek i zbieżności tarcz na wartość energii przekazanej w sprężającym wieńcu promieniowym. Biuletyn CMP Nr 51-52/1964.
53. Rydlewicz J.: Porównanie wyników badań kół wirnikowych dmuchaw promieniowych z wynikami obliczeń metodą S. Kuczewskiego. Arch. P.N. Kat. CMP Nr 62.6-413.
54. Sagi C.J. and Johnson J.P.: The Design and Performance of Two-Dimensional, Curved Diffusers. Part I-Exposition of Method. J. of Basic Engineering, Dec 1967/715.
55. Staniszewski J.: Metoda projektowania pomp promieniowych o żądanym kształcie charakterystyki przepływowej. Rozprawa doktorska, Łódź 1982.
56. Stein W, Rautenberg M.: Analysis of Measurements in Vaned Diffusers of Centrifugal Compressors. J. of Turbomachinery 1988, Vol. 110.
57. Stenning A.H., Schachenmann A.A.: Oscillatory Flow Phenomena in Diffusers at Low Reynolds Numbers. J. of Fluids Engineering, 1973.
58. Stepanoff A.J.: Centrifugal and Axial Flow Pumps (2-nd ed) New York: J. Wiley and Sons Inc. 1957.
59. Synge J.L., Schild A. Rachunek tensorowy. PWN, Warszawa 1964.
60. Wajda A.: Przegląd metod przewidywania charakterystyk energetycznych i kawita- cyjnych pomp odśrodkowych. Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej. Raport Nr 167, Wrocław 1974.
61. Wajda A.: Metoda obliczeniowa wyznaczania charakterystyki przepływu pompy wirowej odśrodkowej jednostopniowej. Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej. Komunikat 181, Wrocław 1976.
62. Walczak J., Cichoń L.: Analiza rozkładu prędkości w promieniowym dyfuzorze równoległo-tarczowym. Instytut Techniki Cieplnej, Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, No 17, 1978.
63. Zieliński A.: Przykład wykorzystania metody HPO do projektowania wirników pomp odśrodkowych. Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej. Komunikat Nr 58, Wrocław 1974.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-LOD6-0021-0003