Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 2005

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: balance disc

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Badania eksploatacyjne górniczych pomp odwadniających

Korczak A., Mikuła S.

Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska

2005

z. 269

465-474

W artykule przedstawione zastały wyniki eksploatacyjnych badań górniczych pomp odwadniających o nowych rozwiązaniach konstrukcyjnych. Badania wykonano w fabrycznej stacji prób oraz w podziemiach kopalń węgla. Wykazano korzystne cechy użytkowe nowego rozwiązania, uzyskując zmniejszenie strat energii i zmniejszenie zużycia erozyjnego elementów pompy. Zaproponowano zmodernizowane rozwiązanie do pomp przeznaczonych dla głównego odwadniania kopalń.

The paper presents investigation results of functional properties of the mine drainage pumps with new constructional solutions. Investigations were made at test stand in mining equipment factory as well as in conditions of usual work at coal mine. The improvement of investigated properties was found. The decreasing of energy consumption as well as erosion tool-wear were achieved. Project of the modernization of essential elements of mine drainage pumps was introduced.

Badania układów równoważących napór osiowy w wielostopniowych pompach odśrodkowych

Korczak A.

Zeszyty Naukowe. Energetyka / Politechnika Śląska

2005

z. 141

3--160

Tarcze odciążające równoważąc dowolnie duży napór osiowy w pompach odśrodkowych wielostopniowych oraz redukując ciśnienie przed dławnicą tłoczną są trudnym do zastąpienia węzłem konstrukcyjnym. Z drugiej strony są one najbardziej awaryjnym elementem pomp, więc prace nad ich doskonaleniem są uzasadnione. Obliczenia wykazują że w przepływach przez szczeliny poprzeczne typowych tarcz odciążających liczby Reynoldsa nie przekraczają istotnie wartości dla strefy przejściowej. Przejście w strefę laminarną jest możliwe przez zmniejszenie średnicy tarczy odciążającej, z którym wiąże się zmniejszenie szerokości szczeliny poprzecznej i wzrost ciśnienia przed tarczą kosztem spadku ciśnienia w szczelinie wzdłużnej. Ograniczeniem jest konieczność zachowania odpowiedniej szerokości szczeliny poprzecznej. Badania empiryczne i teoretyczne wykazały, że rozkład ciśnienia w płaskościennej szczelinie poprzecznej o zmiennej szerokości wywołuje moment przeciwdziałający stykaniu ścianek szczeliny. Podatne mocowaniu jednego z pierścieni tworzących szczelinę poprzeczną umożliwia jego odchylanie się i zachowanie tarcia płynnego, mimo iż łączne bicie powierzchni czołowych kilkakrotnie przekracza średnią szerokość szczeliny. Badania nad wdrożeniem takiego efektu zostały omówione w niniejszej monografii. Ponadto zmniejszony kilkakrotnie strumień przepływu przez szczeliny zespołu odciążenia i znaczny wzrost spadku ciśnienia w szczelinie poprzecznej kosztem spadku ciśnienia w szczelinie wzdłużnej powodują, że erozja szczeliny wzdłużnej ma mniejszy wpływ na wzrost strumienia i spadek sprawności pompy. Powyższe tezy były uzasadnieniem opracowania wybranych zagadnień przedstawionych w kolejnych rozdziałach niniejszej monografii. Opisano przepływy laminarne i turbulentne przez płaskościenną szczelinę poprzeczną o zmiennej szerokości między pierścieniem stałym i wirującym. Dla przepływu laminarnego analitycznie i numerycznie rozwiązano uproszczone równania ruchu N-S i równanie ciągłości. Podano zależności pozwalające obliczyć rozkład ciśnienia w szczelinie, prędkość promieniową siłę osiową oraz kierunek i moduł wektora momentu. Dla przepływu turbulentnego przedstawiono rozwiązanie jak dla przepływu samopodobnego oraz z zastosowaniem modelu k-e do równań Reynoldsa. Wyniki obliczeń zilustrowano przykładami liczbowymi. Porównano pola ciśnienia oraz pozostałe wielkości, otrzymane dla różnych modeli obliczeniowych. Przedstawiono geometrię płaskościennej szczeliny poprzecznej o przechylonych ściankach i wyprowadzono warunek bezkontaktowej współpracy pierścienia ślizgowego z oporowym. Przytoczono równania ruchu opisujące drgania kątowe podatnie mocowanego pierścienia oporowego oraz podatnie osadzonego w tarczy pierścienia ślizgowego. Przeprowadzono analizę częstotliwościową tych równań. Dano przykład liczbowy, w którym dla tarczy o przyjętych cechach konstrukcyjnych i parametrach pracy określono charakterystyki amplitudowe i fazowe. Na wybranych konstrukcjach tarczy odciążającej z podatnym pierścieniem ślizgowym potwierdzono efekt działania opisanego teoretycznie pola ciśnienia. Badano przepływy przez szczelinę poprzeczną rejestrując torem pomiarowym: strumień, ciśnienie przed i za szczeliną, szerokość szczeliny, prędkość obrotową siłę osiową, moment obrotowy. W założonym zakresie zmian mierzonych parametrów przepływu laminarnego określono współczynnik oporu tarcia dla założonej wartości współczynnika oporu wlotowego. Potwierdzono, że dla szczeliny o oscylującej ściance można stosować algorytm obliczeń jak dla szczeliny o szerokości średniej. Dla przepływów laminarnego i turbulentnego przedstawiono algorytm obliczeń charakterystyk statycznych układu tarczy odciążającej. Umożliwia on wariantowe ujęcie zależności między kolejno wybranymi wielkościami, charakteryzującymi ten węzeł konstrukcyjny. Pozwala to na wybór cech konstrukcyjnych zapewniających założony strumień i średnią szerokość szczeliny poprzecznej przy założonej sile osiowej. Przedstawiono opis dynamiki zespołu wirującego pompy odśrodkowej wielostopniowej z tarczą odciążającą i podpartym sprężyście dodatkowym łożyskiem osiowym. Założono, że drgania są generowane przez mimośrodowość szczeliny wzdłużnej. Dla przykładu liczbowego przedstawiono analizę amplitudowo-częstotliwościową. Obiekt rozpatrzono jako układ automatycznej regulacji, w którym szerokość szczeliny poprzecznej i strumień są wielkościami regulowanymi, a siła osiowa od ciśnienia działającego na tarczę odciążającą wielkością wejściową. Omówiono nowe konstrukcje tarczy odciążającej lub łożyska wzdłużnego, uwzględniające fenomen przepływu laminarnego przez szczelinę poprzeczną przez zastosowanie podatnego pierścienia ślizgowego lub oporowego. Przedstawione rozwiązania stanowią znamienności cytowanych opisów patentowych. Przedstawiono algorytm obliczeń tarczy z podatnym pierścieniem dla założonego przepływu laminarnego w szczelinie poprzecznej. Przed przystąpieniem do konstruowania zespołu tarczy odciążającej należy dysponować konstrukcją pompy, z której wynikają: średnica wału, linia ugięcia wału, średnica piasty. W przykładzie liczbowym przyjęto pompę poddaną badaniom wdrożeniowym. Przedstawiono: -obliczenia ciśnienia przed tarczą, pozwalające określić jej wymiary dla założonej wartości siły osiowej, -charakterystyki statyczne, pozwalające na określenie przedziału parametrów pracy tarczy dla określonego zakresu wartości siły osiowej, -charakterystyki dynamiczne pierścienia oporowego. Badania wdrożeniowe przeprowadzono na Stacji Prób Fabryki Pomp POWEN. Badano pompę OW-250 z tarczą odciążającą z wulkanizowanym pierścieniem oporowym. Badania wykazały konieczność zastosowania: -wewnętrznego pierścienia, odgradzającego warstwę elastomeru od ciśnienia przed tarczą, -pierścienia ślizgowego z materiału twardego, np. staliwa Sp4, a oporowego z miękkiego, np. brązu BK331, - taką sztywność tarczy, by ugięcie pierścienia ślizgowego oraz oporowego pod wpływem sił od ciśnienia nie powodowało dyfuzorowości szczeliny. Badania eksploatacyjne są prowadzone w układzie głównego odwadniania kopalni KWK Kazimierz Juliusz. Pompa z eksperymentalną tarczą odciążającą jest eksploatowana tak samo jak pozostałe pompy w tej pompowni. Trudne warunki eksploatacji są spowodowane: -krótkimi okresami pracy ustalonej, a więc dużą liczbą rozruchów i zatrzymań pompy, -dużą ilością zanieczyszczeń mechanicznych i chemicznych w pompowanej wodzie. Ponadroczne obserwacje pracy pompy z tarczą odciążającą nowej konstrukcji wykazały jej dobrą odporność na zużycie, przy jednocześnie trwałym zredukowaniu strat objętościowych. Konieczne są podobne badania pomp sześcio-, ośmio- i dziesięcio-stopniowych.

Balance disks counterbalancing an arbitrarily high axial pressure in multi-stage centrifugal pumps and reducing the pressure ahead of the forcing gland are a kinematic pair which is difficult to be replaced. On the other hand, they are the most emergency element of a pump, and therefore investigations aiming at their improvement are actually reasonable. Calculations have revealed that the flow through the face clearances of typical balance disks, the Reynolds numbers do not exceed essentially the values concerning the transient zone. A transition to the laminar zone can be achieved by a reduction of the diameter of the balance disk, accompanied by a reduction of the width of the face clearance and an increase of pressure ahead of the disk at the sacrifice of a pressure drop in the longitudinal clearance. This is restricted by the necessity of maintaining an adequate width of the face clearance. Empirical and theoretical investigations have shown that the distribution of pressure in a flat- walled face clearance with a variable width elicits a moment counteracting the contact of the walls. A flexible fixing of one of the rings constituting the face clearance permits a deflection and the maintenance of fluid friction despite the fact that total hammering of the face surfaces exceeds several times the average width of the clearance. Investigations concerning the implementation of such an effect are the subject matter of the present monograph. Moreover, the flow rate through the clearance of the balance unit, reduced a number of times, and the considerable increase of the pressure drop in the face clearance at the cost of a pressure drop in the longitudinal clearance decrease the effect of the erosion of the longitudinal clearance on the growth of the flow rate through the clearance and a reduction of the efficiency of the pump. These theorems justify the taking up of studies concerning some selected problems, dealt with in the successive chapters of this monograph. The laminar and turbulent flow through a flat-walled face clearance with a varying width between the stable and the rotating ring has been described. Concerning the laminar flow, the equations of motion N-S, as well as the equation of continuity have been solved analytically and numerically. Relations have been quoted which permit to calculate the pressure distribution in the clearance, the radial velocity, the axial force and the direction and module of the moment vector. In the case of a turbulent flow the presented solution concerns a flow with a quadratic dependence of the friction losses as well as the applications of a k-e model in Reynolds equations. The results of these calculations have been illustrated by numerical examples. The pressure fields have been compared with other quantities obtained for various models of calculations. The geometry of a flat-walled face clearance with tilted walls has been presented and the condition of a contactless cooperation of the slip-ring with the thrust ring has been derived. The quoted equations concern angular vibrations of a flexibly fixed thrust ring, flexibly mounted in the disc of the slip-ring. A frequency analysis of these equations has been carried out. The quoted numerical example concerns a disk with assumed structural characteristics and operational parameters, determining its amplitudinal and phase characteristics. On the example of selected constructions of the balance disk with a flexible slip-ring the effect of the operation of the theoretically described pressure field has been confirmed. The flow through the face clearing has been tested, recording the flow rate, the pressure ahead of and behind the clearance, its width, the rotational speed, axial force and torque. In the considered range of changes of the measured parameters of the laminar flow the coefficient of continuous resistance concerning the assumed value of the coefficient of resistance at the input could be determined. It has been proved that in the case of a clearance with an oscillating wall the same algorithm may be applied as for the clearance with an average width. For the laminar and turbulent flow an algorithm has been suggested for calculations of the statical characteristics of the balance disk unit. This allows to formulate the relations between the successively selected quantities, characterizing this structural kinematic pair. In this way such design features can be chosen which warrant that the required flow rate and average width of the clearance are retained at the assumed axial force. A description of the dynamics of the rotating unit of a multistage centrifugal pump with a balance disk and a flexibly supported additional axial bearing has been presented, assuming that the vibrations are generated by the eccentricity of the longitudinal clearance. As a numerical example an amplitudinal frequency analysis has been presented. The whole object is considered as an automatically controlled system, in which the width of the face clearance and the flow rate are controlled quantities, and the axial force caused by the pressure exerted on the balance disk is an input value. New designs of the balance disk have been discussed, taking into account the phenomenon of the laminar flow through the face clearance, due to the application of a flexible slip-ring or thrust ring. The presented solutions characterize the quoted patent specifications. An algorithm of checking the calculations concerning a disk with a flexible ring for the assumed laminar flow in the face clearance has been presented. Previous to constructing the balance disk unit, we must have the design of the pump informing us about the diameter of the shaft, the bending line of the shaft, the diameter of the hub. In the numerical example a pump has been dealt with subjected to implementation tests, comprising calculations of the pressure under the disk permitting the determination of the range of working parameters of the disk for some given range of values of the axial force, as well as the dynamical characteristics of the thrust ring. The implementation tests were carried out at the Test Station of the Pump Factory POWEN. An OW-250 pump with a balance disk provided with a vulcanized thrust ring was tested. These tests displayed the necessity of applying an internal ring, separating the elastomer layer from the pressure ahead of the disk, a slip-ring made of some hard material, e.g. cast steel type Sp4, whereas the thrust ring ought to be made of some soft material, e.g. BK331 bronze. The rigidity of the disk should prevent a bending of the slip-ring and thrust ring due to pressure which might result in a diffusivity of the clearance. Investigations in situ were carried out within the main drainage system of the hard-coal mine Kazimierz Juliusz. A pump with an experimental balance disk was applied similarly as other pumps in this pump station. The existing difficult conditions of exploitation are caused by too short periods of operation, i.e. the frequent starting and arresting of the pump, and by the large amount of mechanical and chemical contaminations in the pumped water. Observations of the operation of a pump with a newly constructed balance disk, lasting for more than a year, have proved its high resistance to wear and a continuous reduction of voluminar losses. Similar investigations on six-, eight-, and ten-stage pumps seem to be expedient.