СУТНІСТЬ ПРОБЛЕМИ ПІДВИЩЕННЯ ШВИДКОСТІ ОБЕРТАННЯ РОТОРА ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСУ ТА ЇЇ ВПЛИВ НА РОБОЧИЙ ПРОЦЕС

Abstract

У статті розглянуто принцип роботи відцентрового насоса та наведено перелік необхідних фітингів для його ефективної експлуатації. Для опису функціонування відцентрового насоса запропоновано математичне рівняння, яке дозволяє визначити теоретичний напір насоса залежно від кінематичних параметрів руху рідини через робоче колесо. Найбільш поширеними двигунами, що використовуються для приводу відцентрових насосів, є асинхронні електродвигуни.Зазначено, що ключовою особливістю відцентрового насоса є наявність ротора — обертового валу з закріпленими на ньому різноманітними деталями. Під час роботи на ротор діють гармонічні збудження у вигляді сил і моментів інерції неврівноважених мас, які спричиняють його вимушені коливання. Загальна математична модель для підвищення швидкості обертання ротора відцентрового насоса описує рух суцільної в'язкої рідини за допомогою рівняння Нав'є-Стокса. Наведено вирази, які враховують місцеві втрати на вході та виході ущільнень для збільшення швидкості обертання ротора.Для підвищення швидкості обертання ротора відцентрового насоса використовувалися двовимірні балкові елементи типу BEAM 188, а для моделювання ущільнень-опор використовувався комбінований елемент типу COMBI 214. У випадку спрощеного розрахунку швидкості обертання ротора пряма жорсткість ущільнення-опори визначалася з залежності для короткого шпаринного ущільнення. Аналіз амплітудно-частотних характеристик показує, що перехресні жорсткості та прямі і перехресні демпфірування суттєво впливають на збільшення швидкості обертання ротора.Встановлено, що гідродинамічні моменти стають важливим фактором, який впливає на динамічні властивості ротора відцентрового насоса у випадку його сумісних радіально-кутових коливань в шпаринних ущільненнях проточної частини ротора. The article examines the operating principle of a centrifugal pump and provides a list of necessary fittings for its effective operation. A mathematical equation is proposed to describe operationof the centrifugal pump that allows to determinate the pump's theoretical head based on the kinematic parameters of the fluid flow through the pump's impeller. The most common motors used to drive centrifugal pumps are asynchronous electric motors. It is noted that a key feature of the centrifugal pump is the presence of a rotor - a rotating shaft with various attached components. During operation, the rotor is subjected to harmonic excitations in the form of forces and moments of inertia from unbalanced masses, which cause its forced vibrations. The general mathematical model for increasing he rotational speed of the centrifugal pump rotor describes the motion of a continuous viscous fluid using the Navier-Stokes equation. Expressions are provided that take into account local losses at the inlet and outlet of the seals to increase the rotor's rotational speed. To enhance the rotational speed of the centrifugal pump rotor, two-dimensional beam elements of type BEAM 188 were used. For modeling the seal-supports, a combined element of type COMBI 214 was utilized. In the case of a simplified calculation of the rotor's rotational speed, the direct stiffness of the seal-support was determined based on the dependence for a short clearance seal. The analysis of amplitude-frequency characteristics shows that cross stiffnesses as well as both direct and cross damping significantly affect the increase in the rotor's rotational speed. It has been established that hydrodynamic moments become a significant factor influencing the dynamic properties of the centrifugal pump rotor when it undergoes combined radial-angular oscillations in the clearance seals of the rotor's flow path.