10776

10776

بررسي تجربي و عددي اثرتغييرات هندسه پره بر عملكرد پمپ سانتريفيوژ روغن

دكتري

مكانيك - تبديل انرژي

شهريورماه 1391

شهريورماه 1391

پروفسور محمد حسن شجاعي فرد

يكي از كاربردهاي مهم پمپ هاي گريز از مركز ، انتقال سيالاتي با لزجت زياد نسبت به آب در خطوط انتقال صنايع نفت و پتروشيمي مي¬باشد. به علت لزجت زياد اين سيالات اتلافات هيدروليكي در داخل پمپ افزايش مي¬يابد. افزايش اتلافات منجر به كاهش بازده، كاهش هد و افزايش توان مصرفي پمپ خواهد شد. لذا مي¬توان با اصلاح هندسه چرخ متحرك پمپ گريز از مركز، به عنوان جزء اصلي آن، اين اتلافات را به حداقل رساند و در مصرف انرژي صرفه¬جويي نمود. با توجه به مطالعات صورت گرفته از جمله پارامترهاي موثر بر عملكرد پمپ گريز از مركز هنگام انتقال سيالاتي با لزجت زياد مانند روغن¬هاي صنعتي، زاويه خروجي پره و پهناي پاساژ پره مي باشد. لذا در اين پژوهش به كمك تست تجربي، مدلسازي عددي و روش هاي تحليلي، تغييرات هندسه چرخ متحرك بر عملكرد يك پمپ گريز از مركز مورد بررسي قرار گرفته است. در اين تحقيق، پس از سنجش لزجت روغن مورد آزمايش وتجهيز دستگاه اندازه گيري، پمپ مدل KWP K-Bloc65-200 با زاويه خروجي پره و پهناي پاساژ خروجي b=17mm براي دو سيال آب و روغن مورد آزمايش و بررسي قرار¬گرفته، و دياگرام هاي عملكردي شامل هد، توان مصرفي و بازده برحسب دبي پمپ رسم شده است. سپس، جريان سه بعدي در پمپ گريز از مركز همراه با حلزوني با شرايط كاركرد واقعي به صورت عددي در نرم افزار ANSYS-CFX شبيه سازي شده است. براي گسسته سازي معادلات حاكم بر جريان از روش حجم محدود استفاده شده است. مدل توربولانسي مورد استفاده k-w SST ميباشد. اين شبيه سازي در حالت دائمي با استفاده از تكنيك مرجع چندگانه كه چرخ متحرك در مرجع دوراني و حلزوني در مرجع ساكن قرار دارد، تحليل شده است. مقايسه نتايج عددي حاصله با نتايج تجربي نشان دهنده تطابق قابل قبول نتايج عددي مي¬باشد. در مرحله شبيه سازي عددي، حل براي شش هندسه متفاوت شامل حالات تركيبي سه زاويه خروجي پره و دو پهناي پاساژ چرخ متحركh=17 , 21mm براي سيال روغن انجام شده است. نتايج حاصل نشان داده است كه با تغيير هندسه اصلي پمپ به و h=21mm هد پمپ افزايش پيدا مي¬كند كه دليل آن كاهش اتلافات ناشي از تشكيل گردابه در پاساژ و خروجي چرخ متحرك و همچنين كاهش اتلافات هيدروليكي مي باشد. جهت تاييد نتايج نهايي حاصل از شبيه سازي عددي و بررسي چرخ بهينه، چرخ اصلاح شده نهايي ساخته شده و تست تجربي روي آنها صورت گرفته است. مقايسه نتايج نشان مي¬دهدكه بهترين عملكرد پمپ هنگام انتقال روغن با لزجت 43CSt، با تغيير هندسه اصلي چرخ متحرك پمپ به مشخصات هندسي مذكور رخ ميدهد. در قدمي ديگر، دو روش تحليلي جهت بررسي نتايج حاصله ارائه شده است. در روش اول با استفاده از روابط توربوماشين ها به محاسبه مثلث هاي سرعت و اتلافات هيدروليكي پمپ با چرخ هاي مختلف پرداخته شده است. نتايج اين روش نشان مي دهد كه اتلافات هيدروليكي پمپ با چرخي با زاويه¬ي خروجي پره 30 درجه و پهناي پاساژ 21 ميليمتر كمتر از ساير چرخ ها هنگام پمپاژ روغن خواهد بود.در روش تحليلي دوم، با استفاده از روشي مبتني بر تحليل اتلافات و استفاده از برخي نتايج تجربي حاصل از تست پمپ با آب، هد توليد شده، بازده، توان مصرفي بر حسب دبي حجمي عبوري توسط پمپ گريز از مركز هنگام به كارگيري روغن¬هايي با لزجت¬ سينماتيكي مختلف محاسبه شده است. همچنين هندسه ها¬ي مختلف چرخ مورد ارزيابي قرار گرفته كه طي آن تاثير افزايش زاويه¬ي خروجي پره، افزايش پهناي پاساژ خروجي و افزايش همزمان اين دو پارامتر هندسي بررسي شده است. نتايج حاصله در اين روش با نتايج حاصل از تست تجربي مقايسه گرديده و تطابق پاسخ ها بيانگر صحت روش تحليلي به كارگرفته شده مي¬باشد. در انتها منحني¬هاي عملكردي براي چرخ¬هاي مختلف هنگام پمپاژ روغن هايي با لزجت¬هاي مختلف ترسيم شده است. ازجمله نتايج و محصولات اين تحقيق مي¬توان به موارد زير اشاره نمود: - تحليل و بررسي تاثير لزجت سيال بر عملكرد پمپ گريز از مركز - تحليل و بررسي تاثيرات همزمان پارامترهاي زاويه خروجي و پهناي پاساژ چرخ متحرك بر عملكرد پمپ گريز از مركز - ساخت و تجهيز دستگاه اندازه گيري تست عملكرد پمپ گريز از مركز آب و روغن - ارائه حل عددي سه بعدي جريان در هندسه كامل پمپ گريز از مركز در شرايط كاركرد واقعي - تدوين يك روش تحليلي نوين بر مبناي آناليز اتلافات جهت مطالعه تاثيرات هندسه و لزجت بر عملكرد انواع پمپ گريز از مركز - پيش بيني و تحليل پرش هيدروليكي براي هندسه هاي مختلف پمپ هنگام پمپاژ سيالات مختلف - جابجايي نقطه بهترين نقطه بازده عملكرد پمپ به به نقطه اي با دبي حجمي و بازده بالاتر - بهبود عملكرد پمپ با كاهش مقاومت هيدروليكي به وسيله افزايش پهناي پاساژ و كاهش اثرات جت - دنباله با تغيير زاويه خروجي پره به خصوص در ناحيه هاي بهترين نقطه بازده و بار زياد: • كاهش توان مصرفي پمپ به ميزان 8.6% • افزايش بازده پمپ به ميزان 8.1% • افزايش هد توليدي به ميزان 12.7% واژه‌هاي كليدي: پمپ گريز از مركز، زاويه خروجي پره، پهناي پاساژ چرخ متحرك ، اثر لزجت سيال، بررسي تجربي، عددي و تحليلي، افزايش بازده، آناليز اتلافات.