Випробування струменевих насосів, встановлених на лінії рециркуляції циркуляційних осьових насосів Новочеркаської ГРЕС

Испытания струйных насосов на циркуляционной насосной станции (рис. 1) Новочеркасской ГРЭС, установленных на входе осевого насоса (рис. 2) проводились с целью повышения высоты всасывания циркуляционных насосов.

Первоначально по первому опыту для установки принято конически сходящееся сопло с углом конусности 8^о и длиной цилиндрической части на выходе 15 мм (рис. 3). Диаметр сопла 120 мм принят по таблице 1 для максимальной подачи в линии рециркуляции 576 м³/ч (0,16 м³/с), при этом на основании ранее приведённых расчётов определялись секундная кинетическая энергия рециркуляционного потока 14 735 кг м²/с² и основного потока 32 294 кг м²/с² для расхода 14 000 м³/ч, при этом расчётная удельная кинетическая энергия составила 0,59 м.

Таблица 1 — Диаметр сопла в зависимости от расхода в рециркуляционном потоке при максимальном напоре перед соплом 12 м (V_о=14,57 м/с).

циркуляционный водовод насос Место установки сопла определено для условий полного смешивания двух потоков (см. рис. 2), основного и вводимого по линии рециркуляции. На основании литературных источников [1], данное расстояние должно соответствовать не менее пяти диаметрам сопла. Схема размещения места врезки приборов контроля давления показана на рисунке 4.

Результаты испытаний по первому опыту приведены в таблице 2, которые показали практическое отсутствие влияния линии рециркуляции на изменение энергии в районе входа потока на лопатки рабочего колеса.

Рисунок 1 — Схема циркуляционных водоводов береговой насосной станции: 1 — рабочее колесо насоса; 2 — трубопровод; 3 — сбросные каналы; 4 — конденсатор турбины; 5 — манометр

Рисунок 2 — Схема расположения сопла в проемной камере насоса ОПВ-110 по первому опыту: 1 — трубопровод линии рециркуляции 426 мм; 2 — сопло 200 мм; 3 — рабочее колесо насоса; 4 — напорный трубопровод наоса

Таблица 2 — Результаты испытаний струйного насоса с коническим соплом по первому опыту.

Объясняется данный факт следующим:

1. Колебания давления на всасывании, измеренные дифференциальным манометром как при закрытой (-60 +30 мм), так и при открытой линии рециркуляции (-200 20 мм), не позволяют определить расчётную величину изменения давления.

Рисунок 3 — Конически сходящееся сопло для расхода 576 м3/ч при напоре 12 м и скорости выхода потока 14,57 м/с.

• 2. Сопло линии рециркуляции установлено таким образом, что возможно вводимый рециркуляционный поток увеличил потери энергии на смешивание двух потоков из-за установленных в приёмной камере по центру потока рассекателей.
• 3. Расчётный расход линии рециркуляции (576 м³/ч) и, соответственно, диаметр сопла 120 мм, явно не достаточны для осуществления ощутимого изменения давления на всасывающей линии насоса.

На основании вышеизложенного был проведён второй опыт с другим расчётным диаметром сопла и местом установки. Схема установки сопла показана на рисунке 5. Принятый диаметр сопла 200 мм. Расчёт проводился по ранее описанной методике, сравнением кинетической энергии сопла с кинетической энергией основного потока. Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3 при диаметре сопла 200 мм расчётный расход на рециркуляцию в сопле составил 1623 м³/ч (0,45 м³/с). Удельная кинетическая энергия при этом равна 1,5 м против 0,62 м без линии рециркуляции, т. е. расчётное приращение, без учёта потерь на смешивание должно составить 0,88 м.

Анализ таблицы 2 показывает, что при работе с закрытой рециркуляцией величина подпора во всасывающей камере насоса составила 80−120 мм, при работе с включенной рециркуляцией подпор увеличился на 80−100 мм при уменьшенном расходе воды 1200 м³/ч против расчётного 1620 м³/ч.

Данное расхождение расчётных и фактических параметров может быть объяснено ошибочным определением расстояния от обреза сопла до начала обтекателя рабочего колеса, увеличением потерь энергии на смешение потоков.

Кроме того центральный подвод потока, установленный во втором опыте, не может оказывать существенное влияние на величину подпора, так как увеличение расчётного расстояния до начала обтекателя противоречит рекомендациям по расчётам эжекционных устройств [2], а уменьшение данного расстояния увеличивает потери энергии на столкновение потока с обтекателем.

В связи с вышеизложенным, для исправления всех вышеперечисленных недостатков был согласован третий опыт, для которого разработан кольцевой 2-х поверхностный подвод потока а.с. 1 620 693 [3], исключающий все вышеперечисленные недостатки.

Рисунок 4 — Схема расположения места врезки приборов контроля давления на береговой насосной станции № 1.

Рисунок 5 — Схема установки сопла по второму опыту: 1 — трубопровод линии рециркуляции 426 мм; 2 — сопло 200 мм; 3 — линия рабочего колеса; 4 — входящий конфузор насоса; 5 — выправной аппарат насоса; 6 — ось рабочего колеса

Таблица 3 — Результаты испытаний струйного насоса с коническим соплом по второму опыту.

Таблица 4 — Результаты испытаний струйного насоса с коническим соплом по третьему опыту.

Схема сопла струйного насоса с основными размерами показана на рисунке 6. Смешение потоков проводилось по нормам смешения для эжекционных устройств, из-за кольцевого подвода рабочего и подсасываемого потоков. Расчёт проводился как по сопоставлению кинетических энергий основного и рециркуляционного потоков, так и по рекомендациям для расчёта эжекционных устройств [4].

Размеры кольцевого сопла показаны на рисунке 6, а места установки на рисунке 7.

Рисунок 6 — Схема сопла кольцевого двухповерхностного струйного насоса по а.с. № 1 620 693.

Испытания показали (таблица 4) практическое совпадение расчётных и фактических значений величины подпора на оси рабочего колеса. Величина подпора, при подаче насоса 15 000 м³/ч, разнице отметок горизонта воды в канале и оси колеса 4 м, составила 520 мм.

С целью определения величины сопротивления линии рециркуляции с эжекционным насадком ЦЭН-4Б, был проведен сравнительный замер величины подпора на всасе перед параллельно работающими насосами ЦЭН-4Б и ЦЭН-1А при уровне воды в подводящем канале относительно оси насоса (3,72 м от оси рабочего колеса) с использованием вновь смонтированных импульсных линий на двух агрегатах ЦЭН-1А и ЦЭН-4Б.

Результаты выполненных замеров сведены в таблицы 5, 6.

Таблица 5 — Результаты выполненных замеров.

Таблица 6 — Результаты выполненных замеров.

Выполненные замеры показали:

• — величина подпора ЦЭН-1А имеет стабильный характер с колебаниями 515 мм, с плавным перемещением в пределах зафиксированного максимального диапазона его изменения и отчетливо фиксируемым средним рабочим значением;
• — величина подпора ЦЭН-4Б, имеет также стабильный характер, что указывает на практическое отсутствие влияния линии рециркуляции и сопла струйного насоса на работу агрегата ЦЭН-4Б.
• — включение рециркуляции ЦЭН-4Б позволяет поднять давление на входе потока в насос, несколько стабилизировать и уменьшить диапазон его изменения;
• — сопоставление величин подпора двух насосных агрегатов показало, что гидравлическое сопротивление схемы рециркуляции ЦЭН-4Б практически отсутствует;
• — включение рециркуляции позволяет увеличить давление на входе в насос порядка 500−520 мм.

Рисунок 7 — Размеры и место установки кольцевого двухповерхностного струйного насоса: 1 — рабочее колесо насоса; 2 — кольцевой двухповерхностный струйный насос; 3 — трубопровод линии рециркуляции 426 мм; 4 — опора

Выводы

• 1. Для увеличения кавитационного запаса циркуляционных осевых насосов рекомендуется установка кольцевых двухповерхностных струйных насосов с кольцевым подводом рабочего потока на обтекатель рабочего колеса.
• 2. Расход рециркуляционного потока необходимо определить как из условия сопоставления кинетических энергий, так и методами расчёта эжекционных устройств.

Список литература

• 1. Фридман Б. Э. Гидроэлеваторы. — М.: Машгиз, 1965. C. 16−17
• 2. Каменев П. Н. Гидроэлеваторы и другие струйные аппараты. М.: Машстройиздат, 1950. С. 113
• 3. А.с. 1 620 693 СССР.1991. МКИ F 04 5/10 Струйный насос.
• 4. Ржаницын Н. А. Водоструйные насосы. М.: Редакция энергетической литературы, 1938. С. 97