Russian Federation
Russian Federation
student
Russian Federation
UDK 65 Управление предприятиями. Организация производства, торговли и транспорта
GRNTI 69.33 Техническая эксплуатация флота рыбной промышленности
OKSO 110000 СЕЛЬСКОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
BBK 472 Рыбное хозяйство
The article describes the features of modeling the stages of pumping a waterfish mixture using a water-ring vacuum pump. The dynamics of pressure changes in reservoir during pump operation for different time intervals is considered. Solutions of the corresponding differential equations are obtained using the numerical method. The calculated characteristics of the process of water-fish mixture pumping into the receiving container are presented.
air pumping out, vacuum fish pumping unit, fish damageability
Из всех типов устройств для транспорта рыбы вакуумные рыбонасосные установки обеспечивают наименьшую повреждаемость объектов лова. Поэтому в настоящее время они широко применяются, наряду с центробежными рыбонасосами [1; 2].
Во время разгрузки промысловых судов необходимы вакуумные рыбонасосные установки с высокой производительностью. Согласно представляемым данным о технических характеристиках, производительность установок ООО «АгроБалтПроект» по водорыбной смеси может достигать 300 м3/час (табл. 1), установок Euskan VS – 380 м3/час (табл. 2).
Таблица 1. Технические характеристики вакуумной рыбонасосной установки АВ510R [3]
|
Объем бака, л |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
|
Диаметр входа/выхода, мм |
150 (200) |
200 (250) |
250 |
300 |
|
Производительность, м3/час (рыба+вода) |
75 |
110 |
175 |
210 |
|
Средний вес рыбы, кг |
до 4 |
до 6 |
6 |
8 |
|
Мощность ВКМ, кВт |
11 |
15 |
22 |
37 |
У всех моделей указана максимальная общая высота подъема – 9 м (в том числе всасывания – до 5 м, нагнетания – до 4 м).
Таблица 2. Технические характеристики вакуумной рыбонасосной установки Euskan VS [4]
|
Объем бака, л |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
3000 |
4500 |
|
Диаметр входа/выхода, мм |
200 |
250 |
250 |
300 |
300 |
350 |
|
Производительность, м3/час |
60 |
95 |
160 |
180 |
260 |
380 |
|
Модель ВКМ Samson |
KE225 |
KL350 |
KS510 |
KS625 |
KS910 |
KM2200 |
|
Мощность ВКМ, кВт |
11 |
15 |
22 |
37 |
55 |
75 |
У всех моделей указана максимальная общая высота подъема – 18 м (в том числе всасывания – до 9 м).
В [5] была предложена математическая модель полного цикла работы вакуумной рыбонасосной установки, включая вторую фазу каждого этапа – движение водорыбной смеси. В данной статье с помощью математической модели [5] выполнен анализ влияния различных факторов на производительность.
Для примера будем использовать в расчетах технические характеристики вакуумной рыбонасосной установки Euskan VS-2000, которая, согласно таблице 1, имеет производительность Q = 180 м3/час, что соответствует 50 дм3/с.
В работе вакуумной рыбонасосной установки применяется циклический принцип, основанный на использовании, с помощью компрессорных машин, поочередно то вакуума, то избыточного давления в рабочей емкости. Из-за такой очередности установка имеет два этапа: всасывание и выброс. На этапе всасывания происходит откачивание воздуха из рабочей емкости 3 с помощью вакуумного насоса, водорыбная смесь поступает в резервуар через входной клапан 6, который расположен в его верхней части. На этапе выброса происходит нагнетание воздуха компрессором в резервуар, водорыбная смесь выбрасывается через клапан 7, расположенный в нижней части резервуара и по нагнетательному трубопроводу 4 подается в приемную емкость 5 (см. рис. 1 [5]).
Рисунок 1. Схема вакуумной рыбонасосной установки: 1 – емкость с водорыбной смесью; 2 – всасывающий трубопровод; 3 – рабочая емкость (резервуар); 4 – нагнетательный трубопровод; 5 – приемная емкость с водоотделителем; 6, 7 – клапаны
Вакуумные рыбонасосные установки разных производителей отличаются конструкцией, количеством рабочих емкостей и их объемом, а также схемой управления этапами. Для определенности здесь будем полагать, что имеется резервуар объемом V0. В системе управления сначала происходит откачка воздуха; по ее окончанию открывается клапан 6, и начинается движение жидкости. Так как воздух постоянно соприкасается с водой, можно считать процесс сжатия изотермическим.
Компания Euskan Fish Systems для работы использует водокольцевые компрессорные машины Samson KS625 [6]. Производительность водокольцевой компрессорной машины (расход откачиваемого и нагнетаемого воздуха в рабочую камеру) G зависимости от абсолютного давления в камере и частоты вращения n. Для аппроксимации указанной зависимости использовался метод [7-9] (рис. 2):
,
, (1)
где индекс 1 относится к работе водокольцевой компрессорной машины в режиме вакуумного насоса, 2 – компрессора.
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 2. Нагрузочные характеристики водокольцевой компрессорной машины Samson KS625: 1 – n=1000 об/мин; 2 – n=1450 об/мин; 3 – n=1750 об/мин). Точки – экспериментальные данные [6], линии – результаты расчета по (9);
a – в режиме вакуумного насоса, b – в режиме компрессора (воздуходувки)
Далее в расчетах полагаем одинаковыми высоту всасывания и высоту нагнетания равными H1=H2=H0, длину всасывающего и нагнетательного трубопровода также равными L1=L2=L; V0=2 м3; θ=0,2; k=0,03; d=0,3 м.
Как было показано в [5], течение жидкости, как во всасывающем рукаве, так и в нагнетательном трубопроводе, является нестационарным процессом, из-за изменения разности давлений. По результатам расчета, представленным на рисунке 3, видно, что при небольшой высоте подъема (H0=1,2 м) мгновенный расход водорыбной смеси может превысить 600 дм3/с. С увеличением высоты подъема он уменьшается, но и при H0=7,5 м все еще достигает 200 дм3/с. Однако производительность вакуумной рыбонасосной установки за цикл значительно ниже.
Рисунок 3. Изменение расхода во всасывающем рукаве при n=1450 об/мин, T11=60 c, L=10м: 1 – H0=1,2 м; 2 – H0=4 м; 3 – H0=6 м; 4 – H0=7,5 м
Производительность вакуумной рыбонасосной установки рассчитывается как частное от деления объема жидкости V1, перекачанной за один цикл, на полное время цикла T:
,
, (2)
где T11 – продолжительность первой фазы первого этапа (откачка воздуха из рабочей камеры), T12 – продолжительность второй фазы первого этапа (закачка водорыбной смеси в рабочую камеру), T21 – продолжительность первой фазы второго этапа (нагнетание воздуха в рабочую камеру), T22 – продолжительность второй фазы второго этапа (вытеснение водорыбной смеси из рабочей камеры).
При заданном объеме рабочей камеры V0, объем жидкости, перекачиваемой за один цикл, определяется давлением в рабочей камере в конце первой фазы первого этапа p0 и высотой всасывания H1. Абсолютное давление в камере p0=8,06 кПа при n=1450 об/мин, T11=60 c. Результаты расчета среднего расхода, представленные в таблице 3, заметно меньше производительности, указанной в техническом паспорте 50 дм3/с.
Таблица 3. Результаты расчета при n=1450 об/мин, T11=60 c, L=10 м
|
H1, м |
V1, м3 |
T, c |
|
|
1,2 |
1,820 |
73,2 |
24,9 |
|
4,0 |
1,738 |
75,0 |
23,2 |
|
6,0 |
1,613 |
77,3 |
20,9 |
|
7,5 |
1,396 |
80,9 |
17,3 |
Исследуем влияние длины трубопровода при условиях, указанных в таблице 3. Величина V1 не зависит от длины рукава, остается такой же, как в таблице. 3. С увеличением протяженности трубопровода растут гидравлические потери, снижается скорость движения водорыбной смеси. Время цикла работы вакуумной рыбонасосной установки возрастает (рис. 4а), в результате – производительность будет тем меньше, чем больше длина трубопровода (рис. 4b).
|
|
|
|
|
|
|
a |
b |
|||
Рисунок 4. Влияние высоты подъема на продолжительность цикла (a) и производительность вакуумной рыбонасосной установки (b) при n = 1450 об/мин и различной длине трубопровода: 1 – L=10 м; 2 – L=50 м; 3 – L=100 м
ВКМ Samson KS625 может работать при трех значениях частоты вращения. Наибольшая производительность (но и наибольшие энергозатраты) будет при n = 1750 об/мин, так как снижается время цикла (рис. 5а). Увеличение диаметра трубопровода приводит к снижению гидравлических потерь и росту производительности (рис. 5b).
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок 5. Влияние высоты подъема на производительность вакуумной рыбонасосной установки при, T11=60 с
a – при L=50 м, n = 1450 об/мин и разных диаметрах рукава: 1 – d=0,2 м; 2 – d=0,3 м; 3 – d=0,4 м; b – при L=10 м, d=0,3 м и разной частоте вращения: 1 – n = 1000 об/мин; 2 – n = 1450 об/мин; 3 – n = 1750 об/мин;
Количество водорыбной смеси, перекачиваемой за один цикл, зависит от давления p0 в камере в конце первой фазы первого этапа. Величину этого давления можно регулировать, устанавливая продолжительность откачивания воздуха из рабочей камеры с помощью водокольцевой компрессорной машины T11. На рисунке 6 показано, как влияет T11 на производительность.
|
|
|
|
a |
b |
Рисунок. 6. Влияние продолжительности откачки воздуха на производительность вакуумной рыбонасосной установки
a – при L= 3 м; H0=1,2 м и разной частоте вращения: 1 – n = 1000 об/мин, 2 – n = 1450 об/мин, 3 – n = 1750 об/мин;
b – при n = 1000 об/мин: 1 – L= 3 м; H0=1,2 м; 2 – L=20 м; H0=3 м; 3 – L=20 м; H0= 8 м
По рисунку 6а видно, что только при малых значениях H0 и L, устанавливая T11 около 10 с, можно добиться производительности выше 50 дм3/с (n = 1450 об/мин) или даже выше 50 дм3/с (n = 1750 об/мин). Однако так уменьшать величину T11 нельзя при немалых значениях высоты подъема и длины трубопровода. На рисунке 6b линия 3 показывает, что при L=20 м; H0= 8 м необходимо установить T11 > 20 с (лучше 40-60 с), иначе водокольцевая компрессорная машина не успеет откачать воздух в рабочей камере до необходимого давления, и установка просто не будет работать.
1. Kudakaev V.V. Avtomatizirovannye gidravlicheskie sistemy transportirovki ryby iz orudiy lova rybonasosami / V.V. Kudakaev, T.P. Karpelev, A.N. Boycov // Izvestiya TINRO. 2016. T. 186. - S. 207-213.
2. Velikanov N.L. Kompressornye mashiny vakuumnyh rybonasosov / N.L. Velikanov, V.A Naumov // Rybnoe hozyaystvo. 2018. № 6. - S. 78-81.
3. OOO «AgroBaltProekt» [Elektronnyy resurs]. - URL: http://www.agro-balt.ru/ (data obrascheniya: 02.01.2020).
4. Euskan Fish Systems [Elektronnyy resurs]. - URL: http://www.euskan.com/ (data obrascheniya: 02.01.2020).
5. Naumov V.A. Etapy raboty vakuumnoy rybonasosnoy ustanovki / V.A. Naumov, N.L. Velikanov // Rybnoe hozyaystvo. 2020. № 2. - S. 108-112.
6. Samson Liquid Ring Vacuum Pumps. Catalogs of the equipment [Elektronnyy resurs]. - URL: www.samson-pumps.com/ (data obrascheniya: 02.01.2020).
7. Naumov V.A. Simulation of operational characteristics of the water-ring vacuum pumps / V.A. Naumov, N.L. Velikanov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - 537, 032029.
8. Velikanov N.L. Modelirovanie harakteristik vodokol'cevyh vakuumnyh nasosov / N.L. Velikanov, V.A. Naumov // Izvestiya vuzov. Mashinostroenie. 2019. № 10. - S. 70-77.
9. Velikanov N.L. Dinamicheskie harakteristiki vakuumnyh nasosov i kompressorov rybonasosnyh ustanovok / N.L. Velikanov, V.A. Naumov // Rybnoe hozyaystvo. 2019. № 1. - S. 79-83
