Россия
Россия
студент
Россия
УДК 65 Управление предприятиями. Организация производства, торговли и транспорта
ГРНТИ 69.33 Техническая эксплуатация флота рыбной промышленности
ОКСО 110000 СЕЛЬСКОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ББК 472 Рыбное хозяйство
Описана динамика изменения производительности работы насоса Samson KS625. Получены решения соответствующих дифференциальных уравнений численным методом. Представлены результаты расчета производительности в процессе перекачивания водорыбной смеси в приемную емкость при различных значениях высоты подъема, продолжительности откачки воздуха, длины трубопровода. Установлено, что для рыбонасосной установки Euskan VS-2000 наибольшего значения производительности можно достигнуть при относительно малых перепадах высот и длинах трубопровода.
откачка воздуха, вакуумная рыбонасосная установка, повреждаемость рыбы
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. Кудакаев В.В. Автоматизированные гидравлические системы транспортировки рыбы из орудий лова рыбонасосами / В.В. Кудакаев, Т.П. Карпелев, А.Н. Бойцов // Известия ТИНРО. 2016. Т. 186. - С. 207-213.
2. Великанов Н.Л. Компрессорные машины вакуумных рыбонасосов / Н.Л. Великанов, В.А Наумов // Рыбное хозяйство. 2018. № 6. - С. 78-81.
3. ООО «АгроБалтПроект» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.agro-balt.ru/ (дата обращения: 02.01.2020).
4. Euskan Fish Systems [Электронный ресурс]. - URL: http://www.euskan.com/ (дата обращения: 02.01.2020).
5. Наумов В.А. Этапы работы вакуумной рыбонасосной установки / В.А. Наумов, Н.Л. Великанов // Рыбное хозяйство. 2020. № 2. - С. 108-112.
6. Samson Liquid Ring Vacuum Pumps. Catalogs of the equipment [Электронный ресурс]. - URL: www.samson-pumps.com/ (дата обращения: 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. Великанов Н.Л. Моделирование характеристик водокольцевых вакуумных насосов / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов // Известия вузов. Машиностроение. 2019. № 10. - С. 70-77.
9. Великанов Н.Л. Динамические характеристики вакуумных насосов и компрессоров рыбонасосных установок / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов // Рыбное хозяйство. 2019. № 1. - С. 79-83
