Гидроудары вследствие тепло-гидродинамической неустойчивости

Abstract

На основе анализа предыдущих исследований и опыта эксплуатации теплотехнического оборудования в работе адаптирована ранее разработанная авторами методика моделирования колебательных гидродинамических процессов для замкнутых трубопроводных систем с поршневыми насосами и демпфирующими устройствами. В результате преобразований уравнений гидродинамики для рассматриваемой системы, получены аналитические решения для колебаний в замкнутой трубопроводной системе с поршневыми насосами. В результате расчетного моделирования гидродинамических процессов установлено, что возникновение колебательной гидродинамической неустойчивости определяется «запаздыванием» реакции напорно-расходной характеристики насосов на отклонения установившихся режимных параметров потока напорно-расходной характеристики (НРХ) поршневых насосов. Увеличение «жесткости» НРХ поршневых насосов приводит к увеличению амплитуды и периода колебаний гидродинамических параметров (давления и средней скорости потока). Увеличение амплитуды колебаний гидродинамических параметров увеличивает гидродинамические нагрузки (гидроудары) на все элементы трубопроводной системы с поршневыми насосами. Также показана ограниченность известных подходов для рассматриваемых условий резонансного механизма возникновения колебательной гидродинамической неустойчивости: частота генерации расхода поршневыми насосами на порядок и более отличается от собственной частоты трубопроводной системы. Для верификации адаптированной методики моделирования колебательных гидродинамических процессов для трубопроводных систем с поршневыми насосами и демпфирующими устройствами использованы известные экспериментальные данные профессора А. В. Королева по амплитудам колебания давления на экспериментальном стенде с поршневыми насосами в диапазоне давлений 5,0…15,0 МПа. Экспериментально исследовались два режима работы насосов на сжиженном газе: условия нормальной эксплуатации (рабочие режимы); искусственный «срыв» работы насоса устройством отжима от седла всасывающего клапана. Моделирование термодинамических процессов в демпфирующих устройствах осуществлялось на основе известной методики, подробно изложенной, например, в работах профессора А.В. Королева. Результаты расчетного моделирования согласуются с использованными экспериментальными данными.