Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Выбор проточной части осевой многоступенчатой гидротурбины для машины подводной добычи

Диссертация: Выбор проточной части осевой многоступенчатой гидротурбины для машины подводной добычи
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая значимость работы заключается в следующем: описаны процессы, протекающие в проточной части прямоточной многоступенчатой гидротурбины, создана математическая модель этих процессовна основе теоретических исследований создан пакет компьютерных программ для определения оптимальных геометрических параметров проточной части гидротурбины, а также расчёта её механической… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Обзор состояния темы исследований
    • 1. 1. Перспективы освоения морских месторождений.,
    • 1. 2. Состояние техники и исследований подводной добычи
    • 1. 3. Исследование возможных способов разработки подводных месторождений
    • 1. 4. Привод исполнительного органа добычного снаряда.,.,.&bdquo
    • 1. 5. Выводы, цели и задачи исследования
  • Глава. 2, Теория рабочих процессов прямоточной гидротурбины.,.,
    • 2. 1. Проточная часть прямоточной гидротурбины
    • 2. 2. Основные уравнения турбомашин. Потери энергии.,.,.,&bdquo
    • 2. 3. Математическое описание рабочего процесса прямоточной гидротурбины.,
    • 2. 4. Программа расчёта механической характеристики гидротурбины.,&bdquo-,.,.,.,.,.,.,&bdquo-,.,
  • Глава. 3, Экспериментальные исследования турбин турбобуров
    • 3. 1. Описание экспериментального стенда.,
    • 3. 2. Результаты типовых испытаний гидротурбин.,.,
    • 3. 3. Адекватность математической модели
      • 3. 4. Определение значений коэффициентов потерь энергии в проточной части гидротурбины,.,
      • 3. 5. Оптимизация геомелрии проточной части по максимуму КГТД,.,.,.,.,.,.,
      • 3. 6. Предварительное определение интервалов углов входа и выхода потока
  • Глава 4. Расчёт гидротурбинного привода подводной горной машины
    • 4. i. Оптимизация проточной части гидротурбины
      • 4. 2. Влияние числа ступеней гидротурбины на коэффициент полезного действия
      • 4. 3. Профилирование проточной части гидротурбины и построение её механической характеристики.,",., ,
      • 4. 4. Расчёт ншрузок на исполнительном органе добычной машины

Выбор проточной части осевой многоступенчатой гидротурбины для машины подводной добычи (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В связи с интенсивным развитием промышленности в мире в последнее время всё более, 'быстрыми темпами расчёт потребление минерального и химического сырья, в т. ч. энергоносителей, чёрных и цветных металлов и др. Интенсивная разработка месторождений полезных ископаемых ведёт к истощению запасов некоторых важнейших видов минерального сырья и вызывает необходимость разработки месторождений более бедных руд, залегающих на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях. Между тем результаты геологических исследований показывают, что на дне морей и океанов сосредоточены значительные запасы полезных ископаемых и по мере истощения минеральных ресурсов на суше подводные месторождения полезных ископаемых в ближайшей перспективе будут приобретать всё большее промышленное значение.

Вопросами разработки устройств и технологий для подводной добычи на шельфе занимались такие учёные, как В. В. Ржевский, Г. А. Нурок, И. П. Тимофеев, В. Б. Добрецов, Б. С. Маховиков, Л. Л. Лифшиц, В. Г. Леш ков, Г. М. Лезгинцев, Дж. Кении, П. Кауш, а также целый ряд различных научно-исследовательских институтов.

Основными недостатками устройств, используемых в настоящее время для разработки шельфовых месторождений, является малая допустимая глубина разработки полезного ископаемого, непрерывное использований как минимум одного судна (или другого типа плавсредств), на котором монтируется всё добычное, а часто и обогатительное оборудование, практически полная зависимость от погодных условий, необходимость извлечения из подводного месторождения 'всего объёма горной массыполезного ископаемого и пустой породы.

Большинства перечисленных недостатков лишён подводный добычной комплекс, разрабатываемый в настоящее время в О ПУТИ (ТУ), В состав комплекса входит плавсредство, обеспечивающий передвижение добычною снаряда по морскому дну шагающий добычной моет и добычной снаряд на основе прямоточной многоступенчатой гидротурбины, аналогичной применяемым «турбобурах. При этом основным отличием приводной турбины для добычного снаряда от применяемых в турбобурах является отсутствие ограничений на радиальные размеры при минимизации числа ступеней. При этом необходимо обеспечить максимум КПД турбины, что связано с выбором геометрических параметров её проточной части.

Работа выполнена на кафедре рудничных стационарных установок (РСУ) СПТТИ (ТУ) под руководством доктора технических наук, профессора Б. С. Маховикова, Актуальность темы диссертационной работы подтверждается чем, что Она соответствует федеральной целевой программе «Мировой океан», В программе отмечается важность проведения морских геолого-геофизических исследований, поисковых и разведочных работ по выявлению геологического строения и закономерностей размещения полезных ископаемых на шельфах морей и океанов с целью наращивания минерально-сырьевого потенциала страны и подготовки перспективных зон для промышленного освоения в первую очередь тех полезных ископаемых, которые имеют стратегическое значение.

Целью исследований являлось определение оптимальных геометрических параметров проточной части прямоточной многоступенчатой гидротурбины, используемой в качестве привода исполнительного органа снаряда, разрабатывающего твёрдые полезные ископаемые шельфовой зоны морей и океанов. При этом перед автором был поставлен следующий ряд задач: создать математическую модель процессов, протекающих в проточной часш гидротурбиныоценить влияние геометрических параметров проточной части гидротурбины, а также числа ступеней на её коэффициент полезного действияразработать методику проектирования проточной части приводной гидротурбины для различных условий работыразработать прикладную компьютерную программу для расчёта механической характеристики проектируемой гидротурбины.

При помощи проведённых экспериментальных и теоретических исследовании удалось доказать возможность создания на основе многоступенчатой гидротурбины с выбранной проточной частью двигателя для исполнительного органа снаряда, разрабатывающего твёрдые полезные ископаемые шельфовой зоны при условии обеспечения требуемой механической характеристики. Кроме того, созданная проточная часть обеспечивает требуемые параметры гидродвигателя, отвечает условиям минимизации осевых размеров (уменьшения числа ступеней.) при отсутствии ограничений на радиальные размеры. Коэффициент полезного действия турбины при этом достигает достаточно больших для приводных гидротурбин значений (около 0,85), при частоте вращения не превышающей 100 об/мин, что способствует уменьшению износа исполнительного органа добычной машины.

В работе автором были получены следующие научные результаты: обоснован выбор в качестве привода исполнительного органа машины для подводной добычи прямоточной многоступенчатой гидротурбиныполучены и проанализированы расчётные и экспериментальные данные работы гидротурбинывыявлены зависимости между геометрическими параметрами проточной части гидротурбины, числом её ступеней и коэффициентом полезного действия гидротурбины: на основании сравнения результатов исследования гидротурбин на экспериментальном стенде и результатов, полученных при помощи расчётов по математической модели, определены значения коэффициентов потерь энергии в статоре и ротореразработана методика расчёта параметров гидротурбины для различных условий работы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется достаточным количеством экспериментальных исследований, применением при обработке полученных данных теории планирования эксперимента и законов математической статистики, доказательством адекватности созданной математической модели, воспроизводимостью полученных результатов при повторных измерениях.

Практическая значимость работы заключается в следующем: описаны процессы, протекающие в проточной части прямоточной многоступенчатой гидротурбины, создана математическая модель этих процессовна основе теоретических исследований создан пакет компьютерных программ для определения оптимальных геометрических параметров проточной части гидротурбины, а также расчёта её механической характеристикиопределено влияние числа ступеней гидротурбины и геометрических параметров её проточной части на коэффициент полезного действияопределены коэффициенты потерь энергии в статоре и ротореразработана методика выбора элементов проточной части прямоточной многоступенчатой гидротурбины при различных режимах её работы.

Основные положения диссертации и результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на конференциях молодых учёных и студентов в 1995, 1996, 1997, 1998, 1999 г. г. (Санкт-Петербург), а также на заседаниях кафедры рудничных стационарных установок.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 84 наименования, 10 приложений, изложена на 138 страницах машинописного текста, включает 37 рисунков и 10 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Учитывая условия проведения работ, наиболее целесообразной в качестве привода исполнительного органа добычной машины следует признать прямоточную многоступенчатую гидротурбину, аналогичную применяемым в турбобурах,.

2. Созданная математическая модель, описывающая процессы, протекающие в проточной части гидротурбины, позволяет исследовать влияние основных углов решёток лопастей статора и ротора и коэффициентов потерь энергии в них на механическую характеристику и эффективность турбины.

3. Проведённые исследования позволили доказать адекватность математической модели натурным гидротурбинам — расхождения в значениях расчётной и экспериментальной механических характеристик не превышает 5−10%.

4. При помощи математической модели рассчитаны и рекомендованы для дальнейших расчётов следующие значения коэффициентов потерь энергии в решётке лопастейдля статора — 0,08- для ротора — 0,13.

5. Отсутствие ограничений на радиальные размеры рабочих колёс осевой многоступенчатой гидротурбины и величину расхода рабочей жидкости в её проточной части позволяют при заданных выходных энергетических параметрах значительно уменьшить число ступеней и обеспечить достаточно высокую её эффективность.

6. Установлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на значение коэффициента полезного действия гидротурбины и её механическую характеристику.

7. С ростом числа ступеней осевой гидротурбины её коэффициент полезного действия увеличивается в связи с уменьшением утечек, как в отдельных ступенях, так и в турбине в целом, а также снижением потерь напора в каждой из ступеней.

8. Созданная методика позволяет спроектировать проточную часть гидротурбины и определить её основные параметры.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Н. «Прикладная газовая динамика». М., «Гостехиздат», 1953.
  2. Г. Н., Шешин А. П., Насыров М. Т. «Бурение вертикальных скважин с применением реактивно-турбинного бурения». «Нефтяник», Ks 7, 1972.
  3. Е.А., Корбут Е. А. «Распространение и освоение морских прибрежных россыпей в зарубежных странах». Труды НИИЛзарубежгеологии, вып. 21, 1970.
  4. И.Н. «О задачах турбостроения», Труды ЛПЙ им. М. И. Калинина, Ка 2,1948.
  5. А.А., Лукошков А. В. «Техника и технология геологоразведочных работ в океане». М., 1983.
  6. А.С. «Исследование радиальных турбодвигателей привода горных машин с целью повышения эффективности и надёжности их работы». Автореф. дисс. на соиск, уч. степ, канд. техн. наук, Л., 1974.
  7. В.Ф. «исследование влияния износа проточной части ковшовых турбин на их характеристики в приводе горных машин», Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Л., 1974.
  8. Гусман MX «Об усовершенствовании турбобуров». «Труды ВНИИБТ», вып. 25,1970.
  9. М.Т., Любимов В. Г., Никитин Г. М., Собкина И. В., Шумилов В, Г! «Расчёт, конструирование и эксплуатация турбобуров». М., «Недра», 1970.
  10. A.M. «Факторный анализ в производстве». М., «Статистика», 1975.11 .Добрецов В. Б. «Гидрофизические методы подводной разработки россыпей шельфа». В кн. «Тезисы докладов Всесоюзной конференции по проблеме „Шахта будущего“. Новосибирск, 1973.
  11. В.Б. „Гидрофизические методы разработки россыпей шельфа“. Л., Издательство Л енинградского университета, 1976.
  12. В.Б. „Гидрофизические методы разработки рыхлых полезных ископаемых дна акватории“. „Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых“, № 1,1974.
  13. М.П., Яковлев П. Н. 'Морские шельфовые и речные гидротехнические сооружения». М., «Недра», 1995.15.3ысина-Моложен JI.M. «Приближённый метод расчёта потерь в решётках профилей турбомашин». «Теплоэнергетика», № 9,1955.
  14. P.A. «Новые направления развития техники турбинного бурения». М., Труды ВНИИБТ, 1977.
  15. Ю.Р. «Конструкции и характеристики современных турбобуров». М., 1986.
  16. В.М. Тидромашины и компрессоры". М., «Недра», 1981.
  17. П. «Исследование моря в ФРГ». Тлюкауф", № 2, 1970.
  18. П. «Исследовательские программы по океанографии в США и других странах». Тлюкауф", № 6,1970.
  19. Дж. «Техника освоения морских глубин». Л., 1977.
  20. И.И. «Газовые турбины и газотурбинные установки». М., «Машгиз», 1956.
  21. А.Ю., Этинберг И. Э. «Основы теории и гидродинамического расчёта водяных турбин». М., «Машгиз», 1958.
  22. М.С. «Определение расчётных нагрузок производственных механизмов и машин». М., «Машгиз», 1958.
  23. Г. И. «Гидравлические машины». М., «Энергоатомиздат», 1983.
  24. Г. М., Попов В. И., Чертов П. Н. «Состояние подводной добычи твёрдых полезных ископаемых за рубежом». «Цветная металлургия» № 18, 1974.
  25. Г. М., Контарь Е. А., Кузнецов Г. И. «Разработка глубоководных месторождений твёрдых полезных ископаемых Мирового океана». В кн.: Разработка месторождений твёрдых полезных ископаемых, т. 14. М., 1976.
  26. В.Г. «Теория и практика разработки россыпей многочерпаковыми драгами». М&bdquo- «Недра», 1980.
  27. JI.JI. «Техника подводной добычи полезных ископаемых». М., «Знание», 1971.
  28. Л.Г. «Сопротивление решётки профилей в газовом потоке с докритическими скоростями». ПММ 13 № 2,1949.
  29. Л.Г. «Сопротивление решётки профилей, обтекаемой вязкой несжимаемой жидкостью». ПММ 11 № 4,1947.
  30. Г. А., Любимов Б. Г. «Теория и расчёт осевых многоступенчатых турбин турбобуров» М., Тостоптехиздат", 1963.
  31. Н.М. «Экспериментальное исследование пограничного слоя в реактивном турбинном канале». М., «Котлотурбостроение», 1947.
  32. .С. «Гидротурбинный привод горных машин». Л, Издательство Ленинградского университета, 1985.
  33. .С. «Многоступенчатая прямоточная гидротурбину для машины подводной добычи». С-Пб., Записки СПГГН (ТУ) том 1 (142), 1995.
  34. .С. «Рабочие процессы в прямоточной многоступенчатой гидротурбине». Межвузовский сборник научных трудов «Вопросы горной механики и шахтного транспорта». Кемерово, КузПЙ, 1991.
  35. Маховиков Б. С, Братчиков Н. В. «Средства гидроподъёма полезного ископаемого с донной поверхности морского шельфа». С-Пб, «Наука в СПГГИ», вып. 3, 1998.
  36. .С., Шорников В. В. «Определение параметров машины для подводной разработки месторождений полиметаллических песков и илов». С-Пб, «Учёные первого технического ВУЗа России к 225-летию», 1998.
  37. .С., Шорников В. В. «Расчёты механических характеристик прямоточных многоступенчатых гидротурбин». Межвузовский сборник «Машиностроение и автоматизация производства» вып. 13, С-Пб, 1999.
  38. В.И. «Количественная оценка потерь в ковшовой турбине привода механогидравлических машин». ЦНИИТЭИ угля «Гидравлическая добыча угля», вып. 16 (4), М., 1964.
  39. В.И. «Основные направления развития водяного привода забойного оборудования гидрошахт». М., ЦНИЭИУголь, 1989.
  40. Дж. JI. «Минеральные ресурсы Мирового океана». М., «Прогресс», 1959.43."Месторождения цветных металлов континентального шельфа", ч. 1. М., 1972.
  41. Механическая дифференциация твёрдого вещества на континенте и шельфе. М., «Наука», 1978.45."Минеральные ресурсы промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран. Всесоюзный геологический фонд". М., 1972.
  42. A.A. «Универсальные характеристики гидравлических турбин». ОНТИ, 1932.
  43. Морские технологии. Институт проблем морских технологий. Вып. 1. Владивосток, «Дальнаука», 1996.
  44. Научно-технический прогресс и возможность освоения в ближайшие 15−20 лет шельфов внутренних и внешних морей. Баку, 1978.
  45. Г. А. «Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ». М., «Недра», 1985.
  46. Г. А., Бруякин Ю. В., Бубис Ю. В. «Технология подводной разработки морских россыпных месторождений», ч. 1−2. М., МГИ, 1976.51Нурок Г. А., Бруякин Ю. В., Бубис Ю. В. и др. «Технология добычи полезных ископаемых со дна озёр, морей и океанов». М., 1979.
  47. Г. А., Костин В. Н., Бруякин Ю. В., Бубис Ю. В. «Добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов». М., 1970.
  48. Г. А., Молочников Л. Н. «Некоторые технологические схемы подводной ковшовой добычи со дна морей и океанов». Научные труды Московского горного института, М., 1969.
  49. И.Л. 'Тасчёт кпд и сопротивления решёток профилей". М., «Котлотурбостроение», № 5,1950.58."Поиски, разведка и эксплуатация месторождений полезных ископаемых морского дна". / Сост. и отв. ред. П. С. Воронов. Л., «Недра», 1975.
  50. C.B. «Разработка россыпных месторождений». М., «Недра», 1995.
  51. Г. Ф. «Гидродинамика турбомашин». М., «Машгиз», 1954.
  52. В.В. «Процессы открытых горных работ». М., «Недра», 1978.
  53. В.В., Нурок Г. А. «Направления создания технологии и научных основ подводной добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов». -Научные труды Московского горного института, 197L
  54. В.В., Нурок Г. А. «Технология добычи полезных ископаемых со дна озёр, морей и океанов». М., «Недра», 1979.
  55. Л.З. «Математическая обработка результатов экспериментов». М., «Наука», 1971.
  56. И.Н. «Гидравлические турбины и насосы». М., «Высшая школа», 1969.
  57. Г. Ю. «Гидродинамика решёток турбомашин». М., «Физматгиз», 1962.
  58. Г. Ю. «Основы теории лопаточных машин, комбинированных и газотурбинных двигателей». М-, «Машгиз», 1958.
  59. ИЛ. «Шагающие машины для освоения ресурсов морского дна». Л., Издательство ЛГУ, 1987.
  60. Н.Б. «Исследование рабочего процесса радиальных гидротурбин низкой быстроходности для привода горных машин». Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Харьков, 1969.
  61. Труды ВНЙИБТ Ш6. М., 1962.74."Федеральная целевая программа «Мировой океан». Указ Президента РФ № 11 от 17.01.1997.
  62. А.П., Ильясов Е. П., Мокичев В. Й. «Бурение скважин большого диаметра реактивно-турбинным способом». «Нефтяное хозяйство», № 2, 1971.
  63. АН., Любимов Б. Г. «Определение потерь энергии в рабочих элементах турбины турбобура». М., 1962.
  64. В. «Рабочие колёса насосов и турбин». М., Тосэнергоиздат", 1934.
  65. Штайнбринк. «Интерокеан 81″: Международный конгресс по морским горным разработкам». Тлкжауф" № 10,1981.
  66. ПЛ. «Турбинное бурение нефтяных скважин». М., «Недра», 1968.
  67. З.И., СобкинаИ.В. «Справочник по турбобурам». М., «Недра», 1970.
  68. International Mining Equipment, vol. 23, № 2,1972.
  69. Mc-Gregor C.A. «Two-dimensional losses in turbine blades». Journal Aeron. Scientific 19, № 6,1952.
  70. Mineral Industries Bulletin Board Colorado School of Mines. Vol. 13, № 2,3, 1970.
  71. H., Scholz N. «Uber die theoretische Berechnung der Stromungsverluste eines ebenen Schaufelgitters». Ing. Arch. 19, № 1,1951.124
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?