Powrót
Rozprawa doktorska
Wpływ otworów odciążających w wirnikach pomp wirowych na zdolności ssawne oraz sprawność pompy
Rozprawa zajmuje się oddziaływanie otworów odciążających na parametry pompy wirowej. Jest to praca badawcza zawierająca obszerne badania laboratoryjne wraz z badaniami kawitacji metodą optyczną oraz zweryfikowane obliczenia numeryczne. W pracy zbadano strukturę przepływu w otworze odciążającym i pokazano jak na skutek ruchu obrotowego, następuje utrata stabilności przepływu przez otwór i powstają wiry typu Taylora. Zaprojektowano i wykonano stanowisko badawcze, a uzyskane na nim wyniki przedstawiono w postaci charakterystyk parametrów pompy dla badanych siedmiu konfiguracji otworów odciążających i czterech prędkości obrotowych. Wykonano zdjęcia obszarów kawitacji zaczątkowej w wirniku pompy z otworami odciążającymi. Z wykorzystaniem eksperymentu oraz badań numerycznych wykazano wpływ dyssypacji energii turbulentnej w otworze na sprawność pompy. Przedstawiono wpływ pochylenia otworu odciążającego na wielkość przecieku, a także na strukturę przepływu cieczy w części ssawnej wirnika.
Główne cele postawione w rozprawie:
1. Przegląd stanu wiedzy oraz porównanie dostępnych metod analitycznych wyznaczania siły wzdłużnej i jej redukcji dla wirników bez i z otworami odciążającymi.
2. Analiza struktury przepływu w otworze odciążającym oraz zbadanie wpływu pochylenia osi otworów odciążających na parametry pompy.
3. Przeprowadzenie pomiarów na zaprojektowanym stanowisku badawczym dla różnej liczby, średnicy oraz pochylenia osi otworów odciążających, a także badań kawitacji metodą optyczną.
4. Wykonanie analiz numerycznych przepływu w pompie dla zbadanych geometrii otworów odciążających.
Zakres pracy obejmował głównie:
Przeprowadzenie obszernego przeglądu literatury dotyczący zmniejszania siły osiowej za pomocą otworów odciążających. Porównanie analitycznych metody wyznaczania siły osiowej pompy, bez i z otworami odciążającymi, z wynikami uzyskanymi na własnym stanowisku doświadczalnym.
Zbadanie struktury przepływu w otworze odciążającym. Opisanie mechanizmu powstawania wirów typu Taylora w otworach odciążających.
Szczegółowy opis stanowiska badawczego wraz z układem wizualizacji kawitacji w przestrzeni wlotowej wirnika. Omówienie metodologii badań eksperymentalnych oraz przeprowadzenie analizy niepewności wszystkich mierzonych wielkości optymalnych.
Pomiar 540 charakterystyk przepływowych pompy wraz z mocą i siłą wzdłużną oraz 56 charakterystyk NPSH3. Zaprezentowanie wyników badań kawitacji metodą optyczną, w tym pęcherzy kawitacji zaczątkowej.
Wykonanie obliczeń numerycznych i porównanie ich z eksperymentem. Przedstawienie charakterystyki przecieków w otworach odciążających w funkcji wydajności pompy.
- Słowa kluczowe
- pompy wirowe, siła osiowa, siła wzdłużna, otwory odciążające, kawitacja
- Identyfikator pozycji
- WUTbb58fa0e89cc433dbe726b0f7d6098ca
- Rodzaj dyplomu
- Praca doktorska
- Autor
- Tytuł w języku angielskim
- Influence of balancing holes in centrifugal pump impellers on cavitation and pump efficiency
- Język
- pol (pl) polski
- Jednostka dyplomująca
- Rada Naukowa Dyscypliny Inżynieria Środowiska, Górnictwo i Energetyka Politechniki Warszawskiej (RND/RNDIŚGiEPW)
- Dyscyplina naukowa (Ustawa 2.0)
- Status pracy
- Obroniona
- Rok powstania
- 2022
- Data rozpoczęcia
- 26-06-2018
- Data obrony
- 03-02-2023
- Data nadania stopnia
- 21-02-2023
- Promotor
- Recenzenci zewnętrzni
- Wyróżnienie
- tak
- Paginacja
- 206
- Identyfikator wewnętrzny
- MEL; D-264
- Słowa kluczowe w języku angielskim
- centrifugal pump, axial force, axial thrust, balancing holes, cavitation
- Streszczenie w języku angielskim
- Dissertation examines the impact of balancing holes on centrifugal pump performance. It is a research paper including extensive laboratory analyses, cavitation test using optical method and verified numerical calculations. The flow structure in the balancing hole was investigated. It is shown how, due to rotational speed, there is a loss of flow stability through the hole and how Taylor-type vortices are formed. A test rig was designed and developed. Pump performance characteristics for seven different of the balancing hole configurations and four various rotational speed are presented. Photographs of the areas of incipient cavitation in the pump impeller with balancing holes were taken. The effect of turbulent energy dissipation in the hole on the efficiency of the pump is presented using experimental and numerical studies. The effect of the presence and hole inclination of the balancing hole on the flow structure and leakage in the suction part of the impeller is shown. The main aims of the study: 1. Analytical methods review on the use of balancing holes in centrifugal pumps to evaluate the axial force and its reduction. Literature review on the use of balancing holes in centrifugal pumps. 2. Studying a flow structure in the hole and analysis how the direction and angle of hole axis inclination effect on the leakage throughout balancing holes. 3. Making a measurements on the designed test rig for various number, diameters and inclination of the balancing holes axis. Cavitation tests using optical method. 4. CFD calculations of the flow in the pump for the tested types of balancing holes. The scope of work included i.a.: Performing the extensive literature review on the use of balancing holes in centrifugal pumps. Comparison with the experiment a analytical methods available in the literature to evaluate the axial force and its reduction by using balancing holes. Investigation of the flow structure in the balancing hole. Description the mechanism of Taylor-type vortices are formed in the balancing holes. A detailed description of the test rig with the cavitation visualization system in the pump inlet. Description of the methodology of experimental research and performing a analysis of measurement uncertainties for all quantities tested. Measurement of 540 pump head-flow curves including power and axial thrust and 56 NPSH3 characteristics. Presentation of the results of cavitation studies using the optical method. Comparison a numerical calculation results with experimental values. Presentation of leakage characteristics in the balancing holes as a function of pump flow.
- Plik pracy
-
- Plik: 1
- Rozprawa doktoska Ł.Złoty ITC PW 2022.pdf
-
- Recenzje
-
- Plik: 1
- Recenzja rozprawy doktorskiej mgr. inż. Łukasza Złotego wykonana przez prof. dr. hab. inż. Andrzeja Błaszczyka
- z dnia 15-06-2022
460 KB
-
- Plik: 2
- Recenzja rozprawy doktorskiej mgr. inż. Łukasza Złotego wykonana przez dr. hab. Janusza Stellera
- z dnia 02-12-2022
717 KB
-
- Jednolity identyfikator zasobu
- https://repo.pw.edu.pl/info/phd/WUTbb58fa0e89cc433dbe726b0f7d6098ca/
- URN
urn:pw-repo:WUTbb58fa0e89cc433dbe726b0f7d6098ca