Энергоэффективное водоподъемное устройство с мембранным насосом

Внедрение: 2021 г.

В статье [1] рассмотрен вопрос повышения энергоэффективности водоподъемного устройства с мембранным насосом, которое объединяет в себе насос и гидравлический таран. Представлены инструментальные результаты исследования.

В качестве решения повышения энергоэффективности предполагалось использовать потенциал импульсного течения жидкости, что позволило бы повысить располагаемый напор. Для реализации данной идеи была предложена новая конструкция водоподъемного устройства, включающая в себя мембранный насос и гидравлический таран. Основным узлом гидравлического тарана является ударный узел, генерирующий импульсы давления и расхода жидкости, протекающей через него. Авторами статьи разработана функциональная схема экспериментальной установки, имитирующей водоподъемное устройство (рисунок 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки, имитирующей водоподъемное устройство: МН – мембранный насос; ГА – гидроаккумулятор ; ОК – обратный клапан; УУ – ударный узел; Б – бак; К – кавитатор; Р – датчик давления; Т – датчик температуры; V – расходомер.

Вода забирается из бака Б с помощью включенного мембранного насоса МН. В начальный момент времени клапан ударного узла УУ находится в открытом положении и пропускает жидкость. При резком закрытии клапана УУ происходит гидроудар, что приводит к резкому увеличению давления среды и формируется импульс, направленный в противоположную сторону от УУ. Перед мембранным насосом установлен обратный клапан ОК, который позволяет блокировать противоток, вследствие чего вода начинает поступать в гидроаккумулятор ГА через клапан ОК. Гидроаккумулятор ГА служит для компенсации скачков давления жидкости. Вода из ГА поступает обратно через кавитатор К в бак Б.

На рисунке 2 показан градиент скорости жидкости при всасывании насосом за счет работы втягивающего устройства. В качестве начальных условий были выбраны объемный расход на всасывании 2 л/мин и полное давление в камере 0,15 МПа.

Рисунок 2. Градиент скорость мембранного насоса при всасывании.

Для измерения давления в гидравлической сети применялся преобразователь избыточного давления ПД‑Р, ПАО «Саранский приборостроительный завод» (г. Саранск). Для сбора данных использовали согласующее устройство, которое является многофункциональным прибором и может использоваться для ввода в ПК сигналов от датчиков систем: давления в системе водоснабжения; расхода в системе водоснабжения; давления в демпфере; напряжения и тока фазы асинхронного электродвигателя. Для организации обмена информацией между согласующим устройством и ПК применяется модуль E14‑440. При обработке данных использовали программный комплекс LabVIEW.

Проведенные эксперименты по определению характеристик водоподъемного устройства с мембранным насосом при частотах работы ударного клапана 1 Гц, 1,5 Гц, 2,3 Гц показали, что при увеличении частоты происходит увеличение объема перекачиваемой жидкости мембранным насосом, т.е. повышение давления и подача зависит от скорости колебаний. Следовательно, можно полагать, что импульсный режим движения позволяет увеличить давление в контуре после мембранного насоса, что в свою очередь снижает затраты энергии на привод насоса.

Источник:
Кузнецов Д.В., Зленко И.В. Разработка энергоэффективного водоподъемного устройства с мембранным насосом // Научное обозрение. Международный научно-практический журнал. – Саранск. – 2021. – № 2.

Разработчик: Кузнецов Д.В., Зленко И.В. (Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва, Саранск)