ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЛЬНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ
В СОСТАВЕ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК
А.П. Кононенко, д.т.н., профессор
Р.И. Божко Р.И., аспирант, bozhko342@mail.ru
Донецкий национальный технический университет, г. Донецк
Кафедра энергомеханических систем
Кононенко А.П., Божко Р.И. Целью работы является уточнение особенностей рабочего процесса и энергоэффективности нагнетательных эрлифтных установок, которые в сравнении с эрлифтными установками традиционной конструкции способны обеспечить увеличение рабочих параметров.
Для реализации такого способа работы эрлифта необходимо обеспечивать требуемое избыточное давление в воздухоотделителе. Используя разработанную аналитическую методику проведено исследование рабочих параметров при использовании в качестве источников пневмоэнергии эрлифтов радиальных нагнетателей серийного производства.
Исследования, проведенные с рядом нагнетателей доказывают, что в сравнении с эрлифтной установкой традиционной технологической схемы работа нагнетательной эрлифтной установки обеспечивает увеличение высоты подъема жидкости (гидросмеси), подачи и КПД эрлифта.
Ключевые слова: радиальный нагнетатель, эрлифт, высота подъема, подача, энергоэффективность.
The aim of the work is to clarify the features of the workflow and energy efficiency of pump airlift installations, which, in comparison with conventional airlift installations, can provide an increase in operating parameters.
To implement this method of operation of airlift, it is necessary to provide the required excess pressure in the air separator. Using the developed analytical methodology, the research of working parameters was carried out when using radial superchargers of mass production as sources of pneumatic energy of airlifts.
Studies carried out with a number of superchargers prove that in comparison with the conventional airlift installation, the operation of the pump airlift installation provides an increase in the height of the liquid (slurry), the airlift output and the efficiency of the airlift.
Key words: radial supercharger, airlift, lifting height, submission, energy efficiency.
Введение. В эрлифтах традиционной конструкции предусматривается безнапорное транспортирование жидкости (гидросмеси) от данного средства подъема к потребителю. В случае, если геодезическая отметка потребителя перекачиваемой жидкости превышает отметку выходного отверстия воздухоотделителя традиционного эрлифта, применение последнего становится невозможным.
Нагнетательные эрлифтные установки, обеспечивающие напорное транспортирование жидкостей от воздухоотделителя по назначению, расширяют рациональную область применения газожидкостных подъемников.
Для реализации такого способа работы эрлифта необходимо обеспечивать некоторое избыточное давление в воздухоотделителе, что, однако, при традиционной схеме установки приводит к ощутимому снижению энергоэффективности его применения.
Цель исследования. Целью настоящей работы является уточнение особенностей рабочего процесса и энергоэффективности работы нагнетательных эрлифтных установок при использовании в качестве источников пневмоэнергии ряда серийно производимых радиальных нагнетателей.
Материал и методы. Используя методику аналитического анализа параметров рабочего процесса нагнетательной эрлифтной установки, изложенную в [2] на примере применения в качестве источника пневмоэнергии радиального нагнетателя ЦНВ 200/3,0, выполнены аналогичные расчеты для негнетательных установок с нагнетателями ЦНВ 60/1,6; ЦНВ 100/1,6; 360-22-1; ЦНВ 80/3,2, представляющими все три классификационные группы нагнетательных машин.
В данной работе алгоритм определения значимых параметров рабочего процесса нагнетательной эрлифтной установки также приведен на примере использования в качестве источника пневмоэнергии нагнетателя ЦНВ 200/3,0.
Принципиальная схема нагнетательной эрлифтной установки предполагает подвод частично сжатого воздуха от воздухоотделителя эрлифта во всасывающий патрубок нагнетателя (рис. 1).
Подробные описания схемы и работы нагнетательной эрлифтной установки (рис. 1), особенностей эпюр давления в подъемных трубах эрлифтов и построения газодинамических характеристик радиальных нагнетателей приведены в [1, 2].
Повышение давления в воздухоотделителе (во всасывающем патрубке нагнетателя ЦНВ 200/3,0) от атмосферного (р а вз= р а вс=1,013⋅105 Па) до избыточного (р а вз= р а вс=1,250⋅105 Па) обеспечивает увеличение отношения относительных погружений смесителя эквивалентного нагнетательного и эквивалентного традиционного эрлифтов на 15,5 % при относительном погружении смеси-теля эрлифта традиционной технологической схемы α0=0,3 (рис. 2).
Рисунок 1 − Принципиальная схема нагнетательной эрлифтной установки:
1 − подъемная труба; 2 − воздухоотделитель; 3 − сливная труба; 4 − воздухоотводящая труба; 5, 8 − регулирующие клапаны; 6 − датчик уровня;
7 − патрубок; 9 − датчик давления; 10 − влагоотделитель; 11 − радиальный нагнетатель; 12 − напорный воздухопровод; 13 − пусковой патрубок;
14, 19 − задвижка; 15 − смеситель; 16 − подающая труба; 17 − зумпф;
18 − сбросной трубопровод; 20 − обратный клапан; 21 – отводящий трубопровод; 22 − потребитель перекачиваемой жидкости; 23 – дополнительный источник сжатого воздуха, h н – глубина погружения смесителя; H – высота подъема; Δ H н – высота переподъема; H н – высота подъема нагнетательного эрлифта
Рисунок 2 − Зависимость отношения относительных погружений эквивалентных нагнетательного и традиционного эрлифтов от относительного давления в воздухоотделителе 
(
) при использовании в составе установки нагнетателя ЦНВ 200/3 и α0 =0,3
Используемая аналитическая методика [3, 4] исследования параметров позволила получить зависимости относительного КПД нагнетательного эрлифта от начального относительного погружения смесителя 
(
) для эрлифтных установок, в составе которых в качестве источников пневмоэнергии используются нагнетатели ЦНВ 60/1,6, ЦНВ 100/1,6, 360-22-1 и ЦНВ 80/3,2 (рис. 3).
Рисунок 3 − Зависимости относительных КПД нагнетательных эрлифтов с радиальными нагнетателями: 1 – ЦНВ 60/1,6; 2 – ЦНВ 100/1,6; 3 – 360-22-1;
4 – ЦНВ 80/3,2; 5 – ЦНВ 200/3,0, от начального относительного погружения смесителя 
; (для всех вариантов эрлифтных установок принято р а вс= 1,25·105 Па)
Таким образом, энергоэффективность работы нагнетательного эрлифта в сравнении с традиционным увеличивается для всего ряда приведенных радиальных нагнетателей во всем исследуемом диапазоне начальных относительных погружений (0,15≤ α0≤ 0,90).
Зависимости относительного КПД нагнетательного эрлифта от относительного давления в воздухоотделителе 
(
) позволили установить, что максимальные значения относительного КПД при граничном значении 
достигают: при использовании нагнетателя ЦНВ 60/1,6 – 1,27; ЦНВ 100/1,6 – 1,28; 360-22-1 – 1,33; ЦНВ 80/3,2 – 1,34 и ЦНВ 200/3,0– 1,34 (рис. 4).
Рисунок 4 − Зависимости относительных КПД нагнетательных эрлифтов с радиальными нагнетателями: 1 – с ЦНВ 60/1,6; 2 – с ЦНВ 100/1,6; 3 – с 360-22-1; 4 – с ЦНВ 80/3,2; 5 – с ЦНВ 200/3,0, от относительного давления в воздухоотделителе 
при α0 =0,3
Увеличение энергоэффективности работы нагнетательного эрлифта в сравнении с эрлифтом традиционной конструкции (рис. 3, 4) объясняется особенностью зависимости 
(рис. 2).
Превышение относительного погружения эквивалентного нагнетательного эрлифта αэн над относительным погружением эквивалентного традиционного эрлифта αэт объясняется значительным увеличением глубины погружения h н (на 35,1 %) и увеличением высоты подъема Н т на величину Δ Н н (на 5 %) (рис. 1) при увеличении относительного давления в воздухоотделителе до величины 
(при использовании в составе установки нагнетателя ЦНВ 200/3).
Результаты исследования. В ходе исследования доказано, что максимальное значение КПД эквивалентного традиционного эрлифта с рассматриваемым рядом нагнетателей находится в диапазоне 0,369≤ηэт≤0,571, КПД нагнетательного эрлифта – в диапазоне 0,452≤ηэн≤0,706. При использовании рассматриваемого ряда нагнетателей в составе нагнетательных эрлифтных установок значения относительного КПД находятся в диапазоне 
, максимального относительного КПД – в диапазоне 
, значения относительной подачи – в диапазоне 
, значения относительной высоты подъема – в диапазоне 
.
Выводы. Выполнен анализ работы эрлифтных установок в нагнетательном режиме при использовании в их составе пяти радиальных нагнетателей (ЦНВ 60/1,6; ЦНВ 100/1,6; 360-22-1; ЦНВ 80/3,2; ЦНВ 200/3), что обеспечивает расширение области применения эрлифтных установок.
Вычислены значения параметров, характеризующих работу нагнетательной эрлифтной установки с приведенным рядом нагнетателей в диапазоне абсолютных давлений в воздухоотделителе (во всасывающем патрубке нагнетателя) р а вз=(1,013÷1,250)·105 Па и диапазоне начальных относительных погружений смесителя α0=(0,15÷0,90). Доказано, что в сравнении с эрлифтной установкой традиционной технологической схемы работа нагнетательной эрлифтной установки в данных условиях обеспечивает увеличение высоты подъема жидкости (гидросмеси) до 16,5 % (при α0=0,3), увеличение подачи эрлифта на (23,1÷23,6) % (во всем исследуемом диапазоне относительных погружений смесителя) при увеличении КПД эрлифта до 29,9 % (при α0=0,9).
Список литературы
1. Кононенко А.П. Обоснование энергетической целесообразности применения нагнетательных эрлифтных установок с радиальными нагнетателями / А.П. Кононенко, Р.И. Божко // Вестник Донецкого национального технического университета. – 2017. – №1(7). – С.11-19.
2. Кононенко А.П. Области применения нагнетательных эрлифтных установок с радиальными нагнетателями / А.П. Кононенко, Р.И. Божко // Современное промышленное и гражданское строительство. – 2018. – Т.14. – №1.– С. 29-37.
3. Кононенко А.П. Теоретические диапазоны возможных подач эрлифтов с блочным воздухоснабжением центробежными нагнетателями / А.П. Кононенко, В.В. Чернюк, М.Ю. Карпушин. // Наукові праці ДонНТУ. Серія гірничо-електромеханічна. –2011. – Вип. 22 (195). – С. 116-134.
4. Энциклопедия эрлифтов / Ф.А. Папаяни [и др.]. – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с.