Доклады III Международной Научно-Технической Конференции "Механика жидкости и газа", 7-9декабря 2004г., Донецк

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИФТОРЭТИЛЕНА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ПОГРУЖНЫХ НАСОСОВ

Волошин В.В., студент, Козыряцкий Л.Н., канд. тех. наук, доц.
Донецкий национальный технический университет

Рассмотрены способы уменьшения гидравличекого сопротивления проточной части рабочих колес погружных насосов. Показаны перспективы применения политетрафторэтилена в качестве покрытия рабочих колес.

На сегодняшний день погружные насосы являются одними из самых перспективных агрегатов для перекачивания жидкостей. Они эффективно могут использоваться: для перекачки промышленных, канализационных, сточных и дождевых вод; для водозабора из рек, озер и прудов;  для дренажа путепроводов, тоннелей, шахт; в зоне катастроф при паводке и наводнения; в сельском хозяйстве для перекачки воды в ирригационных системах; в гражданском строительстве для понижения грунтовых вод и водоотвода из котлованов и траншей;  в насосных станциях и очистных установках.

Однако, несмотря на то, что предельная унификация деталей насоса и модульное исполнение отдельных его узлов позволяет с высоким качеством осуществлять производство, поверхность проточной части (внутренняя поверхность  направляющих аппаратов, рабочих колес) по технологическим  причинам не может быть изготовлена идеально гладкой. Она может быть шероховатой, содержать отдельные  препятствия различных размеров, конфигураций и распределенные произвольным образом. Наличие же шероховатостей приводит к возникновению дополнительного гидравлического сопротивления, и, как следствие, потери напора при прохождении жидкости внутри насоса.

Существует несколько способов решения этой проблемы. 1. Изготовление рабочих колес из композиционных полимерных материалов. Несмотря на низкий коэффициент трения, высокую коррозионную стойкость и малый вес, рабочих колеса такого типа имеют влагопоглощение около 5% по массе и подвержены поверхностному гидролизу, т.е. ухудшению физико-механических свойств под воздействием температуры, воды и давления, что может привести к потере формы рабочих колес 2. Механическая обработка внутренней поверхности рабочих колес. Данный способ не может обеспечить снижение шероховатости до требуемого уровня. 3. Покрытие внутренней поверхности проточных частей химическим составом, обволакивающим микронеровности  металла и имеющего низкий коэффициент трения  - политетрафторэтиленом (ПТФЭ), называемого также тефлоном (основа материала - перфлюорооктановая кислота (perfluorooctanoic acid, PFOA), синтетический полимер).

Это весьма инертный материал с коэффициентом трения около 0,05 [1]. Если очень мелкие частицы тефлона диспергировать в фенольном полимере, а затем пульверизацией нанести на металлическую поверхность и подвергнуть отвердению при помощи закрепляющих составов, то получается прочное тефлоновое покрытие с малым коэффициентом трения, необычайно стойкое к износу и истиранию. К достоинствам такого покрытия следует отнести: защиту металла от коррозии (в том числе под воздействием солей, активных минеральных веществ); перекрытие доступа кислорода к поверхности металла; исключение попадания влаги на металл; длительный срок службы; отсутствие особого ухода и дополнительной обработки химическими составами не протяжении всего срока службы покрытия (тефлон не подвергается воздействию влаги и обладает стойкостью к действию почти всех химикатов и растворителей, истирание тефлона происходит толко за счет воздействия грубых механических включений); увеличение срока службы рабочих колес в 2-5 раз.

Применение тефлона в других отраслях промышленности уже достаточно освоено. В самолетостроении тефлонирование используется для уменьшения аэродинамического сопротивления корпуса [2]. Обработка тефлоном подводной части катеров и яхт дает значительное уменьшение гидродинамического сопротивления и, как следствие, повышение максимальной скорости  или повышение экономичности хода. Для оценки эффективности применения тефлона в качестве покрытия был использован программный комплекс ANSYS/FLOTRAN. Программа предлагает перечень расчетных средств, которые могут  получить решение задач гидроаэродинамики [3]. При этом решаемые задачи могут быть стационарными или нестационарными, а поток среды может включать до шести нереагирующих между собой компонент.

Пакет может быть применен для расчета параметров потока, распределения давления и температуры в однофазной, вязкой жидкости. Жидкость может быть ньютоновской или неньютоновской. В результате построения двух рабочих колес с различным коэффициентом трения было установлено, что уменьшение  данного параметра с 0.2 (для стали) до 0.05 (для тефлона) дает увеличение напора рабочего колеса на 12%. Таким образом, применение политетрафторэтилена является перспективным способом снижения гидравлических потерь в проточной части погружного насоса (повышение гидравлического КПД машины), снижения энергопотребления двигателя, увеличения срока службы стальных или чугунных рабочих колес при работе на высокоактивных химических жидкостях и обладает целым рядом преимуществ по сравнению с существующими способами обработки поверхностей металлов.