Выбор типа отводящего устройства и оптимизация проточной части многоступенчатого центробежного насоса низкой быстроходности

Аннотация

Вопрос обеспечения высокой энергоэффективности насосов большой мощности является актуальным в настоящее время, поскольку повышение гидравлического КПД проточных частей таких насосов приводит к существенной экономии эксплуатационных затрат. Применение технологий цифрового моделирования течения вязкой жидкости позволяет оптимизировать геометрию элементов проточной части на стадии проектирования и с достаточной степенью точности строить прогнозные характеристики насоса. Основными элементами, влияющими на характеристики проточных частей многоступенчатых насосов, являются рабочие колеса и отводящие устройства. Наиболее часто в качестве отводящих устройств в многоступенчатых насосах используются лопаточные и канальные отводы. Приведены результаты проектирования и оптимизации проточных частей многоступенчатого центробежного насоса низкой быстроходности с отводящими устройствами обоих типов, а также прогнозные характеристики насосов, полученные с использованием методов вычислительной гидродинамики. Гидравлический КПД ступени с направляющим аппаратом канального типа (оптимизированный вариант) на 0,3 % выше, чем КПД ступени с направляющим аппаратом лопаточного типа. Обе оптимизированные проточные части имеют незападающую форму напорных характеристик в области малых подач. Ступень насоса с направляющим аппаратом канального типа имеет меньший радиальный габаритный размер, чем ступень с лопаточным отводом D_к / D_л = 0,88), и более высокую технологичность конструкции. Выявлено, что наиболее предпочтительным для ступени питательного электронасоса с коэффициентом быстроходности n_s = 85 является вариант оптимизированной проточной части ступени с отводом канального типа

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках соглашения № 075-11-2021-044 от 25.06.2021

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Клюев А.С., Федоров С.П., Иванов Е.А. и др. Выбор типа отводящего устройства и оптимизация проточной части многоступенчатого центробежного насоса низкой быстроходности. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2023, № 2 (145), c. 98--113. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2023-2-98-113

Литература

[1] Богун В.С. Способы повышения экономичности и ресурса питательных насосов для ТЭС с энергоблоками мощностью 250...1200 МВт. Дис. ... канд. техн. наук. СПб., СПбПУ, 2011.

[2] Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М., Машиностроение, 1966.

[3] Данилов Д.А., Зайцев А.А., Ломакин В.О. Использование методов оптимизации для получения требуемой формы характеристики центробежного насоса. Гидравлика, 2021, № 12. URL: http://hydrojournal.ru/svezhij-nomer-zhurnala-molodezhnyj-razdel/item/152-ispolzovanie-metodov-optimizatsii-dlya-polucheniya-trebuemoj-formy-kharakteristiki-tsentrobezhnogo-nasosa

[4] Жарковский А.А., Борщев И.О., Иванов Е.А. и др. Программа для выбора основных параметров рабочего колеса центробежного насоса. Свид. о рег. прогр. для ЭВМ РФ 2020617132. Заявл. 19.06.2020, опубл. 02.07.2020.

[5] Жарковский А.А., Борщев И.О., Иванов Е.А. и др. Программа для выбора основных параметров лопаточных отводов центробежных насосов. Свид. о рег. прогр. для ЭВМ РФ 2021681641. Заявл. 15.12.2021, опубл. 23.12.2021.

[6] Жарковский А.А., Борщев И.О., Иванов Е.А. и др. Генератор осевых лопастных систем. Свид. о рег. прогр. для ЭВМ РФ 2019665355. Заявл. 19.11.2019, опубл. 22.11.2019.

[7] Жарковский А.А., Борщев И.О., Иванов Е.А. и др. Генератор радиальных лопастных систем. Свид. о рег. прогр. для ЭВМ РФ 2019665786. Заявл. 19.11.2019, опубл. 28.11.2019.

[8] Жарковский А.А., Борщев И.О., Иванов Е.А. и др. Программа для генерации отводов с непрерывной зоной перевода. Свид. о рег. прогр. для ЭВМ РФ 2021681328. Заявл. 15.12.2021, опубл. 21.12.2021.

[9] Жарковский А.А., Борщев И.О., Иванов Е.А. и др. Генератор пространства параметров. Свид. о рег. прогр. для ЭВМ РФ 2019665576. Заявл. 15.11.2019, опубл. 26.11.2019.

[10] Gulich J.F. Centrifugal pumps. Cham, Springer International Publishing, 2019.

[11] Helton J.C., Davis F.J. Latin hypercube sampling and the propagation of uncertainty in analyses of complex systems. Reliab. Eng. Syst. Saf., 2003, vol. 81, no. 1, pp. 23--69. DOI: https://doi.org/10.1016/S0951-8320(03)00058-9

[12] Wang W., Pei J., Yuan S., et al. Application of different surrogate models on the optimization of centrifugal pump. J. Mech. Sc. Technol., 2016, vol. 30, no. 2, pp. 567--574. DOI: https://doi.org/10.1007/S12206-016-0110-0

[13] Shim H.S., Kim K.Y., Choi Y.S. Three-objective optimization of a centrifugal pump to reduce flow recirculation and cavitation. J. Fluids Eng., 2018, vol. 140, no. 9, art. 091202. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4039511

[14] Pei J., Wang W., Yuan S., et al. Optimization on the impeller of a low-specific-speed centrifugal pump for hydraulic performance improvement. Chin. J. Mech. Eng., 2016, vol. 29, no. 5, pp. 992--1002. DOI: https://doi.org/10.3901/CJME.2016.0519.069

[15] Pei J., Wang W., Yuan S. Multi-point optimization on meridional shape of a centrifugal pump impeller for performance improvement. J. Mech. Sc. Technol., 2016, vol. 30, no. 11, pp. 4949--4960. DOI: https://doi.org/10.1007/s12206-016-1015-7

[16] Peng C., Zhang X., Gao Z., et al. Research on cooperative optimization of multiphase pump impeller and diffuser based on adaptive refined response surface method. Adv. Mech. Eng., 2022, vol. 14, no. 1, art. 168781402110729. DOI: https://doi.org/10.1177/16878140211072944

[17] Lomakin V., Valiev T., Chaburko P. Application of optimization algorithms to improve the vibroacoustic characteristics of pumps. IOP Conf. Ser.: Mater. Sc. Eng, 2020, vol. 779, no. 1, art. 012044. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/779/1/012044

[18] McKay M.D., Beckman R.J., Conover W.J. A comparison of three methods for selecting values of input variables in the analysis of output from a computer code. Technometrics, 1979, vol. 21, no. 2, pp. 239--242. DOI: https://doi.org/10.2307/1268522