avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-3-75-82NPYDJJavroen-102Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGРазработка модуля оптимизации для системы автоматизированного проектирования ступени центробежного насосаDevelopment of a module of direct optimization methods for a two-dimensional automated design system of a centrifugal pump stagehttps://orcid.org/0000-0002-4851-804XСтасеевА. А.StaseyevA. A.

CТАСЕЕВ Александр Александрович, аспирант Высшей школы энергетического машиностроения; младший разработчик отдела развития прикладно­го программного обеспечения

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

195009, г. Санкт-Петербург, наб. Свердловская, 18, литера АР

AuthorID (РИНЦ): 1178129

STASEYEV Aleksandr Aleksandrovich, Postgraduate оf the Higher School of Power Engineering; Junior Developer of the Application Software Development Department

Saint Petersburg, Polytechnicheskaya St., 29, 195251

Saint Petersburg, Sverdlovskaya Embankment, 18 AR, 195009

AuthorID (RSCI): 1178129

greenalh@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3044-8768ЖарковскийА. А.ZharkovskiyA. A.

ЖАРКОВСКИЙ Александр Аркадьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор Высшей школы энергетического машиностроения

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

AuthorID (РИНЦ): 320919

AuthorID (SCOPUS): 7004534701

ResearcherID: T-3278-2018

ZHARKOVSKIY Aleksandr Arkadyevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Higher School of Power Engineering

Saint Petersburg, Polytechnicheskaya St., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 320919

AuthorID (SCOPUS): 7004534701

ResearcherID: T-3278-2018.

azharkovsky@gmail.comСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; ООО «НордЭнергоГрупп Информационные технологии»,РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University; LLC “NordEnergoGroup Information Technologies”Russian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202530092025937582Copyright © Стасеев А.А., Жарковский А.А., 20252025Стасеев А.А., Жарковский А.А.Staseyev A.A., Zharkovskiy A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/102

В статье представлена архитектура программного обеспечения, предназначенного для оптимиза­ции проточных частей ступеней центробежных насосов. Описывается принцип выбора геометрических параметров, влияющих на значения напора и коэффициента полезного действия ступени. Обосновыва­ется выбор количества точек в матрице эксперимента. С помощью изложенного в статье функциона­ ла производится оптимизация проточной части ступени консольного центробежного насоса. На основе полученных оптимальных параметров выполняется автоматизированное моделирование 3D-модели проточной части и проводятся CFD расчеты в пакете Ansys CFX.

The paper describes the architecture of software designed to optimize the flow paths of centrifugal pump stages. The principle of selecting geometric parameters that affect the values of the head and efficiency of the stage is described. The number of points in the design of experiments is selected and a formula for the rating of the optimization calculation is proposed. Described functionality is used to perform optimization of the flow path of a stage of console centrifugal pump stage with a speed coefficient equal to 93 Based on the obtained geometric parameters, automated modeling of 3D models of the flow path is performed, which is used to perform CFD calculations in the Ansys CFX package.

оптимизацияСАПРкорреляциялатинский гиперкубавтоматизацияPythonцентробежный насосспиральный отвод.direct optimizationCADcorrelationlatin hypercubeautomationPythoncentrifugal pumpspiral outlet.ReferencesTian F., Yang C., Zhang E. [et al.]. Design Optimization of hydraulic machinery based on ISIGHT software: A review of methods and applications. Water. 2023. Vol. 15, no. 11. P. 1–15. DOI: 10.3390/w15112100.Tian F., Yang C., Zhang E. [et al.]. Design Optimization of hydraulic machinery based on ISIGHT software: A review of methods and applications. Water. 2023. Vol. 15, no. 11. P. 1–15. DOI: 10.3390/w15112100.Клюев А. С., Федоров А. С., Иванов Е. А., Жарковский А. А., Борщев И. О. Выбор типа отводящего устройства и оптимизация проточной части многоступенчатого центробеж­ного насоса низкой быстроходности // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Бау­мана. Серия «Машиностроение». 2023. № 2 (145). С. 98–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2023-2-98-113. EDN: TMONKW.Klyuyev A. S., Fedorov A. S., Ivanov E. A., Zharkovskiy A. A., Borshchev I. O. Vybor tipa otvodyashchego ustroystva i optimizatsiya protochnoy chasti mnogostupenchatogo tsentrobezhnogo nasosa nizkoy bystrokhodnosti [Selection of the diffuser type and optimization of the flow path part of a low speed multistage centrifugal pump]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. N. E. Baumana. Seriya «Mashinostroyeniye». Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering. 2023. No. 2 (145). P. 98–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2023-2-98-113. EDN: TMONKW. (In Russ.).Волков А. В., Парыгин А. Г., Вихлянцев А. А., Дружи­нин А. А. К вопросу об оптимизации проточной части рабочих колёс центробежных насосов // Надежность и безопасность энергетики. 2018. Т. 11, № 4. С. 311–318. DOI: 10.24223/1999-5555-2018-11-4-311-318. EDN: YTOLBJ.Volkov A. V., Parygin A. G., Vikhlyantsev A. A., Druzhinin A. A. K voprosu ob optimizatsii protochnoy chasti rabochikh kolѐs tsentrobezhnykh nasosov [On optimization of flow passages of impellers of centrifugal pumps]. Nadezhnost’ i bezopasnost’ energetiki. Safety and Reliability of Power Industry. 2018. Vol. 11, no. 4. P. 311–318. DOI: 10.24223/1999-5555-2018-11-4-311-318. EDN: YTOLBJ. (In Russ.).Wang W., Pei J., Yuan S. [et al.]. Application of different surrogate models on the optimization of centrifugal pump. Journal of Mechanical Science and Technology. 2016. Vol. 30. P. 567–574. DOI: 10.1007/s12206-016-0110-0.Wang W., Pei J., Yuan S. [et al.]. Application of different surrogate models on the optimization of centrifugal pump. Journal of Mechanical Science and Technology. 2016. Vol. 30. P. 567–574. DOI: 10.1007/s12206-016-0110-0.Jaiswal A. K., Siddique M. H., Ranjan A. Surrogate-based design optimization of a centrifugal pump impeller. Engineering Optimization. 2022. Vol. 54, no. 8. P. 1395–1412. DOI: 10.1080/0305215X.2021.1932867.Jaiswal A. K., Siddique M. H., Ranjan A. Surrogate-based design optimization of a centrifugal pump impeller. Engineering Optimization. 2022. Vol. 54, no. 8. P. 1395–1412. DOI: 10.1080/0305215X.2021.1932867.Wu T. X., Wu D., Gao S. Y. [et al.]. Multi-objective optimization and loss analysis of multistage centrifugal pumps. Energy. 2023. Vol. 284. P. 1–13. DOI: 10.1016/j.energy.2023.128638.Wu T. X., Wu D., Gao S. Y. [et al.]. Multi-objective optimization and loss analysis of multistage centrifugal pumps. Energy. 2023. Vol. 284. P. 1–13. DOI: 10.1016/j.energy.2023.128638.Li H., Han Y., Shi W. [et al.]. Automatic optimization of centrifugal pump based on adaptive single-objective algorithm and computational fluid dynamics. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2022. Vol. 16, no. 1. P. 2222–2242. DOI: 10.1080/19942060.2022.2143901.Li H., Han Y., Shi W. [et al.]. Automatic optimization of centrifugal pump based on adaptive single-objective algorithm and computational fluid dynamics. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2022. Vol. 16, no. 1. P. 2222–2242. DOI: 10.1080/19942060.2022.2143901.Стасеев А. А., Жарковский А. А. Автоматизирован­ное проектирование 3D-моделей элементов проточной части ступени шнеко-центробежного насоса // Известия МГТУ «МАМИ». 2024. Т. 18, № 3. С. 212–221. DOI: 10.17816/2074-0530-632427. EDN: USRPXF.Staseyev A. A., Zharkovskiy A. A. Avtomatizirovannoye proyektirovaniye 3D-modeley elementov protochnoy chasti stupeni shneko-tsentrobezhnogo nasosa [Automated design of the 3D models of the elements of the flow part of the stage of a screwcentrifugal pump]. Izvestiya MGTU “MAMI”. 2024. Vol. 18, no. 3. P. 212–221. DOI: 10.17816/2074-0530-632427. EDN: USRPXF. (In Russ.).Cтасеев А. А., Жарковский А. А. Разработка системы автоматизированного проектирования спирального отвода центробежных насосов // Гидравлические и теплотехниче­ские системы и агрегаты: материалы XXVIII Междунар. науч.-техн. конф. Москва: Мир науки, 2024. С. 233–239.Staseyev A. A., Zharkovskiy A. A. Razrabotka sistemy avtomatizirovannogo proyektirovaniya spiral’nogo otvoda tsentrobezhnykh nasosov [Development of an automated design system for a spiral outlet of centrifugal pumps]. Gidravlicheskiye i teplotekhnicheskiye sistemy i agregaty. Hydraulic and Thermal Systems and Units. Moscow, 2024. P. 233–239. (In Russ.).Santner T. J., Williams B. J., Notz W. I. The design and analysis of computer experiments. Springer New York, 2018. 436 p. DOI: 10.1007/978-1-4939-8847-1.Santner T. J., Williams B. J., Notz W. I. The design and analysis of computer experiments. Springer New York, 2018. 436 p. DOI: 10.1007/978-1-4939-8847-1.Namazizadeh M., Gevari M. T., Mojaddam M., Vajdi M. Optimization of the splitter blade configuration and geometry of a centrifugal pump impeller using design of experiment. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020. Vol. 13, no. 1. P. 89–101. DOI: 10.29252/jafm.13.01.29856.Namazizadeh M., Gevari M. T., Mojaddam M., Vajdi M. Optimization of the splitter blade configuration and geometry of a centrifugal pump impeller using design of experiment. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020. Vol. 13, no. 1. P. 89–101. DOI: 10.29252/jafm.13.01.29856.Peng G., Ma L., Hong S. [et al.]. Optimization design and internal flow characteristics analysis based on Latin hypercube sampling method. Arabian Journal for Science and Engineering. 2025. Vol. 50. P. 2715–2754. DOI: 10.1007/s13369-024-09229-6.Peng G., Ma L., Hong S. [et al.]. Optimization design and internal flow characteristics analysis based on Latin hypercube sampling method. Arabian Journal for Science and Engineering. 2025. Vol. 50. P. 2715–2754. DOI: 10.1007/s13369-024-09229-6.Arcentales X. A., Arcentales D. A., Montealegre W. Design of rotors in centrifugal pumps using the topology optimization method and parallel computing in the cloud. Machines. 2025. Vol. 13, no. 4. DOI: 10.3390/machines13040307.Arcentales X. A., Arcentales D. A., Montealegre W. Design of rotors in centrifugal pumps using the topology optimization method and parallel computing in the cloud. Machines. 2025. Vol. 13, no. 4. DOI: 10.3390/machines13040307.The experimental design package for Python. URL: https://pythonhosted.org/pyDOE/ (accessed: 01.05.2025).The experimental design package for Python. URL: https://pythonhosted.org/pyDOE/ (accessed: 01.05.2025).SciPy StandardScaler. URL: https://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.preprocessing.StandardScaler.html (accessed: 26.04.2025).SciPy StandardScaler. URL: https://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.preprocessing.StandardScaler.html (accessed: 26.04.2025).Pandas. API Reference. URL: http://pandas.pydata.org/docs/reference/api/pandas.DataFrame.corr.html (accessed: 29.04.2025).Pandas. API Reference. URL: http://pandas.pydata.org/docs/reference/api/pandas.DataFrame.corr.html (accessed: 29.04.2025).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.