Подвижные лопастные системы центробежных насосов низкой быстроходности

Одним из наиболее распространенных типов насосных агрегатов, применяемых в промышлен­ности, являются центробежные насосы. В свою очередь среди центробежных насосов имеется своя классификация по конструктивным особенностям. Так называемые тихоходные насосы рас­считаны на небольшие подачи и высокие напоры. Такой тип насосов является весьма востребо­ванным в химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности в связи с условия­ ми их эксплуатации, подразумевающими преодоление сопротивлений длинных технологических линий. При этом тихоходным насосам свойственна низкая энергоэффективность, обусловленная гидродинамическими и другими потерями движущегося потока рабочей среды внутри проточ­ной части. С целью повышения энергетической эффективности тихоходных насосов предложен новый подход к проектированию основного рабочего органа центробежных насосов. Новизна подхода заключается в использовании подвижной лопастной решетки в центробежных рабочих колесах низкой быстроходности. Свойственная только тихоходным рабочим колесам, геометрия их меридианной проекции была адаптирована под возможность поворота каждой отдельно взя­той лопасти относительно своей оси вращения. Подвижность лопастей позволит влиять на гидро­динамику не только в рабочем колесе за счет изменения диффузорности межлопастного канала и углов лопасти на входе и выходе, но и, как следствие, в спиральном отводе, что приведет к большей согласованности их режимов течения. Проведенные на конкретном примере числен­ные расчеты показали, что предложенный подход способен изменить характеристику центро­бежного насоса, уменьшив его потребляемую мощность во всем рабочем интервале, что можно рассматривать как увеличение энергетической эффективности насосного агрегата.

1. Gradilenko N., Lomakin V. Overview of methods for optimizing the flow of the centrifugal pump // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 963. P. 012016. DOI: 10.1088/1757-899X/963/1/012016.

2. Шишкина А. С., Шишкин Г. Д., Ломакин В. О. Опти­мизация проточной части центробежного насоса с лопаточ­ным направляющим аппаратом из условия минимизации ги­дродинамических источников шума // Гидравлика. 2020. № 9. С. 57–68. EDN: LIHMOG.

3. Михеев К. Г., Веселов А. А. Исследование возможности улучшения виброакустических характеристик насоса путём оптимизации проточной части рабочего колеса // Инновации и инвестиции. 2021. № 6. С. 125–129. EDN: ZZVDMM.

4. Свобода Д. Г., Иванов Е. А., Жарковский А. А., Щуцкий С. Ю. Оптимизация проточной части осевого насоса с ис­пользованием поверхности отклика // Известия высших учеб­ных заведений. Машиностроение. 2022. № 8 (749). С. 74–83. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-8-74-83. EDN: IIUJUA.

5. Свобода Д. Г., Иванов Е. А., Жарковский А. А., Щуцкий С. Ю. Оптимизация проточной части осевого насоса с исполь­зованием прямых методов // Известия высших учебных за­ведений. Машиностроение. 2022. № 12 (753). С. 116–123. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-12-116-123. EDN: LGLYSX.

6. Тошмаматов Н. Т. Двухэтапная оптимизация для про­точной части насоса низкой быстроходности // Экономика и социум. 2021. № 12-2 (91). С. 615–619. EDN: FJJMNI.

7. Данилов Д. А., Зайцева А. А., Ломакин В. О. Использо­вание методов оптимизации для получения требуемой формы характеристики центробежного насоса // Гидравлика. 2021. № 12. С. 55–63. EDN: STJVTM.

8. Valyukhov S., Galdin D., Korotov V., Rusin V., Shablovskiy A. Profile optimization of the impeller blade of a low-speed centrifugal pump using surrogate modeling // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 779. P. 012023. DOI: 10.1088/1757-899X/779/1/012023.

9. Gan X., Pei Ji, Wang W. [et al.]. Application of a modified MOPSO algorithm and multi-layer artificial neural network in centrifugal pump optimization // Engineering Optimization. 2022. Vol. 55. P. 1–19. DOI: 10.1080/0305215X.2021.2015585. EDN: ICZLAY.

10. Liu X., Chen R. Numerical simulation of flow characteristics in low-speed centrifugal pumps // International Journal of Fluid Machinery. 2024. Vol. 45. P. 213–220. DOI: 10.1038/s41598-024-62831-4.