Диссертация (1024729), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Вводятся все новыетребованияинормыпоэффективностиинадежностинасосногооборудования, и разработанные 20-30 лет назад методы проектированиялопаточных машин уже не позволяют добиться требуемых результатов.Цель работы – создание метода расчета основных типов проточныхчастей центробежных насосов на основе оптимизационных алгоритмов иметодоввычислительнойоптимизациюсгидродинамики,различнымпозволяющегоколичествомкритериев,проводитьтакихкакэнергоэффективность, кавитационные качества, нагрузки на элементыконструкции и другим характеристикам.
Процесс проектирования на основеданногометодадолженукладыватьсявминимальныесрокисгарантированным результатом.Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующиезадачи:1.Обоснованыприменяемыеметодыоптимизацииисформулированы рекомендации по выбору того или иного метода.2.Разработан метод выбора управляющих параметров оптимизации,т.е. геометрических параметров, оказывающих наибольшее влияние навыбранные критерии оптимизации и выбираемых в качестве варьируемых иоптимизируемых.3.Разработана математическая модель расчета оптимизируемыххарактеристик насоса на основе методов вычислительной гидродинамики,адаптированная к оптимизационным расчетам.
Обоснованы допущения иограничения математической модели.4.Выявленызакономерностиизмененияразличныхоптимизируемых характеристик насоса (энергоэффективность, надежность,кавитационные качества и пр.) от геометрических параметров проточныхчастей различных типов.95.Проведенаэкспериментальнаяпроверкаадекватностиприменяемых математических моделей. Проведена верификация результатов,полученных расчетным путем (как интегральных, так и дифференциальныххарактеристик).6.Экспериментальнымпутемподтвержденаэффективностьприменения разработанного метода оптимизации.Исследования проведены для проточных частей центробежных насосовразличного типа (консольные, двустороннего входа, многоступенчатые, спредвключенным шнеком).
Решение задач базируется на использованииметодоввычислительнойгидродинамикииэкспериментальныхисследованиях.Методические основы диссертационной работы базируются на:–современных методах расчета турбулентных течений в проточныхчастях роторных гидромашин с использованием моделей турбулентности типаRANS и URANS;–Добавлено примечание ([ST1]): все-таки -- это уравненияили модели турбулентности?математическихметодахрешенияоптимизационныхзадачстохастического и направленного поиска решения, а также их комбинации;–современных методах получения макетных и опытных образцовизделий на основе трехмерного прототипирования;–общей теории лопастных решеток и лопастных гидромашин вцелом;–Добавлено примечание ([ST2]): мне кажется, что этоттермин не очень точный -- ведь речь идет о лопастным машинах,миллион типов машин объемного типа, однако роторных, к семуне относятсясовременных методах автоматизированного проектирования ипрограммирования автоматизированных оптимизационных алгоритмов.ДостоверностьобеспечиваетсяиспользованиемДобавлено примечание ([ST3]): определенное масломасляноеметодовматематической статистики при оценке погрешностей численных и натурныхэкспериментов.Обоснованность подтверждается:Добавлено примечание ([ST4]): с новой строки?10–верификациейиспользуемыхматематическихмоделейэкспериментальным путем, сравнением дифференциальных и интегральныххарактеристик, полученных расчетным путем с результатами испытаний;–успешным внедрением результатов исследования в производство.Научная новизна:–разработан комплексный метод расчета проточных частей насосовосновных типов на основе применения оптимизационных алгоритмов иметодов вычислительной гидродинамики, позволяющий в сжатые срокипроводить поиск наиболее оптимальных геометрических размеров элементовпроточной части в соответствии с требуемыми критериями оптимизации;–создана математическая модель расчета проточных частейцентробежных насосов, позволяющая оптимизировать вычислительныересурсы для проведения многовариантного поиска оптимального проектногорешения.–Создана математическая модель развития кавитации в проточнойчасти насоса, экспериментальным путем получены значения коэффициентов,входящих в модель, а также сформулирован критерий оценки кавитационныхкачеств насоса в процессе оптимизации его проточной части.Разработанный метод расчета проточных частей центробежных насосовможет быть использован как в процессе проектирования новых насосныхагрегатов с улучшенными характеристиками, так и для модернизации старыхконструкций, путем переработки отдельных элементов проточной части.Разработанныйметодпозволяетсущественносократитьсрокипроектирования и добиться требуемого результата.Разработанный метод расчета и практические рекомендации по расчетуи проектированию проточных частей насосных агрегатов применены припроектировании насосных агрегатов на нескольких предприятиях:11–профилирование рабочего колеса грунтового насоса, ЗАО«Гидромех», г.
Рыбинск;–проектирование модельного ряда нефтяных магистральныхнасосов, АО «Нефтекамский машиностроительный завод», г.Нефтекамск;–проектирование, изготовление и испытания насоса для горячеготеплоносителя с повышенными кавитационными качествами, МинПромТоргРоссии;–проектирование и изготовление герметичного насоса с низкимкоэффициентом быстроходности, АО «Турбонасос», г. Воронеж;–проектирование сменных роторов насоса НМ10000-210, АК«Транснефть нефтяные насосы», г. Челябинск;–оптимизация проточной части насосов НМ1250-260 и НМ2500-230, АО «Конар» г.
Челябинск;–оптимизация геометрических характеристик проточной частималошумного насоса, ЗАО НПО «Гидромаш», г.Москва.Во всех перечисленных работах метод расчета был успешно примененна практике.12ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОТОЧНЫХЧАСТЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ МЕТОДАМИОПТИМИЗАЦИИ.ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ДАННОЙ ТЕМЕ1.1.Постановка задачиОбъектами исследования в данной работе являются проточные частицентробежных насосов различных типов.
Элементами проточных частейявляются: подводящее устройство полуспирального типа, рабочее колесо,направляющий аппарат, лопаточный и канальный диффузоры и отводящееустройство спирального типа с однозавитковой и двухзавитковой спиралью.Проточные части насосов основных типов состоят именно из перечисленныхэлементов.
Разработанные методы оптимизации легко могут распространятьсяна элементы проточных частей других типов, однако в рамках данной работыне рассматриваются.При оптимизации геометрической формы проточных частей насосовразличныхтиповнеобходиморассматриватьразличныекритерииоптимизации. Например, для нефтяных магистральных насосов наибольшеевнимание уделяется их энергоэффективности, для насосов, установленных наподводных судах, важны виброакустические характеристики и т.д. В работерассматривается оптимизация по различным критериям и их комбинациям.Параметрами оптимизации выступают различные геометрическиехарактеристики проточной части насосов. При описании формы поверхностипроточной части можно ввести в рассмотрение сотни параметров, поэтому врамках работы исследуется влияние различных параметров на выбранныекритерии оптимизации и производится выбор наиболее значимых их них.13Целью работы является создание комплексного метода расчетаосновных типов проточных частей центробежных насосов на основеоптимизационных алгоритмов и методов вычислительной гидродинамики,позволяющего проводить оптимизацию с различным количеством критериев,таких как энергоэффективность, кавитационные качества, нагрузки наэлементы конструкции и другим характеристикам.
Процесс проектированияна основе данного метода должен укладываться в минимальные сроки сгарантированным результатом.Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:1.Обоснованыприменяемыеметодыоптимизацииисформулированы рекомендации по выбору того или иного метода.2.Разработан метод выбора управляющих параметров оптимизации,т.е. геометрических параметров, оказывающих наибольшее влияние навыбранные критерии оптимизации и выбираемые в качестве варьируемых иоптимизируемых.3.Разработана математическая модель расчета оптимизируемыххарактеристик насоса на основе методов вычислительной гидродинамики,адаптированная к оптимизационным расчетам.
Обоснованы допущения иограничения математической модели.4.Выявленызакономерностиизмененияразличныхоптимизируемых характеристик насоса (энергоэффективность, надежность,кавитационные качества и пр.) от геометрических параметров проточныхчастей различных типов.5.Проведенаэкспериментальнаяпроверкаадекватностиприменяемых математических моделей. Проведена верификация результатов,полученных расчетным путем (как интегральных, так и дифференциальныххарактеристик).146.Экспериментальнымпутемподтвержденаэффективностьприменения разработанного метода оптимизации.Для получения значений критериев оптимизации при заданныхпараметрахприменяютсяметодытрехмерногомоделированиягидродинамических процессов (CFD) в проточной части насоса с различныминастройкамимодели,позволяющимирешитьпоставленнуюоптимизационную задачу с минимальными затратами вычислительныхресурсов.1.2.Преимущества и недостатки различных методов оптимизациипроточных частей насосовМетоды оптимизации проточных частей центробежных насосов можноклассифицировать по различным признакам.
В первую очередь можноразделить их по признаку вовлеченности человека в процесс оценкирезультатоврасчетовивыборанаправленияпоследующегошагаоптимизации, т.е. на интуитивные методы и методы, использующиеформальные математические алгоритмы (Рисунок 1.1).Рисунок 1.1. Классификация методов оптимизации15Неоспоримымнепосредственноепреимуществомприсутствиеинтуитивныхчеловеканавсехметодовэтапахявляетсярасчетаиоптимизации, что позволяет при наличии соответствующей квалификации иопыта расчетчика отыскать решение поставленной задачи в несколькоитераций.
Однако такой метод обладает двумя существенными недостатками.Во-первых, резко возрастает вероятность ошибки, связанная с «человеческимфактором», особенно при выполнении работ в сжатые сроки, и, во-вторых, приналичии критериев оптимизации, слабо коррелирующих с визуализируемымипараметрами течения (распределение скоростей, давлений и пр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
