Автореферат (Разработка комплексного метода расчета проточных частей центробежных насосов с оптимизацией параметров), страница 5

Лучшие модели имеют значения КПД86,4-86,6%.24В результате стационарных расчетов можно не только выбрать наилучшиемодели для уточнения их параметров в нестационарной постановке, но ипровести анализ влияния различных параметров на выбранные критерии.Большое количество расчетных точек позволяет построить аппроксимацииметодом наименьших квадратов, тем самым сузить область поиска или сократитьколичество параметров оптимизации (Рисунок 15).абРисунок 15.

Зависимость КПД от параметров оптимизации (произведение углаохвата лопасти на количество лопастей (а) и количество лопастей (б).После стационарного расчета для лучших моделей проводились расчеты внестационарной постановке. Значения КПД составили 87,6-88,7%Можно сделать важный вывод, что в результате нестационарного расчетанаилучшей моделью не всегда оказывается модель с наилучшим значением КПДв стационарной постановке.Итоговая таблица сравнения результатов применения предлагаемогометода с классическими приведена и ниже (Таблица 5).Таблица 5.Результаты применения предлагаемого метода расчета проточной частиМарка насосаНМ 2500-230 ОРНМ 2500-230 СРНМ 1250-260 ОРНМ 1250-260 СРИсходная проточнаячасть, гидр КПД, %89,8483,9986,3482,84Оптимизированная проточнаячасть, гидр КПД, %90,986,5388,586,4Другим примером применения является расчет проточных частейотводящих устройств насосов типа НМ.

К насосам такого типа предъявляютсятребования по КПД и надежности. При расчете в качестве критериев быливыбраны КПД и радиальная нагрузка на ротор, первый из которых в большей25степени зависит от конфигурации отводящего устройства, а второй полностьюей определяется.Результаты оптимизации отводящих устройств насосов четырех типовприведены в тексте диссертации. Ниже в таблице приведен пример для насосаНМ3600-230 (Таблица 6).Таблица 6.Оптимизация отвода насоса НМ3600-230№ моделиИсх. отвод1316Потери напора Н,м15,3410,249,36Радиальная силана роторе Р, Н234559,51533Как видно из приведенных выше данных в результате оптимизации былиулучшены оба критерия. Снижение потерь напора для насоса НМ3600 приводитк экономии около 60 кВт мощности на единицу оборудования.Экспериментальная проверка эффективности метода расчета для данныхнасосов и других, приведенных ниже, проводилась на экспериментальном стендекафедры Э10 МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Схема стенда приведена на Рисунке 16.Рисунок 16. Схема экспериментального стендаОценка получаемых погрешностей приведена в тексте диссертации.Проточные части испытуемых насосов изготавливаются методамитрехмерной печати для достижения полного соответствия с рассчитанной 3Dмоделью (Рисунок 17).Рисунок 17.

Изготовление макета для испытаний проточной части26Характеристики, полученные в результате испытаний, приведены наРисунке 18.Полученные уровни КПД насосов выше существующих аналогов.Рисунок 18. Характеристики насосов НМ5000 и НМ7000, полученные врезультате испытанийДля оценки распределения распределенных параметров в проточной частинасоса и сравнения с результатами моделирования проточная часть насосаМНМ7000 была оборудована 47 точками замера статического давления.

Даннаясистема также позволяет вычислить радиальную нагрузку на ротор насосадифференциальным методом (Рисунок 19).Среднее значение погрешностирасчета давления составляет 2-3%,максимальное – 6 %.Оценкарадиальнойсилыпоказала, что радиальная сила,рассчитаннаядифференциальнымРисунок 19. Расчетное распределение методомпоэкспериментальнымдавления вблизи рабочего колесаданным, отличается от расчетной нанасоса5%.Расчет с двухэтапной оптимизацией применен при профилированиипроточной части насоса низкой быстроходности с канальным отводящимустройством.Критерий оптимизации – КПД, параметры – шесть геометрическиххарактеристик колеса и отводящего устройства.После оптимизации методом ЛП-тау поиска по 32 точкам гидравлическийКПД лучшей модели составил 74% (полный 55,5%). Применение методаградиентного спуска позволило улучшить гидравлический КПД на 2% (полныйна 1,1%).27Результаты(Рисунок 20).примененияаметодапроверялисьэкспериментальнобРисунок 20.

Полноразмерный макет на испытательном стенде (а), сравнениерасчетных характеристик с экспериментальными (б)Расчет с оптимизацией критериев КПД икавитационных качеств проводился длянасоса с осецентробежным рабочим колесом(Рисунок 21). Параметрами оптимизациивыбраны 4 геометрические характеристикирабочего колеса: положение входной кромки,Рисунок 21. Осецентробежная угол установки лопасти по ведомому ирабочее колесоведущем диску и угол охвата лопасти.Экспериментальная проверка результатов проводилась в два этапа. Напервом этапе испытаниям подвергался редуцированный макет. Натурныеиспытания опытного образца проводились на заводе «ЭНА», г.

Щелково(Рисунок 22, 23).абРисунок 22. Макет насоса, изготовленный методами 3D печати на стенде (а),сравнение расчетной и экспериментальной напорных характеристик (б)28Напор, м797469640 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Кавитационный запас, мабРисунок 23. Опытный образец насоса (а), сравнение экспериментальной ирасчетной кавитационных характеристик (б)ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Разработанный комплексный метод расчета проточных частейнасосов на основе применения оптимизационных алгоритмов и методоввычислительной гидродинамики позволяет проектировать насосы соптимальнымихарактеристиками.Методпозволяетпроводитьмногокритериальную оптимизацию проточных частей насосов различных типови с различным набором параметров и улучшать такие характеристики какэнергоэффективность (до 10%), кавитационные –качества (на 10-25%), нагрузкина элементы конструкции (до нескольких раз) и прочие.2.Предлагаемая математическая модель позволяет минимизироватьзатраты времени (в 3-6 раз) на процесс профилирования проточной части.Сформулированы рекомендации по выбору основных параметров численноймодели (расчетная сетка, граничные условия и прочие).3.Сформулирован критерий оценки кавитационных качеств насоса,который следует использовать в процессе оптимизации проточных частей покритерию кавитационного запаса.

Критерий позволяет сохранить однофазнуюмодель, требующую гораздо меньше вычислительных ресурсов, чемиспользование двухфазной модели. Использование критерия позволяет в 10-20раз сократить время моделирования проточной части, что крайне важно при ееоптимизации.4.Эффективность применения метода расчета неоднократно проверенаэкспериментально с насосами различных типов и назначений.

Результатыиспытаний показали, как эффективность метода, так и точность расчета29характеристик насоса предлагаемой математической моделью. Расходимость сэкспериментальными данными составляет не более 5%.5.В работе показана эффективность применения современных методовпрототипирования для проведения экспериментальных исследований. Методытрехмерной печати позволяют в короткие сроки (1 месяц) и с минимальнымизатратами создавать макеты проточных частей насосов и проверять их расчетныехарактеристики.ПУБЛИКАЦИИ В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ НАУЧНЫХ ИЗДАНИЯХ1. Ломакин В.О.

Чабурко П.С. Влияние геометрической формы сопластруйного насоса на его характеристики // Наука и образование. МГТУ им.Н.Э.Баумана.Электрон.журн.2014.№12.URL:http://technomag.bmstu.ru/doc/743907.html (дата обращения: 02.06.2017)0,5 п.л./0,3 п.л.2. Ломакин В.О., Петров А.И., Кулешова М.С. Исследование двухфазноготечения в осецентробежном колесе методами гидродинамическогомоделирования // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон.журн. 2014. № 9. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/725724.html (датаобращения: 02.06.2017) 0,8 п.л./0,6 п.л.3. Ломакин В.О. Краева Е.А. Гидродинамическое моделирование эффекта«запирания» дроссельных каналов и его сравнение с экспериментальнымиданными // Сборка в машиностроении, приборостроении.

2014. №2. С.18-210,4 п.л./0,3 п.л.4. Ломакин В.О., Петров А.И., Щербачев П.В. Разработка боковогополуспирального подвода с увеличенным моментом скорости жидкости навходе в рабочее колесо // Известия высших учебных заведений.Машиностроение. 2012. №S. С.3-9. 0,6 п.л./0,4 п.л.5.Ломакин В.О., Петров А.И. Верификация результатов расчета в пакетегидродинамического моделирования star ccm+ проточной частицентробежного насоса ах 50-32-200 // Известия высших учебных заведений.Машиностроение. 2012. №S. С.6-9 0,4 п.л./0,2 п.л.6. Ломакин В.О., Петров А.И., Степанюк А.И. Оптимизация геометрическихпараметров отвода нефтяного магистрального насоса типа НМ // Наука иобразование. МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 3. URL:30http://technomag.bmstu.ru/doc/347727.html (дата обращения: 02.06.2017)0,5 п.л./0,4 п.л.7. Ломакин В.О., Петров А.И. Численное моделирование проточных частеймакетов насосов и верификация результатов моделирования путемсравнения экспериментально полученных величин с расчетными // Наука иобразование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012.

№ 5.URL:http://old.technomag.edu.ru/doc/356070.html(датаобращения:02.06.2017) 0,5 п.л./0,3 п.л.8. Ломакин В.О., Петров А.И., Артемов А.В. Определение влияния основныхгеометрических параметров отвода насоса нм 10000-210 на егохарактеристики // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон.журн. 2012. № 8. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/445666.html (датаобращения: 02.06.2017) 0,7 п.л./0,5 п.л.9. Создание параметризованных 3d-моделей проточной части центробежныхнасосов / В.О.Ломакин [и др.] Наука и образование.