Методика расчета механизма подвижной лопастной системы центробежных насосов низкой быстроходности
DOI:
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-57-63Ключевые слова:
центробежный насос, рабочее колесо, лопастная решётка, регулирование центробежного насоса, энергетическая эффективность, гидродинамика, численное моделирование, оптимизация проточной части.Аннотация
В статье представлены основные этапы методики расчета механизма поворота лопаток рабочего колеса тихоходного центробежного насоса. Основная задача представленного подхода – улучшение энергоэффективности насосного агрегата. В качестве объекта исследования выбрано рабочее колесо насоса марки ЦМГ М 12,5/80 (напор H = 80 м, подача Qопт = 12,5 м³/ч).
На первом этапе были выполнены расчеты оптимизированной геометрии проточной части рабочего колеса при номинальной, повышенной и пониженной подачах. Анализ результатов CFD-расчетов показал, что при увеличении расхода угол охвата лопасти должен уменьшается, а угол на выходе расти при неизменной входной кромке. На основе этого было принято решение для регулирования поворота каждой лопатки на угол, обеспечивающий максимальный гидравлический КПД при той или иной подаче. Таким образом, был проведен численный эксперимент по подбору диапазона угла поворота лопасти при подачах 0,7 Qопт и 1,3 Qопт, что позволило получить зависимость положения лопасти от подачи.
На втором этапе на основе геометрии кинематики выведены аналитические формулы, связывающие угол поворота лопасти с внешним диаметром рабочего колеса и выходным углом лопасти, что способствовало построению теоретических характеристик напора рабочего колеса с неподвижной и адаптивной лопастными решётками. Проведённые теоретические исследования подтверждают результаты, полученные в ходе численного эксперимента. Была разработана методика расчета механизма поворота лопастей, который основан на пружинном элементе, и усилие которого определяется в результате расчетов суммарной гидравлической силы, воздействующей на лопасть со стороны рабочей среды.
Скачивания
Библиографические ссылки
(1). Денисов К. Е., Лямасов А. К. Подвижные лопастные системы центробежных насосов низкой быстроходности // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 1. С. 37–45. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-1-37-45. EDN: KXKMXO.
Denisov K. E., Liamasov A. K. Podvizhnyye lopastnyye sistemy tsentrobezhnykh nasosov nizkoy bystrokhodnosti [Movable blade systems of low specific speed centrifugal pumps]. Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2025. Vol. 9, no. 1. P. 37–45. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-1-37-45. EDN: KXKMXO. (In Russ.).
(2). 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. С. 98–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2023-2-98-113. EDN: TMONKW.
Klyuyev A. S., Fedorov S. P., Ivanov E. A. [et al.]. 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 MGTU im. N. E. Baumana. Ser. Mashinostroyeniye. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Mechanical Engineering. 2023. No. 2. P. 98–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2023-2-98-113. EDN: TMONKW. (In Russ.).
(3). 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.
Shishkina A. S., Shishkin G. D., Lomakin V. O. Optimizaciya protochnoj chasti centrobezhnogo nasosa s lopatochnym napravlyayushchim apparatom iz usloviya minimizacii gidrodinamicheskih istochnikov shuma [Оptimization of the flow part of a centrifugal pump with a vane guide device from the condition of minimization of hydrodynamic noise sources]. Gidravlika. Hydraulics. 2020. No. 9. P. 57–68. EDN: LIHMOG. (In Russ.).
(4). Михеев К. Г., Веселов А. А. Исследование возможности улучшения виброаккустических характеристик насоса путём оптимизации проточной части рабочего колеса // Инновации и инвестиции. 2021. № 6. С. 125–129. EDN: ZZVDMM.
Miheev K. G., Veselov A. A. Issledovanie vozmozhnosti uluchsheniya vibroakkusticheskih harakteristik nasosa putyom optimizacii protochnoj chasti rabochego kolesa [Investigation of the possibility of improving the vibroacoustic characteristics of the pump by optimizing the flow part of the impeller]. Innovacii i investicii. Innovation & Investment. 2021. No. 6. P. 125–129. EDN: ZZVDMM. (In Russ.).
(5). Wei Y., Zhu H., Fan Q. [et al.]. Numerical study of low-specific-speed centrifugal pump based on principal component analysis. Water. 2024. Vol. 16. P. 1785. DOI: 10.3390/w16131785.
(6). Тошмаматов Н. Т. Двухэтапная оптимизация проточной части рабочего колеса тихоходного центробежного насоса // Экономика и социум. 2021. № 12-2 (91). С. 615–619. EDN: FJJMNI.
Toshmamatov N. T. Dvukhetapnaya optimizatsiya protochnoy chasti rabochego kolesa tikhokhodnogo tsentrobezhnogo nasosa [Two-stage optimization for low rate pump flow]. Ekonomika i socium. Economy and Society. 2021. No. 12-2 (91). P. 615–619. EDN: FJJMNI. (In Russ.).
(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.
Danilov D. A., Zajceva A. A., Lomakin V. O. Ispol'zovanie metodov optimizacii dlya polucheniya trebuemoj formy harakteristiki centrobezhnogo nasosa [Application of optimization methods to obtain the required characteristic form of a centrifugal pump]. Gidravlika. Hydraulics. 2021. No. 12. P. 55–63. EDN: STJVTM. (In Russ.).
(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). Li H., Chen Y., Yang Y. [et al.]. CFD Simulation of centrifugal pump with different impeller blade trailing edges. Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11. P. 402. DOI: 10.3390/jmse11020402.
(10). Yu J., Akoto E., Degbedzui D. K., Hu L. Predicting centrifugal pumps’ complete characteristics using machine learning. Processes. 2023. Vol. 11, no. 2. P. 524. DOI: 10.3390/pr11020524.
(11). Пат. 235479 Российская Федерация, МПК F 04 D 29/22. Рабочее колесо центробежного насоса с пружинным механизмом / Денисов К. Е., Лямасов А. К. № 2003108554/09; заявл. 15.03.2025; опубл. 10.07.2025, Бюл. № 19.
Patent No. 235479 Russian Federation, IPC F 04 D 29/11. Rabocheye koleso tsentrobezhnogo nasosa s pruzhinnym mekhanizmom [Impeller of a centrifugal pump with a spring mechanism] / Denisov K. E., Liamasov A. K. No. 2003108554/09. (In Russ.).
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Неисключительные права на статью передаются журналу в полном соответствии с Лицензией Creative Commons BY-NC-SA 4.0 «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция-Некоммерчески-СохранениеУсловий») 4.0 Всемирная (CC BY-NC-SA 4.0)
