Проектування робочого колеса вільновихрового насоса з криволінійним профілем лопаті з використанням методу чисельного дослідження

Abstract

Метою роботи є підвищення енергоефективності вільновихрового насоса СВН за рахунок удосконалення форми міжлопатевих каналів робочого колеса із застосуванням сучасних методів проектування. Тривимірні моделі рідини, що міститься в проточній частині насоса СВН, побудовані для базового та запропонованого робочих коліс із використанням програмного забезпечення Solidworks 2013. Для зменшення вартості життєвого циклу насоса, а також зниження витрат часу для його проектування було запропоновано спосіб чисельного дослідження робочого процесу вільновихрового насоса СВН із використанням програмного продукту Ansys CFX. Розрахунок проводили шляхом чисельного розв’язання задач гідродинаміки, що припускає візуалізацію течії рідини в робочому колесі, а також у проточній частині насоса. Достовірність наукових результатів підтверджується порівняльними розрахунковими даними з відомими експериментальними результатами. Шляхом осереднення величин були одержані інтегральні характеристики насоса з базовим та запропонованим робочими колесами. Результатом чисельного дослідження є варіант робочого колеса, використання якого дозволяє підвищити ККД насоса до 5 % з одночасним зниженням споживання електроенергії.

Целью работы является повышение энергоэффективности свободновихревого насоса (СВН) посредством усовершенствования формы межлопастных каналов рабочего колеса с применением современных методов проектирования. Трехмерные модели жидкости, находящейся в проточной части насоса СВН, построены для базового и предложенного рабочих колес с использованием программного обеспечения Solidworks 2013. Для уменьшения стоимости жизненного цикла насоса, а также снижения затрат времени для его проектирования был предложен способ численного исследования рабочего процесса свободновихревого насоса СВН с использованием программного продукта Ansys CFX. Расчет проводился путем численного решения задач гидродинамики, предполагающего визуализацию течения жидкости в рабочем колесе, а также в проточной части насоса. Достоверность научных результатов подтверждается сравнительными расчетными данными с известными экспериментальными результатами. Путем осреднения величин были получены интегральные характеристики насоса с базовым и предложенным рабочими колесами. Результатом численного исследования является вариант рабочего колеса, использование которого позволяет повысить КПД насоса до 5 % с одновременным снижением потребления электроэнергии.

The present paper focuses on study of relation between impeller outlet width and the slope of characteristic curve. In order to figure out this relation on the different operation modes the numerical simulation was used. The cause of efficiency reducing in extremely narrow and wide impellers was determined. Relationship between impeller outlet width of double-entry centrifugal pump and slope of characteristic curve was established. The article shows that changing of the impeller outlet width in some relative width range leads to achieving required characteristic curve slope with inessential efficiency drop. The study results are intended to be used during modernization of pump impellers with specific speed, which operate in groups with different initial characteristic curves. Such modernization is possible with existing pump casing and bearing compounds usage, that reduces expenses on modernization greatly and lowers pumping equipment life-cycle cost.