Визначення раціонального числа лопатей відцентрового колеса заглибного насоса

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200998

Ключові слова:

заглибний насос, відцентрове колесо, системи автоматизованого проектування, амплітудно-частотний відгук

Анотація

Наведено методику CAD/CAE/CAM наскрізного проектування робочого колеса семиступінчастого заглибного насосу марки «ODDESSEzentralasien» -UPP 13-7/6, що застосовується для перекачування сірчаної кислоти в гідрометалургії.

Дослідження проводилися з метою підвищення ККД насоса, що випускається на заводі ТОВ «KARLSKRONA LC AB» (Казахстан). Проведено комп'ютерні розрахунки відцентрового колеса з 8 і 9 лопатками на міцність в САЕ системі вищого рівня NASTRAN. Визначено вплив кількості лопаток відцентрового колеса на рівень напружень, що виникають в перетинах лопаток покривного і основного дисків відцентрового колеса. Максимальне напруження в перетинах колеса з 8 лопатями досягло рівня 319 MПa і для колеса з 9 лопатями 199 MПa. Було розглянуто вплив числа лопаток на динамічні характеристики роторного валу. Для цього були змодельовані розрахункові механічні та комп'ютерні схеми динамічного розрахунку для визначення амплітудно-частотних характеристик роторного валу. Амплітуди гармонік на частотах, викликаних пульсацією рідини на лопатковій частоті 400 Гц і 450 Гц, досягли значення 1·10-4 м і 8·10-4 м відповідно. На основі результатів комп'ютерного моделювання статичних і динамічних задач була розроблена модель робочого колеса відцентрового багатоступінчастого насоса з раціональним числом 8 лопатей подвійної кривизни. Вибір кількості лопатей задовольняє критерію міцності колеса, так і критерію динамічності системи вал-колесо.

Для виробництва прототипу колеса був проведений аналіз параметрів технологічного процесу 3D друку по шорсткості поверхні готових виробів. На основі аналізу була вибрана технологія стереолітографії і проведено друкування відцентрових коліс для проведення подальших стендових гідродинамічних випробувань в умовах заводу. Наведені дослідження на основі комп'ютерного моделювання CAD/CAE/CAM дозволяють скоротити часові і матеріальні витрати на розробку геометрії колеса раціональної форми, що задовольняє критерію як міцності самого колеса, так і критерію віброактивності роторного валу

Біографії авторів

Madina Isametova, Satbayev University Satpaev str., 22a, Almaty, Republic of Kazakhstan, 050013

PhD, Associate Professor

Department of Industrial Engineering

Dimitar Karaivanov, University of Chemical Technology and Metallurgy St. Kliment Ohridski blvd., 8, Sofia, Bulgaria, 1756

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Applied Mechanics

Rollan Nussipali, Satbayev University Satpaev str., 22a, Almaty, Republic of Kazakhstan, 050013

Doctoral Student

Department of Industrial Engineering

Посилання

  1. Stel, H., Sirino, T., Ponce, F. J., Chiva, S., Morales, R. E. M. (2015). Numerical investigation of the flow in a multistage electric submersible pump. Journal of Petroleum Science and Engineering, 136, 41–54. doi: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2015.10.038
  2. Korkmaz, E., Gölcü, M., Kurbanoğlu, C. (2017). Effects of Blade Discharge Angle, Blade Number and Splitter Blade Length on Deep Well Pump Performance. Journal of Applied Fluid Mechanics, 10 (2), 529–540. doi: https://doi.org/10.18869/acadpub.jafm.73.239.26056
  3. Liu, H. (2010). Effects of Blade Number on Characteristics of Centrifugal Pumps. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 23 (06), 742. doi: https://doi.org/10.3901/cjme.2010.06.742
  4. Bai, Y., Kong, F., Xia, B., Liu, Y. (2017). Effect of blade number matching of impeller and diffuser in high-speed rescue pump. Advances in Mechanical Engineering, 9 (5), 168781401770359. doi: https://doi.org/10.1177/1687814017703595
  5. Farah, E., Selamat, F., Iskandar, W., Izhan, W. (2018). Design and Analysis of Centrifugal Pump Impeller for Performance Enhancement. Journal of Mechanical Engineering, SI5 (2), 36–53. Available at: https://www.researchgate.net/publication/324690069
  6. Tamin, M. N., Hamzah, M. A. (2017). Fatigue Failure Analysis of a Centrifugal Pump Shaft. Failure Analysis and Prevention. doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.70672
  7. Onari, M. M., Arzani, V. G. (2014). Repetitive Shaft Crack Failure Analysis on a Multistage Centrifugal Pump In Reactor Charge Service In A Nuclear Power Plant - Based On ODS And FEA. Turbomachinery Laboratories. doi: https://doi.org/10.21423/R1D34J
  8. Pukhliy, V. A. (2015). To calculation of disks of centrifugal pumps of hydraulic engineering constructions and the atomic power station. Teoriya mehanizmov i mashin, 13, 41–50. Available at: http://tmm.spbstu.ru/25/Pukhliy_25.pdf
  9. Zakirnichnaya, M. M., Devyatov, A. R. (2010). Otsenka ekspluatatsionnoy dolgovechnosti rabochih koles tsentrobezhnyh nasosnyh agregatov. Neftegazovoe delo, 2. Available at: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Zakirnichnaja/Zakirnichnaja_2.pdf
  10. Isametova, M., Absadykov, B., Batyrgaliyev, M., Borovik, I. (2018). Centrifugal pump rotor dynamics study. NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 5 (431), 226–233. doi: https://doi.org/10.32014/2018.2518-170x.29
  11. Zhou, L., Shi, W., Wu, S. (2013). Performance Optimization in a Centrifugal Pump Impeller by Orthogonal Experiment and Numerical Simulation. Advances in Mechanical Engineering, 5, 385809. doi: https://doi.org/10.1155/2013/385809
  12. Anofriev, V. Yu., Getsov, L. B., Nozhnitskiy, Yu. A. (2005). Obespechenie prochnostnoy nadezhnosti koles tsentrobezhnyh kompressorov iz vysokoprochnyh staley (Chast' 1). Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya, 6 (22), 16–23. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit_2005_6_5
  13. Kuzmenko, M. L., Chigrin, V. S., Belova, S. E. (2005). Staticheskaya prochnost' rabochih lopatok i diskov kompressorov i turbin GTD. Rybinsk: RGATA, 74. Available at: http://window.edu.ru/resource/949/76949/files/statika.pdf
  14. Sedunin, V. A., Nuss, A. S., Serkov, S. A. (2016). Studying the Strength Characteristics of Axial Compressor Blades. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering, 3 (108), 90–99. doi: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2016-3-90-99
  15. Marius, S. (2018). On the durability of progressive cavities pumps. Fiabilitate si Durabilitate – Fiability & Durability, 1, 187–192. Available at: https://www.researchgate.net/publication/325595039
  16. Kostyuk, A. G. (2007). Dinamika i prochnost' turbomashin. Moscow: Izdatel'skiy dom MEI, 476. Available at: http://en.bookfi.net/book/651014
  17. La Roche-Carrier, N., Dituba Ngoma, G., Ghie, W. (2013). Numerical Investigation of a First Stage of a Multistage Centrifugal Pump: Impeller, Diffuser with Return Vanes, and Casing. ISRN Mechanical Engineering, 2013, 1–15. doi: https://doi.org/10.1155/2013/578072
  18. Huang, S., Islam, M. F., Liu, P. (2006). Numerical simulation of 3D turbulent flow through an entire stage in a multistage centrifugal pump. International Journal of Computational Fluid Dynamics, 20 (5), 309–314. doi: https://doi.org/10.1080/10618560600916981
  19. Lokalov, G. A., Markovskiy, V. M. (2016). Osevye i tsentrobezhnye nasosy teplovyh elektricheskih stantsiy. Ekaterinburg: Izdatel'stvo Ural'skogo universiteta, 140. Available at: http://hdl.handle.net/10995/40672
  20. Zhilkin, V. A. (2013). Azbuka inzhenernyh raschetov v MSC Patran-Nastran-Marc. Sankt-Peterburg: Prospekt Nauki, 574. Available at: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=565820
  21. Zhang, Z. C., Wang, F. J., Yao, Z. F., Leng, H. F., Zhou, P. J. (2013). Investigation on impeller radial force for double-suction centrifugal pump with staggered blade arrangement. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 52 (3), 032009. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/52/3/032009
  22. Ginesin, L. Yu. (2000). Primenenie MSC.NASTRAN dlya analiza dinamiki rotorov. Moscow: MSCSoftware, 28.
  23. Ualiev, G. U., Bisembaev, K., Omіrzhanov, Zh. M. (2009). Terbelіster teriyasy. Almaty: KazPU im Abaya.
  24. Zhang, Y., Hu, S., Zhang, Y., Chen, L. (2014). Optimization and Analysis of Centrifugal Pump considering Fluid-Structure Interaction. The Scientific World Journal, 2014, 1–9. doi: https://doi.org/10.1155/2014/131802
  25. Zhao, W. Y., Ge, J. G., Ma, D., Li, C. M., Bao, S. B. (2013). Vibration analysis of large centrifugal pump rotors. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 52 (2), 022033. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/52/2/022033
  26. Sokolov, E. V. (2008). Modelirovanie i issledovanie dinamicheskih i gidrodinamicheskih protsessov v tsentrobezhnyh nasosah massopodvodyashchih sistem bumagodelatel'nyh mashin. Sankt-Peterburg, 188.
  27. Sokolov, E. B., Ankudinov, D. T., Feofanov, A. V. (2006). Dinamicheskie protsessy nagruzheniya detaley tsentrobezhnyh himicheskih nasosov. Nasosy i oborudovanie, 2, 22–24.
  28. Zlenko, M. A., Nagaytsev, M. V., Dovbysh, V. M. (2015). Additivnye tehnologii v mashinostroenii. Moscow: GNTS RF FGUP «NAMI», 220.
  29. Yan, Y., Li, S., Zhang, R., Lin, F., Wu, R., Lu, Q. et. al. (2009). Rapid prototyping and manufacturing technology: Principle, representative technics, applications, and development trends. Tsinghua Science and Technology, 14 (S1), 1–12. doi: https://doi.org/10.1016/s1007-0214(09)70059-8

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Isametova, M., Karaivanov, D., & Nussipali, R. (2020). Визначення раціонального числа лопатей відцентрового колеса заглибного насоса. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(7 (104), 49–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200998

Номер

Том 2 № 7 (104) (2020): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Madina Isametova, Dimitar Karaivanov, Rollan Nussipali

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.