Агроводком
(347) 281-65-13
(347) 216-65-13
  Главная / Статьи / Промышленные насосы /

Разработка проточных частей насосов ЭЦВ при использовании компьютерного моделирования

Водоснабжение относится к отраслям промышленности с интенсивным использованием насосного оборудования, где доля потребляемой насосами электроэнергии составляет более 50 % от общего энергопотребления. В этой связи эффективность насосного оборудования является главным конкурентным преимуществом и меняет подход потребителей к выбору насосного оборудования, при котором начальная стоимость - далеко не определяющий фактор.

ОАО "Группа ГМС" - один из ведущих производителей скважинных насосов ЭЦВ. Входящие в группу предприятия проводят постоянную работу по повышению технического уровня выпускаемых насосов, в короткие сроки создавая насосное оборудование в соответствии с современными требованиями.

Решение подобных задач невозможно без применения методов компьютерного моделирования. В своей деятельности ОАО "Группа ГМС" успешно применяет современные методы компьютерного моделирования при разработке проточных частей насосов. Один из крупных проектов, реализованный с помощью применения численных методов, - проект модернизации скважинных насосов типа ЭЦВ. Основной целью проекта являлось создание насосных агрегатов, отвечающих современным требованиям, с точки зрения, как технического уровня, так и минимальной стоимости жизненного цикла.

Результатом реализации первого этапа проекта была разработка герметичных электродвигателей серии ДАП, имеющих характеристики, соответствующие электродвигателям ведущих мировых производителей. Второй этап предусматривал создание новых насосных частей с улучшенными характеристиками. Для решения поставленной задачи были использованы программные продукты ANSYS ICEM CFD 11.0 и ANSYS СFX 11.0, позволяющие до проведения физического эксперимента провести численный эксперимент (ЧЭ), который моделирует течение жидкости как в отдельных элементах проточной части, так и ступени в целом, и с достаточной точностью получить характеристики спроектированного рабочего колеса и проточной части в целом. В статье приводятся некоторые результаты работ по проектированию насосных частей насосов ЭЦВ, выполненных с использованием методов компьютерного моделирования.

Насосы с центробежными ступенями

Разработка центробежной ступени насоса ЭЦВ8-25 в габаритах существующей ступени: 1. Требования к форме характеристик: - невозрастающая мощностная характеристика в области подач выше номинальной; - полого падающая напорная характеристика.
2. Параметры ступени:
2.1. подача: Qрасч = 25 м 3/ч;
2.2. напор: Н = 18,5 м;
2.3. частота вращения: n = 2850 об/мин;
2.4. перекачиваемая среда: вода;
2.5. коэффициент быстроходности ступени по данным параметрам равен 97.

Для получения полого падающей напорной характеристики и невозрастающей мощностной характеристики был уменьшен угол наклона лопатки на выходе рабочего колеса с 34°12' до 24°56'. Закономерным результатом уменьшения угла лопатки стало снижение напора ступени на 15 %. Для увеличения напора ступени в рабочем колесе был применен дополнительный 23 ярус укороченных лопаток (рис. 1). Первоначально лопатки были расположены симметрично относительно основных лопастей.

Чертеж рабочего  колеса ЭЦВ8-25

Рис. 1. Чертеж рабочего колеса ЭЦВ8-25 с дополнительными лопатками

В результате численного эксперимента были получены требуемое значение напора и требуемые формы характеристик, но при этом значение КПД, по сравнению с серийной ступенью, стало на 1 % меньше.

Расчетная модель одного канала рабочего колеса ЭЦВ

Рис. 2. Расчетная модель одного канала рабочего колеса ЭЦВ 8-25

В разных источниках приводится информация о том, что КПД рабочего колеса с двухъярусными лопатками в сильной степени зависит от расположения дополнительных лопаток в каналах относительно основных. Точные рекомендации по выбору положения лопаток не приводятся. Для выбора оптимального положения был проведен ряд численных экспериментов, в результате чего найдено оптимальное расположение дополнительных лопаток. Расчетная модель численного эксперимента приведена на рис. 2. На рис. 3 слева показано обтекание при симметричном расположении по шагу промежуточных лопастей между основными, справа - при смещении к тыльной стороне лопасти. Видно, что при смещении промежуточных лопастей поток имеет более равномерное распределение скоростей в межлопастном пространстве.

Картина течения жидкости в межлопаточном канале рабочего колеса

Рис. 3. Картина течения жидкости в межлопаточном канале рабочего колеса с многоярусными лопатками
Рис. 4. Мощностные характеристики электронасосных агрегатов ЭЦВ 8-25-100 с серийной и модернизированной проточными частями

В результате проведенной работы разработано рабочее колесо, которое дает возможность улучшить характеристики насосов ряда ЭЦВ 8-25. Ожидаемое повышение КПД ступени - 1,5...2 %. Максимум потребляемой мощности ступени находится практически на номинальной подаче (рис. 4). Аналогичные работы по разработке проточных частей выполнены для насосов ЭЦВ 6-16, ЭЦВ 8-40, ЭЦВ 10-65.

Насосы с диагональными ступенями

Теория и практика создания насосного оборудования подтверждают, что при коэффициенте быстроходности ns= 150 - 200 наиболее высоких значений КПД при ограниченном диаметре скважины можно добиться в случае использования проточных частей диагонального типа. В свою очередь, диагональный тип ступени по технологии изготовления более сложен и, соответственно, по стоимости изготовления - выше. В подходе к проектированию, при котором основным исходным требованием является более низкая величина стоимости жизненного цикла, такой переход оправдан. Примером реализации такого подхода к проектированию стала разработка насоса ЭЦВ 10-120, который выпускается с центробежной ступенью. Прежде всего, такое решение продиктовано более простой технологией изготовления рабочих органов.

Линии тока в РК насоса  ЭЦВ 10-120

Рис. 5. Линии тока в РК насоса ЭЦВ 10-120 (Q = 120 м 3/ч)
Рис. 6. Линии тока в трех ступенях насоса ЭЦВ 10-120 (Q = 120 м 3/ч)

На рис. 5, 6 приведены результаты численного эксперимента, иллюстрирующие распределение скоростей в каналах рабочего колеса и трех ступеней насоса. Сравнение характеристик насосов центробежного и диагонального типов наглядно демонстрирует, что насосы ЭЦВ 10-120 с диагональной проточной частью имеют больший рабочий диапазон с более высокими энергетическими показателями по КПД насосного агрегата (рис. 7).

Характеристики КПД электронасосных агрегатов ЭЦВ 10-120

Рис. 7. Характеристики КПД электронасосных агрегатов ЭЦВ 10-120 с модернизированной и серийной насосными частями

Переход с центробежной ступени на диагональную для ns= 200 позволил увеличить КПД ступени на 7 %. Созданная насосная часть ЭЦВ 10-120 соответствует современному техническому уровню.

Выводы

1. Применение численных методов проектирования дало возможность значительно сократить время разработки, повысить качество проектирования проточных частей насосов.
2. В ходе работ по проектированию проточных частей отработана методика проведения численных экспериментов, позволяющая получать результаты, которые в высшей степени согласуются с результатами физического эксперимента.
3. Результатом работ является создание модернизированного ряда насосов ЭЦВ.

А.Костюк, И.Твердохлеб

Еще по теме:
Энергоэффективные скважинные насосы ЭЦВ нового поколения
Подбор наиболее экономичного насоса ЭЦВ
Скважинные насосы ЭЦВ – новое рациональное применение


ВАШ КОММЕНТАРИЙ:

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:

Введите символы: *

captcha
Обновить

   Статьи по теме:

Насосы Джилекс. Обзор продукции.
Насосы Джилекс. Обзор продукции
Брэнд «Джилекс» (Jeelex) последнее время становится все популярнее среди потребителей. И это не удивительно. Если взглянуть на ассортимент предлагаемой продукции, то все сразу станет понятно ...  >>>
Насосы для водоснабжения вашего дома
Насосы для водоснабжения вашего дома
Решая задачу водоснабжения своего дома впервые, многие будут удивлены количеству предлагаемых решений. Любые потребности могут быть удовлетворены впечатляющим арсеналом насосной техники ... >>>
Водоснабжение на даче при помощи станции управления ВиСтан-2
Водоснабжение на даче при помощи станции управления "ВиСтан-2"
Здесь мы рассмотрим наиболее сложный (на первый взгляд) вариант — водопровод из озера. На деле же, это не сложнее, чем соорудить водопровод из колодца или скважины...  >>>

все статьи  >>>