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.
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.
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.
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.
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).
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
Запрос цены, информации:
+7 (347) 281-65-13
+7 (347) 216-65-13
Идёт загрузка...