Модифікація робочого колеса відцентрового насоса за допомогою САПР

Abstract

В даний час під час проектування гідравлічних машин широко використовується спеціалізоване програмне забезпечення. У роботі представлено огляд сучасних програм, що використовують систему автоматизованого проектування відцентрових насосів. Сучасний підхід до проектування відцентрових насосів ґрунтується на спільному вирішенні прямої та зворотної задач теорії робочого процесу в гідромашинах. Метою роботи є розробка робочого колеса відцентрового секційного насосу на такі параметри: об'єм рідини 6 м³ на годину та напір 140 м. Насос використовується для подачі нафтової сировини до рекуператорів малої дистиляційної установки МДУ-20 нафтопереробного заводу. У секційному насосі є можливість компонувати пакети робочих коліс різного виконання. Відсутність у відкритому доступі геометричних розмірів робочого колеса відцентрового секційного насоса на потрібні параметри ускладнює вибір ефективного режиму роботи. Тому задача проектування та дослідження робочих коліс насоса типу ВНС за допомогою САПР у програмному середовищі ANSYS CFD є актуальною. У роботі використовується вільна академічна версія ANSYS CFD. У роботі представлено опис основних етапів проектування та дослідження відцентрового насоса. За струминною класичною теорією та результатами розрахунку в програмі Vista CPD були проаналізовані та обрані геометричні розміри та кінематичні параметри насоса. Загальний ККД насоса на попередньому етапі проектування сягає 50 %. На другому етапі вирішується пряма задача комп'ютерного 3D моделювання у програмному середовищі Ansys CFX – визначення гідродинамічних та енергетичних характеристик насоса. У роботі представлено результати чисельного дослідження трьох варіантів робочого колеса насоса, які використовуються для прогнозування режиму ефективної роботи відцентрового насоса.

Currently, during the design of hydraulic machines, specialized software is widely used. The work presents an overview of modern programs that use a system of automated design of centrifugal pumps. The modern approach to the design of centrifugal pumps is based on the joint solution of direct and inverse problems of the theory of the working process in hydraulic machines. The purpose of the work is to develop the impeller of a centrifugal sectional pump with the following parameters: a liquid volume of 6 m³ per hour and a pressure of 140 m. The pump is used to supply crude oil to the recuperators of the small distillation unit SDU-20 of the oil refinery. In the sectional pump, it is possible to compose packages of impellers of various designs. The lack of publicly available geometric dimensions of the impeller of a centrifugal sectional pump for the required parameters makes it difficult to choose an effective mode of operation. Therefore, the task of designing and researching the impellers of the VNS type pump using CAD in the ANSYS CFD software environment is relevant. The work uses the free academic version of ANSYS CFD. The work presents a description of the main stages of design and research of a centrifugal pump. The geometric dimensions and kinematic parameters of the pump were analyzed and selected according to the jet classical theory and calculation results in the Vista CPD program. The overall efficiency of the pump at the preliminary design stage reaches 50 %. At the second stage, the direct task of computer 3D modeling in the Ansys CFX software environment is solved. Determination of the hydrodynamic and energy characteristics of the pump is carried out. The paper presents the results of a numerical study of three variants of the pump impeller, which are used to predict the mode of efficient operation of a centrifugal pump.