Метод автоматизированного профилирования элементов проточной части центробежных насосов для топливно-энергетического комплекса

В настоящее время топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является базой Российской экономики. В его состав входят наиболее динамично развивающиеся отрасли, такие, как нефтехимическая, нефтеперерабатывающая и др., связанные с добычей, транспортировкой и переработкой различных видов топлива, а также отрасли, занимающиеся получением и распределением электроэнергии: теплоэнергетика, гидроэнергетика и ядерная энергетика. Номенклатура центробежных насосов ТЭК включает широкий перечень наименований: однои многоступенчатые центробежные насосы низкого, среднего и высокого давления для чистой воды, воды с примесями и различных агрессивных сред [1, 2], насосы для добычи и транспортировки нефти (магистральные, повысительные, электроцентробежные добывающие насосы, насосы для откачки утечек и пр.) и специальные насосы, применяемые при нефтепереработке (крекинговые, консольные химические и т. д.) [3]. Разработка технических решений, направленных на повышение энергоэффективности и показателей надёжности и долговечности, является одним из наиболее широко освещаемых в технической литературе трендов развития центробежных насосов ТЭК [4.9]. Наряду с этим не менее важными направлениями по-прежнему остаются снижение трудоёмкости и стоимости производства данных насосов за счёт автоматизации процесса проектирования. Рассмотрены вопросы разработки метода автоматизированного профилирования элементов проточной части центробежных насосов для нужд ТЭК. Представлены описание предлагаемого метода и результаты его апробации на примере профилирования проточной части рабочего колеса центробежного консольного химического насоса АХ 12.5/50. Выполнено сравнение с другими известными методами. Проведена оценка временных затрат на выполнение проектировочных работ. Установлено, что на автоматизированное профилирование проточной части рабочего колеса по представленному методу было затрачено в 720 раз меньше времени, чем на ручное профилирование с использованием классических методов.

1. Локалов Г. А., Марковский В. М. Осевые и центробежные насосы тепловых электрических станций 2016.

2. Дмитриев С. М., Зверев Д. Л., Бых О. А., Панов Ю. К., Фарафонов В. А. Основное оборудование АЭС 2015.

3. Ивановский В. Н., Дарищев В. И., Сабиров А. А., Каштанов В. С., Пекин С. С. Оборудование для добычи нефти и газа 2003.

4. Бажайкин С. Г., Велижанин В. С., Михеев А. С. Опыт применения композиционных материалов при совершенствовании центробежных насосов типа ЦНС. Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов 2017; (4): 186 – 192.

5. Ивановский В. Н., Сабиров А. А., Деговцов А. В., Донской Ю. А., Булат А. В., Зуев А. С., Якимов С. Б. Вопросы энергоэффективности установок электроприводных центробежных насосов. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса 2016; (4): 25 – 30.

6. Фисенко В. Н. Индексы энергетической эффективности группы погружных центробежных насосов, работающих с переменным профилем нагрузки в водозаборных скважинах. Вода Magazine 2017; (9): 24 – 30.

7. Волков А. В., Парыгин А. Г., Вихлянцев А. А. Повышение энергоэффективности тихоходных малорасходных насосов за счёт уменьшения утечек через щелевые уплотнения. Гидравлические машины, гидропневмоприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития 2018; 55 – 65.

8. Ивановский В. Н., Карелина С. А. К вопросу об энергоэффективности электроприводных лопастных насосов. Территория «НЕФТЕГАЗ» 2019; (3): 36 – 43.

9. Смородова О. В. Повышение энергетической эффективности современных насосов. Аллея науки 2017; 2(8): 26 – 29.

10. Zharkovskii A. A., Kazakov R. I., Pleshanov V. L., Umov V. A. The TsN CAD system, sub-merged electrocentrifugal pump design, and characteristic forecasting. Chemical and Petroleum Engineering 2001; 37(5): 285 – 289.

11. Checcucci M., Schneider A., Marconcini M., Rubechini F., Arnone A., De Franco L., Coneri M. A novel approach to parametric design of centrifugal pumps for a wide range of specific speeds. In Proceedings of the 12th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows 2015.

12. Чабурко П. С., Ломакин В. О., Кулешова М. С., Баулин М. Н. Комплексная оптимизация проточной части герметичного насоса методом ЛП-Тау поиска. Насосы. Турбины. Системы 2016; (1): 55 – 61.

13. Трошин Г. А., Петров А. И. Методы модификации проточной части нефтяных магистральных насосов типа НМ. Инженерный вестник 2014; (11): 87 – 92.

14. Ломакин В. О., Щербачев П. В., Тарасов О. И., Покровский П. А., Семёнов С. E., Петров А. И. Создание параметризованных 3D-моделей проточной части центробежных насосов. Машиностроение и компьютерные технологии 2012; (4): 1 – 10.

15. Wu D., Yuan S., Ren Y., Mu J., Yang Y., Liu J. CFD investigation of the influence of volute geometrical variations on hydrodynamic characteristics of circulator pump. Chinese Journal of Mechanical Engineering 2016; 29(2): 315–324.

16. Булыгин Ю. А., Иванов А. В., Галдин Д. Н. Создание параметрической замкнутой оптимизационной математической модели рабочего колеса центробежного насоса на платформе ANSYS Workbench. Вестник Воронежского государственного технического университета 2017; 13(1): 29–32.

17. Чумаченко А. А., Шадричева М. С. Метод штрафных функций. Численная реализация. Аллея науки 2017; 1(12): 390 – 394.

18. Васильев Ю. С., Жарковский А. А. и др. Машиностроение 2015.

19. Дорофеев А. А. Построение математических моделей с помощью обобщённых сплайн-функций. Новые задачи технических наук и пути их решения 2015.

20. Волков А. В., Парыгин А. Г., Вихлянцев А. А. Анализ перспективных направлений совершенствования насосных агрегатов нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Химическая техника 2018; ( 10): 5–9.