Расчет проточной части сменных лопаточных отводов

Применение последовательной оптимизации (расчет большого количества моделей в стационарной постановке с последующим расчетом лучших вариантов в нестационарной) проиллюстрировано на примере расчета проточной части сменных лопаточных отводов для насосов типа НМ, работающих на нерасчетных режимах. При проектировании классических методик и «интуитивных» методов поиска оптимального решения привело к неудовлетворительным результатам.

Критерием оптимизации в данном случае является КПД насоса, параметрами - геометрические параметры лопаточного отводящего устройства. В результате расчета 256 вариантов проточной части получены значения КПД. Разброс значений критерия составил 15%. Лучшие модели имеют значения КПД 86,4-86,6%.

В результате стационарных расчетов можно не только выбрать наилучшие модели для уточнения их параметров в нестационарной постановке, но и провести анализ влияния различных параметров на выбранные критерии.

Большое количество расчетных точек позволяет построить аппроксимации методом наименьших квадратов, тем самым сузить область поиска или сократить количество параметров оптимизации (Рисунок 1).

а

б

Рисунок 1. Зависимость КПД от параметров оптимизации (произведение угла охвата лопасти на количество лопастей (а) и количество лопастей (б).

После стационарного расчета для лучших моделей проводились расчеты в нестационарной постановке. Значения КПД составили 87,6-88,7%

Можно сделать важный вывод, что в результате нестационарного расчета наилучшей моделью не всегда оказывается модель с наилучшим значением КПД в стационарной постановке.

Итоговая таблица сравнения результатов применения предлагаемого метода с классическими приведена и ниже (Таблица 1).

Таблица 1 .

Результаты применения предлагаемого метода расчета

Марка насоса	Исходная проточная часть, гидр КПД, %	Оптимизированная проточная часть, гидр КПД, %
НМ 2500-230 ОР	89,84	90,9
НМ 2500-230 СР	83,99	86,53

НМ 1250-260 ОР	86,34	88,5
НМ 1250-260 СР	82,84	86,4

Другим примером применения является расчет проточных частей отводящих устройств насосов типа НМ. К насосам такого типа предъявляются требования по КПД и надежности. При расчете в качестве критериев были выбраны КПД и радиальная нагрузка на ротор, первый из которых в большей степени зависит от конфигурации отводящего устройства, а второй полностью ей определяется.

Результаты оптимизации отводящих устройств насосов четырех типов приведены в тексте диссертации. Ниже в таблице приведен пример для насоса НМ3600-230 (Таблица 2).

Таблица 1 . Оптимизация отвода насоса НМ3600-230

№ модели	Потери напора Н, м	Радиальная сила на роторе Р, Н
Исх. отвод	15,34	2345
13	10,24	59,5
16	9,36	1533

Как видно из приведенных выше данных в результате оптимизации были улучшены оба критерия. Снижение потерь напора для насоса НМ3600 приводит к экономии около 60 кВт мощности на единицу оборудования. Экспериментальная проверка эффективности метода расчета для данных насосов и других, приведенных ниже, проводилась на экспериментальном стенде кафедры Э10 МГТУ им. Н.Э. Баумана. Схема стенда приведена на Рисунке 2.

Рисунок 2. Схема экспериментального стенда

Оценка получаемых погрешностей приведена в тексте диссертации.

Проточные части испытуемых насосов изготавливаются методами трехмерной печати для достижения полного соответствия с рассчитанной 3Dмоделью (Рисунок 3).

Рисунок 3. Изготовление макета для испытаний проточной части

Характеристики, полученные в результате испытаний, приведены на Рисунке 4.

Полученные уровни КПД насосов выше существующих аналогов.

Рисунок 4. Характеристики насосов НМ5000 и НМ7000, полученные в результате испытаний