Применение статорных лопаток во вспомогательных трактах герметичных насосов

Центробежные насосы являются самым обширным классом динамических гидромашин, применяемых повсеместно. Среди этих машин выделяются так называемые герметичные насосы, которые обладают целым рядом особенностей расчета и конструкционного исполнения. Достаточно сложную задачу представляет собой расчет внутренних трактов герметичного насоса, служащих для охлаждения и смазывания его узлов. Данная статья посвящена этому расчету, а именно исследованию течения в пазухах. В ходе процесса проектирования герметичного насоса, при моделировании течения во вспомогательных трактах был обнаружен так называемый эффект запирания между торцом ротора и боковой крышкой. Связан этот эффект с образованием макровихря в пазухе, следствием чего явилось значительное падение давления на входе в отверстие вала. Такое падение давления приводит к уменьшению расхода жидкости через вспомогательные тракты, что может вызвать перегрев и выход из строя двигателя и подшипниковых узлов. Ввиду большой ширины рассматриваемой пазухи, теоретическое описание течения в ней затруднено, поэтому численное моделирование является наиболее точным способом определения степени влияния макровихря на процесс течения. В тексте статьи приведена используемая в ходе компьютерного моделирования математическая модель. Показаны изображения проточной части вспомогательных трактов и расчетной сетки. Также указаны модели построения сетки, граничные условия, необходимые для гидродинамического расчета. Далее приведены возможные способы устранения эффекта запирания, к которым относятся: установка дополнительного рабочего колеса, полное изменение конфигурации проточной части внутренних трактов, а также добавление статорных лопаток на боковую крышку. Последний вариант был выбран, как наиболее оптимальный с точки зрения трудоемкости и технологичности. Далее для сравнения характера течения с лопатками и без приведены поля распределения давления, вектора скорости и величины турбулентной кинетической энергии. Все полученные результаты, включая экспериментальные, представлены в сводной таблице с указанием погрешностей.

1. Байбиков А.С., Караханьян В.К. Гидродинамика вспомогательных трактов лопастных машин. М.: Машиностроение, 1982. 113 с.

2. Буренин В.В., Гаевик Д.Т., Дронов В.П., Иванов В.В. Конструкция и эксплуатация центробежных герметичных насосов. М.: Машиностроение, 1977. 152 с.

3. Жарковский А.А., Поспелов А.Ю. Использование 3D методов для расчета течения, прогнозирования характеристик и оптимизации формы проточных частей гидравлических турбин // Гидротехническое строительство. 2014. № 11. С. 36-41.

4. Краев М.В., Овсянников Б.В., Шапиро А.С. Гидродинамические радиальные уплотнения высокооборотных валов. М.: Машиностроение, 1976. 103 с.

5. Ломакин В.О., Петров А.И. Верификация результатов расчета в пакете гидродинамического моделирования STAR-CCM+ проточной части центробежного насоса АХ 50-32-200 // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2012. Спец. вып.: Работы студентов и молодых ученых МГТУ им. Н.Э. Баумана. С. 6-9.

6. Ломакин В.О., Чабурко П.С. Влияние закрутки потока на гидравлический КПД насоса // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана: Электрон. журн. 2015. № 10. С. 20-25. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/820781.html, дата обращения 27.04.2017.

7. Ломакин В.О., Черемушкин В.А. Теоретическое описание и численное моделирование работы гидродинамической муфты // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана: электрон. журн. 2016. № 3. С. 197-210. DOI: 10.7463/0316.0835325

8. Субботин С.П. Герметичные насосы с магнитной муфтой: Теория, проектирование, создание, отработка. Минск: Современные знания, 2008. 221 с.

9. 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 (18). С. 55-61.

10. Lederle Hermetic // www.hermetic-pumpen.com