Совершенствование экспериментальных характеристик и аддитивное производство рабочих колес одноступенчатого моноблочного погружного электронасосного агрегата высокой быстроходности

Рассмотрены вопросы повышения энергоэффективности и применения методов аддитивного производства при экспериментальных исследованиях одноступенчатого моноблочного погружного электронасосного агрегата высокой быстроходности. В первой части работы выполнена оптимизация спроектированной проточной части, состоящая из трех этапов. На первом этапе проведена корреляция между геометрическими входными параметрами и гидравлическим коэффициентом полезного действия (КПД) насоса с определением параметров, оказывающих наибольшее влияние на энергетические качества агрегата. На втором этапе исследовано влияние количества расчетных точек в матрице планирования эксперимента на гидравлический КПД насоса с выявлением области расположения глобального максимума целевой функции. На третьем этапе проведен уточняющий поиск глобального максимума с применением прямых методов оптимизации. Выполнен сравнительный анализ структуры течения в исходной и оптимизированной проточных частях. Во второй части работы изготовлены литые рабочие колеса из латуни с использованием аддитивной технологии струйного нанесения связующего вещества для 3D-печати выжигаемых моделей из полиметилметакрилата. Проведено сравнение расчетных характеристик с экспериментальными данными, полученными при параметрических испытаниях исследованного электронасосного агрегата.
EDN: QWCWHM, https://elibrary/qwcwhm

Литература

[1] Горгиджанян С.А., Дягилев А.И. Погружные насосы для водоснабжения и водопонижения. Ленинград, Машиностроение, 1968. 112 с.

[2] Васильцов Э.А., Невелич В.В. Герметические электронасосы. Ленинград, Машиностроение, 1968. 260 с.

[3] Rakibuzzaman M., Hyoung-Ho K., Suh S. et al. Effects of cavitation and erosion on submersible drainage pumps: a numerical study. Phys. Fluids, 2024, vol. 36, no. 8, art. 085168, doi: https://doi.org/10.1063/5.0223126

[4] Галдин Д.Н., Кретинин А.В., Печкуров С.В. Оптимизация профиля пространственного рабочего колеса центробежного насоса с использованием параметризованной модели проточной части и искусственной нейронной сети. Насосы. Турбины. Системы, 2021, № 3, с. 22–31.

[5] Аверьянов А.С., Петров А.И. Оптимизация задних лопаток направляющего аппарата в многоступенчатом центробежном насосе. Гидравлика, 2021, № 12, с. 86–98. EDN: XKUOZK

[6] Zhou L., Wang W., Hang J. et al. Numerical investigation of a high-speed electrical submersible pump with different end clearances. Water, 2020, vol. 12, no. 4, art. 1116, doi: https://doi.org/10.3390/w12041116

[7] Wang Y., Wang X., Liu H. et al. Optimization and analysis of mine drainage pump with high efficiency and large flow. J. Low Freq. Noise Vib. Act. Control, 2022, vol. 41, no. 3, pp. 1091–1107, doi: https://doi.org/10.1177/14613484221094404

[8] Rakibuzzaman M., Suh S., Roh H. et al. Hydraulic performance optimization of a submersible drainage pump. Computation, 2024, vol. 12, no. 1, art. 12, doi: https://doi.org/10.3390/computation12010012

[9] Rettberg R., Kraenzler T. Hybrid manufacturing: a new additive manufacturing approach for closed pump impellers. In: Industrializing additive manufacturing. Springer, 2021, pp. 146–159, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-54334-1_11

[10] Sitte D., Sutanto H. Performance analysis of hydraulic machines using impellers made from conventional steel and 3D printing co-polymer. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2021, art. 012049, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/1115/1/012049

[11] Adiaconitei A., Vintila I.S., Mihalache R. et al. A study on using the additive manufacturing process for the development of a closed pump impeller for mechanically pumped fluid loop systems. Materials, 2021, vol. 14, no. 4, art. 967, doi: https://doi.org/10.3390/ma14040967

[12] Hernández F., Fragoso A. Fabrication of a stainless-steel pump impeller by integrated 3D sand printing and casting: mechanical characterization and performance study in a chemical plant. App. Sci., 2022, vol. 12, no. 7, art. 3539, doi: https://doi.org/10.3390/app12073539

[13] Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н. и др. Численное моделирование течений в турбомашинах. Новосибирск, Наука, 2006. 201 с.

[14] Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. Санкт-Петербург, БГТУ, 2001. 108 с.

[15] Горбатов Д.А., Жарковский А.А., Адрианов А.В. Влияние различных вариантов направляющего аппарата на гидравлические потери в элементах проточной части погружного электронасоса. Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Мат. XXV Межд. науч.-тех. конф. Москва, Мир науки, 2021, с. 60–65.

[16] Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. Ленинград, Машиностроение, 1966. 364 с.

[17] Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. Москва, Машгиз, 1960. 463 с.

[18] Sui X., Han G., Lu X. et al. Energy consumption prediction and optimization of the electrical submersible pump well system based on the DA-RNN algorithm. Processes, 2025, vol. 13, no. 1, art. 128, doi: https://doi.org/10.3390/pr13010128

[19] Wang W., Sun J., Liu J. et al. Introducing non-hierarchical RSM and MIGA for performance prediction and optimization of a centrifugal pump under the nominal condition. Processes, 2022, vol. 10, no. 8, art. 1529, doi: https://doi.org/10.3390/pr10081529

[20] Горбатов Д.А., Жарковский А.А., Адрианов А.В. Стохастический метод поиска оптимальной формы проточной части погружного электронасоса. Известия МГТУ МАМИ, 2024, т. 18, № 2, с. 103–110, doi: https://doi.org/10.17816/2074-0530-627485