Abstract
<jats:p>Робота присвячена дослідженню та порівняльному аналізу застосування контрроторних ступенів у насосах типу ЦНС, а також пошуку можливостей вдосконалення їхньої конструкції для підвищення напору. Основні характеристики насосів, такі як напір (H), витрата (Q) та ефективність (η), вимагають постійної оптимізації. Більшість насосів, що експлуатуються сьогодні, були розроблені ще в середині XX століття і часто є застарілими з точки зору сучасних вимог до енергоефективності. Оскільки енергоефективність більшості існуючих агрегатів не перевищує 63 %, існує нагальна потреба в науково-практичних дослідженнях нових конструктивних рішень. Традиційно напір насоса збільшують шляхом зміни кількості лопатей, модифікації діаметра робочого колеса або збільшення кількості ступенів (як у насосах типу ЦНС). Однак ці методи мають суттєві недоліки: збільшення діаметра призводить до зростання маси та габаритів агрегату, а багатоступеневість підвищує вартість виробництва та енергетичні втрати через тертя й турбулентність В основі досліджуваної конструкції лежить використання контрроторного ефекту, який дозволяє замінити кілька стандартних ступенів одним. Конструкція контрроторного ступеня включає робоче колесо та лопатевий диск, які обертаються в протилежних напрямках. Потік рідини, що виходить з першого робочого колеса, має диска). Це дозволяє ефективно використовувати кінетичну енергію потоку та значно покращити напірні характеристики насосного агрегату. На напір безпосередньо впливають швидкість обертання та зовнішній діаметр колеса. В якості об’єкта дослідження вибрано контрроторний ступінь з робочим колесом насоса ЦНС-180/1900. Використовувалися моделі з базовим робочим колесом (7 лопатей) та модернізованим колесом високого тиску (8 лопатей). Геометричні параметри залишалися незмінними для коректності порівняння: діаметр робочого колеса D2 = 302 мм, діаметр лопатевого диска D4 = 410 мм, зазор між елементами – 2 мм. Для проведення дослідження було використано сучасне програмне забезпечення: SolidWorks для створення 3D-моделей; ICEM CFD для побудови неструктурованих сіток (близько 1,5 млн комірок з 11 призматичними шарами біля стінок); ANSYS CFX для чисельного розв’язання рівнянь Рейнольдса (RANS). Порівняння результатів досліджень показав, що контрроторний ступінь забезпечує напір 420 м, що на 5 % вище, ніж у трьох ступенів ЦНС (400 м). Хоча ККД протиобертового ступеня (73 %) нижчий за ККД ЦНС (86 %). Таким чином, заміна багатоступеневих насосів на контрроторні ступені є цілком можливою та доцільною завдяки компактності останніх. Для подальшого підвищення ефективності необхідно детальніше вивчити процеси переходу рідини від робочого колеса до лопатевого диска, зокрема шляхом узгодження кутів виходу та входу лопаток, а також їхньої кількості. Це дозволить мінімізувати розриви потоку та вихроутворення</jats:p>