Введение
Глава 1. Проблема повышения качества проточных частей центробежных насосов методами оптимизации. Обзор работ, посвященных данной теме 12
1.1. Постановка задачи 12
1.2. Преимущества и недостатки различных методов оптимизации проточных частей насосов 14
1.3. Обзор работ, посвященных тематике диссертации 17
1.4. Классические методы расчета проточных частей насосов 18
1.5. Применение методов вычислительной гидродинамики для расчета проточных частей насосов 22
1.6. Обзор методов автоматизированного построения проточных частей центробежных насосов 31
1.7. Обзор методов оптимизации проточных частей насосов с использованием методов вычислительной гидродинамики 36
1.8. Методы экспериментального определения параметров лопастных насосов 40
Глава 2. Особенности математического моделирования течения жидкости в проточных частях лопастных насосов 43
2.1. Используемый метод дискретизации 43
2.2. Используемая математическая модель 45
2.3. Расчетная сетка 49
2.4. Граничные условия 55
2.5. Учет дискового трения и перетечек через щелевые уплотнения 59
2.6. Расчет кавитационных явлений 62
2.7. Верификация численных моделей 64
2.7.1. Постановка задачи численного моделирования 64
2.7.2. Сравнение расчетных интегральных характеристик насоса МНМ3600-230 с экспериментальными 65
2.7.3. Сравнение расчетных интегральных характеристик насоса МНМ5000-210 с экспериментальными 69
2.7.4. Сравнение расчетных и измеренных значений давлений в различных точках проточной части насоса МНМ7000-210 74
2.7.5. Выводы по результатам верификации численной модели 77
2.8. Результаты применения описанной математической модели 77
Глава 3. Метод расчета проточных частей центробежных насосов с применением оптимизационных алгоритмов 78
3.1. Общее описание метода расчета 78
3.2. Предварительный анализ проточной части 78
3.3. Выбор критериев оптимизации 82
3.4. Выбор параметров оптимизации 89
3.5. Выбор метода оптимизации 93
Глава 4. Примеры использования предлагаемого метода и экспериментальная проверка его результатов 98
4.1. Описание экспериментального стенда 98
4.2. Методика обработки результатов испытаний 99
4.3. Макетирование проточных частей насосов 100
4.4. Оптимизация отводящих устройств нефтяных магистральных насосов 113
4.4.1. Автоматизированная генерация проточных частей 113
4.4.2. Предварительный анализ и постановка задачи оптимизации 120
4.4.3. Оптимизация проточной части отвода насоса типа НМ 123
4.4.4. Выводы по результатам оптимизации отводящих устройств насосов типа НМ 133
4.4.5. Экспериментальное подтверждение эффективности предложенной методики оптимизации 133
4.4.6. Выводы по результатам применения предлагаемого алгоритма оптимизации 149
4.5. Оптимизация лопаточных диффузоров 150
4.5.1. Постановка задачи оптимизации 151
4.5.2. Параметры математической модели 152
4.5.3. Результаты расчета исходных проточных частей 153
4.5.4. Оптимизация лопаточных диффузоров (ЛД) 156
4.5.5. Вывод по результатам оптимизации 166
4.6. Оптимизация проточной части насоса типа «Д» 167
4.6.1. Проектирование начального варианта с использованием известных методик 167
4.6.2. Гидродинамическое моделирование проточной части 168
4.6.3. Постановка задачи оптимизации проточной части 170
4.6.4. Выбор параметров оптимизации 171
4.6.5. Выводы по результатам применения метода оптимизации с параметризацией нескольких элементов проточной части 176
4.7. Оптимизация проточной части насоса низкой быстроходности с применением двух методов оптимизации 177
4.7.1. Первый этап оптимизации ЛП-тау методом 178
4.7.2. Второй этап оптимизации с использованием градиентного метода 184
4.7.3. Экспериментальная апробация 189
4.7.4. Выводы по результатам оптимизации с использованием двух методов 192
4.8. Оптимизация многоступенчатого насоса по критериям формы напорной характеристики, кавитационным качествам и виброакустическим характеристикам 192
4.8.1. Постановка задачи оптимизации 193
4.8.2. Расчет критериев оптимизации 196
4.8.3. Результаты оптимизации 202
4.8.4. Выводы по результатам оптимизации 206
4.9. Оптимизация осецентробежного рабочего колеса с расчетом кавитационных качеств насоса 206
4.9.1. Общее описание задачи 206
4.9.2. Оптимизация осецентробежной ступени по критериям КПД и кавитационного запаса 210
4.9.3. Математическая модель 210
4.9.4. Выбор параметров оптимизации 213
4.9.5. Результаты оптимизации 213
4.10. Проведение испытаний макета насоса КВС 400/80 218
4.11. Сравнение экспериментально полученной напорной характеристики с результатами расчета 220
4.12. Проведение испытаний опытного образца насоса КВС 400/80 223
4.13. Сравнение расчетной и экспериментальной кавитационной характеристики 228
Основные результаты и выводы 230
Список литературы 231
