Инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого испытали опытный образец насоса для откачки загрязненных сточных вод. КПД агрегата составил 62% — это выше, чем у российских и зарубежных аналогов.
Речь идет о свободновихревых насосах — они устойчивее обычных центробежных при перекачивании грязных жидкостей: сточных вод, канализационного ила, сред с абразивными примесями. Такие насосы реже засоряются и выходят из строя, но до недавнего времени проигрывали центробежным по эффективности.
Ученые СПбПУ применили технологии цифрового проектирования и моделирования, а при изготовлении опытного образца использовали сочетание традиционных и аддитивных технологий. Возможности исследовательского комплекса Лаборатории гидромашиностроения позволили сократить срок разработки до стадии экспериментальных исследований с 1–1,5 лет до 3–4 месяцев.
В ходе испытаний инженеры проверили энергетические и кавитационные характеристики насоса и сверили их с математической моделью. Расхождение расчетов с экспериментом оказалось менее 2% по всем параметрам. КПД насоса на номинальном режиме составил 62% — у отечественных аналогов, включая советские, этот показатель 54–57%, у зарубежных — 59–60%.
«Когда мы впервые сопоставили результаты численного моделирования с данными натурных испытаний, нас впечатлило, насколько хорошо расчетные характеристики согласуются с экспериментальными. За этим стояли месяцы кропотливой работы: мы изучили огромный массив информации, провели множество предварительных расчетов, итеративно уточняя модель. Достоверность математической модели — закономерный итог системного научного подхода», — прокомментировал руководитель проекта, научный сотрудник Лаборатории гидромашиностроения Арсентий Клюев.
По итогам испытаний инженеры решили скорректировать геометрию остальных насосов линейки. Математическая модель оказалась настолько точной, что конструкторам не понадобился традиционный «страховой запас» по напору.
«Конструкторы обычно закладывают запас на случай, если реальный напор окажется ниже расчетного. Мы поступили так же, но модель оказалась настолько достоверной, что страховка не понадобилась. Это позволяет пересмотреть подход к проектированию: отказ от избыточного запаса дает возможность уменьшить диаметр рабочего колеса и габариты корпуса. Обновленные насосы будут легче и компактнее, сохранив высокую энергоэффективность», — объяснил руководитель проекта.
В дальнейших планах — испытания насоса при перекачивании вязких сред с абразивными включениями. Корпус одного из насосов сделают прозрачным, чтобы визуально оценить течение жидкости внутри устройства. Полученные результаты позволят масштабировать линейку на другие параметры.
Разработка ведется при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
