На сегодняшний день одним из основных трендов в области насосостроения является цифровизация производств и внедрение передовых информационных технологий. Целью данных мероприятий является снижение временных затрат на выполнение типовых инженерных задач и повышение показателей конкурентоспособности разрабатываемого насосного оборудования за счёт расширения возможностей существующих инженерных инструментов оптимизации и проектирования. При этом конструктору всё больше отводится роль эксперта, выполняющего оценку промежуточных результатов численного моделирования и передачу команд ЭВМ на ключевых этапах. Широкий сегмент рынка насосного оборудования в энергетике и нефтегазовой и химической промышленности представляют тихоходные центробежные насосы, для которых особо актуальны вопросы повышения энергетических показателей и соответствия международным стандартам, что особенно актуально в условиях глобализации мировой экономики. В данной работе представлены результаты исследований, проведённых в рамках создания САПР гидравлических машин с использованием комбинированного подхода к синтезу элементов проточных частей тихоходных центробежных насосов. Рассмотрены основные преимущества такого подхода и возможности его интеграции с методами инженерной оптимизации и направлениями, доминирующими в проектировании насосного оборудования в настоящий момент в мире. Выполнены предварительные расчётно-экспериментальные исследования с целью накопления необходимого объёма статистической информации о связи величины гидравлических и механических потерь с геометрией проточной части центробежного насоса. Проведён анализ параметров течения при использовании различных концепций построения лопастных систем. Описан разработанный комбинированный метод оптимизации формы элементов проточной части по заданному закону распределения скоростей, оптимальная форма которого определялась на основе проведённого статистического анализа с привлечением теории планирования эксперимента и методов многомерной оптимизации. Представлены результаты расчётной апробации разработанного комбинированного метода проектирования проточных частей центробежных насосов на примере одноярусных и многоярусных лопастных систем с учётом конструктивных ограничений. Оценка полученных по разработанной методике проточных частей показала соответствие статистическим данным по приросту напора у многоярусных лопастных систем. Также установлено, что центробежные насосы с оптимизированными проточными частями соответствуют требованиям API 610 и обладают повышенными энергетическими характеристиками. Приведены результаты лабораторных экспериментальных исследований на стенде НИУ «МЭИ» и контрольных испытаний на стендовом оборудовании одного из ведущих в РФ производителей насосного оборудования для нефтегазовой и химической промышленности –ЗАО «Гидрогаз». Результаты испытаний демонстрируют эффективность разработанного комбинированного метода. Полученные на его основе решения обеспечивают требуемые показатели работоспособности, а также обладают лучшими энергетическими показателями и кавитационными показателями. По результатам исследований прирост КПД оптимизированного серийного образца составил Δη = 5÷6 %, а снижение кавитационного запаса Δh = 14÷55 %.

Today, one of the main trends in the field of pump engineering is the digitalization of factories and the introduction of advanced information technologies. The purpose of these measures is to reduce the time spent on performing typical engineering tasks and increase the competitiveness of the developed pumping equipment by expanding the capabilities of existing engineering tools for optimization and design. At the same time, a constructor is increasingly assigned the role of an expert who evaluates the intermediate results of numerical modeling and transmits computer commands at key stages. A wide segment of the pump equipment market in the energetics and oil & gas industries is represented by low-speed centrifugal pumps, which are particularly relevant to improving energy performance and compliance with international standards, which is especially important in the globalized world economy. This paper presents the results of research made in the framework of creating CAD of hydraulic machines using a combined approach to the synthesis of elements of flow parts of low-speed centrifugal pumps. The main advantages of this approach and the possibilities of its integration with engineering optimization methods and the latest scientific developments in the field of pump engineering for nowadays are considered. Preliminary computational and experimental studies were performed in order to accumulate the necessary amount of statistical information about the relationship between the value of hydraulic and mechanical losses and the geometry of the flow part of the centrifugal pump. The analysis of flow parameters using various concepts of construction of blade systems is carried out. The developed combined method of low-speed centrifugal pumps flow passages optimization according to a given velocity chart is described. The optimal shape of this one was determined using the results of statistical analysis, theory of experimental planning and multidimensional optimization methods. The results of the calculations of the developed combined method of designing the flow parts of centrifugal pumps on the example of singletier and multi-tier vane systems, taking into account the design restrictions on the dimensions of the body elements, are presented. The evaluation of the flow parts obtained by the developed method showed that they correspond to the statistical data on the head increase in multitiered blade systems. It is also found that centrifugal pumps with optimized flow parts correspond the requirements of API 610 and have better energy characteristics. The results of laboratory experimental research at the stand of NRU «MPEI» and control tests made on the bench of one of the leading Russian manufactur69 ers of pumping equipment for the oil & gas industry – CJSC «Hydrogas» are presented. The test results demonstrate the effectiveness of the developed combined method. The solutions obtained on its basis have the required performance indicators, as well as better energy and cavitation indicators. According to the research results, the increase in the efficiency of the optimized serial pump was Δη = 5÷6%, and the decrease in the cavitation reserve was Δh=14÷55%.

"Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития", международная научно-техническая конференция (2020; Санкт-Петербург). Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития: сборник научных трудов международной научно-технической конференции, 2–3 июля 2020 года / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, [Институт передовых производственных технологий]; [оргкомитет конференции: А. А. Жарковский (председатель) [и др.]. — Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2020 (Санкт-Петербург, 2021). — 1 файл (178 Мб). — Загл. с титул. экрана. — Ч. текста парал. на рус. и англ. яз. — Электронная копия печатной публикации 2020 г. — Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать). — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/i21-55.pdf>. — DOI 10.18720/SPBPU/2/i21-55. — Текст: электронный