Details

Объектом исследования является проточная часть высокоскоростного турбобура 197/2500. Цель работы — получение прогнозных характеристик проточной части, оценка параметров течения рабочей жидкости, кавитационных явлений и напряженно-деформированного состояния рабочего колеса. В ходе работы были рассмотрены твердотельная и жидкотельная модели проточной части, выполнена подготовка расчетной области, построена расчет-ная сетка и задана математическая модель течения вязкой жидкости. Численное моделирование проводилось для двух рабочих сред: воды и бурового раствора. Для каждой среды были рассчитаны режимы при изменении массового расхода и полного давления на входе. По результатам расчетов построены энергетиче-ские характеристики, выполнено сравнение значений напора, мощности, КПД и КПД рабочего колеса, а также получены поля скорости, давления и паросодержания при кавитационном расчете. Дополнительно выполнен прочностной расчет рабочего колеса с определением перемещений, эквивалентных напряжений и запаса прочности. Полученные результаты могут быть использованы для предварительной оценки работоспособности проточной части турбобура и дальнейшего уточнения его конструкции. В работе использовались программные средства SolidWorks, ANSYS ICEM CFD, ANSYS CFX-Pre, ANSYS CFX-Solver, ANSYS CFD-Post, ANSYS Mechanical, Microsoft Excel и Microsoft Word.

The object of the study is the flow passage of the high-speed turbodrill 197/2500. The purpose of the work is to obtain predicted characteristics of the flow passage, evaluate the parameters of the working fluid flow, cavitation phenomena, and the stress-strain state of the impeller. During the work, solid and fluid models of the flow passage were considered, the computational domain was prepared, the computational mesh was generated, and a mathematical model of viscous fluid flow was set. Numerical simulation was carried out for two working media: water and drilling fluid. For each medium, operating modes with changing mass flow rate and total inlet pressure were calculated. Based on the calculation results, energy characteristics were obtained, values of head, power, efficiency, and impeller efficiency were compared, and velocity, pressure, and vapor volume fraction fields were visualized for the cavitation calculation. In addition, a strength analysis of the impeller was performed with the determi-nation of total deformation, equivalent stress, and safety factor. The obtained results can be used for a preliminary assessment of the operability of the turbodrill flow pas-sage and for further improvement of its design. The following software tools were used in the work: SolidWorks, ANSYS ICEM CFD, ANSYS CFX-Pre, ANSYS CFX-Solver, ANSYS CFD-Post, ANSYS Mechanical, Microsoft Excel, and Microsoft Word.