Реєстраційний номер
0826U001250, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
15-05-2026
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Інтенсифікація гідродинамічних процесів у відцентрових насосах шляхом застосування контрроторного ефекту
Здобувач
Куліков Олександр Андрійович,
Керівник Івченко Олександр Володимирович
Керівник Ратуший Олександр Валерійович
Опонент Бадах Валерій Миколайович
Опонент Роговий Андрій Сергійович
Рецензент Панченко Віталій Олександрович
Рецензент Гусак Олександр Григорович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Сумський державний університет
Опис
Дисертаційна робота присвячена дослідженню застосування контрроторного ефекту у відцентрових насосах як засобу інтенсифікації робочих процесів для підвищення напірних характеристик при зниженні матеріалоємності та енергетичних витрат на виготовлення, транспортування й експлуатацію. Основну увагу приділено аналізу гідродинамічних процесів у проточній частині при контрроторному обертанні робочих органів та визначенню оптимальних конструктивних параметрів. Для досліджень розроблено математичну модель контрроторного ступеня (робоче колесо та контрроторний диск), яка дозволила виконати параметричні розрахунки, зіставити результати з теорією подібності та сформувати базу для подальшого моделювання в ANSYS CFX.
У першому розділі проведено аналіз джерел щодо застосування контрроторного ефекту в насособудуванні, розглянуто сучасні методики розрахунку потоків і обґрунтовано вибір методу дослідження. Встановлено, що застосування контрроторного ефекту у відцентрових насосах майже не досліджене, тоді як для осьових насосів такі рішення вже розглядаються. Отже, актуальність роботи зумовлена недостатньою вивченістю цього підходу для відцентрових насосів, що відкриває перспективи підвищення їх ефективності без збільшення габаритів і матеріалоємності та забезпечення вимог енергозбереження.
У другому розділі на основі розробленої математичної моделі контрроторного ступеня сформовано напірно-енергетичні характеристики залежно від геометричних параметрів (кількість лопатей, кут їх установки, співвідношення діаметрів робочих органів і зазор між ними) та частоти обертання. Запропоновано метод визначення теоретичного напору на основі рівнянь Ейлера. Проведено числовий аналіз впливу геометрії лопатей, частоти обертання та діаметра контрроторного диска. Встановлено, що основними чинниками формування напірно-енергетичних характеристик є частота обертання, кут установки та кількість лопатей. Діаметр диска також суттєво впливає на напір, тоді як зазор між робочими органами має другорядний характер і пов’язаний переважно з конструктивною точністю. Водночас зміна зазору практично не впливає на напір, але визначає рівень об’ємних втрат і технологічну якість конструкції.
У третьому розділі основну увагу приділено аналізу режимів роботи контрроторного ступеня в області максимальної енергоефективності (Qbep). Встановлено, що найвищі показники ефективності досягаються при частоті обертання близько 3000 об/хв і раціональному поєднанні числа лопатей 5–7 за малих кутів їх установки, що забезпечує високий ККД. Конфігурація з вісьмома лопатями при куті 0° є доцільною для режимів, де пріоритетним є максимальний напір. Показано, що збільшення діаметра контрроторного диска в діапазоні k = 1,35–1,55 призводить до стійкого зростання напору, так при збільшенні диска на 30 мм напір зростав більш ніж на 50 м, а ККД підвищувався приблизно на 8 %. Оптимальним визнано k = 1,35 як компроміс між напірними та масогабаритними характеристиками. Вплив зазору між робочими органами є менш значним. Його збільшення з 1 до 5 мм спричиняє зниження напору приблизно на 15 м і потужності до 5 %, при цьому ККД практично не змінюється. Додатково підтверджено, що контрроторний ступінь підпорядковується законам подібності, що дозволяє здійснювати перерахунок режимів через зміну частоти обертання. Також встановлено можливість застосування загальноприйнятої методики розрахунку відвідного пристрою: при цьому максимальний ККД зменшувався приблизно на 5 %, а напір – на 4 %.
У четвертому розділі представлено алгоритм проєктування відцентрового насоса з контрроторним ступенем, заснований на теорії подібності та аналізі модельних характеристик. Виконано розрахунок робочих режимів і перевірку точності параметрів, при цьому розбіжність із натурними даними не перевищує 3 %. Також визначено показники життєвого циклу (енергоефективність і матеріалоємність), на підставі яких доведено переваги контрроторного насоса щодо поєднання високої ефективності та компактності. У частині конструктивної реалізації розраховано конічну зубчасту передачу для забезпечення контрроторного обертання, запропоновано модель визначення осьового зусилля та розроблено загальну компоновку контрроторного насоса, що підтверджено патентами на корисні моделі.
Дата реєстрації
2026-04-28
Додано/оновлено в НРАТ
2026-04-28 / 2026-07-02
