Использование лопаток второго ряда для снижения гидравлических потерь центробежного насоса
Д.С. Дьяк, М.Г. Рахутин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №5S/ 2025 стр. 206-210
Резюме: В статье рассмотрен метод снижения гидравлических потерь центробежного насоса шахтного водоотлива за счет добавления лопаток второго ряда на примере рабочего колеса ЦНС-300-120. Добавленные лопатки, уменьшая завихрения жидкости на выходе из рабочего колеса, снижают потери энергии. Предложена модель с двумя рядами лопаток. Компьютерное моделирование рабочего колеса и гидравлического течения жидкости в программе «SolidWorks 2022» и «Ansys CFX» показало, что рассматриваемый метод позволяет увеличить напор в рабочей точке на 3,2–6,1% и гидравлический коэффициент полезного действия на 3,0–6,0%. Метод наиболее эффективен в рабочей точке при значениях напора H = 120 м и величине подачи Q = 300 м3/ч в рабочей зоне. За пределами рабочей зоны эффективность метода снижается. Использование насоса вне допустимой рабочей зоны не рекомендовано из-за возможности возникновения кавитации, перегрева перекачиваемой среды, проточной части, электропривода и увеличения внутренних перетоков рабочей жидкости. В результате чего наблюдается существенное снижение общего коэффициента полезного действия, что может привести к ускоренному износу насоса и выходу его из строя.
Ключевые слова: центробежный насос секционный, гидравлический коэффициент полезного действия, рабочее колесо, лопатки второго ряда, шахтный водоотлив, компьютерное моделирование
Для цитирования: Дьяк Д.С., Рахутин М.Г. Использование лопаток второго ряда для снижения гидравлических потерь центробежного насоса. Горная промышленность. 2025;(6):206–210. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-6-206-210
Информация о статье
Поступила в редакцию: 27.08.2025
Поступила после рецензирования: 27.10.2025
Принята к публикации: 07.11.2025
Информация об авторах
Рахутин Максим Григорьевич – доктор технических наук, профессор, Горный институт, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-5873-5550; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Дьяк Дмитрий Сергеевич – аспирант, Горный институт, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Husveg R., Husveg T., van Teeffelen N., Ottestad M., Hansen M.R. Improving separation of oil and water with a novel coalescing centrifugal pump. SPE Production & Operations. 2018;33(4):857–865. https://doi.org/10.2118/188772-pa
2. Gradilenko N., Lomakin V. Overview of methods for optimizing the flow of the centrifugal pump. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;963:012016. https://doi.org/10.1088/1757-899x/963/1/012016
3. Волков А.В., Парыгин А.Г., Вихлянцев А.А., Дружинин А.А., Наумов А.В., Марков Д.В. и др. Анализ возможностей совершенствования отечественных центробежных насосов для нефтегазовой и химической промышленности. Гидравлика. 2016;(2):1–13. Режим доступа: https://hydrojournal.ru/images/JOURNAL/NUMBER2/Volkov.pdf (дата обращения: 12.05.2025).
4. Александров В.И., Авксентьев С.Ю., Махараткин П.Н. Энергоэффективность систем шахтного водоотлива. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(2):253–268. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2017/2/253_268_2_2017.pdf (дата обращения: 12.05.2025).
5. Ovchinnikov N.P. Assessment of mine water solid phase impact on section pumps performance in the development of kimberlite ores. Mining Science and Technology (Russia). 2022;7(2):150–160. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-2-150-160
6. Галдин Д.Н., Кретинин А.В., Печкуров С.В. Оптимизация профиля пространственного рабочего колеса центробежного насоса с использованием параметризованной модели проточной части и искусственной нейронной сети. Насосы. Турбины. Системы. 2021;(3):22–31.
7. Чураков Е.О., Макаров В.Н., Макаров Н.В., Бельских А.М. Этапы технического совершенствования центробежных насосов шахтного водоотлива. Вестник Забайкальского государственного университета. 2024;30(1):81–89. Режим доступа: https://zabvestnik.com/wp-content/uploads/031024031010-Churakov.pdf (дата обращения: 12.05.2025).
8. Yasser E., El-Emam M.A., Bai L., Zhou L. Numerical investigation of particle behavior and erosion wear in a centrifugal pump using coarse-grained Discrete Element Method. Particulate Science and Technology. 2024;42(8):1361–1379. https://doi.org/10.1080/02726351.2024.2388541
9. Зотов В.В., Мнацаканян В.У., Базлин М.М., Лакшинский В.С., Дятлова Е.В. Повышение ресурса рабочих колес центробежных насосов шахтного водоотлива. Горная промышленность. 2024;(2):143–146. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-143-146
10. Ризаев А.А., Абдуазизов Н.А. Исследование износа рабочего колеса центробежных насосов и выбор способа повышения износостойкости рабочего колеса насоса. Universum: Технические науки. 2023;(7-2):58–60. Режим доступа: https://7universum.com/pdf/tech/7(112)%20[15.07.2023]/Rizaev.pdf (дата обращения: 12.05.2025).
11. Yüksel O., Köseoğlu B.. Energy efficiency optimization on centrifugal pumps: a content analysis. In: 1st International Congress on Ship and Marine Technology, Green Technologies, İstanbul, Türkiye, 8–9 December 2016, pp. 781–795. https://www.researchgate.net/publication/311706614
12. Zhang J., Yuan Y., Yuan S., Lu W., Yuan J. Experimental studies on the optimization design of a low specific speed centrifugal pump. In: ASME-JSME-KSME 2011 Joint Fluids Engineering Conference, July 24–29, 2011, Hamamatsu, Japan. 2011, pp. 561–569. https://doi.org/10.1115/ajk2011-22005
13. Nandan R., Pasha S.M., Ashish D., Nookaraju B.Ch. Computational fluid dynamics (CFD) analysis of centrifugal pumps. E3S Web of Conferences. 2023;391:01088. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202339101088
14. Wang C.-N., Yang F.-C., Nguyen V.T.T., Vo N.T.M. CFD analysis and optimum design for a centrifugal pump using an effectively artificial intelligent algorithm. Micromachines. 2022;13(8):1208. https://doi.org/10.3390/mi13081208
15. Иванов Е.А., Жарковский А.А., Борщев И.О. Улучшение гидравлических и пульсационных характеристик многоступенчатых центробежных насосов. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018;24(3):126–138. https://doi.org/10.18721/JEST.240311
16. Спиридонов Е.К., Прохасько Л.С. Расчет и проектирование лопастных насосов. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ; 2004. 62 с.
17. Габдулов И.Н. Расчет рабочего колеса центробежного насоса. Аллея науки. 2019;(9):242–251. Режим доступа: https://alley-science.ru/domains_data/files/05September2019/RASChET%20RABOChEGO%20KOLESA%20CENTROBEZhNOGO%20NASOSA.pdf (дата обращения: 12.05.2025).
18. Nossir E., Elkelawy M., Mohamad H.A.E., Elsamadony M. A comprehensive review and background on centrifugal pump performance under multiphase flow and varying operating conditions. Pharos Engineering Science Journal. 2025;2(1):117–128. https://doi.org/10.21608/pesj.2025.371163.1026
19. Савин Л.А., Григорьев С.В., Шахбанов Р.М. Обоснование возможностей повышения энергетических характеристик центробежных насосов. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015;(7-2):122–127.
20. Li W.-G. Effects of viscosity of fluids on centrifugal pump performance and flow pattern in the impeller. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2000;21(2):207–212. https://doi.org/10.1016/s0142-727x(99)00078-8
21. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер»; 2007. 645 с.
22. Nguyen V.T.T., Vo T.M.N. Centrifugal pump design: An optimization. The Eurasia Proceedings of Science, Technology, Engineering & Mathematics. 2022;17:136–151. Available at: https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/2653833 (accessed: 12.05.2025).
23. Попов В.М. Шахтные насосы (теория, расчет, эксплуатация). М.: Недра; 1993. 224 с.
24. Кузнецов А.В., Панаиотти С.С., Савельев А.И. Автоматизированное проектирование многоступенчатого центробежного насоса. Калуга; 2013. 170 с.
25. Твердохлеб И.Б., Князева Е.Г., Бирюков А.И., Луговая С.О. К вопросу о создании проточной части многоступенчатого насоса с минимальными радиальными размерами. В кн.: ГЕРВИКОН-2011: материалы 13-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Сумы, 6–9 сент. 2011 г. Режим доступа: https://mnz.ru/stati/7-k-voprosu-o-sozdanii-protochnoj-chastimnogostupenchatogo-asosa-s-minimalnymi-radialnymi-razmerami (дата обращения: 12.05.2025).
26. Zhao Z., Bai L., Su X., Chen J., Qu B., Zhou L. Computational fluid dynamics – discrete element method simulation and experimental study of particle transport mechanism in a centrifugal pump. Physics of Fluids. 2025;37(2):023380. https://doi.org/10.1063/5.0256782
27. Валюхов С.Г., Галдин Д.Н., Оболонская Е.М., Фофонов Ю.А. Численное исследование влияния формы лопасти рабочего колеса ЦН на пульсации давления. Насосы. Турбины. Системы. 2023;(2):78–89.
