Пути повышения гидродинамического давления шахтных центробежных насосов

Макаров В.Н., Макаров Н.В., Попов С.А.

Уральский государственный горный университет, Екатеринбург

Чураков Е.О.

ООО СМНП «Экспертналадки», Екатеринбург

Ключевые слова: шахтный насос, критические точки, гидродинамическое давление, эффект Магнусса, вихреобразование, «вихревой жгут», диполь, источник, сток, диффузорность, профиль, камфорное отображение.

Аннотация. Актуальность поиска принципиально новых путей повышения гидродинамического давления шахтных насосов при сохранении их экономичности обусловлена невозможностью дальнейшего роста числа секций при сохранении эксплуатационной надёжности и предельными значениями коэффициента напора классических схем. В статье предложен способ увеличения гидродинамического давления, развиваемого центробежным насосом за счёт управления эффективностью силового взаимодействия воды в межлопаточном канале рабочего колеса с профилем его лопастей за счёт применения гидродинамической особенности в виде диполя на выходе из рабочего колеса. На базе механики плавного обтекания крыла птицы воздушным потоком построена модель безотрывного обтекания хвостовой части профиля лопастей рабочего колеса с использованием энергии диполя. С использованием модели Кристоффеля-Шварца, теоремы Коши-Римана создана математическая модель, устанавливающую зависимость между дополнительной циркуляцией давления вокруг профиля лопастей рабочего колеса насоса от действия диполя и его параметрами. Использование гидродинамической особенности в виде диполя в хвостовой части профиля лопастей рабочего колеса шахтных центробежных насосов типа ЦНС105-147 позволяет повысить развиваемое им давление на номинальном режиме на 19%, на границе области рабочих режимов на 26%, максимальный КПД на 6%. Проведена верификация предложенной математической модели.

Methods for increasing the hydrodynamic pressure of mine centrifugal pumps

Makarov V.N., Makarov N.V., Popov S.A.

Ural State Mining University, Yekaterinburg

Churakov E.O.

OOO SMNP Ekspertnaladki, Yekaterinburg

Keywords: mine pump, critical points, hydrodynamic pressure, Magnus effect, vortex formation, "vortex cord", dipole, source, sink, diffuseness, profile, camphor mapping.

Abstract. The search for fundamentally new ways to increase the hydrodynamic pressure of mine pumps while maintaining their efficiency is urgent due to the impossibility of further increasing the number of sections while maintaining operational reliability and the limiting values of the pressure coefficient of classical designs. This article proposes a method for increasing the hydrodynamic pressure developed by a centrifugal pump by controlling the efficiency of the force interaction between the water in the impeller's interblade channel and its blade profile. This method utilizes a hydrodynamic feature in the form of a dipole at the impeller outlet. Based on the mechanics of smooth airflow around a bird's wing, a model of continuous flow around the tail section of the impeller blade profile is constructed using the energy of the dipole. Using the Christoffel-Schwarz model and the Cauchy-Riemann theorem, a mathematical model was developed that establishes the relationship between the additional pressure circulation around the impeller blade profile of a pump due to the action of a dipole and its parameters. Using a hydrodynamic feature in the form of a dipole in the impeller blade tail section of the CNS105-147 type mine centrifugal pumps increases the pressure developed by the pump at nominal operation by 19%, at the boundary of the operating mode range by 26%, and the maximum efficiency by 6%. The proposed mathematical model has been verified.