Автоматизированное проектирование 3D-моделей элементов проточной части ступени шнеко-центробежного насоса

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. В статье приведены результаты разработки программного комплекса для автоматизированного проектирования 3D-моделей элементов проточной части шнеко-центробежного насоса. Разработка подобного программного обеспечения позволяет выполнять процесс проектирования в рамках единого интерфейса, сокращая трудозатраты на эксплуатацию разрозненных пакетов приложений. Предлагается альтернативная методика автоматизации создания трёхмерных моделей без использования параметризированных эскизов.

Цель — разработка программного комплекса, позволяющего вести сквозной процесс проектирования, начиная с ввода технического задания и заканчивая передачей сформированной 3D-геометрии в системы автоматизации инженерных расчётов (CAE).

Методы. Проектирование ступени шнеко-центробежного насоса основано на методиках, используемых в насосостроении. Написание программного кода подчинено принципам структурного программирования. Программное обеспечение реализовано на языке программирования Python с включением legacy-кода, написанного на Fortran. В качестве примера функционирования программного комплекса спроектирована ступень шнеко-центробежного насоса на напор 62.5 м.

Результаты. На настоящий момент в программный комплекс включены модули: расчёт параметров и формирование 2D-эскиза и 3D-модели шнека, расчёт основных параметров рабочего колеса, проектирование меридианного сечения и расчёт равноскоростного потока, расчёт параметров кромок, проектирование лопастной системы, расчёт потерь в рабочем колесе на основе расчёта 2-х мерного невязкого течения, пространственного пограничного слоя и низкоэнергетического следа в каналах рабочего колеса, автоматическое создание 3D-модели рабочего колеса, проектирование спирального отвода и расчёт потерь в нем, формирование 3D-модели спирального отвода, расчёт прогнозной характеристики, формирование 3D-модели ступени с помощью программного интерфейса приложения (API) системы автоматизированного проектирования (CAD) Компас-3D. Сгенерированная 3D-геометрия проточной части была использована для выполнения гидродинамического расчёта.

Заключение. Результаты проведённого гидродинамического расчёта имеют малое расхождение с результатами расчётов, проведённых с помощью разработанного программного обеспечения. Планируется дальнейшее развитие программного комплекса в части автоматизированной интеграции 3D-геометрии в современные CAE-системы, которые позволят оптимизировать полученные ступени шнеко-центробежных насосов.

Об авторах

Александр Александрович Стасеев

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Автор, ответственный за переписку.
Email: greenalh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4851-804X
SPIN-код: 4777-3813

аспирант Высшей школы энергетического машиностроения

Россия, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Александр Аркадьевич Жарковский

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: azharkovsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3044-8768
SPIN-код: 3637-7853
Scopus Author ID: 7004534701
ResearcherId: T-3278-2018

д-р техн. наук, профессор, профессор Высшей школы энергетического машиностроения

Россия, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Список литературы

  1. Ma H.C., Wang K., Zhou X.H. Software development of hydraulic design for pump suction chambers // Applied Mechanics and Materials. 2012. Vol. 212. P. 1191–1196. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.212-213.1191' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.212-213.1191
  2. Галдин Д.Н., Печкуров С.В. Построение параметрической модели проточной части центробежного насоса для выполнения автоматизированного преобразования геометрии. В кн.: Разработка, производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на их основе. Труды X Международной научно-технической конференции. Воронеж: Научная книга, 2019. С. 8–16.
  3. Бубнов В.П., Султонов Ш.Х. Применение систем автоматизированного проектирования в машиностроении // Интеллектуальные технологии на транспорте. 2017. №. 1. С. 48–51.
  4. Chmielniak T., Stojanovic N. Design of Computer Aided Design in the Field of Mechanical Engineering // Acta Energetica. 2022. №. 1. С. 8–16.
  5. Brockmöller T., Siqueira R., Gembarski P.C., et al. Computer-Aided Engineering Environment for Designing Tailored Forming Components // Metals. 2020. Т. 10, №. 12. doi: 10.3390/met10121589
  6. Голиков В.А., Жарковский А.А., Топаж Г.И. Программные комплексы для расчета течения и автоматизированного проектирования лопастных гидромашин // Материаловедение. Энергетика. 2012. №. 1 (142). С. 199–206.
  7. Ломакин В.О., Щербачев П.В., Тарасов О.И., и др. Создание параметризованных 3D-моделей проточной части центробежных насосов // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. №. 04. С. 1–10.
  8. Kostornoy S., Chaplygin A., Kostornoy A. Automatized Design of the Centrifugal Pumps Setting on the Base of Mathematic Modeling of Fluid Flow // Procedia Engineering. 2012. Vol. 39. С. 212–222. doi: 10.1016/j.proeng.2012.07.027
  9. Pansare R., Palsodkar M. Agility through design automation: A study on centrifugal pump desig. In: 2017 International Conference on Nascent Technologies in Engineering (ICNTE). IEEE, 2017. doi: 10.1109/ICNTE.2017.7947921
  10. Руднев С.С., Байбаков О.В., Матвеев И.В., Мелащенко В.И. Методическое пособие по расчёту шнеко-центробежной ступени насоса. М.: М-во высш. и сред. спец. образования СССР. Моск. высш. техн. училище им. Н. Э. Баумана, 1974.
  11. Боровский Б.И. Энергетические параметры и характеристики высоконапорных лопастных насосов. М.: Машиностроение, 1989.
  12. Руководство пользователя KOMPAS-Invisible (API КОМПАС-3D). Дата обращения: 21.03.2024. Режим доступа: https://kompas.ru/source/documents/2021/%D0%A0%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%20KOMPAS-Invisible.pdf
  13. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М.: Машиностроение, 1965.
  14. Пфлейдерер К. Центробежные и пропеллерные насосы. М.: ОНТИ МХТИ СССР, 1937.
  15. PyOpenGL 3.x The Python OpenGL Binding. Дата обращения: 22.05.2024. Режим доступа: https://pyopengl.sourceforge.net/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ввод технического задания.

Скачать (168KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Архитектура разработанного программного обеспечения.

Скачать (274KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Алгоритм проектирования шнека: Q — подача ступени, м³/c; H — напор ступени, м; n — частота вращения, об/мин; D0 — диаметр входа в рабочее колесо, м; Dsh — наружный диаметр шнека, м; D1ср — средний диаметр шнека, м; ηг — гидравлический КПД шнека; β2ш — угол выхода относительного потока за шнеком на расчётном диаметре, град.

Скачать (196KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Визуализация построения геометрии шнека: а — 2D-эскиз; b — 3D-модель.

Скачать (213KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Алгоритм проектирования рабочего колеса: Q — подача ступени, м³/c; H — напор ступени, м; n — частота вращения, об/мин, Vu1 — закрутка потока на входе в рабочее колесо, м/с; D2 — наружный диаметр рабочего колеса; ηг  — гидравлический КПД рабочего колеса; ηоб  — объёмный КПД рабочего колеса; ηмех  — механический КПД рабочего колеса.

Скачать (255KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Визуализация лопастной системы: а — 2D-эскиз; b — 3D-модель.

Скачать (233KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Алгоритм проектирования спирального отвода.

Скачать (273KB)
Метаданные
9. Рис. 8. 3D-модели элементов проточной части: а — 3D-модель шнека; b — 3D-модель рабочего колеса; c — 3D-модель спирального отвода; d — 3D-модель ступени.

Скачать (274KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).