Научная статья на тему 'Исследование центробежного насоса с новыми рабочими органами и оптимизация режима его работы'

Исследование центробежного насоса с новыми рабочими органами и оптимизация режима его работы Текст научной статьи по специальности «Сельскохозяйственные науки»

CC BY
5
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник НГИЭИ
ВАК
Ключевые слова
конструкция / коэффициент полезного действия / криволинейное колесо / напор / напорно-энергетическая характеристика / насос / подача / рабочее колесо / радиальное колесо / схема / pump / flow / pressure / efficiency / pressure-energy characteristics / design / impeller / diagram / radial wheel / curved wheel

Аннотация научной статьи по Сельскохозяйственные науки, автор научной работы — Солонщиков П. Н.

Введение. Известно, что история развития конструкции центробежных насосов имеет очень длинный путь. Их изготовление и принцип работы достаточно просты. При этом движение жидкости описывается известным уравнением Д. Бернулли, а характеристика рабочего колеса описывается формулой Л. Эйлера. Конечно, эти ученые внесли базу, или так называемую основу, для дальнейшего конструирования насосов центробежного типа. На животноводческих фермах и комплексах использование центробежных насосов получило широкое распространение как для обеспечения водоснабжения, перекачки молока или работы в составе танков-охладителей, так и в других технологических операциях. Материалы и методы. Рассмотрим насос марки Г2-ОПБ, который представляет собой конструкцию, смонтированную через промежуточный кронштейн на фланце электродвигателя. На корпусе кронштейна устанавливается крышка с всасывающим и нагнетательным патрубками. Крышка прижимается к корпусу кронштейна через уплотнительное резиновое кольцо. Крышку с нагнетательным патрубком можно устанавливать в любом положении в плоскости, перпендикулярной к оси вала электродвигателя. Между корпусом, кронштейном и крышкой образуется рабочая камера насоса, внутри которой вращается рабочее колесо, закрепленное на наконечнике колпачковой гайкой. Наконечник напрессован на вал электродвигателя. Всасывающий и нагнетательный патрубки имеют резьбу, что позволяет с помощью накидной гайки и штуцеров присоединить насос к трубопроводам. Выбор данной марки обоснован тем, что на животноводческих фермах необходимы насосы такого типа в диапазоне подачи от 6 до 20 м3/ч, способных применяться в различных технологических операциях, кроме подачи воды из водоисточников. Наибольший интерес представляет использование насоса в линиях приготовления жидких кормовых смесей, так как они отличаются по вязкости от воды и молока, и существует трудность при их транспортировке. Но так как насосный эффект используют для смешивания компонентов, то также нужно рассмотреть вероятность расширения функциональных возможностей центробежного насоса без ущерба для его гидравлических характеристик, так как могут быть неоправданные затраты электрической энергии. Результаты и обсуждение. По результатам исследований установлено и подтверждено, что неподвижные лопатки создают гидравлическое сопротивление, которое, в свою очередь, завихряет поток, тем самым происходит некоторое неупорядоченное движение жидкости, а именно смешивание. Следовательно, используя предложенную конструкцию рабочего колеса, можно расширить функции данного насоса, то есть использовать его как смеситель, но при этом сохранить функции насоса (нагнетателя). Заключение. По проведённым исследованиям центробежного насоса с новыми рабочими органами получили, что модернизация рабочего колеса, а именно радиальное расположение лопаток, имеет ряд преимуществ, а именно простоту изготовления в производственных условиях. При этом подача насоса достигает Q = 18…19,5 м3/ч, напор Н = 17…23 м, коэффициент полезного действия η = 38,2…32,8 %, а полезная мощность Nп = 316…412 Вт, при этом при использовании дополнительно неподвижных лопаток позволяет насосу работать в хороших диапазонах, при этом такую конструкцию можно использовать как смеситель.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Study of a centrifugal pump with new working bodies and optimization of its operating mode

Introduction. It is known that the history of the development of the design of centrifugal pumps has a very long path. They are easy to manufacture and the principle of operation is quite simple. In this case, the movement of the fluid is described by the well-known equation of D. Bernoulli, and the characteristic of the impeller is described by the formula of L. Euler. Of course, these scientists contributed the basis or so-called basis for the further design of centrifugal pumps. On livestock farms and complexes, the use of centrifugal pumps has become widespread both for providing water supply, pumping milk or working as part of cooling tanks, and in other technological operations. Materials and methods. Let's consider a pump of the G2-OPB brand, which is a structure mounted through an intermediate bracket on the flange of an electric motor. A cover with suction and discharge pipes is installed on the bracket body. The cover is pressed against the bracket body through a rubber sealing ring. The cover with the discharge pipe can be installed in any position in a plane perpendicular to the axis of the electric motor shaft. Between the body, bracket and cover, a working chamber of the pump is formed, inside which an impeller rotates, secured to the tip with a cap nut. The tip is pressed onto the motor shaft. The suction and discharge pipes are threaded, which allows you to connect the pump to the pipelines using a union nut and fittings. The choice of this brand is justified by the fact that livestock farms require pumps of this type with a flow range from 6 to 20 m3/h, capable of being used in various technological operations, except for supplying water from water sources. Of greatest interest is the use of a pump in lines for the preparation of liquid feed mixtures, since they differ in viscosity from water and milk, and there is difficulty in transporting them. But since the pumping effect is used to mix components, it is also necessary to consider the possibility of expanding the functionality of a centrifugal pump without compromising its hydraulic characteristics, since there may be unjustified costs of electrical energy. Results and discussion. Based on the research results, it has been established and confirmed that stationary blades create hydraulic resistance, which in turn swirls the flow, thereby causing some disordered movement of the liquid, namely mixing. Therefore, using the proposed design of the impeller, it is possible to expand the functions of this pump, that is, use it as a mixer, but at the same time maintain the functions of the pump (supercharger). Conclusion. According to the studies of a centrifugal pump with new working bodies, it was found that the modernization of the impeller, namely the radial arrangement of the blades, has a number of advantages, namely ease of manufacture in production conditions. In this case, the pump flow reaches Q = 18…19.5 m3/h, pressure Н = 17…23 m, efficiency η = 38.2…32.8 %, and useful power Nп = 316…412 W, while when using additional fixed blades, it allows the pump to operate in good ranges, while this design can be used as a mixer.

Текст научной работы на тему «Исследование центробежного насоса с новыми рабочими органами и оптимизация режима его работы»

технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ

wwwwwwwwwwv п/7С7 л грппрпммшпрннпгп кпмппркгд

дл1я а! ропромышлеппо1 о комплекса ¿¡щ^ц^щ^^^

Исследование центробежного насоса с новыми рабочими органами и оптимизация режима его работы

Павел Николаевич Солонщиков

Вятский ГАТУ, г. Киров, Россия

solon-pavel@yandex. т, https://orcid. org/0000-0003-4695- 7126

Введение. Известно, что история развития конструкции центробежных насосов имеет очень длинный путь. Их изготовление и принцип работы достаточно просты. При этом движение жидкости описывается известным уравнением Д. Бернулли, а характеристика рабочего колеса описывается формулой Л. Эйлера. Конечно, эти ученые внесли базу, или так называемую основу, для дальнейшего конструирования насосов центробежного типа. На животноводческих фермах и комплексах использование центробежных насосов получило широкое распространение как для обеспечения водоснабжения, перекачки молока или работы в составе танков-охладителей, так и в других технологических операциях.

Материалы и методы. Рассмотрим насос марки Г2-ОПБ, который представляет собой конструкцию, смонтированную через промежуточный кронштейн на фланце электродвигателя. На корпусе кронштейна устанавливается крышка с всасывающим и нагнетательным патрубками. Крышка прижимается к корпусу кронштейна через уплотнительное резиновое кольцо. Крышку с нагнетательным патрубком можно устанавливать в любом положении в плоскости, перпендикулярной к оси вала электродвигателя. Между корпусом, кронштейном и крышкой образуется рабочая камера насоса, внутри которой вращается рабочее колесо, закрепленное на наконечнике колпачковой гайкой. Наконечник напрессован на вал электродвигателя. Всасывающий и нагнетательный патрубки имеют резьбу, что позволяет с помощью накидной гайки и штуцеров присоединить насос к трубопроводам. Выбор данной марки обоснован тем, что на животноводческих фермах необходимы насосы такого типа в диапазоне подачи от 6 до 20 м3/ч, способных применяться в различных технологических операциях, кроме подачи воды из водоисточников. Наибольший интерес представляет использование насоса в линиях приготовления жидких кормовых смесей, так как они отличаются по вязкости от воды и молока, и существует трудность при их транспортировке. Но так как насосный эффект используют для смешивания компонентов, то также нужно рассмотреть вероятность расширения функциональных возможностей центробежного насоса без ущерба для его гидравлических характеристик, так как могут быть неоправданные затраты электрической энергии.

Результаты и обсуждение. По результатам исследований установлено и подтверждено, что неподвижные лопатки создают гидравлическое сопротивление, которое, в свою очередь, завихряет поток, тем самым происходит некоторое неупорядоченное движение жидкости, а именно смешивание. Следовательно, используя предложенную конструкцию рабочего колеса, можно расширить функции данного насоса, то есть использовать его как смеситель, но при этом сохранить функции насоса (нагнетателя).

Заключение. По проведённым исследованиям центробежного насоса с новыми рабочими органами получили, что модернизация рабочего колеса, а именно радиальное расположение лопаток, имеет ряд преимуществ, а именно простоту изготовления в производственных условиях. При этом подача насоса достигает Q = 18.. .19,5 м3/ч,

Научная статья УДК 629.3

DOI: 10.24412/2227-9407-2024-9-17-28 EDN: ZBVVCR

Аннотация

© Солонщиков П. Н., 2024

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

Вестник НГИЭИ. 2024. № 9 (160). C. 17-28. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 9 (160). P. 17-28. ISSN 2227-9407 (Print)

ТРГНМП! nfllFS МЛГШМРЯ Л МП FrtfffPMFIVT¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥

F/ll? THF IMTWIGTBIAI mMDI ry

J^l^^y^y^y^yiiyiiy^^^ run 1 agru-u\uus lnirtl,

напор Н = 17.. .23 м, коэффициент полезного действия п = 38,2.. .32,8 %, а полезная мощность Nn = 316...412 Вт, при этом при использовании дополнительно неподвижных лопаток позволяет насосу работать в хороших диапазонах, при этом такую конструкцию можно использовать как смеситель.

Ключевые слова: конструкция, коэффициент полезного действия, криволинейное колесо, напор, напорно-энергетическая характеристика, насос, подача, рабочее колесо, радиальное колесо, схема

Для цитирования: Солонщиков П. Н. Исследование центробежного насоса с новыми рабочими органами и оптимизация режима его работы // Вестник НГИЭИ. 2024. № 9 (160). С. 17-28. DOI: 10.24412/2227-9407-20249-17-28. EDN: ZBVVCR

Study of a centrifugal pump with new working bodies and optimization of its operating mode

Pavel N. Solonshchikov

Vyatka State Agrotechnological University, Kirov, Russian Federation solon-pavel@yandex.ru, https://orcid.org/QQQQ-QQQ3-4695-7126

Abstract

Introduction. It is known that the history of the development of the design of centrifugal pumps has a very long path. They are easy to manufacture and the principle of operation is quite simple. In this case, the movement of the fluid is described by the well-known equation of D. Bernoulli, and the characteristic of the impeller is described by the formula of L. Euler. Of course, these scientists contributed the basis or so-called basis for the further design of centrifugal pumps. On livestock farms and complexes, the use of centrifugal pumps has become widespread both for providing water supply, pumping milk or working as part of cooling tanks, and in other technological operations. Materials and methods. Let's consider a pump of the G2-OPB brand, which is a structure mounted through an intermediate bracket on the flange of an electric motor. A cover with suction and discharge pipes is installed on the bracket body. The cover is pressed against the bracket body through a rubber sealing ring. The cover with the discharge pipe can be installed in any position in a plane perpendicular to the axis of the electric motor shaft. Between the body, bracket and cover, a working chamber of the pump is formed, inside which an impeller rotates, secured to the tip with a cap nut. The tip is pressed onto the motor shaft. The suction and discharge pipes are threaded, which allows you to connect the pump to the pipelines using a union nut and fittings. The choice of this brand is justified by the fact that livestock farms require pumps of this type with a flow range from 6 to 20 m3/h, capable of being used in various technological operations, except for supplying water from water sources. Of greatest interest is the use of a pump in lines for the preparation of liquid feed mixtures, since they differ in viscosity from water and milk, and there is difficulty in transporting them. But since the pumping effect is used to mix components, it is also necessary to consider the possibility of expanding the functionality of a centrifugal pump without compromising its hydraulic characteristics, since there may be unjustified costs of electrical energy.

Results and discussion. Based on the research results, it has been established and confirmed that stationary blades create hydraulic resistance, which in turn swirls the flow, thereby causing some disordered movement of the liquid, namely mixing. Therefore, using the proposed design of the impeller, it is possible to expand the functions of this pump, that is, use it as a mixer, but at the same time maintain the functions of the pump (supercharger). Conclusion. According to the studies of a centrifugal pump with new working bodies, it was found that the modernization of the impeller, namely the radial arrangement of the blades, has a number of advantages, namely ease of manufacture in production conditions. In this case, the pump flow reaches Q = 18...19.5 m3/h, pressure H = 17...23 m, efficiency n = 38.2.32.8 %, and useful power Nn = 316.412 W, while when using additional fixed blades, it allows the pump to operate in good ranges, while this design can be used as a mixer.

ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ

ППЯ ЛГРППРПМЫШ ПРННПГП КПМППРКГА

ДЛЯ А! РОПРОМЫШЛЕППО1 О КОМПЛЕКСА .^¡¿^Щ^^Щ^Щ^Щ^Щ^Щ^Щь

Keywords: pump, flow, pressure, efficiency, pressure-energy characteristics, design, impeller, diagram, radial wheel, curved wheel

For citation: Solonshchikov P. N. Study of a centrifugal pump with new working bodies and optimization of its operating mode // Bulletin NGIEI. 2024. № 9 (160). P. 17-28. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-9-17-28. EDN: ZBVVCR

Введение

Известно, что история развития конструкции центробежных насосов имеет очень длинный путь. Их изготовление и принцип работы достаточно просты. При этом движение жидкости описывается известным уравнением Д. Бернулли, а характеристика рабочего колеса описывается формулой Л. Эйлера. Конечно, эти ученые внесли базу, или так называемую основу, для дальнейшего конструирования насосов центробежного типа [1, с. 38; 2, с. 12; 3, с. 811].

В дальнейшем история развития насосострое-ния отмечена и другими учёными. При этом классическая схема рабочего колеса представляет собой лопатки с логарифмической спиралью. Конечно, такая конструкция обеспечивает высокие гидравлические характеристики, такие как подача, напор, коэффициент полезного действия и полезная мощность [10, с. 32; 11, с 28; 12, с. 39; 13, с. 38; 14, с. 20].

На животноводческих фермах и комплексах использование центробежных насосов получило широкое распространение как для обеспечения водоснабжения, перекачки молока или работы в составе танков-охладителей, так и в других технологических операциях. Но, кончено же, «классическая схема» рабочего колеса не всегда является предпочтительной, так как условия промывки и её изготовление затруднено. Так, если использовать лопатки с радиальным расположением, можно расширить функции центробежного насоса, при этом изготовление можно будет производить силами хозяйства, что обеспечит непрерывную работу насоса и повысит ремонтопригодность [4, с. 38; 5, с. 12; 6, с. 811].

Материалы и методы

Рассмотрим насос марки Г2-ОПБ (рис. 1), который представляет собой конструкцию, смонтированную через промежуточный кронштейн на фланце электродвигателя. На корпусе кронштейна устанавливается крышка с всасывающим и нагнетательным патрубками. Крышка прижимается к корпусу кронштейна через уплотнительное резиновое кольцо. Крышку с нагнетательным патрубком можно устанавливать в любом положении в плоскости, перпендикулярной к оси вала электродвигателя.

Между корпусом, кронштейном и крышкой образуется рабочая камера насоса, внутри которой вращается рабочее колесо, закрепленное на наконечнике колпачковой гайкой. Наконечник напрессован на вал электродвигателя. Всасывающий и нагнетательный патрубки имеют резьбу, что позволяет с помощью накидной гайки и штуцеров присоединить насос к трубопроводам. Выбор данной марки обоснован тем, что на животноводческих фермах необходимы насосы такого типа в диапазоне подачи от 6 до 20 м3/ч, способные применяться в различных технологических операциях, кроме подачи воды из водоисточников. Наибольший интерес представляет использование насоса в линиях приготовления жидких кормовых смесей, так как они отличаются по вязкости от воды и молока, и существует трудность при их транспортировке. Но так как насосный эффект используют для смешивания компонентов, то также нужно рассмотреть вероятность расширения функциональных возможностей центробежного насоса без ущерба для его гидравлических характеристик, так как могут быть неоправданные затраты электрической энергии [15, с. 32; 16, с. 28; 17, с. 39; 18, с. 38; 19, с. 20; 20, с. 254; 21, с. 45].

В молочных насосах, как правило, используются рабочие колеса с криволинейной формой лопасти. Но в последнее время получили распространение насосы с прямолинейной (радиальной) формой лопасти, так как они имеют преимущества по производственно-технологическим и гигиеническим соображениям. Поэтому при сравнении данных колес нами были выполнены параметрические испытания моделей молочного насоса Г2-ОПБ с криволинейными (серийно выпускаемое рабочее колесо) и прямолинейными лопастями (радиальное колесо) (рис. 2).

Особенностью рабочего колеса с радиальным расположением лопастей является то, что оно занимает весь объём рабочей камеры насоса. Расположение лопастей радиальное, так как с точки зрения мелкосерийного производства данное изготовление наиболее целесообразно. Лопатки смещены друг от друга по ходу движения на половину угла их установки.

TFCHNni HfllFS MATHINFS ANT) Frtf ffPMFIVT ¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥ F/ll? THF IMTWIGTBIAI mMDI ry

a/a б/b

Рис. 1. Общий вид (а) и схема (б) лопастного насоса Г2-ОПБ 1 - кожух; 2 - электродвигатель; 3 - крепление; 4 - уплотнение 5 - напорный патрубок; 6 - хомут; 7 - крышка; 8 - всасывающий патрубок Fig. 1. General view (a) and diagram (b) of the vane pump G2-OPB 1 - casing; 2 - electric motor; 3 - fastening; 4 - seal 5 - pressure pipe; 6 - clamp; 7 - cover; 8 - suction pipe Источник: составлено автором на основе собственных исследований

a/a б/b

Рис. 2. Общий вид (а) рабочего колеса с криволинейными лопастями и рабочего колеса с радиальным (б) расположением лопастей Fig. 2. General view (a) of an impeller with curved blades and an impeller with radial blades (b) Источник: составлено автором на основе собственных исследований

В ходе экспериментальных опытов исследовали такие показатели работы, как подача Q, напор И, потребляемая мощность N и коэффициент полезного действия ц.

Исследования проводились по методике согласно ГОСТ 6134-2007. Все опыты проводились в трехкратной повторности. Измерение параметров проводилось при установившемся режиме.

В работах [16, с. 12; 3, с. 14] доказано, что применение неподвижных лопаток, расположенных

на торцевых поверхностях корпуса насоса, интенсифицирует процесс смешивания. Согласно исследованиям [143] число неподвижных лопаток не должно превышать 8.10 штук, поэтому при разработке дисков с неподвижными лопатками (рис. 3) были учтены данные рекомендации.

Испытания проводили при частоте вращения рабочего колеса п = 3000 мин-1, при этом для конкретных параметров можно использовать формулы подобия для перерасчёта характеристик.

технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]

Рис. 3. Общий вид дисков с неподвижными лопатками Fig. 3. General view of disks with fixed blades Источник: составлено автором на основе собственных исследований

Результаты и обсуждение

Параметрические испытания показывают (рис. 4), что схема молочного насоса с радиальным расположением лопастей обеспечивает увеличение подачи, а напорная характеристика расположена выше напорной характеристики для насоса с криволинейной формой лопасти. Максимальный коэффициент полезного действия ниже, чем у насоса с криволинейной формой лопасти. Однако рабочий диапазон у насоса с радиальной формой лопасти значительно превышает диапазон насоса с криволинейной формой лопасти.

Н.м

Г|, %

45 40 35 30 25 20 15 10

»

/ » \ V ч N N

/у v п =/(q) # \ ч \

jr9- -к. и=яп\ N =А :q) \

N. кВт 1.0 0.8 0.6 0,4 0,2

4 6 8

криволинейные лопасти

10 12

14

18 Q, м'/ч

радиальные лопасти

Рис. 4. Напорные и энергетические характеристики лопастного насоса Г2-ОПБ с криволинейными и радиально расположенными лопатками Fig. 4. Pressure and energy characteristics of the G2-OPB vane pump with curved and radial blades Источник: составлено автором на основе собственных исследований

По графику видно (рис. 4), что характеристики коэффициента полезного действия и напора имеют полиноминальные зависимости, а потребляемая мощность - линейную зависимость. По значению подачи видно, что при радиальном расположении получено примерно Q = 20 м3/ч при базовом колесе Q =16 м3/ч, то есть примерно отличие в 1,25 раза, по максимальному напору Н = 25 м и соответственно Н = 14 м, а вот КПД при базовом ко-

лесе п = 46 %, при новом п = 42 % и по затратам энергии при базовом N = 0,75 кВт, а при новом N = 1,1 кВт.

В целом для данного молочного насоса можно изготавливать лопасти прямолинейной формы, что упростит изготовление и снизит себестоимость при мелкосерийном производстве.

Были проведены испытания, направленные на выявление качественных и эксплуатационных пока-

technologies, machines and equipment ' for the agro-industrial complex

зателей напорной и энергетической характеристик (рис. 5, 6) при использовании неподвижных лопаток.

Как показали параметрические испытания, при использовании неподвижных лопаток все показатели падают за счет «тормозящего эффекта».

Схема молочного насоса с радиальным расположением лопаток обеспечивает сохранение подачи в пределах 5 %, но резко падает напор, причем на обоих колесах максимальный напор находится в пределах 3 %.

a/a б/b

Рис. 5. Общий вид насосов с криволинейными (а) и радиальными (б) рабочими колесами при установке неподвижных лопаток Fig. 5. General view of pumps with curved (a) and radial (b) impellers when installing fixed blades Источник: составлено автором на основе собственных исследований

II.M

p, %

45 40 35 30 25 20 15 10 5

Д0)

"Vr

\ 4 4

\ • —• \

____ / s / • / 1 =/( Q r \ N /(Q \ )

/ / у / r / у ——

// // к

N. кВт

1,2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

8

криволинейные лопасти

10 12 14 16 18 Q.m'/Ч

— — — — - радиальные лопасти

Рис. 6. Напорные и энергетические характеристики лопастного насоса с криволинейным и с радиальным рабочими колесами при установке неподвижных лопаток Fig. 6. Pressure and energy characteristics of a vane pump with curved and radial impellers when installing fixed blades Источник: составлено автором на основе собственных исследований

технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

По графику видно (рис. 6), что характеристики коэффициента полезного действия и напора имеют полиноминальные зависимости, а потребляемая мощность - линейную зависимость. По значению подачи видно, что при радиальном расположении получено примерно Q = 15 м3/ч при базовом колесе Q = 16 м3/ч, то есть примерно отличие в 1,25 раза, по максимальному напору Н = 13 м и соответственно Н = 11 м, а вот КПД при базовом колесе п = 32 %, при новом п = 31 % и по затратам энергии при базовом N = 0,78 кВт, а при новом N = 0,95 кВт.

Рабочий диапазон у насосов с радиальной формой лопаток значительно превышает диапазон у насосов с криволинейной формой.

Для исследования влияния типа рабочего колеса и числа неподвижных лопаток реализовали план 22 (табл. 1). Факторами были выбраны тип рабочего колеса (х;) и число неподвижных лопаток (х2). Критериями оптимизации выступали значения подачи Q, напора Н, полезной мощности N и коэффициента полезного действия п.

Таблица 1. Матрица плана 22 и результаты исследований влияния факторов на максимальные показатели работы насоса

Table 1. Plan matrix 22 and results of studies of the influence of factors on maximum pump performance

Факторы Критерии оптимизации

Уровни варьирования факторов/ Тип рабочего колеса/ Число неподвижных лопаток Z, шт. / Подача, Q, м3/ч / Flow, Q, m3/h Напор, H, м / Head, H, m Полезная мощность, Nn, Вт / КПД, n, % / Efficiency,

Levels of factor variation Impeller type Number of fixed blades Z, pcs Net power, Np, W n, %

Xi У1 У 2 У3 У4

Верхний уровень Радиальное/ 20

(+) / Upper level (+) Radial

Нижний уровень (-) Криволинейное 0

/ Lower level (-) / Curvilinear

Опыты /

Experiments

1 -1 -1 16,20 13,33 257,21 47,15

2 +1 -1 19,78 25,03 428,73 42,65

3 -1 +1 15,29 11,04 220,33 33,66

4 +1 +1 18,90 12,46 239,73 31,20

Источник: составлено автором на основе собственных исследований

После реализации опытов получили следующие модели рабочего изменения напорно-энергетической характеристики центробежного насоса:

У1 = 17,54+1,79 x1-0,44^X2; (1)

у2 = 15,46+3,28х1-3,71х2-2,57хгх2; (2) У3 = 286,49+47,73-х1-56,47-х2-38,03 х х; (3) у4 = 38,66-1,74-х1-6,23\х2+0,50-х1-х2. (4) При исследовании однородности дисперсии получили следующие значения критерия Кохрена: Ооп1 = 0,3464; вОП2 = 0,6735; воп3 = 0,5464 и 0ОП4 = 0,5057. Вычисленные значения 0Оп сравнивали с табличным Отабл = 0,7679 при числе степеней свободы /1 = 2 и /2 = 4. Вычисленные значения критерия Кохрена меньше табличного, дисперсии однородны.

Адекватность уравнений (1...4) проверена с помощью ^-критерия Фишера. Табличное значение ^-критерия при пятипроцентном уровне значимости и числе степеней свободы / = 1 и /2 = 4 - ^005 = 7,71. При этом расчётное значение ^-критерия Ррасч1 = 1,02; Ерасч2 = 7,69, Ерасч3 = 7,68 и Ерасч4 = 1,42, то есть гипотезы об адекватности принимаем.

Анализ математической модели (1) и полученного двумерного сечения (рис. 7, а) показывает, что величина максимальной подачи достигает значения Qmax = 19,5 м3/ч при использовании радиального рабочего колеса (Ь1 = 1,79), а число неподвижных лопаток не снижает значение подачи.

Согласно модели (2) наибольшее влияние на величину максимального напора оказывает количество неподвижных лопаток (Ь2 = -3,71). Полученное

technologies, machines and equipment ' for the agro-industrial complex

двумерное сечение (рис. 7, б) показывает, что при использовании радиального рабочего колеса и числе лопаток Z = 0.14 шт. величина максимального напора будет в интервале Нтах = 13.23 м.

Полезная мощность, описываемая математической моделью (рис. 7, в), показывает, что увели-

чение числа неподвижных лопаток Z так же снижает показатели, как и для напора, но опять же радиальное колесо обладает большим запасом энергии, что, в свою очередь, не снижает значение полезной мощности.

в/c г/d

Рис. 7. Двумерные сечения поверхностей отклика для: подачи Q, м3/ч (а), напора И, м (б), полезной мощности Nn, Вт (в) и коэффициента полезного действия п, % (г) Fig. 7. Two-dimensional sections of response surfaces for: supply Q, m3/h (a), pressure H, m (b), useful power W (c) and efficiency n, % (d) Источник: составлено автором на основе собственных исследований

технологии, машины и оборудование ] для агропромышленного комплекса ]

По математической модели (4) и построенному двумерному сечению (рис. 7, г) видно, что наибольшее влияние на величину коэффициента полезного действия п оказывает криволинейное рабочее колесо, но, с точки зрения простоты изготовления, радиальное колесо будет предпочтительнее, так как имеет больший диапазон регулирования по подаче и напору.

Как видно, максимальные значения подачи 2тах, напора Итах и полезной мощности Дтах достигаются при использовании радиального колеса, но коэффициент полезного действия п уменьшается ввиду больших сопротивлений, созданных неподвижными лопатками.

По результатам исследований установлено и подтверждено, что неподвижные лопатки создают гидравлическое сопротивление, которое, в свою очередь, завихряет поток, тем самым происходит некоторое неупорядоченное движение жидкости, а

именно смешивание. Следовательно, используя предложенную конструкцию рабочего колеса, можно расширить функции данного насоса, то есть использовать его как смеситель, но при этом сохранить функции насоса (нагнетателя).

Заключение По проведённым исследованиям центробежного насоса с новыми рабочими органами получили, что модернизация рабочего колеса, а именно радиальное расположение лопаток, имеет ряд преимуществ, а именно простоту изготовления в производственных условиях. При этом подача насоса достигает Q = 18.19,5 м3/ч, напор Н = 17.23 м, коэффициент полезного действия п = 38,2.32,8 %, а полезная мощность Дп= 316.412 Вт, при этом при использовании дополнительно неподвижных лопаток позволяет насосу работать в хороших диапазонах, при этом такую конструкцию можно использовать как смеситель.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Кирсанов В. В., Мурусидзе Д. Н., Некрашевич В. Ф. и др. Механизация и технология животноводства. М. : ИНФРА-М. 2013. 585 с. ISBN 978-5-16-005704-0

2. Червяков А. В., Крупенин П. Ю. Методика расчета параметров кавитационного измельчителя -диспергатора для производства жидких кормовых смесей // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 2. С. 119-126. EDN WLKPXH.

3. Савиных П. А., Оболенский Н. В., Булатов С. Ю., Свистунов А. И. Оптимизация рабочего процесса смешивания сыпучих кормов в ленточном смесителе периодического действия // Экономика и предпринимательство. 2015. № 9-2 (62). С. 811-816. EDN UMKZXT.

4. Савиных П. А., Саитов В. Е., Оболенский Н. В., Булатов С. Ю., Свистунов А. И. Повышение эффективности приготовления кормов путем совершенствования конструкции и технологического процесса кормо-приготовительных машин // Пермский аграрный вестник. 2017. № 1 (17). С. 55-64. EDN YGSWAT.

5. Savinykh P., Turubanov N., Kipriyanov F. Study of the Influence of Design and Technological Parameters of a Horizontal Mixer on Its Performance Indicators // Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles. 2022 V. 2. P. 1285-1292. DOI: 10.1007/978-3-031-11051-1_130.

6. Сыроватка В. И., Жданова Н. В., Обухов А. Д. Система машин для приготовления комбикормов в хозяйствах // Техника и технологии в животноводстве. 2020 № 1 (37). С. 24-31. EDN: NMFZHP.

7. Гумаров Г. С., Коновалов В. В. Основы научного исследования и обработки опытных данных на компьютере. Учебное пособие для вузов. Уральск, 2008. ISBN 978-601-7104-23-8. EDN RVYFAR.

8. Лянденбурский В. В., Коновалов В. В., Баженов А. В. Основы научных исследований. Учебное пособие. Пенза, 2013. ISBN 978-5-9282-1001-4. EDN RWHUAN.

9. Наследов А. Д. Профессиональный статистический анализ данных. СПб. : Питер, 2008. 416 с. ISBN 978-5-388-00193-1. EDN SDPSGJ.

10. Пономарев А. Б., Пикулева Э. А. Методология научных исследований : учеб. пособие. Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. 186 с. ISBN 978-5-398-01216-3.

11. Савиных П. А., Алёшкин А. В., Булатов С. Ю., Нечаев В. Н. Напорные характеристики дробилок зерна // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 5. С. 29-31. EDN: QCBRIP.

12. Булатов С. Ю. Разработка и совершенствование технологических линий и технических средств приготовления кормов в условиях малых форм хозяйствования. Диссертация на соискание ученой степени докто-

Вестник НГИЭИ. 2024. № 9 (160). C. 17-28. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 9 (160). P. 17-28. ISSN 2227-9407 (Print)

ТРГНМП! nfllFS МЛГШМРЯ Л МП FrtfffPMFIVT¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥

F/II? thf iMmiGTBiAi rrtMDi ry

J^l^^y^y^y^yiiyiiy^^^ run 1 agru-u\uus lnirtl,

ра технических наук: 05.20.01 / Пензенский государственный аграрный университет. Княгинино, 2018. 412 с. EDN YVBRSX.

13. Нечаев В. Н. Жидкие кормовые смеси на основе зерна ржи, древесной муки и хвойной лапки // Сельский механизатор. № 10. С. 20-21. DOI 10.47336/0131-7393-2023-10-20-21-40. EDN QVTYRT.

14. Донкова Н. В., Донков С. А., Макарова Ю. В. Влияние зерновой патоки на рост и развитие телят // Вестник КрасГАУ. 2014. № 9 (96). С. 147-149. EDN SZBUNH.

15. Анохина А. З., Баранов Н. Ф., Батманов В. Н. и др. Инновационное развитие агропромышленного комплекса как фактор конкурентоспособности: проблемы, тенденции, перспективы : Коллективная монография. Киров : Вятская государственная сельскохозяйственная академия, 2020. 414 с. EDN LLITJO.

16. Шулятьев В. Н. Повышение эффективности функционирования нагнетателей-преобразователей технологических линий и технических средств в молочном скотоводстве : автореферат дис. ... д-ра техн. наук. Киров, 2004. 36 с. EDN NHXXXF.

17. Горбунов Р. М. Повышение эффективности функционирования центробежного молочного насоса путем совершенствования рабочих органов и оптимизации параметров : автореферат дис. ... к-та техн. наук. Киров, 2007. 18 с. EDN NJJPYJ.

18. Приловская Е. И. Эффективность использования в кормлении коров кормового продукта «Патока зерновая» // Зоотехническая наука Беларуси. 2019. Т. 54. № 2. С. 46-55. EDN EXSBAB.

19. Перевозчиков А. В., Воробьева С. Л., Березкина Г. Ю. Влияние скармливания зерновой патоки на уровень молочной продуктивности и качество молока // Известия Горского государственного аграрного университета. 2019. Т. 56. № 1. С. 60-64. EDN ZAQEFN.

20. Савиных П. А., Казаков В. А. Новые технологии и технические средства получения патоки из зерна злаковых культур // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. 2017. № 19. С. 359-361. EDN ZVKLTD.

21. Пахомов В. И., Рудой Д. В., Брагинец С. В., Бахчевников О. Н., Ольшевская А. В. Технологии и оборудование для производства комбикормов и премиксов : учебное пособие. Ростов-на-Дону : Донской гос. техн. ун-т, 2019. 228 с. EDN XVJFSR.

Дата поступления статьи в редакцию 18.06.2024; одобрена после рецензирования 29.07.2024;

принята к публикации 30.07.2024.

Информация об авторе:

П. Н. Солонщиков - кандидат технических наук, доцент, исполняющий обязанности заведующего кафедры «Технологическое и энергетическое оборудование», Spin-код: 2559-6921.

REFERENCES

1. Kirsanov V. V., Murusidze D. N., Nekrashevich V. F. i dr. Mehanizacija i tehnologija zhivotnovodstva [Mechanization and technology of animal husbandry], Moscow: INFRA-M, 2013 585 p. ISBN 978-5-16-005704-0.

2. Chervyakov A. V., Krupenin P. Yu. Metodika rascheta parametrov kavitacionnogo izmel'chitelya - disperga-tora dlya proizvodstva zhidkih kormovyh smesej [Method for calculating parameters of a cavitation shredderdisperser for the production of liquid feed mixtures], Vestnik Belorusskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Belarusian state agricultural Academy], 2012, No. 2, pp. 119-126, EDN WLKPXH.

3. Savinyh P. A., Obolenskij N. V., Bulatov S. Ju., Svistunov A. I. Optimizacija rabochego processa smeshivan-ija sypuchih kormov v lentochnom smesitele periodicheskogo dejstvija [Optimization of the working process of mixing bulk feed in a batch belt mixer], Jekonomika i predprinimatel'stvo [Economy and entrepreneurship], 2015, No. 9-2 (62), pp. 811-816, EDN UMKZXT.

4. Savinyh P. A., Saitov V. E., Obolenskij N. V., Bulatov S. Ju., Svistunov A. I. Bulatov S. Ju. Povyshenie jef-fektivnosti prigotovlenija kormov putem sovershenstvovanija konstrukcii i tehnologicheskogo processa kor-moprigotovitel'nyh mashin [Improving the efficiency of feed preparation by improving the design and technological process of feed preparation machines], Permskij agrarnyj vestnik [Perm agricultural Bulletin], 2017, No. 1 (17), pp. 55-64, EDN YGSWAT.

ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ

ППЯ ЛГРППРПМЫШПРННПГП КПМППРКГА

5. Savinykh P., Turubanov N., Kipriyanov F. Study of the Influence of Design and Technological Parameters of a Horizontal Mixer on Its Performance Indicators, Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles, 2022, Vol. 2, pp. 1285-1292. DOI: 10.1007/978-3-031-11051-1_130.

6. Syrovatka V. I., Zhdanova N. V., Obuhov A. D. Sistema mashin dlja prigotovlenija kombikormov v hozjajst-vah [The system of machines for the preparation of compound feeds in farms], Tehnika i tehnologii v zhivotnovodstve [Machinery and technologies in animal husbandry], 2020, No. 1 (37), pp. 24-31. EDN: NMFZHP.

7. Gumarov G. S., Konovalov V. V. Osnovy nauchnogo issledovaniya i obrabotki opytnyh dannyh na komp'yutere [Fundamentals of scientific research and processing of experimental data on a computer], Uchebnoe posobie dlya vuzov, Ural'sk, 2008, ISBN 978-601-7104-23-8, EDN RVYFAR.

8. Lyandenburskij V. V., Konovalov V. V., Bazhenov A. V. Osnovy nauchnyh issledovanij [Fundamentals of scientific research], textbook, Penza, 2013, EDN RWHUAN.

9. Nasledov A. D. Professional'nyj statisticheskij analiz dannyh [Professional statistical data analysis], Saint Petersburg: Piter, 2008, 416 p. EDN SDPSGJ.

10. Ponomarev A. B., Pikuleva E. A. Metodologiya nauchnyh issledovanij [Methodology of scientific research: textbook. Stipend], Perm': Publ Perm. nac. issled. politekhn. un-ta, 2014, 186 p. ISBN 978-5-398-01216-3

11. Savinyh P. A., Alyoshkin A. V., Bulatov S. Yu., Nechaev V. N. Napornye harakteristiki drobilok zerna [Pressure characteristics of grain crushers], Traktory i sel'hozmashiny [Tractors and agricultural machines], 2013, No. 5, pp. 29-31, EDN: QCBRIP.

12. Bulatov S. Yu. Razrabotka i sovershenstvovanie tekhnologicheskih linij i tekhnicheskih sredstv prigotovleniya kormov v usloviyah malyh form hozyajstvovaniya [Development and improvement of technological lines and technical means of feed preparation in conditions of small forms of management. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Knyaginino, 2018, 412 р. EDN YVBRSX.

13. Nechaev V. N. Zhidkie kormovye smesi na osnove zerna rzhi, drevesnoj muki i hvojnoj lapki [Liquid feed mixtures based on rye grain, wood flour and coniferous paws], Sel'skij mekhanizator [Rural mechanic], No. 10, pp. 20-21, DOI 10.47336/0131-7393-2023-10-20-21-40, EDN QVTYRT.

14. Donkova N. V., Donkov S. A., Makarova Yu. V. Vliyanie zernovoj patokinarost i razvitietelyat [Influence of grain molasses on growth and development of calves], Vestnik KrasGAU [Bulletin Bulletin], 2014, No. 9 (96), pp. 147-149, EDN SZBUNH.

15. Anohina A. Z., Baranov N. F., Batmanov V. N. i dr. Innovacionnoe razvitie agropromyshlennogo kom-pleksa kak faktor konkurentosposobnosti: problemy, tendencii, perspektivy [Innovative development of the agroindus-trial complex as a factor of competitiveness: problems, trends, prospects], A collective monograph, Kirov: Vyatka State Agricultural Academy, 2020, 414 p. EDN LLITJO.

16. SHulyat'ev, V. N. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya nagnetatelej-preobrazovatelej tekhnologicheskih linij i tekhnicheskih sredstv v molochnom skotovodstve [Increasing the efficiency of functioning of superchargers-converters of technological lines and technical means in dairy cattle breeding. Dr. Sci. (Engineering) thesis], Kirov 36 p. EDN NHXXXF.

17. Gorbunov, R. M. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya centrobezhnogo molochnogo nasosa putem sovershenstvovaniya rabochih organov i optimizacii parametrov [Increasing the operating efficiency of a centrifugal milk pump by improving the working parts and optimizing parameters. Ph. D. (Engineering) thesis] Kirov, 2007, 18 p. - EDN NJJPYJ.

18. Prilovskaya E. I. Effektivnost' ispol'zovaniya v kormlenii korov kormovogo produkta «Patoka zemovaya» [Efficiency of using the feed product «Grain Molasses» in cow feeding], Zootekhnicheskaya nauka Belarusi [Zootechnical science of Belarus], 2019, Vol. 54, No. 2, pp. 46-55, EDN EXSBAB.

19. Perevozchikov A. V., Vorob'eva S. L., Berezkina G. Yu. Vliyanie skarmlivaniya zernovoj patoki na uroven' molochnoj produktivnosti i kachestvo moloka [Influence of grain molasses feeding on the level of milk productivity and milk quality], Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [News of Gorsky state agrarian University], 2019, Vol. 56, No. 1, pp. 60-64, EDN ZAQEFN.

20. Savinyh P. A., Kazakov V. A. Novye tekhnologii i tekhnicheskie sredstva polucheniya patoki iz zerna zla-kovyh kul'tur [New technologies and technical means of obtaining molasses from cereals], Aktual'nye voprosy sovershenstvovaniya tekhnologii proizvodstva i pererabotki produkcii sel'skogo hozyajstva [Topical issues of improv-

27

Вестник НГИЭИ. 2024. № 9 (160). C. 17-28. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 9 (160). P. 17-28. ISSN 2227-9407 (Print)

ТРГНМП1ПП1РЯ МЛГШМРЯ Л МП FrtfffPMFIVT¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥¥

F/II? thf iMmiGTBiAi rrtMDi rv

ing the technology of production and processing of agricultural products], 2017, No. 19, pp. 359-361, EDN ZVKLTD.

21. Pahomov V. I., Rudoj D. V., Braginec S. V., Bahchevnikov O. N., Ol'shevskaya A. V. Tekhnologii i obo-rudovanie dlya proizvodstva kombikormov i premiksov [Technologies and equipment for the production of compound feeds and premixes], a textbook, Rostov-on-Don: Don State Technical University, 2019, 228 p. EDN XVJFSR.

The article was submitted 18.06.2024; approved after reviewing 29.07.2024; accepted for publication 30.07.2024.

Information about the author: P. N. Solonshchikov - Ph. D. (Engineering), associate professor, of the Department of Technological and Power Equipment, Spin code: 2559-6921.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.