Специалисты Лаборатории гидромашиностроения Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики (ВШЭМ ИЭ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого создали серию высокоэффективных свободновихревых насосов для откачки воды, предназначенных для использования с жидкостями, содержащими загрязнения. Эффективность разработанных устройств в среднем на 1–3% превосходит показатели лучших мировых образцов. Проект реализуется при содействии федеральной программы «Приоритет-2030».
Зачастую насосы, применяемые в системах водоотведения, неэффективно перекачивают загрязненные жидкости, быстро изнашиваются из-за абразивных частиц, выходят из строя и обладают низкой производительностью. Насосы свободновихревого типа (СВН), которые демонстрируют устойчивость к воде, содержащей песок, мусор, салфетки, медицинские маски, твердые включения, волокнистые среды и абразивные частицы, остаются наименее исследованными из-за особенностей потока внутри рабочего колеса. Тем не менее, применение СВН вместо обычных центробежных насосов на канализационных станциях способствует увеличению ресурса оборудования, исключая ремонты и простои, вызванные засорением рабочего колеса.
«Несмотря на то, что центробежные насосы обладают более высоким КПД в абсолютных величинах, при анализе всего жизненного цикла оборудования, особенно на канализационных станциях, где насосы нередко имеют избыточную мощность, замена центробежного рабочего колеса на свободновихревое может быть выполнена без увеличения потребляемой мощности. Это позволит более эффективно использовать электроэнергию. В результате удастся перекачивать жидкости повышенной сложности без риска поломок и простоев, что повысит надежность и экономичность систем водоснабжения », – отметил руководитель проекта, научный сотрудник Лаборатории гидромашиностроения Высшей школы экономики, ведущий специалист СКБ «Системный инжиниринг» Арсентий Клюев.
Инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета создали серию свободновихревых насосов (СВН 50/20, СВН 100/20, СВН 160/20) и изготовили опытный образец СВН 160/20. Благодаря численным расчетам, для разных моделей удалось увеличить эффективность на 1–3% по сравнению с наиболее эффективными мировыми образцами, которые сейчас не представлены на рынке. При разработке политехники применяли технологии цифрового проектирования и моделирования, а также объединили традиционные и аддитивные методы для изготовления опытного образца. Первичные экспериментальные исследования опытного образца СВН 160/20 были проведены на стенде в Лаборатории гидромашиностроения, по результатам которых выполняется проверка математической модели потока в проточной части свободновихревого насоса и подтверждается расчетный показатель эффективности.
Благодаря возможностям исследовательского экспериментально-расчетного комплекса Лаборатории гидромашиностроения, время, необходимое для разработки новых насосов до этапа экспериментальных исследований опытного образца, удалось уменьшить с 1–1,5 лет до 3–4 месяцев. Условия, созданные в рамках программы «Приоритет-2030», предоставляют перспективы для изучения и создания методов проектирования насосного оборудования, соответствующего мировым стандартам. Также технологии, разработанные инженерами Лаборатории гидромашиностроения СПбПУ, обеспечивают возможность создания более экономичной и долговечной продукции для различных отраслей промышленности, включая жилищно-коммунальное хозяйство, атомную, нефтегазовую, химическую промышленность, сельское хозяйство. Они особенно востребованы у производителей насосного оборудования, не располагающих собственной исследовательской базой.
«По оценкам Российской ассоциации производителей насосов, в 2025 году в Россию будет ввезено 70% насосов, используемых для водоотведения и очистки сточных вод (включая СВН), на общую сумму 1,5 млрд рублей. Предлагаемая нами разработка обладает значительным потенциалом в плане замещения импортного оборудования и укрепления технологической независимости страны в сфере производства насосов. Следует также подчеркнуть, что в процессе реализации проекта осуществляется качественная подготовка молодых специалистов, так как средний возраст участника команды — 24 года », – отмечает Арсентий Клюев.
В перспективе разработчики намерены провести всесторонние энергетические и кавитационные испытания опытного образца СВН 160/20, а затем подтвердить достоверность математических моделей. В дальнейшем планируется подготовка к началу производства опытно-промышленной серии насосов и расширение модельного ряда.
Предоставлено Управлением по связям с общественностью Санкт-Петербургского политехнического университета