The study of the possibility of the pumping unit optimization for two operation modes, different from the optimal one

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The study of factors affecting the vibroacoustic characteristics of pumps is one of the main areas of development in the current pump industry. Improvement of these characteristics allows to extend the service life of pumps by means of vibration levels reduction as well as to decrease the noise level.

AIMS: In this study, the attempt to optimize the flow part of a multi-stage pump was made in order to obtain acceptable noise, vibration and harshness (NVH) characteristics in two operation modes that are different front the optimal one.

METHODS: As the result of the study, it was found that changing these parameters in favour of NVH has a negative impact on the pump efficiency and vice versa. Thereby the optimal balance between these parameters should be found. The optimization was performed with the method of research of the parameter space with use of LP-tau sequences. The following elements were chosen as the optimization parameters: the area at the entrance to downstream, the angle of guide vanes at the entrance to the downstream, the width of rotor at the outlet, the angle of rotor vanes at the inlet and the outlet, the wrap angle of rotor vane. Decrease of the area of the graph of pressure pulsation spectrum was chosen as the optimization criteria. The mathematical model was verified with two designs of the flow part produced and tested earlier. The first sample has an overstated rate of the NVH spectrum in the area of high frequencies, the second sample has an overstated rate of the NVH spectrum in the area of low frequencies.

RESULTS: The compiled mathematical model proved its good quality, showing the same results, which allows to speak about the admissibility of its use for optimization of the flow parts of pumps.

CONCLUSIONS: This study will be useful for specialists in the field of vane hydraulic machines design.

About the authors

Vladimir O. Lomakin

Bauman Moscow State Technical University

Email: lomakin@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9655-5830
SPIN-code: 3467-7126

Dr. Sci. (Engin.), Chief of the Department of Hydromechanics, Hydromachines and Hydro-Pneumoautomatics

Russian Federation, 5 ul. Baumanskaya 2-ya, Moscow, 105005

Alexander A. Protopopov

Bauman Moscow State Technical University

Email: proforg6@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6069-7730
SPIN-code: 4175-5118

Cand. Sci. (Phys. and Math.), Deputy Chief of the Department of Hydromechanics, Hydromachines and Hydro-Pneumoautomatics

Russian Federation, 5 ul. Baumanskaya 2-ya, Moscow, 105005

Konstantin G. Mikheev

Bauman Moscow State Technical University; Research and Production Association of Hydraulic Machines (Gidromash)

Email: zamgdpro@gidromash.com.ru
ORCID iD: 0000-0002-3142-6755
SPIN-code: 5320-2940

Technical Director

Russian Federation, 5 ul. Baumanskaya 2-ya, Moscow, 105005; Moscow

Alexey A. Veselov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: veselov.aleksei98@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3505-5848
SPIN-code: 6561-3300

student of the department of the Department of Hydromechanics, Hydromachines and Hydro-Pneumoautomatics

Russian Federation, 5 ul. Baumanskaya 2-ya, Moscow, 105005

References

  1. Tokarev AP, Yanbarisova AA, Khatmullina RS. The Dependence of the Pump Piping Vibration from the Rotor Speed. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;666(4). doi: 10.1088/1755-1315/666/4/042065
  2. Dutta N, Kaliannan P, Subramaniam U. Effect of Motor Vibration Problems on Power Quality of Water Pumping at Residency. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;937(1). doi: 10.1088/1757-899x/937/1/012019
  3. Protopopov A, Makhlaeva A, Kaplenkova P. Predicted resource of the most loaded centrifugal pump bearing. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;779(1). doi: 10.1088/1757-899x/779/1/012017
  4. Lobsinger T, Hieronymus T, Schwarze H, Brenner G. A CFD-Based Comparison of Different Positive Displacement Pumps for Application in Future Automatic Transmission Systems. Energies. 2021;14(9). doi: 10.3390/en14092501
  5. Iannetti A, Stickland MT, Dempster WM. A CFD and experimental study on cavitation in positive displacement pumps: Benefits and drawbacks of the ‘full’ cavitation model. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2015;10(1):57–71. doi: 10.1080/19942060.2015.1110535
  6. Ding H, Visser FC, Jiang Y, Furmanczyk M. Demonstration and Validation of a 3D CFD Simulation Tool Predicting Pump Performance and Cavitation for Industrial Applications. Journal of Fluids Engineering. 2011;133(1). doi: 10.1115/1.4003196
  7. Averyanov A, Protopopov A. Mathematical modeling of a centrifugal pump with a spiral tap of simplified geometry with an open and closed wheel. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;779(1). doi: 10.1088/1757-899x/779/1/012048
  8. Isaev N, Budaev G, Danilov D, Dobrokhodov K. Investigation of the influence of wear in impeller seals on the axial force in double suction pumps. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;779(1). doi: 10.1088/1757-899x/779/1/012051
  9. Lomakin VO. Razrabotka kompleksnogo metoda rascheta protochnykh chastei tsentrobezhnykh nasosov s optimizatsiei parametrov [dissertation]. Moscow; 2013. Available from: https://www.dissercat.com/content/razrabotka-kompleksnogo-metoda-rascheta-protochnykh-chastei-tsentrobezhnykh-nasosov-s-optimi (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The 3D model of the TsN-8 electric pump module.

Download (125KB)
3. Fig. 2. The coordinate of location of leading edge of guide vanes and location of measurement points of pressure pulsation.

Download (163KB)
4. Fig. 3. Pressure pulsations at the 1st point for the corresponding guide vanes at a supply of 20 m3/h.

Download (175KB)
5. Fig. 4. Pressure pulsations at the 1st point for the corresponding guide vanes at a supply of 100 m3/h.

Download (268KB)
6. Fig. 5. Pressure fluctuation spectrum before optimization.

Download (256KB)
7. Fig. 6. Pressure pulsation spectrum after optimization.

Download (257KB)
8. Fig. 7. Vibration at Рin=-2 m, Рout=50.5 m, Q=100.2 m3/h, n1=2004 RPM, n2=3000 RPM.

Download (84KB)
9. Fig. 8. Vibration at Рin=-3 m, Рout=209.6 m, Q=20.3 m3/h, n1=2232 RPM, n2=2760 RPM.

Download (63KB)
10. Fig. 9. Hydrodynamic noise for Q=20 m3/h, Pin=-3 m, Pout=209.7 m, n1=2332 RPM, n2=2760 RPM, suction.

Download (53KB)
11. Fig. 10. Vibrations as the result of CFD simulation.

Download (65KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».