AP08857367 Разработка инновационных технологий обеспечения улучшения показателей энергоэффективности и надежности центробежных насосов, производимых в Казахстане

Актуальность

Идея проекта будет направлена на решение многокритериальной задачи, состоящей в интеграции походов улучшения показателей энергоэффетивнсти и надежности насосного оборудования. Методы будут включать модификацию геометрии проточных частей, с целью совершенствование геометрии проточной части насоса, что улучшит кинематику потока, гомогенная решетка лопастей  будет модифицирована на гетерогенную, изменение свойств (модификация) твердых поверхностей, взаимодействующих с перекачиваемой жидкостью, за счет замены материала центробежного колеса с металла на композитные полимеры, что также позволит положительно повлиять на динамические характеристики насоса за счет уменьшение силы дисбаланса. Предшествующие исследования в этой области выполнялись в направлении изменения геометрии лопасти на лопасть двойной кривизны, или изменения формы дисков способом «оромашивания», проблемы трения потока решались путем нанесения гидрофобных покрытий на рабочие диски и каналы рабочих колес, снижение вибрации выполнялось путем установки ддинамических гасителей. Идея, предложенная в проекте, позволит сократить технологическую цепочку модификации колес на один большой этап гидрофобизации металлического колеса. Разработанное колесо будет совмещать два оптимальных параметра геометрию и взаимодействие с перекачиваемой средой.

Цель проекта

Целью проекта является разработка инновационных технологий проектирования и изготовления центробежных насосов с рабочими колесами, имеющими модернизированную лопастную гетерогенную сетку и выполненных из современных композитных материалов. Создание конструкцию центробежного насоса с модифицированными колесами позволит расширить рабочую зону насоса, повысить эксплуатационные качества ЦН отвечающие современным стандартам энергоэффективности и надежности.

Ожидаемые результаты:

1Не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, входящих в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти). По результатам исследования планируется опубликовать две статьи в журналах индексируемых в SCOPUS, таких как Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering процентиль 71%, и Eastern-European Journal of Enterprise Technologies процентиль 51%, две статьи в журналах рекомендованных ККСОН.

2 Конструкцию ЦН с модифицированным рабочим колесом планируется запатентовать в казахстанском патентном бюро.

3 В результате модификации ЦН будет создана конструкторская и технологическая документация для производства рабочего колеса из полимера и сборки насоса. Так же будут созданы конструкция гидродинамического стенда, чертежи для сборки.

4 Результаты исследований будут внедрены в производственный процесс на завод KARLSKRONA LC AB и в учебный процесс для чтения лекций для студентов специальности «Индустриальная инженерия».

5 Потребителями результатов станет завод KARLSKRONA LC AB, заводу будут предложены инновационные технологии проектирования ЦН, которые повысят энергоэффиктивность и надежность насоса марки СТP 15, внедрения послужат общими рекомендациями для модификации линейки ЦН.

6 Потребителями результатов станет завод KARLSKRONA LC AB, заводу будут предложены инновационные технологии проектирования ЦН, которые повысят энергоэффиктивность и надежность насоса марки СТP 15, внедрения послужат общими рекомендациями для модификации линейки ЦН.

По результатам данного исследования планируется выработка предложений и рекомендаций по модификации, компьютерному моделированию и проектированию ЦН с полимерными рабочими колесами. Практическая и научная значимость работы состоит в том, что ее важнейшие положения и результаты будут использованы в опытно-конструкторской работах по созданию ЦН.

В результате реализации проекта будут:

- создана модифицированная конструкция ЦН;

- будет проведен анализ прочностных, динамических параметров элементов конструкции ЦН;

-поведены компьютерные и физические эксперименты по подбору полимер-композитов

- подобраны полимеры – композиты для рабочего колеса;

- проведены компьютерные и физические эксперимента по определению напорных свойств насоса;

- создана конструкция гидравлического стенда;

- подобраны параметры технологического процесса 3D печати высокой геометрической точности по композитам;

- создана компьютерная модель спроектированного КА, проверенная виртуальными экспериментами посредством САЕ систем;

- создана конструкторская документация

- будет создан Центр компетенции по технологиям MSC Software

- будет создана лаборатория цифрового проектирования технологического оборудования

Достигнутые результаты:

Были проведены прочностные расчеты узлов насоса по результатам расчета достаточный коэффициента прочности конструкции центробежного колеса. Исследование движения потока в системе Sflow показало, что рабочие колеса, спроектированные в автоматическом режиме, дают увеличение напорных характеристик на 50%,20%,10%, соответственно для колес с 6,7,8 лопатками. По результатам моделирования свойств композита из поликарбонатной матрицы при содержании стекловолокон в объеме 10% верхний предел напряжений достигает значенияσ=90MPA, модуль упругости первого рода имеет значение E=3200MPA, модуль упругости второго рода G=1156MPA.коэфффициент Пуассона μ=0,35, для 20% процентного содержания волокон σ=120MPA E=4029MPA , G=1498MPA μ=0,33, для 30% содержания включений ,σ=150MPA, E=5060MPA , G=1895коэфффициент Пуассона μ=0,32. Научная новизна заключается в разработке состава композитного материала.

Исследовательская группа:

1. Исаметова Мадина Есдаулетовна – научный руководитель
2. Караиванов Димитър Петков – старший научный сотрудник
3. Нусіпәли Роллан Карсонұлы - научный сотрудник
4. Калдан Габит Усенулы - научный сотрудник
5. Исаметов Айсен Бейбытулы - научный сотрудник
6. Нуртаева Шолпан Байденовна – младший научный сотрудник
7. Дишовский Николай - старший научный сотрудник

Список публикаций:

1. Автоматизация проектирования рабочего колеса центробежного насоса с модифицированной лопастной решеткой.         Вестник КазНИТУ, № 1 (143), Алматы 2021. М.Е. Исаметова, Р.К. Нусіпәли, Г.У. Калдан, О.А. Джасинбеков, Х.А. Ахмедов.
2. Isametova M., Abilezova G., Dishovsky N., Velev P. Development and verification of mechanical characteristics of a composite material made of a thermoplastic matrix and short glass fibers. Eastern-European journal of enterprise technologies, 5 (12 (113)), 30–38. 2021.
3. Modeling the strength of materials for additive technologies    ISBN – 978-9-40361-480-9 The X international science conference «Implementation of scientific foundations in practice», April 19 – 21, 2021, Turin, italy. 157 p. Isametova M.E Almasbek B.
4. Оперативное изготовлении технологической оснастки посредством 3D технологии.         Труды Сатпаевских чтений «Сатпаевские чтения -2021», Том II – Алматы: КазНИТУ имени Сатпаева, 2021. - 1136 с.   А. Тұрсынбаева, Б. Алмасбек, М.Е. Исаметова.
5. Ортадан тепкіш сорғының жұмысшы дөңгелегінің ағынды арналарын гидрофобтау.      Труды Сатпаевских чтений «Сатпаевские чтения -2021», Том II – Алматы: КазНИТУ имени Сатпаева, 2021. - 1136 с.   Р.К. Нусіпәли, М.Е. Исаметова.
6. Аддитивные технологии в производстве литейных форм.   Труды Сатпаевских чтений «Сатпаевские чтения -2021», Том II – Алматы: КазНИТУ имени Сатпаева, 2021. - 1136 с.      Д.Ғ. Еспенбет. М.Е. Исаметова.