Стохастический метод поиска оптимальной формы проточной части погружного электронасоса

Введение. При проектировании насосов с целью получения высокого уровня коэффициента полезного действия применяют современные подходы, основанные на методах численной оптимизации. Эти методы с использованием параметрических моделей проточных частей насосов позволяют отыскать глобальный или локальный экстремум целевой функции и получить оптимальную геометрическую форму проточной части. Объектом данного исследования является водоотливной погружной электронасос с консольным расположением рабочего колеса, применяемый в судостроительной отрасли.

Цель исследования. Расчётным путём улучшить энергетические показатели проточной части погружного электронасоса высокой быстроходности на номинальном режиме его работы с использованием стохастического алгоритма поиска глобального экстремума целевой функции — гидравлического коэффициента полезного действия насоса.

Материалы и методы. Поиск оптимальной формы проточной части осуществлялся с применением математического моделирования трёхмерного течения вязкой жидкости в расчётной области исследуемого объекта. Параметрическая модель проточной части включает девять варьируемых геометрических параметров — четыре в рабочем колесе и пять в отводящем элементе, и диапазон их изменения. В качестве алгоритма поиска глобального экстремума целевой функции используется метод латинского гиперкуба, который обеспечивает равномерное распределение варьируемых геометрических параметров в пространстве поиска. По составленной матрице расчётных точек с различными комбинациями параметров выполнены прямые гидродинамические расчёты течения в проточной части насоса.

Результаты. Результаты расчётов показали, что гидравлический коэффициент полезного действия насоса удалось увеличить на 7% относительно исходной проточной части. Из анализа полей скоростей в расчётной области следует, что улучшение энергетических показателей во многом достигнуто за счёт увеличения ширины каналов между электродвигателем и корпусом, что привело к уменьшению скоростей и снижению уровня гидравлических потерь в отводящем элементе проточной части насоса.

Выводы. Метод латинского гиперкуба показал свою эффективность при нахождении глобального экстремума гидравлического коэффициента полезного действия насоса, результат которого в дальнейшем может быть использован как начальное приближение при поиске локального экстремума прямыми методами в окрестностях найденного глобального максимума целевой функции.