Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка малошумного композиционного микронасоса для подводных установок

Сведения об участнике
ФИО
Рекадзе Павел Дмитриевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Энергосберегающие системы аккумулирования, транспортировки, распределения и использования электроэнергии
Тема
Разработка малошумного композиционного микронасоса для подводных установок
Резюме
Объект исследования – шестеренный микронасос с элементами из композиционных материалов (далее насос).
Ключевые слова
Насос, композиционный материал, шум, вибрация
Цели и задачи
Цель работы: получить виброакустический эффект от применения композиционных материалов в насосе, обосновать внедрение насоса на предприятия и организации.
Задачи работы:
1. Провести мероприятия по поиску заинтересованных предприятий и организаций в разрабатываемом насосе (выполнено);
2. Анализ работ по данной тематике в базах данных Scopus, Web of Science,
eLibrary (выполнено);
3. Создание базы данных композиционных материалов (выполнено);
4. Проектирование и производство 2D и 3D моделей насоса (выполнено);
5. Теоретический расчет виброакустических характеристик насоса в пакете Actran;
6. Патентование полезной модели насоса (по направлению конструкции насоса) (выполнено);
7. Создание стенда для исследования виброакустических характеристик насоса (выполнено);
8. Пробное тестирование насосов, доводка.
9. Исследование и анализ виброакустических характеристик двух насосов.
Введение

При компоновке гидросистем в условиях ограниченного пространства (малоразмерные стенды, подводные установки, компактные гидросистемы перекачки топлива) перспективным является применение малоразмерных гидроагрегатов, в частности, микронасосов.
Требования к насосам для подводных установок указывают на низкий уровень виброакустических показателей при работе агрегата, чтобы снизить возможность радиолокационного обнаружения подводного судна. Поэтому в данной работе разрабатывается насоса для его дальнейшей установки на агрегаты подобного типа и назначения.

 

Методы и материалы

Объект исследования – шестеренный микронасос с элементами из композиционных материалов (далее насос).

Объект исследования (микронасос) предполагается использовать в судостроительной (глайдер, ТНПА, АНПА), химической, нефтегазовой и ряде других областей. На основе данного проекта также планируется разработать технологический процесс по замене венцовой части поломавшихся роторов (сломаны один или несколько зубьев венца) шестеренного насоса внешнего зацепления. Данная замена исключит покупку нового ротора и позволит использовать целый вал сломавшегося ротора как основу для насадки композиционного венца.

Основные цели внедрения композиционного микронасоса для подводных установок:

·            снижение уровня звука насоса;

·            снижение массы микронасоса;

·            снижение стоимости микронасоса;

·            возможность экономичного ремонта сломавшегося ротора.

Кафедрой АСЭУ СГАУ достигнуто соглашение (коммерческий запрос) на совместную работу с предприятием ЦНИИ Судового машиностроения по теме  «насосы для перекачки воды».

Объект исследования предполагает его использование не только в судостроительной (глайдер, ТНПА, АНПА), но и в химической, нефтегазовой и ряде других областей. На основе данного проекта также планируется разработать технологический процесс по замене венцовой части поломавшихся роторов (сломаны один или несколько зубьев венца) шестеренного насоса. Замена  позволит использовать целый вал сломавшегося ротора как основу для насадки композиционного венца.

Описание и обсуждение результатов

Документы на полезные модели «Шестеренного насоса» № 64 и 76 прошли этап повторной проверки, загружаются в базу патентов (Приложение А).

Основные технические параметры разрабатываемого насоса (ТЗ):

1. Частота вращения: n=1500 об/мин

2. Выходное давление: Рвых=100 бар

3. Производительность: Q=0,3 л/мин

4. Тип насоса: шестеренный, микротип.

5. КПД=0,9.

На данном этапе выполнения работы можно сказать о полном технико-экономическом обосновании внедрения микронасоса (в судостроительной, химической и нефтегазовой промышленности) и успешном  выполнении композитного и стального корпуса микронасоса (корпус №1,2), а также пяти пар роторов (4 композиционных и одна стальная).

Документы на полезные модели «Шестеренного насоса» № 64 и 76 прошли этап повторной проверки, загружаются в базу патентов (скан в базе патентов СГАУ в Приложении А).

  Необходимость применения именно композиционных материалов объясняется их повышенной устойчивостью к агрессивным средам, свойством к демпфированию шума, вибрации и, как следствие, снижении массы изготавливаемых из них агрегатов. Полученный результат внедрения композиционных материалов планируется распространить на более габаритные модификации насоса с возможностью замены сломавшегося зубчатого венца, а также использования насоса для перекачки воды (или жидкости похожей по характеристикам на нее), что так важно для судостроительной области.

  В дополнение к преимуществам такого подхода можно отнести следующий аспект: конструкция насоса проектируется безподшипниковой, так как их роль будет играть сам корпус насоса. Коэффициент трения используемых композиционных материалов довольно мал, поэтому пара трения имеет истирание не больше, чем стандартные стальные роторы.

Для исследования виброакустических характеристик насоса создан стенд (Рисунок 3)

На данный момент реализована большая часть задач, поставленных в работе (см. задачи работы). Оформлен патент на полезную модель насоса. На данный момент подготавливается стендовая установка для проведения виброакустических измерений насосов.

Виброакустические данные будут непосредственно направлены на создание малошумной физической модели насоса

Дальнейшие исследования будут связаны с разработкой технологического процесса по замене венцовой части поломавшихся роторов.

Также рассматривается вопрос о возможности создания динамического корпуса шестеренного насоса, учитывающего изменение размеров роторов (в том числе и от водопоглощения, теплопроводности, теплового расширения). Такой корпус уникален тем, что даст возможность беспрепятственного использования композиционных материалов в элементах насоса для снижения его виброакустических характеристик.

Используемые источники
1. Дорожная карта СУ
2. Грант У.М.Н.И.К.
Information about the project
Surname Name
Rekadze Pavel
Project title
The development of low-noise composite micropump for underwater installations
Summary of the project
The tendency to create miniaturized machinery and equipment has become a topical issue in machine building. Hydraulic systems with micropumps are compact and this results in a wide range of their applications. Pumping unit vibroacoustic performances determine hydraulic system noise levels, therefore, it is important to properly conduct pump unit vibroacoustic performances research
Keywords
Pumps, composite material, noise, vibration