Южноуральские ученые повышают эффективность струйных насосов

Фото: www.susu.ru

 

Все большее распространение на производстве получают струйные насосы, что объясняется простотой их конструкции, компактностью, высокой надежностью в работе и разнообразием вариантов исполнения. Большое внимание на сегодняшний день уделяется их техническому совершенствованию. Александр Исмагилов , и.о. начальника Управления научной и инновационной деятельности ЮУрГУ, доцент кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы», проводит свои исследования, связанные с разработкой эффективных многофазных струйных насосов, с научным консультантом Евгением Спиридоновым , профессором, доктором технических наук, заведующим кафедрой «Гидравлика и гидропневмосистемы».

Струйные насосы широко применяются в промышленности, как в совместной работе с другими насосами, так и отдельно. Они находят применение в различных отраслях: от медицины и пищевой индустрии до металлургии, горной промышленности и даже в ракетно-космической отрасли. Струйные аппараты могут быть применены в качестве откачивающего устройства, компрессора, подогревателя или смесителя.

«Когда я учился на третьем курсе бакалавриата, Евгений Константинович Спиридонов предложил мне присоединится к команде ученых кафедры, я с вдохновением и радостью принял это предложение. Свои исследования начал с изучения работы регулируемого струйного насоса, затем исследовал многосопловой струйный компрессор в рамках выпускных квалификационных работ бакалавра и магистра. Оба диплома с отличием», – рассказывает Александр Исмагилов.

В 2010 году Александр Исмагилов поступил в аспирантуру и продолжил исследования, связанные с разработкой жидкостно-газовых струйных насосов. Была разработана комплексная модель струйного насоса, которая является универсальной и охватывает мероприятия, позволяющие значительно повысить эффективность работы аппарата.

«Идея состояла в использовании мероприятий для плавного повышения давления в проточном канале струйного насоса, – поясняет Александр Рашидович . – Поскольку в струйном насосе наиболее энергозатратным является процесс перемешивания активного и пассивного потоков, то было предложено минимизировать потери энергии именно этого процесса путем организации плавного повышения давления. Результаты проведенных исследований легли в основу кандидатской диссертации, которая была успешно защищена в 2013 г.».

Как работает струйный насос? В рабочем процессе струйного насоса участвуют два рабочих элемента – активный поток и пассивный поток. Эти потоки могут иметь различные фазовые состояния: жидкость или газ, либо представлять собой парогазовую или жидкостно-газовую смесь. Активный поток, обладая более высокой энергией, увлекает за собой пассивный поток, передавая ему эту энергию. Полезная работа заключается в передаче этой энергии, что характеризуется повышением давления в пассивном потоке. 

«Одним из достоинств струйных насосов является их высокая надежность, которая связана с тем, что в конструкции отсутствуют подвижные детали. В результате нет потребности в обслуживании аппарата, а значит не требуется специально обученный персонал», –  отмечает молодой ученый.

Тем не менее, у струйных насосов есть и недостаток. Это сравнительно низкая эффективность. Так, механические насосы более эффективны, но менее надежны. Поэтому исследования, направленные на повышение эффективности работы струйных аппаратов всегда были и будут весьма актуальными.

«Научным коллективом была разработана методика для проектирования жидкостно-газового эжектора с таким инновационным элементом, как побудительное устройство. Было предложено использовать такой элемент, который в классических насосах не используется», – говорит Александр Исмагилов.

Идея заключается в следующем: побудительное устройство на начальной стадии передает дополнительную энергию пассивному потоку, тем самым обеспечивая процесс перемешивания активного и пассивного потока с минимальными потерями энергии. Были проведены теоретические и экспериментальные исследования, которые доказали эффективность данного устройства.

Результаты исследований струйного насоса уже нашли свое практическое применение. Например, был разработан струйный насос для предприятия «Татнефть» (г. Альметьевск, Башкортостан), который используется для откачивания абразивных газов из межтрубного пространства нефтяных скважин. А также струйный насос для энергоблоков паровых турбин филиала «Интер РАО-Электрогенерация» Ириклинская ГРЭС (п. Энергетик, Оренбургская область). В настоящее время ведутся переговоры о внедрении струйного насоса на энергетический блок паровой турбины для откачивания газа из рабочих полостей конденсаторов паровых турбин. Насос нового поколения будет установлен взамен существующих.

Благодаря исследованиям Александр Исмагилов стал одним из победителей конкурса «Поддержка молодой науки», проведенного в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100. В рамках гранта будет продолжено исследование работы струйного насоса, которое послужит основой для написания докторской диссертации. Уже готова заявка на получение патента на изобретение.

«Я планирую разработать единую методику, позволяющую рассчитывать струйные аппараты с различными фазовыми состояниями активного и пассивного потоков. В настоящее время существует множество методик расчетов таких аппаратов, но они, как правило, ориентированы на струйные аппараты, в которых рабочие потоки имеют либо газовое, либо жидкостное состояние, либо представляют собой смеси из газа и жидкости. Я же хочу рассмотреть эти методики более обобщённо, используя такой инструмент как суперкомпьютерное моделирование», – делится планами Александр Рашидович.

В настоящий момент молодым учёным уже разработана компьютерная модель, позволяющая с помощью современных компьютерных пакетов и использованием суперкомпьютерных ресурсов Южно-Уральского государственного университета рассчитать струйный насос. Кроме того, это поможет усовершенствовать струйные аппараты в соответствии с последними современными тенденциями в промышленности, связанными, например, с промышленной революцией «Индустрия 4.0».

«Хотя струйные насосы и являются высоконадежными, но их эффективность может значительно снизиться в процессе работы. Это может быть связано с изменением внутренней геометрии устройства. Например, при возникновении отложений в рабочих полостях ухудшаются характеристики аппарата. Компьютерное моделирование позволит предсказать эти процессы и предпринять дополнительные меры по их устранению, не останавливая производство на предприятии, что в свою очередь снизит последующие затраты на диагностику и ремонт», – рассказывает Александр Исмагилов.

Экспериментальные исследования проводятся на исследовательском комплексе со струйными насосами, который установлен в лаборатории «Гидромашины и гидроприводы. Компрессорные машины» кафедры гидравлики и гидропневмосистем. Результаты исследований были представлены на международной конференции, организованной немецкой Ассоциацией машиностроительной промышленности VDMA “3rd International Rotating Equipment Conference” (Германия) в 2016 г. Также готовится статья в высокорейтинговый научный журнал “Chemical Engineering Science”, который индексируется в базе данных Scopus.

 

Ольга Романовская; фото: Олег Игошин
 
По теме
24 06 2018 22 - Еманжелинский муниципальный район Уважаемые жители Еманжелинского района! Поздравляю Вас с Днем молодежи – праздником юности, неутомимой энергии и оптимизма!
22.06.2018
 
«Старты надежд» в «Сказке» - Управление образования г. Озёрска Значение спортивных мероприятий  трудно переоценить! В процессе соревнований у ребенка развиваются физические, моральные и нравственные качества; вырабатываются выдержка, сообразительность, находчивость,
19.06.2018
Гуманная и благородная профессия - Миасский городской округ Поздравление исполняющего обязанности главы МГО Григория Тонких с Днём медицинского работника Уважаемые медицинские работники Миасса!
17.06.2018
 
Говорят звезды: гороскоп на неделю с 18 по 24 июня - Миасский рабочий «Миасский рабочий» рассказывает, что обещают звезды знакам зодиака. Овен (21.03 — 20.04) Для некоторых из Овнов начало недели весьма благоприятно во всех отношениях, особенно для текущих дел,
16.06.2018
Фото Наталии БАЛАБАНОВОЙ Приговор огласил Еманжелинский городской суд. 21 июня был оглашен приговор по уголовному делу в отношении Каньшина Олега Витальевича, обвиняемого в совершении мошенничества,
22.06.2018 Новая жизнь
Кнопочки баянные - Красный уралец Творчество. В Степном поселении на сценической площадке в парке Гогина прошёл 17-й районный конкурс «Играй гармонь».
23.06.2018 Красный уралец
Жить, чтобы помнить - Магнитогорский металл Двадцать второго июня 77 лет назад началась самая кровопролитная в истории человечества война.
22.06.2018 Магнитогорский металл
В залах картинной галереи экспонируется персональная выставка графики заслуженного художника России Юрия Люкшина (6+).
22.06.2018 Магнитогорский металл
В июне крупнейшая негосударственная телекомпания Челябинской области отметила своё 25-летие.
22.06.2018 Магнитогорский металл
22 июня — девять дней со дня смерти Станислава Говорухина, «КП» публикует малоизвестные факты о самых знаменитых фильмах выдающегося режиссера Анна ВЕЛИГЖАНИНА На 83-м году жизни скончался Станислав Говорухин .
22.06.2018 КП Челябинск
Чемпиона встречали юные хоккеисты. Фото: Валерий ЗВОНАРЕВ - КП Челябинск Корреспондент «Комсомолки» встретил знаменитого хоккеиста в аэропорту, расспросил о жизни и ближайших планах Алексей МИКУШИН kpchel Кузнецов в зале прилетов аэропорта «Баландино» появился первым,
23.06.2018 КП Челябинск
В чем причина разгрома аргентинской сборной на чемпионате в России Андрей ВДОВИН @av_esq Вся Аргентина с Диего Марадоной во главе возносила молитвы во спасение сборной.
22.06.2018 КП Челябинск
Жить, чтобы помнить - Магнитогорский металл Двадцать второго июня 77 лет назад началась самая кровопролитная в истории человечества война.
22.06.2018 Магнитогорский металл
Горожане проверили пляж и температуру воды в Урале. В парке "У Вечного огня" активно продолжаются работы по благоустройству, а ниже и севернее монумента "Тыл-Фронту" уже создана территория для отдыха.
22.06.2018 Магнитогорский металл