Search

The CAD/CAE/CAM method of end-to-end design of the impeller of a seven-stage submersible pump ODDESSEzentralasien –UPP 13-7/6 used for pumping sulfuric acid in hydrometallurgy is presented.The studies are conducted in order to increase the efficiency of the pump manufactured at the KARLSKRONA LC AB LLP plant (Kazakhstan). Computer calculations of the centrifugal wheel with 8 and 9 blades for strength were carried out in the NASTRAN top-level CAE system. The influence of the number of centrifugal wheel blades on the level of stresses arising in the sections of the blades of the cover and main centrifugal wheel discs is determined. The maximum stress in the sections of the wheel with 8 blades reached 319 MPa and the wheel with 9 blades 199 MPa. The influence of the number of blades on the dynamic characteristics of the rotor shaft is examined. To do this, design mechanical and computer schemes of dynamic calculation are simulated to determine the amplitude-frequency characteristics of the rotor shaft. The harmonics amplitudes at frequencies caused by liquid pulsation at the blade frequency of 400 Hz and 450 Hz reached 110-4 m and 810-4 m, respectively. Based on the results of computer modeling of static and dynamic problems, a model of the impeller of a centrifugal multistage pump with a rational number of 8 double curvature blades is developed. The choice of the number of blades meets the criterion of wheel strength and the dynamic criterion of the shaft-wheel system.For the production of the prototype wheel, an analysis of the process parameters of 3D printing in terms of surface roughness of finished products is carried out. Based on the analysis, stereolithography the technology is chosen and centrifugal wheels are printed for further bench hydrodynamic tests in a plant. The studies based on CAD/CAE/CAM computer modeling allow reducing the time and costs of developing a rational wheel geometry that meets the criterion of both the strength of the wheel itself and t, Приведена методика CAD/CAE/CAM сквозного проектирования рабочего колеса семиступенчатого погружного насоса марки «ODDESSEzentralasien» –UPP 13-7/6, применяемого для перекачки серной кислоты в гидрометаллургии.Исследования проводились в целях повышения КПД насоса, выпускаемого на заводе ТОО «KARLSKRONA LC AB» (Казахстан). Проведены компьютерные расчеты центробежного колеса с 8 и 9 лопатками на прочность в САЕ системе высшего уровня NASTRAN. Определено влияние количества лопаток центробежного колеса на уровень напряжений, возникающих в сечениях лопаток покрывного и основного дисков центробежного колеса. Максимальное напряжение в сечениях колеса с 8 лопастями достигло уровня 319 MПa и для колеса с 9 лопастями 199 MПa. Было рассмотрено влияние числа лопаток на динамические характеристики роторного вала. Для этого были смоделированы расчетные механические и компьютерные схемы динамического расчета для определения амплитудно-частотных характеристик роторного вала. Амплитуды гармоник на частотах, вызванных пульсацией жидкости на лопаточной частоте 400 Гц и 450 Гц, достигли значения 1 10-4 м и 8 10-4 м соответственно. На основе результатов компьютерного моделирования статических и динамических задач была разработана модель рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса с рациональным числом 8 лопастей двойной кривизны. Выбор количества лопастей удовлетворяет критерию прочности колеса, так и критерию динамичности системы вал-колесо.Для производства прототипа колеса был проведен анализ параметров технологического процесса 3D печати по шероховатости поверхности готовых изделий. На основе анализа была выбрана технология стереолитографии и произведена печать центробежных колес для проведения дальнейших стендовых гидродинамических испытаний в условиях завода. Приведённые исследования на основе компьютерного моделирования CAD/CAE/CAM позволяют сократить временные и материальные расходы на разработку геометрии колеса рациональной формы, удовлетворяющего критерию как прочн, Наведено методику CAD/CAE/CAM наскрізного проектування робочого колеса семиступінчастого заглибного насосу марки «ODDESSEzentralasien» -UPP 13-7/6, що застосовується для перекачування сірчаної кислоти в гідрометалургії.Дослідження проводилися з метою підвищення ККД насоса, що випускається на заводі ТОВ «KARLSKRONA LC AB» (Казахстан). Проведено комп'ютерні розрахунки відцентрового колеса з 8 і 9 лопатками на міцність в САЕ системі вищого рівня NASTRAN. Визначено вплив кількості лопаток відцентрового колеса на рівень напружень, що виникають в перетинах лопаток покривного і основного дисків відцентрового колеса. Максимальне напруження в перетинах колеса з 8 лопатями досягло рівня 319 MПa і для колеса з 9 лопатями 199 MПa. Було розглянуто вплив числа лопаток на динамічні характеристики роторного валу. Для цього були змодельовані розрахункові механічні та комп'ютерні схеми динамічного розрахунку для визначення амплітудно-частотних характеристик роторного валу. Амплітуди гармонік на частотах, викликаних пульсацією рідини на лопатковій частоті 400 Гц і 450 Гц, досягли значення 1·10-4 м і 8·10-4 м відповідно. На основі результатів комп'ютерного моделювання статичних і динамічних задач була розроблена модель робочого колеса відцентрового багатоступінчастого насоса з раціональним числом 8 лопатей подвійної кривизни. Вибір кількості лопатей задовольняє критерію міцності колеса, так і критерію динамічності системи вал-колесо.Для виробництва прототипу колеса був проведений аналіз параметрів технологічного процесу 3D друку по шорсткості поверхні готових виробів. На основі аналізу була вибрана технологія стереолітографії і проведено друкування відцентрових коліс для проведення подальших стендових гідродинамічних випробувань в умовах заводу. Наведені дослідження на основі комп'ютерного моделювання CAD/CAE/CAM дозволяють скоротити часові і матеріальні витрати на розробку геометрії колеса раціональної форми, що задовольняє критерію як міцності самого колеса, так і критерію віброактив

The dynamic characteristics of one of the centrifugal pump critical parts such as the rotor shaft are studied in the article whilst the highest level NASTRAN CAD PATRAN module was used to carry out the dynamic analysis. During the analysis a computational mechanical scheme has been compiled as well as force factors generating rotor vibrations have been determined. The axial, radial and hydrodynamic forces affecting the impeller and pump shaft have been calculated according to the analytical formula. Under the given boundary conditions in the FE model and the chosen method for determining the natural vibrations, a numerical solution of the equations of free and forced vibrations has been found using the algorithms of the NASTRAN program. The natural vibrations of the rotor have been determined using the Lanczos method. The dynamic stability of the shaft, the stress-strain state of the shaft and its displacement under static loads, the frequency and shape of the natural vibrations of the rotor necessary for the calculations have been determined. The amplitude-frequency characteristics of the system have been determined and analyzed for affection by external forces at the reverse and blade frequencies. Using the amplitude parameters of the forced oscillations, the dynamic gain of the rotor has been determined. Based on the amplitude-frequency parameters, the option of the number of blades for the working centrifugal impeller of the pump has been justified. The technique of computer simulation and determination of the vibroactivity parameters of a submersible centrifugal pump rotor shaft is given in the article.