Diffuzorli markazdan qochma nasoslarda aylanuvchi ishchi g‘ildirak parraklari bilan qo‘zg‘almas diffuzor kuraklari bir-biriga juda yaqin masofadan o‘tadi. Rotor va statorning o‘zaro ta’siri (RSI) deb ataluvchi bu hodisa ishchi g‘ildirak chiqishi bilan diffuzor kirishi orasidagi bosim maydonini davriy ravishda buzadi; oqibatda bosim pulsatsiyasi (tebranishi), gidravlik titrash, uyurmalar (girdoblar) to‘planishi, energiya yo‘qotilishi va uzoq muddatli mexanik charchoq xavfi yuzaga keladi. Bu ta’sirlar o‘zgaruvchan qarshi bosim va kirish oqimi buzilishlari kuzatiladigan kema sovitish, dengiz suvini ko‘tarish, ballast, yong‘in o‘chirish, dengiz platformalari va okean energiyasi nasos tizimlarida ayniqsa muhimdir.
Tadqiqotda ishchi g‘ildirak parragining asl chiqish qirrasi M0 bazaviy modeli deb olingan va u bilan ikkita yangi geometriya qiyoslangan: M1 — to‘rtinchi darajali Bezye (Bézier) egri chizig‘i bilan yupqalashtirilgan chiqish qirrasi; M2 — parrakning bosim yuzasida 30 millimetr radiusli yumaloqlanishga ega model. Tadqiqotchilar ushbu geometriyalarni yopiq konturli toza suv tajribalari, nostatsionar CFD simulyatsiyasi, fazoviy-vaqtinchalik bosim tahlili, bosim koeffitsiyentining standart chetlanishi va \(\Omega\) uyurma aniqlash usuli orqali baholadilar.
O‘rganilgan nasosning nominal sarfi 14 m³/soat, nominal bosimi 14 metr va aylanish tezligi 2 850 ayl/daqiqadir. Ishchi g‘ildirakda oltita parrak, qo‘zg‘almas diffuzorda esa yettita kurak mavjud. CFD modeli so‘rish kamerasi, ishchi g‘ildirak, diffuzor, nasos bo‘shlig‘i va chiquvchi volutani (salyangoz) to‘liq qamrab oladi. Hisoblashlarda 4,61 million katakchali strukturalangan to‘r, SST \(k-\omega\) turbulentlik modeli va g‘ildirakning har bir gradus burilishiga mos keluvchi \(5,84795\times10^{-5}\) soniyalik vaqt qadami qo‘llanilgan.
Parrak geometriyasining o‘zgartirilishi ishchi g‘ildirak chiqishidagi eng yuqori va eng past statik bosim orasidagi tafovutni keskin kamaytirdi. Asl M0 modelida bu farq \(0,51\times10^5\) Pa (51 kPa) bo‘lgan bo‘lsa, M1 da 28 kPa ga, M2 da 35 kPa ga tushdi. Bu M1 uchun taxminan 45,1 foiz, M2 uchun esa 31,4 foiz pasayish demakdir. Bosim maydonining bir xillashishi parrak o‘tishlaridagi keskin bosim pasayishi va to‘lqin gradientlarini susaytirganini ko‘rsatadi.
M1 modeli ayniqsa diffuzor kirishidagi bosim tebranishlarini va yirik uyurmalar to‘planishini bostirishda eng samarali bo‘ldi. \(\Omega\) uyurma tasvirlarida M0 dagi zich va birikib ketgan girdob tuzilmalari M1 da ancha kichik, maydalangan va tekis taqsimlangan holga kelgani ko‘rinadi. M2 ning bosim tebranishlarini kamaytirishdagi ta’siri M1 ga qaraganda biroz pastroq bo‘lsa-da, tajriba va CFD natijalari M2 barcha o‘rganilgan sarflarda nasos FIKini (foydali ish koeffitsiyentini) oshirganini va kichik sarflarda bosim balandligini biroz ko‘targanini ko‘rsatdi.
Tadqiqot M2 nominal nuqtada nasos FIKini M0 ga nisbatan taxminan 0,9–1,2 foiz bandga oshirganini bildiradi. Mualliflarning baholashicha, yiliga 5 000 soat ishlaydigan 15 kVt quvvatli dengiz nasosida bu farq yiliga 900–1 200 kVt·soat elektr energiyasini va 450–600 kg karbonat angidrid chiqindisini tejash imkonini berishi mumkin.
Shuni ta’kidlash kerakki, dengizchilik urg‘usiga qaramay, tajribalar sho‘rlik, korroziya, dengiz biologik qoplamalari va kema tebranishlari bo‘lmagan toza suv laboratoriya stendida o‘tkazilgan. M1 ning eng yaxshi bosim va uyurma natijalari tajribada emas, asosan CFD da olingan; eksperimental taqqoslash faqat M0 va M2 orasida berilgan.
Tadqiqotning asosiy muammosi nima?
Markazdan qochma nasosning ishchi g‘ildiragi suyuqlikka tezlik va bosim beradi, diffuzor kuraklari esa bu tezlik energiyasini statik bosimga aylantiradi. Ishchi g‘ildirak parraklari diffuzor kuraklari oldidan davriy ravishda aylanib o‘tadi. Parrak orqasidagi past tezlikli iz (wake) va uyurmalar diffuzorga urilganda bosim pulsatsiyasi, gidravlik titrash va shovqin yuzaga keladi.
| Model | Geometriya | Asosiy maqsadi |
|---|---|---|
| M0 | Asl, o‘zgartirilmagan chiqish qirrasi | Bazaviy taqqoslash modeli |
| M1 | To‘rtinchi darajali Bezye egri chizig‘i bilan yupqalashtirilgan qirra | Iz qalinligini, bosim to‘lqinini va uyurmalarni bostirish |
| M2 | Bosim yuzasida 30 mm radiusli yumaloqlangan qirra | Bosim pasayishini yumshatish va FIKni oshirish |
Asosiy natijalar va bosim farqlari
| Model | Ishchi g‘ildirak chiqishidagi bosim farqi | M0 ga nisbatan pasayish | Diffuzor kirishidagi tebranish |
|---|---|---|---|
| M0 | 51 kPa (\(0,51imes10^5\) Pa) | Baza | Eng yuqori |
| M1 | 28 kPa (\(0,28imes10^5\) Pa) | ~45,1% pasayish | Eng past (eng kuchli bostirish) |
| M2 | 35 kPa (\(0,35imes10^5\) Pa) | ~31,4% pasayish | O‘rtacha darajada bostirish |
Chastota spektri natijalari
- Ishchi g‘ildirak chiqishi (asosiy chastota \(7f_n = 332{,}5\) Hz — 7 ta diffuzor kuragi sababli): M0 da aniq cho‘qqi va botiqliklar ko‘ringan, M1 va M2 da amplituda pasaygan.
- Diffuzor kirishi (asosiy chastota \(6f_n = 285\) Hz — 6 ta ishchi g‘ildirak parragi sababli): M1 barcha asosiy garmonikalarda eng past tebranish amplitudasini bergan.
\(\Omega\) usuli bilan uyurmalarni (girdoblarni) tahlil qilish
M0 modelida parrak chiqishida katta hajmdagi zich va birikkan uyurma klasterlari hosil bo‘lib, rotor-stator oralig‘iga yoyilgan. M1 va M2 modellarida bu yirik uyurmalar maydalanib, kichik, tarqoq va tekis taqsimlangan strukturalarga aylangan. M1 uyurmalarni parchalashda eng yuqori samaradorlikni ko‘rsatgan.
Gidravlik samaradorlik va energiya tejamkorligi
Tajriba va CFD tahlillari M2 modeli barcha sarf rejimlarida nasos FIKini oshirganini ko‘rsatdi (nominal nuqtada 0,9–1,2 foiz bandga o‘sish). Kichik sarflarda bosim balandligi ham biroz ko‘tarilgan. M1 bo‘yicha to‘liq eksperimental FIK egri chizig‘i taqdim etilmagan bo‘lsa-da, u dinamik bosimni bostirish bo‘yicha yetakchilik qilgan.
Tadqiqotning kuchli tomonlari
- Rotor-stator bosim maydonini yuzlab datchik nuqtalari bilan fazo-vaqt kesimida tahlil qilgani;
- Eksperimental stend va nostatsionar 3D CFD ni uyg‘unlashtirgani;
- To‘liq oqim traktini (kirish, g‘ildirak, diffuzor, voluta) qamragani;
- To‘r mustaqilligi (GCI < 1%) va vaqt qadami tahlillarini to‘liq bajargani;
- \(\Omega\) usuli bilan uyurmalar dinamikasini vizuallashtirgani.
Tadqiqotning cheklovlari
- Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprintdir;
- Tajribalar toza suvda o‘tkazilgan (dengiz suvi sho‘rligi, kavitatsiya, qum va korroziya hisobga olinmagan);
- M1 ning tashqi xarakteristikalari to‘liq eksperimental sinovdan o‘tkazilmagan (asosan CFD ga tayanadi);
- Tebranish va shovqin datchiklari orqali real akustik o‘lchovlar qilinmagan;
- Yupqalashtirilgan qirraning (M1) mexanik mustahkamligi va yemirilishga chidamliligi baholanmagan.
Tadqiqotning metodologiyasi va natijalari
| Texnik parametr | Qiymati |
|---|---|
| Nasos parametrlari | Q = 14 m³/soat, H = 14 m, n = 2 850 ayl/daq (Z_r = 6, Z_g = 7) |
| CFD modeli | Nostatsionar RANS, SST k-ω, Transient Rotor Stator |
| Hisoblash to‘ri | 4,61 million strukturalangan heksagonal katakcha (o‘rtacha y+ = 5,13) |
| Vaqt qadami | \(5,84795imes10^{-5}\) s (1° burilishga teng) |
| Bosim farqi pasayishi | M1 da 51 kPa dan 28 kPa ga (−45,1%), M2 da 35 kPa ga (−31,4%) |
| FIK o‘sishi | M2 modelida nominal nuqtada ~0,9–1,2 foiz band |
Manba va metodologiya eslatmasi
To‘liq asl nomi: Blade trailing edge optimization for diffuser centrifugal pumps in marine applications: Enhancing energy efficiency and suppressing rotor-stator interaction toward low-carbon marine pumping systems
Mualliflar: Hui Li, Yuyang Guo, Yong Han, Jiaxing Lu (mas’ul muallif: jiaxinglu@mail.xhu.edu.cn), Junhui Zhang, Yang Yang, Weidong Shi, Ling Zhou (mas’ul muallif: lingzhou@ujs.edu.cn) — Xihua University, Jiangsu University, Nantong University, Yangzhou University, Xitoy.
DOI:10.2139/ssrn.6947172 (SSRN preprint).
Nashr yili: 2026.
Taqriz holati: Taqrizdan o‘tmagan preprint.
Rasmiy havola:SSRN maqola sahifasi
Ushbu Verianla maqolasi yuklangan 39 sahifalik PDF matni, gidravlik tenglamalari, tajriba grafiklari va CFD maydonlari asosida tayyorlangan. Natijalar toza suv laboratoriya stendiga asoslangan bo‘lib, real dengiz suvida to‘liq tasdiqlangan ekspluatatsiya ko‘rsatkichi hisoblanmaydi.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan