Ключевым параметром для насосов систем транспорта радиоактивных и токсичных жидкостей является надежность и эффективность. Не все гидравлические машины удовлетворяют этим параметрам, однако в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ) предлагают способ это исправить и улучшить характеристики уже существующих насосов. Проект поддержан грантом конкурса «УМНИК».
Для транспортировки с производства жидких отходов ядерной промышленности используют гидромашины. Их надежность и эффективность – основные требуемые параметры, поэтому, например, бесклапанные поршневые насосы с гидродиодами применяются нечасто: несмотря на высокую надежность, они демонстрируют низкий КПД. По мнению кандидата технических наук, молодого ученого Южно-Уральского государственного университета Дарьи Хабаровой, возможность исправить этот недостаток есть. После нескольких лет изучения этой темы и защиты кандидатской диссертации Дарья Хабарова готова воплотить свои идеи в жизнь.
Проект «Разработка высоконадежного насоса для транспорта радиоактивных и токсичных жидкостей» был представлен молодым ученым на конкурс «УМНИК». Жюри сочло идею перспективной, ее включили в список поддержанных грантом конкурса, размер которого составляет 500 тысяч рублей.
«Инновационность проекта заключается в новом принципе достижения насосного эффекта. Для их наибольшей эффективности необходимо использовать гидродиоды с большей диодностью по сопротивлению и меньшей инерционной длиной их проточной части в обратном направлении. В разрабатываемом в рамках проекта насосе также применяются гидродиоды для распределения жидкости, но сам принцип их применения и установки в насосе иной: определённая схема установки, минимально возможная диодность по сопротивлению и максимально возможная инерционная длина проточной части диода в его обратном направлении позволят достичь принципиального нового уровня КПД бесклапанных насосов с гидродиодами – уровня объемных гидромашин», – рассказала Дарья Хабарова.
Работа над проектом ведется вместе с доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой «Гидравлика и гидропневмосистемы» Политехнического института ЮУрГУ Евгением Спиридоновым, магистрантом Ириной Иващук, руководителем департамента насосного оборудования Челябинского компрессорного завода Дмитрием Лернером.
Команда разработала физико-математическую модель рабочего процесса насоса, на ее основе будут исследовать энергетические характеристики оборудования, применяя численное моделирование в программном пакете ANSYS Fluent. Он используется для оптимизации процесса проектно-конструкторской и технологической подготовки в области вычислительной динамики жидкостей и газов.
Сейчас работы по теоретическим исследованиям насоса завершаются. Следующим этапом станет разработка экспериментального стенда, покупка необходимого оборудования и монтаж исследовательской лаборатории. Вместе с проведением экспериментальных исследований планируется работа над заявкой на патент.
Результатом проекта Дарьи Хабаровой должно стать физико-математическое описание рабочего процесса разрабатываемого насоса с расчетом предельно-достижимых характеристик. На их основе ученые разработают методику расчета основных геометрических параметров и проведут экспериментальное исследование характеристик, чтобы получить свидетельство РИД на разработку.
Усовершенствованный бесклапанный поршневой насос с гидродиодами будет востребован не только в ядерной, но и в химической и горнодобывающей промышленности.
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).