Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. Территория "Нефтегаз"
  4. Территория "Нефтегаз" 9-10.2026
Территория Нефтегаз 9-10.2026

Научная статья

EDN: RDXGHA

УДК 622.276.53:621.65
(UDK 622.276.53:621.65)

Если Вы уже купили журнал

Авторизуйтесь

Или

Купить журнал Купить статью

МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ НАСОСНЫХ СТУПЕНЕЙ

(DESIGN CONSIDERATIONS FOR A CONCEPTUAL MULTISTAGE PUMP WITH AN ADJUSTABLE NUMBER OF OPERATING STAGES)

При проектировании многоступенчатых лопастных насосов площадь входного сечения направляющего аппарата, как правило, принимают единой и неизменной во времени для всех ступеней, а количество работающих ступеней – постоянным. Цель представленной работы – показать, что оба параметра можно сделать управляемыми в пределах одной конструкции, и подтвердить работоспособность такой схемы расчетом и экспериментом. В статье рассмотрен концептуальный проект многоступенчатого насоса ЛВН-2А-80 (лабиринтно-винтовой насос, условный габарит 2А). Проточные направляющие аппараты установлены с возможностью осевого смещения относительно лопастных колес: при нем меняется площадь входного сечения направляющего аппарата, а часть ступеней отсекается от основного потока, при этом рабочая среда перераспределяется между двумя разнонаправленными соплами, что дает возможность управлять вектором тяги. Принципиальная схема защищена патентом РФ на изобретение № 2869078. На ее основе разработана трехмерная твердотельная модель, характеристика ступени рассчитана методами вычислительной гидродинамики для базового положения направляющего аппарата, а работоспособность проверена на модели, изготовленной на фотополимерном принтере. Стендовые испытания секции из четырех ступеней проведены на воде при частотах вращения 50, 60 и 70 с–1 (3000, 3600 и 4200 об/мин). По результатам расчета напор ступени при нулевой подаче составил 0,862 м, максимальный КПД – 39,8 % при подаче 75 м3/сут. Расчетная и экспериментальная напорные характеристики согласуются: в рабочей области подач расхождение по напору не превышает 13 %, положение точки нулевого напора отличается на 6 %. Максимальный КПД ступени по результатам испытаний составил от 45,2 до 52,3 % в зависимости от частоты вращения. Полученные результаты подтверждают корректность расчетной модели и позволяют перейти к исследованию рабочего процесса насоса при перекачке газожидкостных смесей.

When designing multistage vane pumps, the inlet cross-sectional area of the guide vane is generally assumed to be uniform and invariant over time for all stages, while the number of operating stages is kept constant. The aim of the work presented to demonstrate that both parameters can be made controllable within a single design and to validate the operability of this configuration through calculations and experiments. The authors discuss a conceptual design of the LVN-2A-80 multistage pump (a labyrinth screw pump, nominal size 2A). The flow-through guide vanes are mounted so as to allow axial displacement relative to the impellers: as they are displaced, the inlet cross-sectional area of the guide vane changes, and some stages are cut off from the main flow, while the working medium is redistributed between two oppositely directed nozzles, making it possible to control the thrust vector. The schematic diagram is protected by Russian Federation Invention Patent No. 2869078. Based on this diagram, a 3D solid model was developed, the stage characteristic was calculated using Computational Fluid Dynamics methods for the baseline position of the guide vane, and the operability was verified on a model printed on a photopolymer 3D printer. Bench testing of a four-stage section was conducted using water at rotational speeds of 50, 60, and 70 s–1 (3,000, 3,600, and 4,200 rpm). Based on the calculation results, the stage head at zero flow rate was 0.862 m, and the maximum efficiency was 39.8% at 75 m3/day flow rate. The calculated and experimental head characteristics agree: over the operating flow rate range, the head discrepancy does not exceed 13%, and the position of the zero-head point differs by 6 %. Based on the test results, the maximum stage efficiency ranged from 45.2 to 52.3 %, depending on the rotational speed. The results confirm the correctness of the calculation model and enable a transition to studying the pump’s operating process when handling gas-liquid mixtures.

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС, ЛАБИРИНТНО-ВИНТОВОЙ НАСОС, НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ, ПЛОЩАДЬ ВХОДНОГО СЕЧЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА, КОЛИЧЕСТВО ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ СТУПЕНЕЙ, КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАСОСА, АДДИТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, УПРАВЛЕНИЕ ВЕКТОРОМ ТЯГИ

MULTISTAGE PUMP, LABYRINTH SCREW PUMP, GUIDE VANE, INLET CROSS-SECTIONAL AREA OF THE GUIDE VANE, NUMBER OF OPERATING STAGES, COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS, PUMP BENCH TESTING, ADDITIVE MANUFACTURING, THRUST VECTOR CONTROL

Т.Р. Долов1
Ю.А. Сазонов1
Е.И. Конюшков1

1 ФГАОУ ВО «Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

T.R. Dolov1
Yu.A. Sazonov1
E.I. Konyushkov1

1 National University of Oil and Gas “Gubkin University” (Moscow, Russia).

Долов Т.Р., Сазонов Ю.А, Конюшков Е.И. Вопросы разработки концептуального многоступенчатого насоса с возможностью регулирования количества функционирующих насосных ступеней // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2026. № 9–10. С. 60–68. EDN: RDXGHA.

Dolov TR, Sazonov YuA, Konyushkov EI. Design considerations for a conceptual multistage pump with an adjustable number of operating stages. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2026; (9–10): 60–68. (In Russian)

Сазонов Ю.А. Основы расчета и конструирования насосно-эжекторных установок. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2012. 305 с.

Муленко В.В., Долов Т.Р., Сазонов Ю.А. и др. Определение значимых геометрических параметров рабочего колеса и направляющего аппарата центробежной ступени электроприводного лопастного насоса при оптимизации проточной части методом поверхностей отклика // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2026. № 3 (153). С. 5–12. EDN: RLSQIG.

Патент № 3826586 США, МПК F02C 9/04, F01B 25/00, F02C 9/08. Variable diffuser centrifugal pump shutter control: № 319219: заявл. 29.12.1972: опубл. 30.07.1974 / Richards J.C.; заявитель General Electric Company // Google Patents: сайт. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/ef/c6/60/d2f57c27ebb5bc/US3826586.pdf (дата обращения: 05.10.2026).

Tanasa C., Stuparu A.-C., Bosioc A.-I. Numerical analysis of the IRiS device for swirling-flow instability mitigation in the hydraulic turbines diffuser // Int. J. Turbomach. Propuls. Power. 2026. No. 11 (3). Article ID 31. DOI: 10.3390/ijtpp11030031.

Tanasa C., Bosioc A., Muntean S., Susan-Resiga R. A novel passive method to control the swirling flow with vortex rope from the conical diffuser of hydraulic turbines with fixed blades // Appl. Sci. 2019. No. 9 (22). Article ID 4910. DOI: 10.3390/app9224910.

Патент № 2446266 США. Jet propelled helicopter rotor: № 649621: заявл. 23.02.1946: опубл. 3.08.1948 / Cummings T.L. // Google Patents: сайт. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/5b/4f/18/0db41328bd8901/US2446266.pdf (дата обращения: 05.10.2026).

Schäfer Y., Stößel M., Barnique A., Kožulović D. Effects of tip injection on a turbofan engine with non-invasive high-speed actuators // Int. J. Turbomach. Propuls. Power. 2025. No. 10 (2). Article ID 9. DOI: 10.3390/ijtpp10020009.

Luo Y., Wu Z., Li Z., et al. Design of a novel pump cavitation valve and study of its cavitation characteristics. Water. 2025; 17(10): article ID 1503. https://doi.org/10.3390/w17101503.

Патент № 6447262 США, МПК F04B 25/00. Pumping system for a multi-stage pump: № 09/567885: заявл. 10.05.2000: опубл. 10.09.2002 / Clements M.A.; заявитель и правообладатель Argo-Tech Corp. // FPO: сайт. URL: https://www.freepatentsonline.com/6447262.pdf (дата обращения: 05.10.2026).

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2026667664 Российская Федерация. Программа расчета режимов работы многоступенчатого лопастного насоса при работе на газожидкостной смеси с определением числа кавитирующих ступеней: № 2026665701; заявл. 25.05.2026; опубл. 09.06.2026 / Долов Т.Р., Сазонов Ю.А. // Федеральный институт промышленной собственности: офиц. сайт. URL: https://www.fips.ru/publication-web/publications/document?type=doc&tab=PrEVM&id=D082F60F-080A-4CD6-A55B-A390C756CD0A (дата обращения: 05.10.2026). EDN: HEVQTA.

Патент № 2869078 Российская Федерация, МПК F04D 1/04 (2006.01), F04D 1/06 (2006.01), F04D 29/44 (2006.01), F04D 15/00 (2006.01). Насосная установка: № 2025135427: заявл. 11.12.2025: опубл. 31.08.2026 / Сазонов Ю.А., Мохов М.А., Туманян Х.А. и др. // Федеральный институт промышленной собственности: офиц. сайт. URL: https://fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2869078&TypeFile=html (дата обращения: 05.10.2026). EDN: TYTUUU.

Конюшков Е.И. Проектирование энергоэффективных ступеней центробежного насоса габарита 2А // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2026. № 5–6. С. 90–95. EDN: AWWMFE.

Sazonov YuA. Fundamentals of Calculation and Design of Pump-Ejector Units. Moscow: National University of Oil and Gas “Gubkin University”; 2012. (In Russian)

Mulenko VV, Dolov TR, Sazonov YuA, Petukhov IS, Popov SA. Determination of significant geometric parameters of the impeller and guide vane of the centrifugal stage of an electric vane pump during flow path optimization using the response surface method. Equipment and Technologies for Oil and Gas Complex [Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa]. 2026; 153(3): 5–12. (In Russian)

Richards JC. Variable diffuser centrifugal pump shutter control. US 3826586 (Patent) 1974.

Tanasa C, Stuparu A-C, Bosioc A-I. Numerical analysis of the IRiS device for swirling-flow instability mitigation in the hydraulic turbines diffuser. Int. J. Turbomach. Propuls. Power. 2026; 3(11): article ID 31. https://doi.org/10.3390/ijtpp11030031.

Tanasa C, Bosioc A, Muntean S, Susan-Resiga R. A novel passive method to control the swirling flow with vortex rope from the conical diffuser of hydraulic turbines with fixed blades. Appl. Sci. 2019; 22(9): article ID 4910. https://doi.org/10.3390/app9224910.

Cummings TL. Jet propelled helicopter rotor. US 2446266 (Patent) 1948.

Schäfer Y, Stößel M, Barnique A, Kožulović D. Effects of tip injection on a turbofan engine with non-invasive high-speed actuators. Int. J. Turbomach. Propuls. Power. 2025; 2(10): article ID 9. https://doi.org/10.3390/ijtpp10020009.

Luo Y, Wu Z, Li Z, Cheng L, Qi P, Mou J. Design of a novel pump cavitation valve and study of its cavitation characteristics. Water. 2025; 17(10): article ID 1503. https://doi.org/10.3390/w17101503.

Clements MA. Pumping system for a multi-stage pump. US6447262B1 (Patent) 2002.

Dolov TR, Sazonov YuA. Program for calculating operating modes of a multistage vane pump handling a gas-liquid mixture with determination of the number of cavitating stages. Available from: https://www1.fips.ru/ofpstorage/Doc/PrEVM/RUNWPR/000/002/026/667/664/2026667664-00001/DOCUMENT.PDF [Accessed: 05 October 2026]. (In Russian)

Sazonov YuA, Mokhov MA, Tumanyan KhA, Konyushkov EI, Gryaznova IV, Voronova VV, et al. Pumping unit. RU2869078 (Patent) 2026.

Konyushkov EI. Development of energy-efficient stages for 2A size centrifugal pump. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2026; (5–6): 90–95. (In Russian)
Назад к журналу
ТЕРРИТОРИЯНЕФТЕГАЗ

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Журналы

Контент

О нас

Контакты