Цифровые двойники становятся все более популярными в различных отраслях, включая машиностроение, энергетику и нефтегазовую промышленность. Они представляют собой виртуальные модели физических объектов, которые позволяют проводить анализ, оптимизацию и прогнозирование их работы. Стоить отметить, что связь между физическим и цифровым двойниками продолжается после создания материального объекта. Цифровой двойник не только решает задачи разработки продукта, но и поддержки его на всех этапах жизненного цикла. В данной статье рассматривается процесс разработки цифрового двойника пластинчато-роторного насоса, который широко используется в различных областях промышленности.
Пластинчато-роторные вакуумные насосы: особенности и применение
Вакуумный насос - это устройство, которое предназначено для откачки газов до требуемого уровня давления, в частности технического вакуума. Вакуумные насосы пользуются большим спросом во многих отраслях промышленности.
В данной статье рассматривается пластинчато-роторный вакуумный насос. Это устройство используют для откачивания воздуха и неагрессивных газов. Пластинчато-роторный насос находит свое применении в нефтехимии, металлургии, химии, на транспорте, в доильных установках, в вакуумных системах общего назначения.
Пластинчато-роторный вакуумный насос имеет простую конструкцию, легок в обслуживании, а также быстроходен. Основные конструктивные элементы: ротор, пластины, корпус и электродвигатель.
Недостаток этих насосов заключается в высоких внутренних перетеканиях газа и механических потерях. Строго рекомендуется очищать газ до поступления в насос очищать от примесей и капельной влаги, чтобы избежать загрязнения и продлить ресурс деталей [3, с. 8].
Этапы разработки цифрового двойника
Цифровой двойник является точной копией конкретного реального объекта, которая отражает его структуру, работоспособность. [1, с. 5]. Процесс разработки цифровых двойников в основном делятся на несколько этапов. Это сбор данных, построение сбор данных, геометрической модели, геометрическая плюс сборочная, затем добавляется модель инженерного анализа CAE [2, с. 48].
Рассмотрим более подробно этапы разработки.
1. Сбор данных.
На данном этапе осуществляется сбор данных о физических характеристиках вакуумного насоса, его конструкциях и рабочих параметрах. Это включает в себя геометрические размеры, материалы, режимы работы и условия эксплуатации [4].
2. Построение 3D модели.
На втором этапе на основе собранных данных создается трехмерная модель вакуумного насоса с использованием программного обеспечения CAD (Computer-Aided Design), которая позволяет визуализировать его конструкцию и взаимодействие компонентов. В качестве CAD для данного исследования служит КОМПАС-3D. На рисунке 1 изображена готовая 3D модель.
Рисунок 1. 3D модель для моделирования
3. Инженерный анализ в CAE. Для анализа была выбрана программа FlowVision.
Flow Vision российский CAE-пакет, предназначенный для проведения математического моделирования различных физических процессов и объектов промышленной инфраструктуры и природы.
Входные параметры: давление на входе в насос, P=1000 ГПа, температура газа T=23°С, скорость вращения ротора, ω =100 рад/c-1.
Для расчета траектории движения пластинок необходимо задать уравнение скорости поступательного движения по координатам X и Y:
где
ω- скорость вращения, рад/c-1
ϴ- угол поворота, радиан
R- радиус статора
е- эксцентриситет
На рисунке 2 представлен результат моделирования. По визуализации видно, что в области сжатия давление повышается в 3,8 раза.
Рисунок 2. Результаты расчетов
Заключение
Таким образом, разработка двойника пластинчато-роторного вакуумного насоса представляет собой сложный и многоэтапный процесс, который требует глубоких знаний в области механики, материаловедения и информационный технологий. Однако внедрение цифрового двойника может значительно повысить эффективность работы вакуумных насосов, снизить затраты на обслуживание и увеличить срок службы оборудования.
Список литературы
- Дмитриев В.М., Гембух Л.А., А.Е.Сахабутдинов Цифровые двойники, учебное пособие. - Томск, 2024. С. 5
- Прохоров А., Лысачев М., Боровков А., Цифровой двойник. Анализ. Тренды. Мировой опыт. Издание первое, исправленное и дополненное. Научный редактор профессор Боровков А. М.: ООО «АльянсПринт», 2020. С. 48
- Солдатова К.В., Методика расчета пластинчато-роторного вакуумного насоса. - Санкт-Петербург, 2011. С. 8
- FlowVision – современный российский инструмент математического моделирования [Электронный ресурс] // https://sapr.ru/ - Режим доступа: https://sapr.ru/article/21879/, свободный. - Загл. с экрана
