Salnikov R. Justification of continuous progressive cavity pump parameters for pumping construction mortars and liquids

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U003783

Thesis Registration Form

0826U003783.pdf

Applicant for

Specialization

  • 133 - Галузеве машинобудування

Specialized Academic Board

PhD 16400

Yuri Kondratyuk Poltava Polytechnic National University

Essay

Modern construction technologies are developing rapidly and impose increasingly stringent requirements on productivity, work quality, and equipment energy efficiency. One of the key elements in construction process mechanization is the application of plastering units and mortar pumps. These machines ensure efficient transportation and application of construction mixtures onto structural surfaces. Mechanized mortar pumping significantly increases productivity, reduces labour intensity, and provides uniform material application. Modern plastering systems widely employ continuous progressive cavity pumps for supplying construction mortars. These pumps provide smooth and continuous material delivery, operate reliably with viscous, heterogeneous, and abrasive media, and feature compact design combined with simple construction. However, their performance strongly depends on screw pair geometry, drive operating conditions, and physical as well as mechanical properties of pumped materials. Construction mortars represent complex multicomponent systems characterized by non-Newtonian behaviour, solid inclusions, and variable viscosity. These factors considerably influence hydrodynamic processes inside the pump chamber, increase power consumption, reduce delivery uniformity, and accelerate wear of screw assembly components. Conventional pump design methods do not adequately consider the combined influence of mortar rheology, screw geometry, and drive operating parameters. Therefore, investigating construction mortar pumping, developing mathematical models describing the working process, and substantiating optimal design and operating parameters for pumping equipment remain highly relevant. Research object – a continuous progressive cavity pump designed for pumping construction mortars and liquids. Research subject – design features, kinematic characteristics, and rational operating parameters of the progressive cavity pump together with their influence on productivity, energy efficiency, and pumping quality considering rheological properties of the working medium. Research purpose – substantiation of continuous progressive cavity pump parameters ensuring efficient pumping of construction mortars and liquids while considering their rheological characteristics to improve productivity, energy efficiency, and service life. Achieving this objective required solving a comprehensive set of scientific and engineering tasks, including analysis of existing progressive cavity pump designs, investigation of construction mortar rheology, development of a mathematical model describing material transportation inside the screw pair, determination of optimal geometric and operating parameters, experimental verification of theoretical results, and preparation of engineering recommendations aimed at improving pump performance. Scientific novelty The obtained scientific results include: – development, for the first time, of an improved mathematical model describing construction mortar transportation in a continuous progressive cavity pump while considering rheological material properties, including viscosity variation, viscoplastic behaviour, and abrasive particle content; – establishment, for the first time, of relationships describing the influence of screw pair geometry and drive operating conditions on pump capacity, pressure generation, and energy efficiency; – experimental substantiation of optimal screw working element parameters ensuring uniform mortar delivery without flow pulsations and reduced energy losses; – development of performance evaluation criteria considering interaction between hydraulic drive parameters and pumped medium characteristics. Practical significance The developed methodologies and engineering recommendations can improve performance of progressive cavity pumps used in plastering units and other construction machinery. The obtained results make it possible to optimize screw assembly geometry, improve mortar delivery uniformity, reduce power consumption, and increase equipment service life. The proposed recommendations may be applied during design and modernization of plastering systems, mortar pumps, and pumping equipment intended for transporting viscous and heterogeneous media. The research results may also be implemented in construction, chemical, food-processing, and other industries requiring transportation of viscoplastic materials. The developed solutions have been implemented at Budmekhanizatsiya LLC (Poltava) and Vorskla Housing Construction Cooperative (Poltava) during restoration works, as confirmed by implementation certificates.

Read more

Research papers

1. Salnikov, R., & Rudyk, R. (2023). Improving the efficiency of the screw unit of plastering plants. Academic Journal Industrial Machine Building Civil Engineering, 1(60), 31–37. https://doi.org/10.26906/znp.2023.60.3184

2. Rudyk, R., & Salnikov, R. (2024). Analysis of the mixer geometry and rheology impact on concrete mixture mixing efficiency. Construction Engineering, (41), 77–84. https://doi.org/10.32347/tb.2024–41.0409

3. Salnikov, R., & Virchenko, V. (2025). Comparative analysis of mathematical models for the screw unit in small continuous–operation plastering machines. Construction Engineering, (42), 27–35. https://doi.org/10.32347/tb.2025–42.0503

4. R. Salnikov, R. Rudyk (2025). Analysis of wear nature in the screw assembly of SO–150 type plastering units. Scientific Bulletin of Construction, (112), 309–317. https://doi.org/10.33042/2311–7257.2025.112.1.38

5. Сальніков Р.Ю., Рудик Р.Ю., Вірченко В. В., Левченко О. П. Шпаклювальний агрегат. Патент на корисну модель 160111 Україна. МПК B05C 17/005 (2006.01). Шпаклювальний агрегат / Сальніков Р.Ю., Рудик Р.Ю., Вірченко В. В., Левченко О. П.; власник: Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка». – u 2024 05925; заявл. 13.12.2024; опубл. 06.08.2025, Бюл. № 32.

6. Рудик, Р. Ю., Вірченко, В. В., Сальніков, Р. Ю., & Біданець, С. С. (2023). Дослідження робочих процесів обладнання для приготування будівельних сумішей. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VI Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 50–51).

7. Сальніков, Р. Ю., Вірченко, В. В., & Рудик, Р. Ю. (2023). Підвищення ефективності роботи гвинтового вузла для перекачування будівельних розчинів. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VI Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 51–52).

8. Шаповал, М. В., Сальніков, Р. Ю., & Михайлик, В. Г. (2024). Доцільність використання нових конструкцій комбінованих компенсаторів для зниження пульсацій тиску у поршневих розчинонасосах одинарної дії. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VII Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 47–52).

9. Рудик, Р. Ю., Сальніков, Р. Ю., Біданець, С. С., & Вірченко, В. В. (2024). Вивчення шляхів підвищення ефективності роботи обладнання для приготування бетонних розчинів. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VII Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 103).

10. Рудик, Р. Ю., Сальніков, Р. Ю., Біданець, С. С., & Вірченко, В. В. (2024). Підвищення ефективності роботи гвинтового вузла штукатурних установок. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VII Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 104).

11. Рудик, Р. Ю., Вірченко, В. В., Сальніков, Р. Ю., & Біданець, С. С. (2024). Вплив лопатки на змішування бетонної суміші. У Матеріали 76-ї наукової конференції професорів, викладачів, наукових працівників, аспірантів та студентів університету (с. 270–271).

12. Рудик, Р. Ю., Вірченко, В. В., Сальніков, Р. Ю., & Біданець, С. С. (2024). Розроблення методики та обладнання для приготування бетонних сумішей у гравітаційних змішувачах. У Енергоощадні машини і технології: Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції (с. 12–15). Київський національний університет будівництва і архітектури.

13. Сальніков, Р. Ю., Вірченко, В. В., & Рудик, Р. Ю. (2024). Застосування засобів комп'ютерних технологій та 3D-моделювання при розробленні вдосконаленого вузла для перекачування штукатурних та будівельних розчинів. У Енергоощадні машини і технології: Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції (с. 15–18). Київський національний університет будівництва і архітектури.

14. Рудик, Р. Ю., Вірченко, В. В., Сальніков, Р. Ю., & Кузуб, Ю. О. (2025). Оптимізація енерговитрат бетонозмішувача за допомогою аналізу часового розподілу змішування. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VIII Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 106–107). Національний університет імені Юрія Кондратюка.

15. Сальніков, Р. Ю., Вірченко, В. В., & Рудик, Р. Ю. (2025). Удосконалення конструкції шпаклювального агрегату для підвищення ефективності подачі будівельних сумішей різної в'язкості. У Створення, експлуатація і ремонт автомобільного транспорту та будівельної техніки: Матеріали VIII Всеукраїнської науково-технічної конференції (с. 43–45). Національний університет імені Юрія Кондратюка.

16. Рудик, Р. Ю., Вірченко, В. В., Сальніков, Р. Ю., & Кузуб, Ю. О. (2025). Визначення основних факторів, що впливають на потужність у гравітаційному змішувачі. У Енергоощадні машини і технології: Матеріали VI Міжнародної науково-практичної конференції (с. 36–39). Київський національний університет будівництва і архітектури.

17. Сальніков, Р. Ю., Вірченко, В. В., Рудик, Р. Ю., & Кузуб, Ю. О. (2025). Математичне моделювання процесу подачі будівельних сумішей у вдосконаленому шпаклювальному агрегаті з гідроприводом. У Енергоощадні машини і технології: Матеріали VI Міжнародної науково-практичної конференції (с. 46–50). Київський національний університет будівництва і архітектури.

Read more

Files

autoreferat-Анотація до дисертації.docx

disertaciia-salnikov.pdf

Similar theses

0826U003986

Oleksandr Koshel

Enhancement of the Tumbling Machine Design for the Processing of Light-Industry Parts

0826U003821

Dmytro Buhrov

Substantiation of parameters of equipment with an active processing element for combined vibratory finishing of complex-shaped parts

0826U003817

Maksym Pyrlyk

Substantiation of Parameters of an Inertia-Free Load Applicator with an Autonomous Vibration Exciter for Additional Compaction of Concrete Mixtures

0826U003778

Vadym Mykhailyk

JUSTIFICATION OF THE PARAMETERS OF THE WORKING PROCESSES OF A HYDRAULIC-DRIVEN SINGLE-PISTON MORTAR PUMP WITH A COMBINED PRESSURE PULSE COMPENSATOR

0826U003789

Yurij Kuzub

Justification of the parameters of the mortar mixer driven by the transmission shaft of the walk-behind tractor