Ako želite optimizirati dizajn impelera centrifugalne pumpe. Stoga je potrebno razjasniti svrhu optimizacije: poboljšati učinak inhalacije? Poboljšati učinkovitost crpke? Podesite amplitudu porasta Q-H krivulje... a zatim je optimizirajte prema specifičnim potrebama. Glavna hidraulička komponenta koja utječe na performanse centrifugalnih crpki je rotor, uz komponente protoka kao što su spirale/vodilice koje su usklađene s njim.
Mehanika fluida je poluteorijska i poluempirijska disciplina i još uvijek postoje mnoga područja koja se ne mogu točno projektirati, simulirati i predvidjeti, kao što je nemogućnost točne simulacije stvarnog stanja protoka fluida i njihov utjecaj na performanse crpke pod različitim strukturama, temperaturama i pumpnim medijima. Stoga ovaj članak može samo ukratko objasniti kako optimizirati impeler centrifugalne crpke kako bi se poboljšala njegova usisna i hidraulička izvedba iz kvalitativne perspektive, u kombinaciji s iskustvom. Samo za referencu.
1. Poboljšajte učinak inhalacije
Postoje dvije vrste savijanja za lopatice impelera: savijanje prema naprijed i savijanje unatrag. Zbog svoje učinkovitosti u maksimiziranju snage, prijenosu velike rotacijske sile na tekućinu i sprječavanju odvajanja protoka, centrifugalne pumpe obično koriste impelere sa stražnjim zakrivljenim lopaticama.
Što se tiče tijela crpke, ponašanje kavitacije i usisne performanse crpke uvelike su pod utjecajem geometrijskog oblika i površine ulaza rotora. Mnogi geometrijski čimbenici na ulazu rotora mogu utjecati na kavitaciju, kao što su promjer ulaza i glavčine, kut ulaza lopatice i upadni kut uzvodnog toka, broj i debljina lopatica, površina grla lopatice, hrapavost površine, profil vodećeg ruba lopatice itd. Osim toga, to je također povezano s vanjskim promjerom lopatica rotora i veličinom razmaka između vodećih lopatica (za pumpe s vodećim lopaticama) ili volute (za spiralne pumpe).
1) Ulazni promjer/ulazno područje impelera
Kako bi poboljšali usisnu učinkovitost centrifugalnih crpki, dizajneri to uglavnom postižu povećanjem ulaznog promjera rotora. Danas se ova metoda projektiranja još uvijek koristi u inženjerskom dizajnu centrifugalnih pumpi.
Kada je promjer osovine isti i zazor promjera na usnom prstenu rotora je isti, to je bolja usisna izvedba (što je veće područje ulaza rotora, to je veća vrijednost specifične brzine usisavanja), veća je površina zazora na usnom prstenu rotora, što znači da je količina istjecanja veća, a učinkovitost crpke manja.
Međutim, za metodu poboljšanja usisne učinkovitosti povećanjem ulaznog promjera impelera, posebnu pozornost treba obratiti na:
Nije dopušteno uzrokovati da vrijednost specifične brzine usisavanja značajno premaši vrijednosti navedene u relevantnim standardima i specifikacijama, inače će to rezultirati uskim stabilnim radnim rasponom crpke.
2) Oblik prednjeg ruba oštrice
Zadovoljavajući mehanička i proizvodna ograničenja debljine oštrice vodećeg ruba, usvajanje paraboličnog profila može poboljšati usisnu izvedbu impelera. Učinkovitost usisavanja eliptične konture je druga, a ovaj je oblik zadani odabir konture za vodeći rub, budući da lako može zadovoljiti mehanička i proizvodna ograničenja debljine vodećeg ruba lopatice.
3) Polumjer zakrivljenosti ulaznog dijela pokrovne ploče rotora
Zbog centrifugalne sile koja djeluje na protok tekućine na ulazu rotora u točki okretanja, tlak je nizak, a brzina protoka velika u blizini prednje pokrovne ploče, što dovodi do neravnomjerne raspodjele brzine na ulazu rotora. Odgovarajuće povećanje polumjera zakrivljenosti ulaznog dijela pokrovne ploče je korisno za smanjenje apsolutne brzine na prednjoj pokrovnoj ploči (malo ispred ulaza lopatice) i poboljšanje jednolikosti raspodjele brzine, smanjenje pada tlaka na ulaznom dijelu pumpe, čime se smanjuje NPSHR i poboljšava antikavitacijska izvedba pumpe.
4) Položaj ulaznog ruba lopatice i oblik ulaznog dijela
Ulazni rub lopatice proteže se bočno prema usisnom otvoru, koristeći ulazni rub lopatice pomaknut unatrag (ulazni rub nije na istoj osi, a vanjski rub je pomaknut za određeni kut unatrag), što omogućuje da protok tekućine na strani glavčine primi djelovanje lopatice unaprijed i poveća pritisak.
Ulazni rub lopatice pruža se prema naprijed i naginje, uzrokujući različite obodne brzine u svakoj točki. Općenito, aksijalna brzina raspoređena je približno ravnomjerno duž ulaznog ruba, što rezultira različitim relativnim kutovima protoka u svakoj točki na ulaznom rubu. Kako bi se zadovoljila ova situacija protoka i smanjili gubici pri udaru, ulaz lopatice treba napraviti u prostorno uvijenom obliku, zbog čega se mnogi-ulazni dijelovi lopatica rotora male brzine također izrađuju u upletene lopatice.
5) Ulazni kut oštrice
Projektni uvjet usvaja nešto veći pozitivni napadni kut kako bi se povećao ulazni kut lopatica, smanjilo savijanje na ulazu lopatica, smanjio pomak lopatica, povećalo područje ulaznog protoka lopatica i tako poboljšala usisna izvedba. U isto vrijeme, također će poboljšati radno okruženje pod velikim prometom kako bi se smanjili gubici prometa. Međutim, kut napada ne smije biti prevelik, inače će utjecati na učinkovitost.
6) Debljina i glatkoća ulaza oštrice
Smanjite debljinu ulaza oštrice na odgovarajući način i zaokružite ga kako bi bio bliže aerodinamičnom obliku. Smanjenje debljine lopatice ne samo da proširuje područje usisnog kanala rotora, smanjuje brzinu protoka i povećava tlak (oblik ulaza lopatice vrlo je osjetljiv na pad tlaka), već također poboljšava glatkoću površine rotora i ulaza lopatice, smanjujući gubitke otpora. Sve ove mjere su korisne za poboljšanje usisne učinkovitosti crpke.
7) Rupa za ravnotežu
Otvor za ravnotežu na rotoru ima određeni destruktivni učinak na glavni protok koji ulazi u rotor zbog curenja (površina otvora za ravnotežu ne smije biti manja od 5 puta površine brtvenog otvora kako bi se smanjila brzina protoka curenja i time minimizirao utjecaj na glavni protok). Istraživanje je pokazalo da će se, kada se otvori otvor za ravnotežu na rotoru, intenzitet vrtloga iza rotora smanjiti, a neki vrtlozi mogu čak nestati, poboljšavajući usisnu izvedbu crpke.
8) Promjer izlaza rotora
Malo smanjenje promjera impelera samo će malo povećati NPSHR. Ali kada se promjer smanji za 5% do 10%, NPSHR će se značajno povećati, jer će smanjenje duljine lopatica povećati specifično opterećenje lopatica, čime će utjecati na raspodjelu brzine na ulazu u rotor.
Bilješke:
1) Pokušajte izbjeći korištenje metode povećanja ulazne površine rotora kako biste poboljšali usisnu učinkovitost i izbjegavajte ozbiljno prekoračenje specifične brzine usisavanja, inače je lako izazvati refluks na ulazu i proširiti nestabilno radno područje crpke.
2) Treba izbjegavati pojavu kavitacije sindroma kanala oštrice. Ova vrsta kavitacijskog oštećenja uzrokovana je malim razmakom između vodećih lopatica (za pumpe s vodećim lopaticama) ili spirala (za spiralne pumpe) i vanjskog promjera lopatica rotora. Kada tekućina teče kroz mali kanal, povećanje brzine tekućine uzrokuje smanjenje tlaka tekućine, lokalno isparavanje i stvaranje mjehurića, koji zatim pucaju pri višim tlakovima, što dovodi do kavitacije.
2. Poboljšajte hidrauličke performanse
Mnogo je čimbenika koji utječu na hidrauličku izvedbu crpki, a glavni čimbenici koji utječu na hidrauličku učinkovitost impelera su različiti gubici. Konkretno, postoje:
1) Broj listova
Za centrifugalne pumpe povećanje broja lopatica općenito može poboljšati protok tekućine i odgovarajuće povećati visinu pumpe. Međutim, povećanje broja lopatica smanjit će područje protoka kanala, što dovodi do povećanja brzine protoka i gubitka lopatica zbog trenja.
Stoga, pretjerano povećanje broja lopatica ne samo da smanjuje učinkovitost i pogoršava kavitacijske performanse impelera, već također može uzrokovati izbočinu na krivulji rada pumpe. Osim toga, povećanje broja lopatica izravnat će uzlazni trend karakteristične krivulje napora (od nazivne točke) do kritične mrtve točke; Naprotiv, kako se broj lopatica smanjuje, krivulja karakteristike glave postaje strmija. Obično se odabire 5-7 lopatica za rotore centrifugalne pumpe s velikim brojem lopatica.
2) Dugi i kratki listovi
Istraživanja su pokazala da će bilo koja kombinacija kratkih i dugih lopatica u rotoru crpke biti korisna za poboljšanje učinkovitosti pumpe, jer može učinkovito spriječiti bilo kakav razvoj strujanja izazvanog neravnomjernom raspodjelom brzine u blizini ulaza rotora.
3) Zakrivljene oštrice
Eksperimenti su pokazali da crpke s upletenim lopaticama imaju veću učinkovitost blizu projektirane radne točke i u područjima visokog protoka u usporedbi s crpkama sa zakrivljenim lopaticama. U isto vrijeme, crpke s upletenim lopaticama imaju veću visinu u kritičnoj točki od onih sa zakrivljenim lopaticama (što može promijeniti uzlazni trend krivulje karakteristične visine u kritičnoj točki, posebno za centrifugalne crpke male specifične brzine, koje mogu učinkovito poboljšati/ukloniti neravnine).
4) Promjer izlaza rotora
Norma API 610 ne dopušta pumpama da postignu maksimalni promjer rotora i zahtijeva rezanje rotora kako bi se zadovoljile potrebne performanse crpke. Ako je izbor crpki prevelik, rezanje rotora je relativno ekonomična i učinkovita metoda za smanjenje generiranog tlaka i protoka. Iako je rezanje rotora učinkovitije od upotrebe prigušnog ventila za ispunjavanje potrebnih radnih uvjeta, njegova je učinkovitost obično niža od učinkovitosti rotora pune-veličine jer se lopatice rotora skraćuju i razmak između lopatica rotora i kućišta pumpe se povećava.
Za rotore s radijalnim protokom, njihov promjer ne bi trebao biti smanjen na više od 70% najvećeg projektiranog promjera. Smanjenje promjera impelera pumpe također će promijeniti širinu izlaznog kanala, izlazni kut lopatice i duljinu lopatice. Što se promjer rotora više smanjuje od maksimalnog promjera, to će se više učinkovitost pumpe smanjivati s rezanjem rotora, a najviša točka učinkovitosti pomaknut će se prema nižim brzinama protoka.
3. Utjecaj ostalih parametara na rad crpke
1) Širina lopatica impelera
Kako se širina lopatice povećava, tlak tekućine se smanjuje, tako da će se visina smanjiti s povećanjem širine lopatice rotora; Učinak širine lopatice na učinkovitost točke optimalne učinkovitosti obično nije značajan (kako se širina lopatice povećava, učinkovitost točke optimalne učinkovitosti može malo porasti), ali zona visoke-učinkovitosti pomaknut će se prema nižim brzinama protoka kako se širina lopatice smanjuje. Utjecaj učinkovitosti je značajniji pri većim volumetrijskim brzinama protoka, drugim riječima, kako se širina lopatice povećava, krivulja učinkovitosti se brzo smanjuje desno od točke optimalne učinkovitosti.
2) Kut izlazne lopatice impelera
Što je veći kut izlazne lopatice, veća je visina pri određenoj brzini, ali po cijenu niže učinkovitosti i performansi trošenja. Niži izlazni kut lopatice povećava učinkovitost i duljinu lopatice, ali po cijenu smanjenja visine. Stoga, izvozni kut oštrice obično treba optimizirati kako bi se postigla ravnoteža ovih čimbenika. Napor se povećava s povećanjem kuta izlazne lopatice, što se može objasniti povećanjem veličine poprečnog-presjeka izlaznog otvora u odnosu na povećani kut izlazne lopatice, što rezultira smanjenjem pada tlaka tekućine u kanalu protoka između lopatica.
Studija sugerira da maksimalna vrijednost učinkovitosti opada s povećanjem kuta izlazne lopatice. Kada je kut izlazne lopatice mali, učinkovitost crpke s desne strane točke najveće učinkovitosti brzo će se smanjiti.
3) Lopatica razdjelnika na izlazu rotora
Dodavanje razdjelnih lopatica na izlaznoj strani impelera povećat će visinu crpke i hidrauličku učinkovitost, a povećanje visine i učinkovitosti bit će veći što se duljina razdjelnih lopatica povećava. Duljina lopatica cjepača obično ne prelazi 0,5 puta izvornu duljinu lopatica, ovisno o veličini impelera, obliku lopatica i broju lopatica.
4) Podrezivanje izlaznog ruba lopatice rotora
Brušenje stražnje strane izlaznih lopatica rotora proširuje područje kanala protoka na izlazu rotora, čime se povećava brzina protoka rotora. Kako se područje izlaznog kanala širi, visina će se također povećati, a točka optimalne učinkovitosti crpke pomaknut će se prema strani visokog protoka.
