Якщо потрібно оптимізувати конструкцію робочих коліс відцентрових насосів. Тому необхідно уточнити мету оптимізації: покращити ефективність інгаляції? Підвищити ефективність насоса? Відрегулюйте амплітуду зростання кривої Q-H... а потім оптимізуйте її відповідно до конкретних потреб. Основним гідравлічним компонентом, який впливає на продуктивність відцентрових насосів, є робоче колесо, на додаток до компонентів потоку, таких як спіралі/направляючі лопатки, які підходять до нього.
Механіка рідини є напівтеоретичною та напівемпіричною дисципліною, і досі існує багато областей, які не можна точно спроектувати, змоделювати та передбачити, наприклад, неможливість точно змоделювати справжній стан потоку рідин та їх вплив на продуктивність насоса за різних структур, температур і середовищ, що перекачуються. Тому ця стаття може лише коротко пояснити, як оптимізувати робоче колесо відцентрового насоса, щоб покращити його всмоктувальну та гідравлічну продуктивність з якісної точки зору в поєднанні з досвідом. Тільки для довідки.
1. Поліпшити ефективність інгаляції
Існує два типи згинання лопатей робочого колеса: згинання вперед і згинання назад. Завдяки своїй ефективності в максимізації потужності, додаванні високої сили обертання рідині та запобіганні розділенню потоку, відцентрові насоси зазвичай використовують робочі колеса із задніми вигнутими лопатями.
Що стосується корпусу насоса, на кавітацію та продуктивність всмоктування насоса значною мірою впливають геометрична форма та площа входу робочого колеса. Багато геометричних факторів на вході робочого колеса можуть впливати на кавітацію, наприклад діаметр вхідного отвору та втулки, кут входу лопаті та кут падіння потоку вище за течією, кількість і товщина лопаті, площа горловини лопаті, шорсткість поверхні, профіль передньої кромки лопаті тощо. Крім того, це також пов’язано із зовнішнім діаметром лопатей робочого колеса та розміром зазору між направляючими лопатями (для направляючих пластинчастих насосів) або спіральні (для спіральних насосів).
1) Вхідний діаметр/вхідна площа робочого колеса
Щоб покращити продуктивність всмоктування відцентрових насосів, розробники зазвичай досягають цього шляхом збільшення вхідного діаметра робочого колеса. Сьогодні цей метод проектування все ще використовується в інженерному проектуванні відцентрових насосів.
Коли діаметр валу однаковий і зазор діаметра в гирловому кільці робочого колеса однаковий, тим краща продуктивність всмоктування (чим більша площа вхідного отвору робочого колеса, тим вище значення питомої швидкості всмоктування), тим більша площа зазору в гирловому кільці робочого колеса, що означає, що обсяг витоку більший, а ефективність насоса нижча.
Однак для методу покращення продуктивності всмоктування шляхом збільшення вхідного діаметра робочого колеса особливу увагу слід приділити:
Не допускається, щоб питома швидкість всмоктування значно перевищувала значення, зазначені у відповідних стандартах і специфікаціях, інакше це призведе до вузького стабільного робочого діапазону насоса.
2) Форма переднього краю леза
Задовольняючи механічні та виробничі обмеження товщини лопаті передньої кромки, застосування параболічного профілю може покращити продуктивність всмоктування робочого колеса. Потужність всмоктування еліптичного контуру є другою, і ця форма є контуром за замовчуванням для передньої кромки, оскільки вона може легко відповідати механічним і виробничим обмеженням товщини передньої кромки леза.
3) Радіус кривизни вхідної частини кришки робочого колеса
Через відцентрову силу, що діє на потік рідини на вході робочого колеса в точці повороту, тиск низький, а швидкість потоку висока поблизу передньої кришки, що призводить до нерівномірного розподілу швидкості на вході робочого колеса. Відповідне збільшення радіуса кривизни вхідної частини кришки є корисним для зменшення абсолютної швидкості на передній кришкі (трохи попереду вхідного отвору лопаті) і покращення рівномірності розподілу швидкості, зменшення перепаду тиску на вході насоса, тим самим зменшуючи NPSHR і покращуючи антикавітаційні характеристики насоса.
4) Положення вхідного краю лопаті та форма вхідної частини
Вхідний край лопаті тягнеться збоку до всмоктувального отвору за допомогою загнутої назад вхідної кромки лопаті (вхідний край не знаходиться на одній осі, а зовнішній край зміщений на певний кут назад), що дозволяє потоку рідини на стороні втулки сприймати дію лопаті заздалегідь і збільшувати тиск.
Вхідний край леза висувається вперед і нахиляється, викликаючи різні окружні швидкості в кожній точці. Як правило, осьова швидкість розподіляється приблизно рівномірно вздовж краю входу, що призводить до різних відносних кутів потоку в кожній точці краю входу. Щоб задовольнити цю ситуацію потоку та зменшити втрати від удару, впускний отвір лопаті повинен мати просторово закручену форму, тому багато -вхідних частин лопаті робочого колеса з низькою швидкістю також виготовляються у вигляді скручених лопатей.
5) Вхідний кут леза
Конструктивна умова передбачає дещо більший позитивний кут атаки, щоб збільшити вхідний кут лопатей, зменшити вигин на вході лопатей, зменшити зміщення лопатей, збільшити вхідну площу потоку лопатей і, таким чином, покращити ефективність всмоктування. У той же час це також покращить робоче середовище в умовах великого трафіку, щоб зменшити втрати трафіку. Однак кут атаки не повинен бути занадто великим, інакше це позначиться на ефективності.
6) Товщина та гладкість входу леза
Належним чином зменшіть товщину вхідного отвору лопаті та закругліть його, щоб надати йому обтічної форми. Зменшення товщини лопаті не тільки розширює площу всмоктувального каналу крильчатки, зменшує швидкість потоку і підвищує тиск (форма вхідного отвору лопаті дуже чутлива до падіння тиску), але також покращує гладкість поверхні крильчатки і вхідного отвору лопаті, зменшуючи втрати опору. Усі ці заходи є корисними для покращення продуктивності всмоктування насоса.
7) Отвір балансу
Балансовий отвір на крильчатці має певний руйнівний вплив на основний потік, що надходить у крильчатку через витік (площа балансирного отвору не повинна бути меншою, ніж у 5 разів більше площі ущільнювального зазору, щоб зменшити швидкість потоку витоку та таким чином мінімізувати вплив на основний потік). Дослідження показали, що коли на робочому колесі відкривається отвір балансування, інтенсивність завихрення за робочим колесом зменшується, а деякі завихрення можуть навіть зникнути, покращуючи ефективність всмоктування насоса.
8) Діаметр вихідного отвору робочого колеса
Невелике зменшення діаметра робочого колеса лише трохи збільшить NPSHR. Але коли діаметр зменшується на 5-10%, NPSHR значно збільшиться, оскільки зменшення довжини лопаті збільшить питомі навантаження на лопаті, тим самим впливаючи на розподіл швидкості на вході в робоче колесо.
Примітки:
1) Намагайтеся уникати використання методу збільшення вхідної площі крильчатки для покращення продуктивності всмоктування та уникайте значного перевищення питомої швидкості всмоктування, інакше можна легко спричинити рефлюкс на вході та розширити нестабільну робочу зону насоса.
2) Слід уникати появи кавітації синдрому лезового каналу. Цей тип кавітаційного пошкодження спричинений малим зазором між направляючими лопатками (для насосів з напрямними лопатями) або спіральними пластинами (для спіральних насосів) і зовнішнім діаметром лопатей робочого колеса. Коли рідина тече через невеликий канал, збільшення швидкості рідини спричиняє зниження тиску рідини, локальне випаровування та утворення бульбашок, які потім розриваються при більш високому тиску, що призводить до кавітації.
2. Поліпшення гідравлічних характеристик
Є багато факторів, які впливають на гідравлічну продуктивність насосів, і основними факторами, які впливають на гідравлічну ефективність робочих коліс, є різні втрати. Зокрема, є:
1) Кількість листків
Для відцентрових насосів збільшення кількості лопатей загалом може покращити потік рідини та відповідним чином збільшити напор насоса. Однак збільшення кількості лопатей зменшить площу потоку каналу, що призведе до збільшення швидкості потоку та втрат на тертя лопатей.
Таким чином, надмірне збільшення кількості лопатей не тільки знижує ефективність і погіршує кавітаційні характеристики робочого колеса, але також може спричинити горб на кривій продуктивності насоса. Крім того, збільшення кількості лопатей вирівняє тенденцію до зростання кривої характеристики напору (від номінальної точки) до критичної мертвої точки; Навпаки, зі зменшенням кількості лопатей характерна крива напору стає крутішою. Зазвичай для робочих коліс відцентрових насосів з великою кількістю лопатей вибирають 5-7 лопатей.
2) Довге і коротке листя
Дослідження показали, що будь-яка комбінація коротких і довгих лопатей у робочому колесі насоса буде корисною для підвищення ефективності насоса, оскільки вона може ефективно запобігати будь-якому розвитку потоку сліду, спричиненого нерівномірним розподілом швидкості поблизу входу робочого колеса.
3) Кручені леза
Експерименти показали, що насоси з крученими лопатями мають вищу ефективність поблизу проектної робочої точки та в зонах високої витрати порівняно з насосами з вигнутими лопатями. У той же час насоси з крученими лопатями мають вищий напір у критичній точці, ніж насоси з вигнутими лопатями (що може змінити тенденцію до підвищення кривої характеристики напору в критичній точці, особливо для відцентрових насосів з низькою питомою швидкістю, які можуть ефективно покращити/усунути горби).
4) Вихідний діаметр робочого колеса
Стандарт API 610 не дозволяє насосам досягати максимального діаметра робочого колеса та вимагає обрізати робоче колесо, щоб відповідати необхідній продуктивності насоса. Якщо вибір насосів занадто великий, відрізання робочого колеса є відносно економічним і ефективним методом зниження тиску та потоку, що створюється. Хоча зрізання робочого колеса є більш ефективним, ніж використання дросельного клапана для забезпечення необхідних робочих умов, його ефективність зазвичай нижча, ніж ефективність повнорозмірного робочого колеса, оскільки лопаті робочого колеса вкорочуються, а проміжок між лопатями робочого колеса та корпусом насоса збільшується.
Для робочих коліс з радіальним потоком їх діаметр не повинен бути зменшений більше ніж на 70% від максимального проектного діаметра. Зменшення діаметра крильчатки насоса також змінить ширину випускного каналу, вихідний кут лопаті та довжину лопаті. Чим більше діаметр робочого колеса зменшується від максимального діаметра, тим більше знижуватиметься ефективність насоса з відрізанням робочого колеса, а найвища точка ефективності зміститься в бік менших витрат.
3. Вплив інших параметрів на продуктивність насоса
1) Ширина лопаті робочого колеса
Зі збільшенням ширини лопаті тиск рідини зменшується, тому напір зменшуватиметься зі збільшенням ширини лопаті робочого колеса; Вплив ширини лопаті на ефективність точки оптимальної ефективності зазвичай незначний (зі збільшенням ширини лопаті ефективність точки оптимальної ефективності може дещо зрости), але зона високої-ефективності зміщуватиметься в бік нижчих витрат із зменшенням ширини лопаті. Вплив ефективності є більш значним при більшій об’ємній швидкості потоку, іншими словами, зі збільшенням ширини лопаті крива ефективності швидко знижується праворуч від точки оптимальної ефективності.
2) Кут вихідної лопаті робочого колеса
Чим більший кут випускної лопаті, тим вищий напір при даній швидкості, але ціною меншої ефективності та зносостійкості. Менший кут випускної лопаті збільшує ефективність і довжину лопаті, але за рахунок зменшення напору. Тому кут експортного леза зазвичай потрібно оптимізувати, щоб досягти балансу цих факторів. Напір збільшується зі збільшенням кута вихідної лопаті, що можна пояснити збільшенням розміру поперечного-перерізу випускного отвору відносно збільшення кута вихідної лопаті, що призводить до зменшення перепаду тиску рідини в каналі потоку між лопатями.
Дослідження показує, що максимальне значення ефективності зменшується зі збільшенням кута вихідної лопаті. Коли кут випускної лопаті малий, ефективність насоса з правого боку від найвищої точки ефективності швидко зменшиться.
3) Лопатка вихідного отвору робочого колеса
Додавання роздільних лопатей на стороні випуску робочого колеса збільшить напір насоса та гідравлічну ефективність, а збільшення напору та ефективності буде більшим, оскільки збільшується довжина роздільних лопатей. Довжина лопатей розсікача зазвичай не перевищує 0,5 початкової довжини лопатей, залежно від розміру робочого колеса, форми лопатей і кількості лопатей.
4) Обрізка вихідного краю лопаті робочого колеса
Шліфування задньої частини вихідних лопатей робочого колеса розширює площу каналу потоку вихідного отвору робочого колеса, тим самим збільшуючи швидкість потоку робочого колеса. У міру розширення площі випускного каналу напір також буде збільшуватися, а точка оптимальної ефективності насоса зміститься в бік високого потоку.
