Ak chcete optimalizovať konštrukciu obežných kolies odstredivých čerpadiel. Preto je potrebné objasniť účel optimalizácie: zlepšiť inhalačný výkon? Zlepšiť účinnosť čerpadla? Upravte amplitúdu vzostupu krivky Q-H... a potom ju optimalizujte podľa konkrétnych potrieb. Hlavným hydraulickým komponentom, ktorý ovplyvňuje výkon odstredivých čerpadiel, je obežné koleso, okrem prietokových komponentov, ako sú špirály/rozvádzacie lopatky, ktoré sú s ním zladené.
Mechanika tekutín je polo teoretická a poloempirická disciplína a stále existuje veľa oblastí, ktoré nemožno presne navrhnúť, simulovať a predpovedať, ako napríklad nemožnosť presne simulovať skutočný stav prúdenia tekutín a ich vplyv na výkon čerpadla pri rôznych štruktúrach, teplotách a čerpaných médiách. Preto tento článok môže len stručne vysvetliť, ako optimalizovať obežné koleso odstredivého čerpadla na zlepšenie jeho sacieho a hydraulického výkonu z kvalitatívneho hľadiska v kombinácii so skúsenosťami. Len pre informáciu.
1. Zlepšite výkon pri inhalácii
Existujú dva typy ohýbania lopatiek obežného kolesa: ohýbanie dopredu a ohýbanie dozadu. Vďaka svojej účinnosti pri maximalizácii výkonu, prenášaní vysokej rotačnej sily na kvapalinu a zabráneniu separácie toku, odstredivé čerpadlá zvyčajne používajú zadné obežné kolesá so zakrivenými lopatkami.
V prípade telesa čerpadla sú kavitačné správanie a sací výkon čerpadla do značnej miery ovplyvnené geometrickým tvarom a plochou vstupu obežného kolesa. Kavitáciu môže ovplyvniť mnoho geometrických faktorov na vstupe obežného kolesa, ako je priemer vtoku a náboja, uhol vtoku lopatky a uhol dopadu toku pred prúdom, počet a hrúbka lopatky, plocha hrdla lopatky, drsnosť povrchu, profil prednej hrany lopatky atď. Okrem toho to súvisí aj s vonkajším priemerom lopatiek obežného kolesa a veľkosťou medzery medzi vodiacimi lopatkami (pre lopatkové čerpadlá) alebo špirály.
1) Vstupný priemer / vstupná plocha obežného kolesa
Aby sa zlepšil sací výkon odstredivých čerpadiel, konštruktéri to vo všeobecnosti dosahujú zväčšením vstupného priemeru obežného kolesa. Dnes sa táto konštrukčná metóda stále používa pri konštrukčnom návrhu odstredivých čerpadiel.
Keď je priemer hriadeľa rovnaký a vôľa priemeru v ústnom krúžku obežného kolesa je rovnaká, tým lepší je sací výkon (čím väčšia je vstupná plocha obežného kolesa, tým vyššia je hodnota špecifickej rýchlosti nasávania), tým väčšia je vôľa pri krúžku ústia obežného kolesa, čo znamená, že množstvo úniku je väčšie a účinnosť čerpadla je nižšia.
Pri metóde zlepšenia sacieho výkonu zväčšením vstupného priemeru obežného kolesa je však potrebné venovať osobitnú pozornosť:
Nie je dovolené spôsobiť, že hodnota špecifickej rýchlosti nasávania výrazne prekročí hodnoty uvedené v príslušných normách a špecifikáciách, inak to bude mať za následok úzky stabilný prevádzkový rozsah čerpadla.
2) Tvar prednej hrany čepele
Splnením mechanických a výrobných obmedzení hrúbky lopatky prednej hrany môže použitie parabolického profilu zlepšiť sací výkon obežného kolesa. Sací výkon eliptického obrysu je na druhom mieste a tento tvar je predvoleným výberom obrysu prednej hrany, pretože môže ľahko splniť mechanické a výrobné obmedzenia hrúbky prednej hrany čepele.
3) Polomer zakrivenia vstupnej časti krycej dosky obežného kolesa
V dôsledku odstredivej sily pôsobiacej na prietok kvapaliny na vstupe obežného kolesa v bode otáčania je tlak nízky a rýchlosť prúdenia je vysoká v blízkosti prednej krycej dosky, čo má za následok nerovnomerné rozloženie rýchlosti na vstupe obežného kolesa. Primerané zväčšenie polomeru zakrivenia vstupnej časti krycej dosky je prospešné pre zníženie absolútnej rýchlosti na prednej krycej doske (mierne pred vstupom lopatky) a zlepšenie rovnomernosti rozloženia rýchlosti, zníženie poklesu tlaku na vstupnej časti čerpadla, čím sa zníži NPSHR a zlepší sa antikavitačný výkon čerpadla.
4) Poloha vstupnej hrany lopatky a tvar vstupnej časti
Vstupná hrana lopatky sa rozprestiera laterálne smerom k saciemu otvoru pomocou zahnutej zadnej vstupnej hrany lopatky (vstupná hrana nie je na rovnakej osi a vonkajšia hrana je posunutá o určitý uhol dozadu), čo umožňuje prietoku kvapaliny na strane náboja vopred prijať činnosť lopatky a zvýšiť tlak.
Vstupná hrana čepele sa vysúva dopredu a nakláňa, čo spôsobuje rôzne obvodové rýchlosti v každom bode. Vo všeobecnosti je axiálna rýchlosť rozložená približne rovnomerne pozdĺž vstupnej hrany, čo vedie k rôznym relatívnym uhlom prúdenia v každom bode na vstupnej hrane. Aby sa vyhovelo tejto situácii prúdenia a znížili sa straty pri náraze, vstupná časť lopatky by mala mať priestorovo skrútený tvar, čo je dôvod, prečo sú mnohé časti vstupu lopatky obežného kolesa s nízkou rýchlosťou otáčania tiež vyrobené ako skrútené lopatky.
5) Vstupný uhol lopatky
Konštrukčný stav využíva o niečo väčší kladný uhol nábehu, aby sa zväčšil vstupný uhol lopatiek, znížilo sa ohýbanie na vstupe lopatiek, znížil sa posun lopatiek, zväčšila sa plocha vstupného prietoku lopatiek, a tým sa zlepšil sací výkon. Zároveň tiež zlepší prevádzkové prostredie pri vysokej premávke, aby sa znížili straty na doprave. Uhol nábehu by však nemal byť príliš veľký, inak to ovplyvní účinnosť.
6) Hrúbka a hladkosť vstupu čepele
Vhodne znížte hrúbku vstupu čepele a zaoblite ju, aby sa priblížila k prúdnicovému tvaru. Zmenšením hrúbky lopatky sa nielen zväčšuje plocha sacieho kanála obežného kolesa, znižuje sa rýchlosť prúdenia a zvyšuje sa tlak (tvar vstupu lopatky je vysoko citlivý na pokles tlaku), ale zároveň sa zlepšuje hladkosť povrchu obežného kolesa a vstupu lopatky, čím sa znižujú straty odporu. Všetky tieto opatrenia sú prospešné pre zlepšenie sacieho výkonu čerpadla.
7) Vyvažovací otvor
Vyvažovací otvor na obežnom kolese má určitý deštruktívny účinok na hlavný prúd vstupujúci do obežného kolesa v dôsledku netesnosti (plocha vyrovnávacieho otvoru by nemala byť menšia ako 5-násobok plochy tesniacej medzery, aby sa znížil prietok pri úniku a tým sa minimalizoval vplyv na hlavný tok). Výskum ukázal, že keď sa na obežnom kolese otvorí vyvažovací otvor, intenzita vírov za obežným kolesom sa zníži a niektoré víry môžu dokonca zmiznúť, čím sa zlepší sací výkon čerpadla.
8) Priemer výstupu obežného kolesa
Malý pokles priemeru obežného kolesa len mierne zvýši NPSHR. Ale keď sa priemer zníži o 5% až 10%, NPSHR sa výrazne zvýši, pretože zníženie dĺžky lopatky zvýši špecifické zaťaženie lopatky, čím sa ovplyvní distribúcia rýchlosti na vstupe obežného kolesa.
Poznámky:
1) Pokúste sa vyhnúť použitiu metódy zväčšovania vstupnej plochy obežného kolesa na zlepšenie sacieho výkonu a vyhýbajte sa vážnemu prekročeniu špecifickej rýchlosti nasávania, inak je ľahké spôsobiť spätný tok na vstupe a rozšíriť nestabilnú prevádzkovú oblasť čerpadla.
2) Malo by sa zabrániť výskytu kavitácie syndrómu lopatkového kanála. Tento typ kavitačného poškodenia je spôsobený malou medzerou medzi vodiacimi lopatkami (pre vodiace lopatkové čerpadlá) alebo špirálami (pre špirálové čerpadlá) a vonkajším priemerom lopatiek obežného kolesa. Keď kvapalina prúdi cez malý kanál, zvýšenie rýchlosti kvapaliny spôsobí zníženie tlaku kvapaliny, lokálne odparovanie a tvorbu bublín, ktoré potom prasknú pri vyšších tlakoch, čo vedie ku kavitácii.
2. Zlepšite hydraulický výkon
Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú hydraulický výkon čerpadiel a hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú hydraulickú účinnosť obežných kolies, sú rôzne straty. Konkrétne ide o:
1) Počet listov
V prípade odstredivých čerpadiel môže zvýšenie počtu lopatiek vo všeobecnosti zlepšiť tok kvapaliny a primerane zvýšiť hlavu čerpadla. Zvýšenie počtu lopatiek však zníži prietokovú plochu kanála, čo povedie k zvýšeniu rýchlosti toku a strate lopatiek trením.
Preto nadmerné zvýšenie počtu lopatiek nielen znižuje účinnosť a zhoršuje kavitačný výkon obežného kolesa, ale môže tiež spôsobiť hrb vo výkonovej krivke čerpadla. Okrem toho zvýšenie počtu lopatiek vyrovná stúpajúci trend charakteristickej krivky hlavy (od menovitého bodu) ku kritickému mŕtvemu bodu; Naopak, s klesajúcim počtom lopatiek sa charakteristika hlavy stáva strmšou. Zvyčajne sa pre obežné kolesá odstredivých čerpadiel s veľkým počtom lopatiek vyberá 5-7 lopatiek.
2) Dlhé a krátke listy
Výskum ukázal, že akákoľvek kombinácia krátkych a dlhých lopatiek v obežnom kolese čerpadla bude prospešná pre zlepšenie účinnosti čerpadla, pretože môže účinne zabrániť akémukoľvek vývoju prúdenia v dôsledku nerovnomerného rozloženia rýchlosti v blízkosti vstupu obežného kolesa.
3) Skrútené čepele
Experimenty ukázali, že čerpadlá so skrútenými lopatkami majú vyššiu účinnosť v blízkosti konštrukčného pracovného bodu a v oblastiach s vysokým prietokom v porovnaní s čerpadlami so zakrivenými lopatkami. Čerpadlá so skrútenými lopatkami majú zároveň vyššiu dopravnú výšku v kritickom bode ako tie so zakrivenými lopatkami (čo môže zmeniť stúpajúci trend krivky hlavy v kritickom bode, najmä pre odstredivé čerpadlá s nízkou špecifickou rýchlosťou, čo môže efektívne zlepšiť/eliminovať hrbole).
4) Priemer výstupu obežného kolesa
Norma API 610 neumožňuje čerpadlám dosiahnuť maximálny priemer obežného kolesa a vyžaduje orezanie obežného kolesa, aby spĺňalo požadovaný výkon čerpadla. Ak je výber čerpadla príliš veľký, rezanie obežného kolesa je relatívne ekonomická a účinná metóda na zníženie vytvoreného tlaku a prietoku. Hoci rezanie obežného kolesa je na splnenie požadovaných prevádzkových podmienok efektívnejšie ako použitie škrtiacej klapky, jeho účinnosť je zvyčajne nižšia ako účinnosť obežného kolesa plnej-veľkosti, pretože lopatky obežného kolesa sú skrátené a medzera medzi lopatkami obežného kolesa a telesom čerpadla sa zväčšuje.
V prípade obežných kolies s radiálnym prietokom by sa ich priemer nemal zmenšiť na viac ako 70 % maximálneho konštrukčného priemeru. Zmenšením priemeru obežného kolesa čerpadla sa zmení aj šírka výstupného kanála, uhol výstupu lopatky a dĺžka lopatky. Čím viac sa priemer obežného kolesa zmenšuje od maximálneho priemeru, tým viac sa zníži účinnosť čerpadla s rezaním obežného kolesa a bod najvyššej účinnosti sa posunie smerom k nižším prietokom.
3. Vplyv iných parametrov na výkon čerpadla
1) Šírka lopatky obežného kolesa
Keď sa šírka lopatky zväčší, tlak kvapaliny sa zníži, takže hlava sa zníži so šírkou lopatky obežného kolesa; Vplyv šírky lopatky na účinnosť bodu optimálnej účinnosti zvyčajne nie je významný (ako sa šírka lopatky zväčšuje, účinnosť bodu optimálnej účinnosti sa môže mierne zvýšiť), ale zóna vysokej{0}}účinnosti sa pri znižovaní šírky lopatky posunie smerom k nižším prietokom. Vplyv účinnosti je výraznejší pri väčších objemových prietokoch, inými slovami, ako sa zväčšuje šírka lopatky, krivka účinnosti rýchlo klesá vpravo od bodu optimálnej účinnosti.
2) Uhol výstupnej lopatky obežného kolesa
Čím väčší je uhol výstupnej lopatky, tým vyššia je hlava pri danej rýchlosti, ale za cenu nižšej účinnosti a výkonu pri opotrebovaní. Nižší uhol výstupnej lopatky zvyšuje účinnosť a dĺžku lopatky, ale za cenu zníženia hlavy. Preto je zvyčajne potrebné optimalizovať uhol exportnej lopatky, aby sa dosiahla rovnováha medzi týmito faktormi. Hlava sa zväčšuje so zvyšovaním uhla výstupnej lopatky, čo možno vysvetliť zväčšením veľkosti prierezu výstupného- profilu vzhľadom na zväčšený uhol výstupnej lopatky, čo vedie k zníženiu poklesu tlaku kvapaliny v prietokovom kanáli medzi lopatkami.
Štúdia naznačuje, že maximálna hodnota účinnosti klesá so zvyšovaním uhla výstupnej lopatky. Keď je uhol výstupnej lopatky malý, účinnosť čerpadla na pravej strane bodu najvyššej účinnosti sa rýchlo zníži.
3) Rozdeľovacia čepeľ výstupného obežného kolesa
Pridaním rozdeľovacích lopatiek na výstupnú stranu obežného kolesa sa zvýši hlava čerpadla a hydraulická účinnosť a zvýšenie hlavy a účinnosti bude väčšie, keď sa zväčší dĺžka rozdeľovacích lopatiek. Dĺžka lopatiek štiepačky zvyčajne nepresahuje 0,5 násobok pôvodnej dĺžky lopatiek, v závislosti od veľkosti obežného kolesa, tvaru lopatiek a počtu lopatiek.
4) Orezanie výstupnej hrany lopatky obežného kolesa
Brúsenie zadnej strany výstupných lopatiek obežného kolesa rozširuje oblasť prietokového kanála výstupu obežného kolesa, čím sa zvyšuje prietok obežného kolesa. Keď sa oblasť výstupného kanála zväčší, zvýši sa aj dopravná výška a bod optimálnej účinnosti čerpadla sa posunie smerom k strane vysokého prietoku.