Hvis du ønsker at optimere designet af centrifugalpumpehjul. Derfor er det nødvendigt at præcisere formålet med optimering: at forbedre inhalationsydelsen? Forbedre pumpens effektivitet? Juster stigningsamplituden af Q-H-kurven... og optimer den derefter efter specifikke behov. Den vigtigste hydrauliske komponent, der påvirker centrifugalpumpernes ydeevne, er pumpehjulet, foruden flowkomponenterne som f.eks. spiraler/styreskovle, der er matchet med det.
Væskemekanik er en semi-teoretisk og semi-empirisk disciplin, og der er stadig mange områder, der ikke kan designes, simuleres og forudsiges nøjagtigt, såsom manglende evne til nøjagtigt at simulere væskernes sande strømningstilstand og deres indvirkning på pumpens ydeevne under forskellige strukturer, temperaturer og pumpemedier. Derfor kan denne artikel kun kort forklare, hvordan man optimerer pumpehjulet på en centrifugalpumpe for at forbedre dens suge- og hydrauliske ydeevne fra et kvalitativt perspektiv, kombineret med erfaring. Kun til reference.
1. Forbedre inhalationsydelse
Der er to typer af bøjning for pumpehjulsblade: fremadbøjning og bagudbøjning. På grund af dens effektivitet til at maksimere kraften, give væsken høj rotationskraft og forhindre strømningsseparation, bruger centrifugalpumper typisk bagerste buede skovlhjul.
For pumpelegemet er pumpens kavitationsadfærd og sugeevne i høj grad påvirket af den geometriske form og areal af pumpehjulets indløb. Mange geometriske faktorer ved indløbet af løbehjulet kan påvirke kavitation, såsom indløbs- og navdiameter, bladindløbsvinkel og opstrøms flow-indfaldsvinkel, bladantal og tykkelse, bladhalsareal, overfladeruhed, bladets forkantsprofil osv. Derudover er det også relateret til den ydre diameter af løbehjulsbladene og spaltestørrelsen mellem ledeskovlene (til ledeskovlene) pumper).
1) Indløbsdiameter/indløbsareal af pumpehjul
For at forbedre sugeevnen af centrifugalpumper opnår designere generelt dette ved at øge pumpehjulets indløbsdiameter. I dag bliver denne designmetode stadig brugt i det tekniske design af centrifugalpumper.
Når akseldiameteren er den samme, og diameterfrigangen ved løbehjulsmundringen er den samme, jo bedre er sugeydelsen (jo større løbehjulsindløbsareal, desto højere er den sugespecifikke hastighedsværdi), jo større spillerumsareal ved løbehjulsmundringen, hvilket betyder, at lækagemængden er større, og pumpeeffektiviteten er lavere.
For metoden til at forbedre sugeevnen ved at øge pumpehjulets indløbsdiameter skal der dog lægges særlig vægt på:
Det er ikke tilladt at få den sugespecifikke hastighedsværdi til at overstige de værdier, der er specificeret i relevante standarder og specifikationer, ellers vil det resultere i et snævert stabilt driftsområde for pumpen.
2) Bladets forkantsform
Ved at tilfredsstille de mekaniske og fremstillingsmæssige begrænsninger af bladtykkelsen på forkanten kan en parabolsk profil forbedre pumpehjulets sugeevne. Sugeydelsen af den elliptiske kontur er anden, og denne form er standardkonturvalget for forkanten, da den nemt kan opfylde de mekaniske og fremstillingsmæssige begrænsninger af bladets forkanttykkelse.
3) Krumningsradius af indløbsdelen af pumpehjulets dækplade
På grund af centrifugalkraften, der virker på væskestrømmen ved indløbet af løbehjulet ved vendepunktet, er trykket lavt, og strømningshastigheden er høj nær den forreste dækplade, hvilket resulterer i ujævn hastighedsfordeling ved løbehjulets indløb. En passende forøgelse af krumningsradiusen af indløbsdelen af dækpladen er gavnlig til at reducere den absolutte hastighed ved den forreste dækplade (lidt foran bladindløbet) og forbedre ensartetheden af hastighedsfordelingen, reducere trykfaldet ved pumpens indløbsdel, og derved reducere NPSHR og forbedre anti-kavitationsydelsen af pumpen.
4) Placering af bladets indløbskant og formen på indløbsdelen
Vingens indløbskant strækker sig sideværts mod sugeporten ved hjælp af en tilbagetrukket klingeindløbskant (indløbskanten er ikke på samme akse, og den ydre kant er forskudt med en vis vinkel bagud), hvilket gør det muligt for væskestrømmen på navsiden at modtage bladets virkning på forhånd og øge trykket.
Bladets indløbskant strækker sig fremad og vipper, hvilket forårsager forskellige periferiske hastigheder på hvert punkt. Generelt er den aksiale hastighed fordelt omtrent ensartet langs indløbskanten, hvilket resulterer i forskellige relative strømningsvinkler ved hvert punkt på indløbskanten. For at imødekomme denne strømningssituation og reducere stødtab, bør vingeindløbet laves i en rumligt snoet form, hvilket er grunden til, at mange lav-hjulsbladsindløbsdele også laves om til snoede vinger.
5) Bladets indløbsvinkel
Designtilstanden vedtager en lidt større positiv angrebsvinkel for at øge bladenes indløbsvinkel, reducere bøjningen ved bladenes indløb, reducere forskydningen af bladene, øge bladenes indløbsstrømningsareal og dermed forbedre sugeevnen. Samtidig vil det også forbedre driftsmiljøet under høj trafik for at reducere trafiktab. Angrebsvinklen bør dog ikke være for stor, ellers vil det påvirke effektiviteten.
6) Bladets indløbstykkelse og glathed
Reducer tykkelsen af bladets indløb passende og rund det for at gøre det tættere på en strømlinet form. Reduktion af bladtykkelsen udvider ikke kun arealet af pumpehjulets sugekanal, reducerer strømningshastigheden og øger trykket (formen af vingeindløbet er meget følsom over for trykfald), men forbedrer også overfladeglatheden af pumpehjulet og bladindløbet, hvilket reducerer modstandstab. Disse foranstaltninger er alle gavnlige for at forbedre pumpens sugeevne.
7) Balancehul
Balancehullet på pumpehjulet har en vis destruktiv effekt på hovedstrømmen, der kommer ind i pumpehjulet på grund af lækage (arealet af balancehullet bør ikke være mindre end 5 gange tætningsspaltens område for at reducere lækagestrømningshastigheden og dermed minimere påvirkningen af hovedstrømmen). Forskning har vist, at når et balancehul åbnes på pumpehjulet, vil hvirvelintensiteten bag pumpehjulet falde, og nogle hvirvler kan endda forsvinde, hvilket forbedrer pumpens sugeevne.
8) Impellerens udløbsdiameter
Et lille fald i pumpehjulsdiameter vil kun øge NPSHR en smule. Men når diameteren falder med 5% til 10%, vil NPSHR stige betydeligt, fordi reduktionen i bladlængden vil øge specifikke bladbelastninger og derved påvirke hastighedsfordelingen ved indløbet af pumpehjulet.
Bemærkninger:
1) Prøv at undgå at bruge metoden til at øge pumpehjulets indløbsareal for at forbedre sugeydelsen og undgå alvorligt at overskride den sugespecifikke hastighed, ellers er det let at forårsage indløbsrefluks og udvide pumpens ustabile driftsområde.
2) Forekomsten af blade channel syndrom kavitation bør undgås. Denne type kavitationsskader er forårsaget af det lille mellemrum mellem ledeskovlene (for ledeskovlepumper) eller spåner (for spiralpumper) og den ydre diameter af skovlhjulsbladene. Når væsken strømmer gennem den lille kanal, forårsager stigningen i væskehastigheden et fald i væsketrykket, lokal fordampning og dannelsen af bobler, som derefter brister ved højere tryk, hvilket fører til kavitation.
2. Forbedre den hydrauliske ydeevne
Der er mange faktorer, der påvirker pumpernes hydrauliske ydeevne, og de vigtigste faktorer, der påvirker pumpernes hydrauliske effektivitet, er forskellige tab. Konkret er der:
1) Antal blade
For centrifugalpumper kan en forøgelse af antallet af blade generelt forbedre væskestrømmen og øge pumpehøjden på passende vis. En forøgelse af antallet af blade vil dog reducere kanalens strømningsareal, hvilket fører til en stigning i strømningshastigheden og friktionstab af bladene.
Derfor reducerer overdreven stigning i antallet af blade ikke kun effektiviteten og forringer løbehjulets kavitationsydelse, men kan også forårsage en pukkel i pumpens ydeevnekurve. Derudover vil en stigning i antallet af blade udjævne den opadgående tendens af hovedets karakteristiske kurve (fra det nominelle punkt) til det kritiske dødpunkt; Tværtimod, efterhånden som antallet af blade falder, bliver hovedets karakteristiske kurve stejlere. Normalt vælges 5-7 vinger til centrifugalpumpehjul med et stort antal vinger.
2) Lange og korte blade
Forskning har vist, at enhver kombination af korte og lange blade i et pumpehjul vil være gavnligt for at forbedre pumpens effektivitet, da det effektivt kan forhindre enhver udvikling af vågestrøm forårsaget af ujævn hastighedsfordeling nær pumpehjulets indløb.
3) Snoede klinger
Eksperimenter har vist, at pumper med snoede skovle har højere effektivitet nær designdriftspunktet og i områder med høj flow sammenlignet med pumper med buede vinger. Samtidig har pumper med snoede blade en højere løftehøjde på det kritiske punkt end dem med buede blade (hvilket kan ændre den opadgående tendens af hovedkarakteristikken på det kritiske punkt, især for centrifugalpumper med lav specifik hastighed, som effektivt kan forbedre/eliminere pukler).
4) Impellerens udløbsdiameter
API 610-standarden tillader ikke, at pumper når den maksimale pumpehjulsdiameter og kræver, at pumpehjulet skæres over for at opfylde pumpens påkrævede ydeevne. Hvis pumpeudvalget er for stort, er skæring af pumpehjulet en relativt økonomisk og effektiv metode til at reducere det genererede tryk og flow. Selvom skæring af pumpehjulet er mere effektivt end at bruge en gasspjældsventil til at opfylde de påkrævede driftsbetingelser, er dens effektivitet normalt lavere end for et pumpehjul i fuld-størrelse, fordi pumpehjulsbladene forkortes, og afstanden mellem pumpehjulsbladene og pumpehuset øges.
For løbehjul med radial flow bør deres diameter ikke reduceres til mere end 70 % af den maksimale designdiameter. Reduktionen af pumpehjulsdiameteren vil også ændre udløbskanalens bredde, bladets udløbsvinkel og bladlængden. Jo mere pumpehjulsdiameteren falder fra den maksimale diameter, jo mere vil pumpeeffektiviteten falde ved skæring af pumpehjulet, og det højeste effektivitetspunkt vil skifte mod lavere strømningshastigheder.
3. Andre parametres indflydelse på pumpens ydeevne
1) Løbehjulets bladbredde
Efterhånden som vingebredden øges, falder væsketrykket, så hovedet vil falde med forøgelsen af pumpehjulsbladets bredde; Effekten af vingebredden på effektiviteten af det optimale effektivitetspunkt er normalt ikke signifikant (efterhånden som vingebredden øges, kan effektiviteten af det optimale effektivitetspunkt øges lidt), men zonen med høj-effektivitet vil skifte mod lavere strømningshastigheder, efterhånden som vingebredden falder. Effekten af effektiviteten er mere signifikant ved større volumetriske flowhastigheder, med andre ord, efterhånden som vingebredden øges, falder effektivitetskurven hurtigt til højre for det optimale effektivitetspunkt.
2) Vinkel for pumpehjulets udløbsblad
Jo større udløbsbladvinklen er, jo højere er hovedet ved en given hastighed, men på bekostning af lavere effektivitet og slidydelse. Den nedre udløbsbladvinkel øger effektiviteten og bladlængden, men på bekostning af at reducere hovedet. Derfor skal eksportbladvinklen normalt optimeres for at opnå en balance mellem disse faktorer. Hovedet øges med stigningen af udløbsbladvinklen, hvilket kan forklares ved stigningen i udløbstværsnitsstørrelsen i forhold til den øgede udløbsbladvinkel, hvilket resulterer i et fald i væsketrykfaldet i strømningskanalen mellem bladene.
Undersøgelsen tyder på, at den maksimale effektivitetsværdi falder med stigningen af udløbsbladets vinkel. Når udløbsbladets vinkel er lille, vil effektiviteten af pumpen på højre side af det højeste effektivitetspunkt hurtigt falde.
3) Løbehjulsudløbssplitterblad
Tilføjelse af splitterblade på udløbssiden af pumpehjulet vil øge pumpens løftehøjde og hydrauliske effektivitet, og stigningen i løftehøjde og effektivitet vil være større, efterhånden som længden af splitterbladene øges. Længden af skærebladene overstiger normalt ikke 0,5 gange den oprindelige bladlængde, afhængigt af pumpehjulets størrelse, bladenes form og antallet af blade.
4) Trimning af pumpehjulets udløbskant
Slibning af bagsiden af løbehjulets udløbsblade udvider strømningskanalarealet af løbehjulsudløbet og øger derved løbehjulets strømningshastighed. Efterhånden som udløbskanalområdet udvides, vil løftehøjden også stige, og pumpens optimale effektivitetspunkt vil flytte sig mod højflowsiden.