Если вы хотите оптимизировать конструкцию рабочих колес центробежных насосов. Поэтому необходимо уточнить цель оптимизации: улучшить производительность ингаляции? Повысить эффективность насоса? Отрегулируйте амплитуду подъема кривой Q-H... а затем оптимизируйте ее в соответствии с конкретными потребностями. Основным гидравлическим компонентом, влияющим на производительность центробежных насосов, является рабочее колесо, а также соответствующие ему компоненты потока, такие как улитки/направляющие лопатки.
Механика жидкости — это полутеоретическая и полуэмпирическая дисциплина, и до сих пор существует множество областей, которые невозможно точно спроектировать, смоделировать и спрогнозировать, например, невозможность точно смоделировать истинное состояние потока жидкостей и их влияние на производительность насоса при различных конструкциях, температурах и перекачиваемых средах. Поэтому в этой статье можно лишь кратко объяснить, как оптимизировать рабочее колесо центробежного насоса для улучшения его всасывающих и гидравлических характеристик с качественной точки зрения в сочетании с опытом. Только для справки.
1. Улучшите эффективность вдоха.
Существует два типа изгиба лопаток рабочего колеса: изгиб вперед и изгиб назад. Благодаря своей эффективности в максимизации мощности, придании жидкости высокой вращательной силы и предотвращении разделения потока, в центробежных насосах обычно используются рабочие колеса с задними изогнутыми лопатками.
Что касается корпуса насоса, то кавитационные характеристики и производительность всасывания насоса во многом зависят от геометрической формы и площади входного отверстия рабочего колеса. На кавитацию могут влиять многие геометрические факторы на входе в рабочее колесо, такие как диаметр входного отверстия и ступицы, угол входа лопатки и угол падения потока вверх по потоку, количество и толщина лопаток, площадь зева лопатки, шероховатость поверхности, профиль передней кромки лопатки и т. д. Кроме того, это также связано с внешним диаметром лопаток рабочего колеса и размером зазора между направляющими лопатками (для направляющих лопастных насосов) или улитками (для спиральных насосов).
1) Входной диаметр/входная площадь рабочего колеса
Чтобы улучшить производительность всасывания центробежных насосов, конструкторы обычно добиваются этого за счет увеличения входного диаметра рабочего колеса. Сегодня этот метод проектирования все еще используется при проектировании центробежных насосов.
Когда диаметр вала одинаковый и зазор по диаметру на мундштуке рабочего колеса одинаков, тем лучше производительность всасывания (чем больше входная площадь рабочего колеса, тем выше значение удельной скорости всасывания), тем больше площадь зазора на мундштуке рабочего колеса, что означает, что объем утечки больше, а эффективность насоса ниже.
Однако для способа улучшения характеристик всасывания за счет увеличения входного диаметра рабочего колеса особое внимание необходимо уделить:
Не допускается существенное превышение значения удельной скорости всасывания значений, указанных в соответствующих стандартах и технических условиях, иначе это приведет к сужению стабильного рабочего диапазона насоса.
2) Форма передней кромки лезвия
Удовлетворяя механические и производственные ограничения толщины передней кромки лопатки, использование параболического профиля может улучшить всасывающую способность рабочего колеса. Эффективность всасывания эллиптического контура занимает второе место, и эта форма является выбором контура по умолчанию для передней кромки, поскольку она легко соответствует механическим и производственным ограничениям толщины передней кромки лопасти.
3) Радиус кривизны входной части крышки рабочего колеса.
Из-за центробежной силы, действующей на поток жидкости на входе в рабочее колесо в точке поворота, давление низкое, а скорость потока высокая возле передней крышки, что приводит к неравномерному распределению скорости на входе в рабочее колесо. Соответствующее увеличение радиуса кривизны входной части крышки полезно для снижения абсолютной скорости на передней крышке (немного впереди входа лопатки) и улучшения равномерности распределения скорости, уменьшения перепада давления во входной части насоса, тем самым уменьшая NPSHR и улучшая антикавитационные характеристики насоса.
4) Положение входной кромки лопатки и форма входной части.
Входная кромка лопасти проходит вбок по направлению к всасывающему отверстию, используя загнутую назад впускную кромку лопасти (входная кромка не находится на одной оси, а внешний край смещен на определенный угол назад), что позволяет потоку жидкости на стороне ступицы заранее воспринимать действие лопасти и увеличивать давление.
Входная кромка лопасти выдвигается вперед и наклоняется, вызывая разные окружные скорости в каждой точке. Обычно осевая скорость распределяется примерно равномерно вдоль входной кромки, что приводит к различным относительным углам потока в каждой точке входной кромки. Чтобы соответствовать такой ситуации с потоком и снизить ударные потери, входное отверстие лопасти должно иметь пространственно скрученную форму, поэтому многие входные части лопасти низкоскоростного рабочего колеса также выполнены в виде скрученных лопастей.
5) Угол входа лезвия
Конструктивное условие предполагает немного больший положительный угол атаки, чтобы увеличить входной угол лопастей, уменьшить изгиб на входе лопастей, уменьшить смещение лопастей, увеличить входное проходное сечение лопастей и, таким образом, улучшить производительность всасывания. В то же время это также улучшит рабочую среду в условиях интенсивного трафика и сократит потери трафика. Однако угол атаки не должен быть слишком большим, иначе это скажется на эффективности.
6) Толщина и гладкость входного отверстия лезвия
Соответствующим образом уменьшите толщину входного отверстия лезвия и скруглите его, чтобы придать ему обтекаемую форму. Уменьшение толщины лопатки не только расширяет площадь всасывающего канала рабочего колеса, снижает скорость потока и увеличивает давление (форма входного отверстия лопатки очень чувствительна к перепаду давления), но и улучшает гладкость поверхности рабочего колеса и входного отверстия лопатки, уменьшая потери на сопротивление. Все эти меры полезны для улучшения всасывающей способности насоса.
7) Балансировочное отверстие
Балансировочное отверстие на рабочем колесе оказывает определенное разрушительное воздействие на основной поток, поступающий в рабочее колесо из-за утечек (площадь балансировочного отверстия не должна быть менее чем в 5 раз больше площади уплотнительного зазора, чтобы уменьшить скорость потока утечек и тем самым минимизировать влияние на основной поток). Исследования показали, что при открытии балансировочного отверстия на рабочем колесе интенсивность вихрей за рабочим колесом уменьшится, а некоторые вихри могут даже исчезнуть, что улучшит производительность всасывания насоса.
8) Диаметр выпускного отверстия крыльчатки
Небольшое уменьшение диаметра рабочего колеса лишь незначительно увеличит NPSHR. Но при уменьшении диаметра на 5–10 % NPSHR значительно увеличится, поскольку уменьшение длины лопатки увеличит удельные нагрузки на лопатки, тем самым повлияв на распределение скоростей на входе в рабочее колесо.
Примечания:
1) Старайтесь избегать использования метода увеличения входной площади рабочего колеса для улучшения характеристик всасывания и избегайте значительного превышения удельной скорости всасывания, в противном случае можно легко вызвать рефлюкс на входе и расширить нестабильную рабочую зону насоса.
2) Следует избегать возникновения синдрома кавитации канала лопатки. Этот тип кавитационного повреждения вызван небольшим зазором между направляющими лопатками (для лопастных насосов) или улитками (для спиральных насосов) и внешним диаметром лопаток рабочего колеса. Когда жидкость протекает через небольшой канал, увеличение скорости жидкости вызывает снижение давления жидкости, локальное испарение и образование пузырьков, которые затем разрываются при более высоких давлениях, что приводит к кавитации.
2. Улучшение гидравлических характеристик.
Существует множество факторов, влияющих на гидравлические характеристики насосов, и основными факторами, влияющими на гидравлический КПД рабочих колес, являются различные потери. В частности, есть:
1) Количество листьев
Для центробежных насосов увеличение количества лопастей обычно позволяет улучшить поток жидкости и соответствующим образом увеличить напор насоса. Однако увеличение количества лопастей приведет к уменьшению проходного сечения канала, что приведет к увеличению скорости потока и потерям на трение лопастей.
Следовательно, чрезмерное увеличение количества лопаток не только снижает эффективность и ухудшает кавитационные характеристики рабочего колеса, но также может вызвать появление горба на кривой производительности насоса. Кроме того, увеличение числа лопастей сгладит восходящий тренд характеристической кривой напора (от расчетной точки) до критической мертвой точки; Напротив, по мере уменьшения числа лопастей характеристическая кривая напора становится более крутой. Обычно для рабочих колес центробежных насосов с большим количеством лопаток выбирают 5-7 лопастей.
2) Длинные и короткие листья
Исследования показали, что любая комбинация коротких и длинных лопастей в рабочем колесе насоса будет полезна для повышения эффективности насоса, поскольку она может эффективно предотвратить любое развитие спутного потока, вызванного неравномерным распределением скорости возле входа в рабочее колесо.
3) Витые лезвия
Эксперименты показали, что насосы с закрученными лопатками имеют более высокий КПД вблизи проектной рабочей точки и в зонах с большим расходом по сравнению с насосами с загнутыми лопатками. В то же время насосы с закрученными лопастями имеют более высокий напор в критической точке, чем насосы с изогнутыми лопастями (что может изменить тенденцию к росту характеристической кривой напора в критической точке, особенно для центробежных насосов с низкой удельной скоростью, что может эффективно улучшить/устранить неровности).
4) Диаметр выпускного отверстия крыльчатки
Стандарт API 610 не позволяет насосам достигать максимального диаметра рабочего колеса и требует обрезки рабочего колеса для обеспечения требуемой производительности насоса. Если выбор насоса слишком велик, обрезка рабочего колеса является относительно экономичным и эффективным методом снижения создаваемого давления и расхода. Хотя обрезка рабочего колеса более эффективна, чем использование дроссельного клапана для обеспечения требуемых условий эксплуатации, его эффективность обычно ниже, чем у полноразмерного рабочего колеса, поскольку лопасти рабочего колеса укорачиваются, а зазор между лопатками рабочего колеса и корпусом насоса увеличивается.
Для рабочих колес с радиальным потоком их диаметр не должен уменьшаться более чем до 70 % максимального расчетного диаметра. Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса также приведет к изменению ширины выпускного канала, угла выхода лопасти и длины лопасти. Чем больше диаметр рабочего колеса уменьшается от максимального диаметра, тем больше снижается эффективность насоса при обрезке рабочего колеса, а точка наивысшего КПД смещается в сторону меньших расходов.
3. Влияние других параметров на производительность насоса
1) Ширина лопаток рабочего колеса
По мере увеличения ширины лопасти давление жидкости уменьшается, поэтому напор будет уменьшаться с увеличением ширины лопасти рабочего колеса; Влияние ширины лопасти на эффективность точки оптимальной эффективности обычно незначительно (по мере увеличения ширины лопасти эффективность точки оптимальной эффективности может немного увеличиваться), но зона высокой-эффективности будет смещаться в сторону меньших скоростей потока по мере уменьшения ширины лопасти. Влияние эффективности более существенно при больших объемных расходах, другими словами, по мере увеличения ширины лопасти кривая эффективности быстро снижается справа от точки оптимальной эффективности.
2) Угол выпускной лопатки крыльчатки
Чем больше угол выпускной лопатки, тем выше напор при данной скорости, но за счет снижения эффективности и износостойкости. Меньший угол выходной лопасти увеличивает эффективность и длину лопасти, но за счет уменьшения напора. Поэтому угол экспортного лезвия обычно необходимо оптимизировать для достижения баланса этих факторов. Напор увеличивается с увеличением угла выпускной лопатки, что можно объяснить увеличением размера выходного поперечного сечения относительно увеличенного угла выпускной лопатки, что приводит к уменьшению перепада давления жидкости в проточном канале между лопатками.
Исследование показывает, что максимальное значение КПД снижается с увеличением угла выходной лопатки. Когда угол выпускной лопатки мал, эффективность насоса с правой стороны от точки наивысшей эффективности будет быстро снижаться.
3) Разделительная пластина на выходе рабочего колеса.
Добавление разделительных лопастей на выпускной стороне рабочего колеса увеличит напор насоса и гидравлический КПД, а увеличение напора и эффективности будет тем больше, чем больше длина разделительных лопастей. Длина лопастей делителя обычно не превышает 0,5 длины исходной лопасти в зависимости от размеров рабочего колеса, формы лопастей и количества лопастей.
4) Обрезка выходной кромки лопатки рабочего колеса.
Шлифование задней части выходных лопаток рабочего колеса расширяет площадь канала потока на выходе рабочего колеса, тем самым увеличивая скорость потока через рабочее колесо. По мере расширения площади выпускного канала напор также будет увеличиваться, и точка оптимальной эффективности насоса смещается в сторону высокого расхода.