Om du vill optimera designen av centrifugalpumpshjul. Därför är det nödvändigt att klargöra syftet med optimering: att förbättra inandningsprestandan? Förbättra pumpens effektivitet? Justera stigningsamplituden för Q-H-kurvan... och optimera den sedan efter specifika behov. Den huvudsakliga hydrauliska komponenten som påverkar prestandan hos centrifugalpumpar är pumphjulet, förutom de flödeskomponenter som snäckor/ledskovlar som är matchade med den.
Vätskemekanik är en semi-teoretisk och semi-empirisk disciplin, och det finns fortfarande många områden som inte kan exakt utformas, simuleras och förutsägas, såsom oförmågan att exakt simulera vätskors verkliga flödestillstånd och deras inverkan på pumpens prestanda under olika strukturer, temperaturer och pumpmedier. Därför kan denna artikel bara kortfattat förklara hur man optimerar impellern på en centrifugalpump för att förbättra dess sug- och hydrauliska prestanda ur ett kvalitativt perspektiv, kombinerat med erfarenhet. Endast för referens.
1. Förbättra inandningsprestandan
Det finns två typer av böjning för pumphjulsblad: framåtböjning och bakåtböjning. På grund av dess effektivitet när det gäller att maximera kraften, överföra hög rotationskraft till vätskan och förhindra flödesseparation, använder centrifugalpumpar vanligtvis bakre böjda skovelhjul.
För pumpkroppen påverkas kavitationsbeteendet och sugprestanda hos pumpen till stor del av den geometriska formen och arean av pumphjulsinloppet. Många geometriska faktorer vid inloppet av pumphjulet kan påverka kavitation, såsom inlopps- och navdiameter, bladinloppsvinkel och uppströms flödesinfallsvinkel, bladnummer och tjocklek, bladhalsarea, ytjämnhet, bladframkantsprofil, etc. Dessutom är det också relaterat till impellerbladens ytterdiameter och spaltstorleken för styrskovlarna (för styrskovlarna) pumpar).
1) Inloppsdiameter/inloppsyta för pumphjulet
För att förbättra sugprestanda hos centrifugalpumpar uppnår konstruktörer i allmänhet detta genom att öka pumphjulets inloppsdiameter. Idag används denna designmetod fortfarande i den tekniska designen av centrifugalpumpar.
När axeldiametern är densamma och diameterspelet vid pumphjulets mynningsring är detsamma, desto bättre sugprestanda (ju större impellerinloppsarea, desto högre sugspecifikt hastighetsvärde), desto större spelområde vid pumphjulsmynningsringen, vilket innebär att läckagemängden är större och pumpens effektivitet lägre.
För metoden att förbättra sugprestanda genom att öka inloppsdiametern på pumphjulet måste dock särskild uppmärksamhet ägnas åt:
Det är inte tillåtet att orsaka att det sugspecifika hastighetsvärdet avsevärt överstiger de värden som anges i relevanta standarder och specifikationer, annars kommer det att resultera i ett smalt stabilt arbetsområde för pumpen.
2) Bladets framkantsform
Genom att tillgodose de mekaniska och tillverkningsmässiga begränsningarna för bladtjockleken på framkanten kan en parabolisk profil förbättra pumphjulets sugprestanda. Den elliptiska konturens sugprestanda är andra, och denna form är standardkonturvalet för framkanten, eftersom den lätt kan möta de mekaniska och tillverkningsmässiga begränsningarna för bladets framkants tjocklek.
3) Krökningsradien för inloppsdelen av pumphjulets täckplatta
På grund av centrifugalkraften som verkar på vätskeflödet vid pumphjulets inlopp vid vändpunkten är trycket lågt och flödeshastigheten hög nära den främre täckplattan, vilket resulterar i ojämn hastighetsfördelning vid pumphjulets inlopp. Att på lämpligt sätt öka krökningsradien för inloppsdelen av täckplattan är fördelaktigt för att minska den absoluta hastigheten vid den främre täckplattan (något före bladinloppet) och förbättra enhetligheten i hastighetsfördelningen, minska tryckfallet vid pumpinloppsdelen, vilket minskar NPSHR och förbättrar pumpens antikavitationsprestanda.
4) Placering av bladets inloppskant och formen på inloppsdelen
Bladets inloppskant sträcker sig i sidled mot sugporten, med hjälp av en bakåtsvept bladinloppskant (inloppskanten är inte på samma axel, och den yttre kanten är förskjuten med en viss vinkel bakåt), vilket gör att vätskeflödet på navsidan kan ta emot bladets verkan i förväg och öka trycket.
Bladets inloppskant sträcker sig framåt och lutar, vilket orsakar olika periferihastigheter vid varje punkt. I allmänhet fördelas den axiella hastigheten ungefär likformigt längs inloppskanten, vilket resulterar i olika relativa flödesvinklar vid varje punkt på inloppskanten. För att möta denna flödessituation och minska slagförlusterna bör bladinloppet göras till en rumsligt vriden form, vilket är anledningen till att många låghastighetsimpellerbladsinloppsdelar också görs till vridna blad.
5) Bladets inloppsvinkel
Konstruktionsvillkoret antar en något större positiv attackvinkel för att öka bladens inloppsvinkel, minska böjningen vid bladens inlopp, minska bladens förskjutning, öka bladens inloppsflödesarea och därmed förbättra sugprestanda. Samtidigt kommer det också att förbättra driftsmiljön under hög trafik för att minska trafikförlusterna. Anfallsvinkeln bör dock inte vara för stor, annars kommer det att påverka effektiviteten.
6) Bladets inloppstjocklek och jämnhet
Minska tjockleken på bladinloppet på lämpligt sätt och runda det för att göra det närmare en strömlinjeformad form. Att minska bladtjockleken utökar inte bara området för pumphjulets sugkanal, minskar flödeshastigheten och ökar trycket (formen på bladinloppet är mycket känslig för tryckfall), utan förbättrar också ytjämnheten på pumphjulet och bladinloppet, vilket minskar motståndsförlusterna. Dessa åtgärder är alla fördelaktiga för att förbättra pumpens sugprestanda.
7) Balanshål
Balanshålet på pumphjulet har en viss destruktiv effekt på huvudflödet som kommer in i pumphjulet på grund av läckage (ytan av balanshålet bör inte vara mindre än 5 gånger tätningsgapets area för att minska läckageflödet och därmed minimera påverkan på huvudflödet). Forskning har visat att när ett balanshål öppnas på pumphjulet kommer virvelintensiteten bakom pumphjulet att minska, och vissa virvlar kan till och med försvinna, vilket förbättrar pumpens sugprestanda.
8) Impellerns utloppsdiameter
En liten minskning av impellerdiametern kommer endast att öka NPSHR något. Men när diametern minskar med 5 % till 10 %, kommer NPSHR att öka avsevärt, eftersom minskningen av bladlängden kommer att öka specifika bladbelastningar, vilket påverkar hastighetsfördelningen vid inloppet av pumphjulet.
Anmärkningar:
1) Försök att undvika att använda metoden för att öka pumphjulets inloppsarea för att förbättra sugprestandan och undvika att kraftigt överskrida den specifika sughastigheten, annars är det lätt att orsaka inloppsåterflöde och utöka pumpens instabila arbetsområde.
2) Förekomsten av bladkanalsyndrom kavitation bör undvikas. Denna typ av kavitationsskada orsakas av det lilla gapet mellan ledskovlarna (för ledskovlarnas pumpar) eller spiralerna (för spiralens pumpar) och den yttre diametern på impellerbladen. När vätskan strömmar genom den lilla kanalen, orsakar ökningen av vätskehastigheten en minskning av vätsketrycket, lokal förångning och generering av bubblor, som sedan spricker vid högre tryck, vilket leder till kavitation.
2. Förbättra hydrauliska prestanda
Det finns många faktorer som påverkar pumparnas hydrauliska prestanda, och de viktigaste faktorerna som påverkar pumphjulens hydrauliska effektivitet är olika förluster. Specifikt finns det:
1) Antal blad
För centrifugalpumpar kan en ökning av antalet blad generellt förbättra vätskeflödet och öka pumphöjden på lämpligt sätt. En ökning av antalet blad kommer emellertid att minska kanalens flödesarea, vilket leder till en ökning av flödeshastigheten och friktionsförlusten hos bladen.
Därför minskar överdriven ökning av antalet blad inte bara effektiviteten och försämrar impellerns kavitationsprestanda, utan kan också orsaka en puckel i pumpens prestandakurva. Dessutom kommer en ökning av antalet blad att platta ut den uppåtgående trenden för huvudets karakteristiska kurva (från den nominella punkten) till den kritiska dödpunkten; Tvärtom, när antalet blad minskar, blir huvudets karaktäristiska kurva brantare. Vanligtvis väljs 5-7 blad för centrifugalpumphjul med ett stort antal blad.
2) Långa och korta blad
Forskning har visat att vilken kombination av korta och långa blad som helst i ett pumphjul kommer att vara fördelaktigt för att förbättra pumpens effektivitet, eftersom det effektivt kan förhindra utveckling av vågflöde orsakat av ojämn hastighetsfördelning nära pumphjulets inlopp.
3) Vridna blad
Experiment har visat att pumpar med vridna skovlar har högre effektivitet nära designdriftpunkten och i områden med högt flöde jämfört med pumpar med böjda skovlar. Samtidigt har pumpar med vridna blad en högre lyfthöjd vid den kritiska punkten än de med böjda blad (vilket kan ändra den uppåtgående trenden för huvudkarakteristikkurvan vid den kritiska punkten, speciellt för centrifugalpumpar med låg specifik hastighet, som effektivt kan förbättra/eliminera puckelr).
4) Impellerns utloppsdiameter
API 610-standarden tillåter inte pumpar att nå den maximala impellerdiametern och kräver skärning av impellern för att uppfylla pumpens erforderliga prestanda. Om pumpvalet är för stort är kapning av pumphjulet en relativt ekonomisk och effektiv metod för att minska trycket och flödet som genereras. Även om kapning av impellern är effektivare än att använda en trottelventil för att möta de erforderliga driftsförhållandena, är dess effektivitet vanligtvis lägre än för en full- impeller eftersom impellerbladen förkortas och gapet mellan impellerbladen och pumphuset ökar.
För radialflödeshjul bör deras diameter inte minskas till mer än 70 % av den maximala designdiametern. Minskningen av pumphjulets diameter kommer också att ändra utloppskanalens bredd, bladets utloppsvinkel och bladlängden. Ju mer impellerdiametern minskar från den maximala diametern, desto mer kommer pumpens effektivitet att minska när pumphjulet skärs, och den högsta verkningsgraden kommer att skifta mot lägre flödeshastigheter.
3. Andra parametrars inverkan på pumpens prestanda
1) Bladbredd på pumphjulet
När bladbredden ökar, minskar vätsketrycket, så huvudet kommer att minska med ökningen av impellerbladsbredden; Effekten av bladbredd på effektiviteten för den optimala effektivitetspunkten är vanligtvis inte signifikant (när bladbredden ökar kan effektiviteten för den optimala effektivitetspunkten öka något), men hög-effektivitetszonen kommer att skifta mot lägre flödeshastigheter när bladbredden minskar. Effektiviteten är mer betydande vid större volymetriska flöden, med andra ord, när bladbredden ökar, minskar effektivitetskurvan snabbt till höger om den optimala effektivitetspunkten.
2) Vinkel för pumphjulets utloppsblad
Ju större utloppsbladets vinkel är, desto högre är huvudet vid en given hastighet, men till priset av lägre effektivitet och slitageprestanda. Den lägre vinkeln på utloppsbladet ökar effektiviteten och bladlängden, men till kostnaden för att minska huvudet. Därför behöver exportbladsvinkeln vanligtvis optimeras för att uppnå en balans mellan dessa faktorer. Huvudet ökar med ökningen av utloppsbladets vinkel, vilket kan förklaras av ökningen av utloppets tvärsnittsstorlek i förhållande till den ökade utloppsbladets vinkel, vilket resulterar i en minskning av vätsketryckfallet i flödeskanalen mellan bladen.
Studien tyder på att det maximala effektivitetsvärdet minskar med ökningen av utloppsbladets vinkel. När utloppsbladets vinkel är liten kommer pumpens verkningsgrad på höger sida om den högsta verkningsgraden snabbt att minska.
3) Impellerns utloppsdelarblad
Att lägga till klyvblad på utloppssidan av pumphjulet kommer att öka pumpens tryckhöjd och hydrauliska effektivitet, och ökningen i tryckhöjd och effektivitet kommer att bli större när längden på klyvbladen ökar. Längden på klyvbladen överstiger vanligtvis inte 0,5 gånger den ursprungliga bladlängden, beroende på pumphjulets storlek, bladens form och antalet blad.
4) Trimning av impellerbladets utloppskant
Slipning av baksidan av pumphjulets utloppsblad expanderar flödeskanalområdet på pumphjulsutloppet, vilket ökar pumphjulets flödeshastighet. När utloppskanalens area expanderar kommer tryckhöjden också att öka, och pumpens optimala effektivitetspunkt kommer att flyttas mot högflödessidan.
