Če želite optimizirati zasnovo rotorjev centrifugalnih črpalk. Zato je treba razjasniti namen optimizacije: izboljšati učinkovitost vdihavanja? Izboljšati učinkovitost črpalke? Prilagodite amplitudo naraščanja krivulje Q-H ... in jo nato optimizirajte glede na posebne potrebe. Glavna hidravlična komponenta, ki vpliva na delovanje centrifugalnih črpalk, je rotor, poleg komponent pretoka, kot so spirale/vodilne lopatice, ki so usklajene z njim.
Mehanika tekočin je pol teoretična in pol empirična disciplina in še vedno obstaja veliko področij, ki jih ni mogoče natančno oblikovati, simulirati in predvideti, kot je nezmožnost natančne simulacije pravega pretočnega stanja tekočin in njihovega vpliva na delovanje črpalke pri različnih strukturah, temperaturah in črpalnih medijih. Zato lahko ta članek le na kratko pojasni, kako optimizirati rotor centrifugalne črpalke za izboljšanje njegove sesalne in hidravlične zmogljivosti s kvalitativnega vidika v kombinaciji z izkušnjami. Samo za referenco.
1. Izboljšajte učinkovitost vdihavanja
Obstajata dve vrsti upogibanja lopatic rotorja: upogibanje naprej in upogibanje nazaj. Zaradi svoje učinkovitosti pri maksimiranju moči, prenašanju velike rotacijske sile na tekočino in preprečevanju ločevanja toka centrifugalne črpalke običajno uporabljajo rotorje z zadnjimi ukrivljenimi lopaticami.
Pri ohišju črpalke na kavitacijsko obnašanje in sesalno zmogljivost črpalke v veliki meri vplivata geometrijska oblika in površina vstopne odprtine rotorja. Številni geometrijski dejavniki na vstopu v rotor lahko vplivajo na kavitacijo, kot so vstopni premer in premer pesta, vstopni kot lopatice in vpadni kot gorvodnega toka, število in debelina lopatice, površina vratu lopatice, površinska hrapavost, profil sprednjega roba lopatice itd. Poleg tega je povezan tudi z zunanjim premerom lopatic rotorja in velikostjo reže med vodilnimi lopaticami (za črpalke z vodilnimi lopaticami) ali volute (za spiralne črpalke).
1) Vhodni premer/vhodna površina rotorja
Da bi izboljšali sesalno zmogljivost centrifugalnih črpalk, načrtovalci to običajno dosežejo s povečanjem vstopnega premera rotorja. Danes se ta metoda načrtovanja še vedno uporablja pri inženirskem načrtovanju centrifugalnih črpalk.
Ko je premer gredi enak in je premer zračnosti na ustnem obroču rotorja enak, boljša je sesalna zmogljivost (večja kot je vstopna površina rotorja, višja je vrednost specifične hitrosti sesanja), večja je zračna površina na ustnem obroču rotorja, kar pomeni, da je količina puščanja večja in učinkovitost črpalke nižja.
Vendar je treba pri metodi izboljšanja sesalne zmogljivosti s povečanjem vstopnega premera tekača posebno pozornost nameniti:
Ni dovoljeno povzročiti, da bi vrednost sesalne specifične hitrosti znatno presegla vrednosti, določene v ustreznih standardih in specifikacijah, sicer bo to povzročilo ozko stabilno območje delovanja črpalke.
2) Oblika sprednjega roba rezila
Zadovoljevanje mehanskih in proizvodnih omejitev debeline vodilnega roba rezila lahko s sprejetjem paraboličnega profila izboljša sesalno zmogljivost rotorja. Sesalna zmogljivost eliptične konture je druga in ta oblika je privzeta izbira konture za vodilni rob, saj zlahka zadosti mehanskim in proizvodnim omejitvam debeline vodilnega roba rezila.
3) Polmer ukrivljenosti vstopnega dela pokrivne plošče rotorja
Zaradi centrifugalne sile, ki deluje na tok tekočine na vhodu v rotor v obratni točki, je tlak nizek in hitrost pretoka visoka v bližini sprednje pokrovne plošče, kar povzroči neenakomerno porazdelitev hitrosti na vhodu v rotor. Ustrezno povečanje polmera ukrivljenosti vstopnega dela pokrivne plošče je koristno za zmanjšanje absolutne hitrosti na sprednji pokrivni plošči (nekoliko pred vstopom v rezilo) in izboljšanje enakomernosti porazdelitve hitrosti, zmanjšanje padca tlaka na vstopnem delu črpalke, s čimer se zmanjša NPSHR in izboljša antikavitacijska učinkovitost črpalke.
4) Položaj vstopnega roba rezila in oblika vstopnega dela
Vhodni rob lopatice se razteza bočno proti sesalni odprtini z uporabo nazaj pomaknjenega vstopnega roba lopatice (vhodni rob ni na isti osi, zunanji rob pa je zamaknjen za določen kot nazaj), kar omogoča, da pretok tekočine na strani pesta vnaprej sprejme delovanje lopatice in poveča pritisk.
Vhodni rob rezila se razteza naprej in nagne, kar povzroča različne obodne hitrosti na vsaki točki. Na splošno je aksialna hitrost porazdeljena približno enakomerno vzdolž vstopnega roba, kar ima za posledico različne relativne kote pretoka na vsaki točki na vstopnem robu. Da bi zadostili tej situaciji pretoka in zmanjšali izgube zaradi udarca, bi moral biti vstopni del lopatice oblikovan v prostorsko zasukano obliko, zato so tudi številni vstopni deli lopatice rotorja z nizko hitrostjo izdelani v zavite lopatice.
5) Vhodni kot rezila
Konstrukcijski pogoj sprejme nekoliko večji pozitivni vpadni kot, da se poveča vstopni kot lopatic, zmanjša upogib na vstopu lopatic, zmanjša premik lopatic, poveča območje vstopnega toka lopatic in tako izboljša sesalna zmogljivost. Hkrati bo izboljšal tudi delovno okolje v velikem prometu, da bi zmanjšal izgube prometa. Vendar vpadni kot ne sme biti prevelik, sicer bo vplival na učinkovitost.
6) Debelina in gladkost vstopne odprtine rezila
Ustrezno zmanjšajte debelino vstopne odprtine rezila in jo zaokrožite, da bo bližje poenostavljeni obliki. Zmanjšanje debeline lopatice ne samo razširi območje sesalnega kanala rotorja, zmanjša hitrost pretoka in poveča tlak (oblika vstopne odprtine lopatice je zelo občutljiva na padec tlaka), temveč tudi izboljša gladkost površine rotorja in vstopne odprtine lopatice, kar zmanjša izgube upora. Vsi ti ukrepi so koristni za izboljšanje sesalne zmogljivosti črpalke.
7) Ravnotežna luknja
Izravnalna luknja na rotorju ima določen uničujoč učinek na glavni tok, ki vstopa v rotor zaradi puščanja (površina izravnalne luknje ne sme biti manjša od 5-kratne površine tesnilne reže, da se zmanjša stopnja pretoka puščanja in tako zmanjša vpliv na glavni tok). Raziskave so pokazale, da ko se na propelerju odpre izravnalna luknja, se intenzivnost vrtinčenja za propelerjem zmanjša, nekateri vrtinci pa lahko celo izginejo, kar izboljša sesalno zmogljivost črpalke.
8) Premer izhoda rotorja
Majhno zmanjšanje premera rotorja bo le rahlo povečalo NPSHR. Toda ko se premer zmanjša za 5 % do 10 %, se bo NPSHR znatno povečal, ker bo zmanjšanje dolžine rezila povečalo specifične obremenitve rezila, kar bo vplivalo na porazdelitev hitrosti na vstopu v rotor.
Opombe:
1) Poskusite se izogniti uporabi metode povečanja vstopne površine propelerja za izboljšanje sesalne zmogljivosti in se izogibajte močnemu prekoračitvi sesalne specifične hitrosti, sicer lahko povzročite vstopni povratni tok in razširite nestabilno delovno območje črpalke.
2) Izogibati se je treba pojavu kavitacije sindroma kanala rezila. To vrsto kavitacijske poškodbe povzroči majhen razmik med vodilnimi lopaticami (pri črpalkah z vodilnimi lopaticami) ali spiralami (pri črpalkah z spiralnimi lopaticami) in zunanjim premerom lopatic rotorja. Ko tekočina teče skozi majhen kanal, povečanje hitrosti tekočine povzroči zmanjšanje tlaka tekočine, lokalno uparjanje in nastanek mehurčkov, ki nato počijo pri višjih tlakih, kar povzroči kavitacijo.
2. Izboljšajte hidravlično zmogljivost
Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na hidravlično zmogljivost črpalk, glavni dejavniki, ki vplivajo na hidravlično učinkovitost rotorjev, pa so različne izgube. Natančneje, obstajajo:
1) Število listov
Pri centrifugalnih črpalkah lahko povečanje števila lopatic na splošno izboljša pretok tekočine in ustrezno poveča višino črpalke. Vendar bo povečanje števila lopatic zmanjšalo pretočno površino kanala, kar bo povzročilo povečanje hitrosti pretoka in izgube zaradi trenja lopatic.
Zato prekomerno povečanje števila lopatic ne le zmanjša učinkovitost in poslabša kavitacijsko delovanje rotorja, ampak lahko povzroči tudi grbo na krivulji delovanja črpalke. Poleg tega bo povečanje števila rezil izravnalo trend naraščanja karakteristične krivulje višine (od nazivne točke) do kritične mrtve točke; Nasprotno, ko se število rezil zmanjša, postane krivulja karakteristike glave strmejša. Običajno je za rotorje centrifugalnih črpalk z velikim številom rezil izbranih 5-7 lopatic.
2) Dolgi in kratki listi
Raziskave so pokazale, da bo kakršna koli kombinacija kratkih in dolgih lopatic v tekaču črpalke koristna za izboljšanje učinkovitosti črpalke, saj lahko učinkovito prepreči kakršen koli razvoj slednega toka, ki ga povzroča neenakomerna porazdelitev hitrosti blizu vstopa v rotor.
3) Zvita rezila
Poskusi so pokazali, da imajo črpalke z zavitimi lopaticami večji izkoristek v bližini načrtovane delovne točke in na območjih z visokim pretokom v primerjavi s črpalkami z ukrivljenimi lopaticami. Hkrati imajo črpalke z zasukanimi lopaticami višji tlačni tlak na kritični točki kot tiste z ukrivljenimi lopaticami (kar lahko spremeni trend naraščanja karakteristične krivulje višine na kritični točki, zlasti pri centrifugalnih črpalkah z nizko specifično hitrostjo, ki lahko učinkovito izboljšajo/odpravijo grbine).
4) Premer izstopne odprtine rotorja
Standard API 610 ne dovoljuje, da bi črpalke dosegle največji premer rotorja in zahteva rezanje rotorja, da bi dosegli zahtevano zmogljivost črpalke. Če je izbira črpalk prevelika, je rezanje rotorja relativno ekonomična in učinkovita metoda za zmanjšanje tlaka in ustvarjenega pretoka. Čeprav je rezanje tekača bolj učinkovito kot uporaba dušilnega ventila za izpolnjevanje zahtevanih delovnih pogojev, je njegova učinkovitost običajno nižja od učinkovitosti tekača polne-velikosti, ker so lopatice tekača skrajšane in reža med lopaticami tekača in ohišjem črpalke se poveča.
Pri rotorjih z radialnim tokom se njihov premer ne sme zmanjšati na več kot 70 % največjega konstrukcijskega premera. Zmanjšanje premera rotorja črpalke bo spremenilo tudi širino izhodnega kanala, izstopni kot rezila in dolžino rezila. Bolj ko se premer rotorja zmanjšuje od največjega premera, bolj se bo učinkovitost črpalke zmanjšala z rezanjem rotorja in najvišja točka učinkovitosti se bo premaknila proti nižjim pretokom.
3. Vpliv drugih parametrov na delovanje črpalke
1) Širina lopatice rotorja
Ko se širina lopatice poveča, se tlak tekočine zmanjša, zato se bo višina zmanjšala s povečanjem širine lopatice rotorja; Učinek širine lopatice na učinkovitost točke optimalne učinkovitosti običajno ni pomemben (ko se širina lopatice poveča, se lahko učinkovitost točke optimalne učinkovitosti rahlo poveča), vendar se bo območje visoke-učinkovitosti premaknilo proti nižjim pretokom, ko se širina lopatice zmanjša. Vpliv učinkovitosti je pomembnejši pri večjih volumetričnih stopnjah pretoka, z drugimi besedami, ko se širina lopatic poveča, se krivulja učinkovitosti hitro zmanjša desno od točke optimalne učinkovitosti.
2) Kot izhodne lopatice rotorja
Večji kot je izhodni kot rezila, višja je višina pri določeni hitrosti, vendar na račun nižje učinkovitosti in obrabe. Nižji izhodni kot rezila poveča učinkovitost in dolžino rezila, vendar na račun zmanjšanja glave. Zato je treba izvozni kot rezila običajno optimizirati, da se doseže ravnovesje teh dejavnikov. Napor se poveča s povečanjem kota izstopne lopatice, kar je mogoče razložiti s povečanjem velikosti preseka izhodne odprtine glede na povečan kot izstopne lopatice, kar ima za posledico zmanjšanje padca tlaka tekočine v pretočnem kanalu med lopaticami.
Študija kaže, da se največja vrednost učinkovitosti zmanjšuje s povečanjem kota izhodne lopatice. Ko je kot izhodne lopatice majhen, se učinkovitost črpalke na desni strani točke najvišje učinkovitosti hitro zmanjša.
3) Rezilo razdelilnika izhoda rotorja
Dodajanje cepilnih lopatic na izhodni strani rotorja bo povečalo tlačno višino in hidravlično učinkovitost črpalke, povečanje višine in učinkovitosti pa bo večje, ko se bo dolžina cepilnih lopatic povečala. Dolžina cepilnih lopatic običajno ne presega 0,5-kratnika prvotne dolžine lopatic, odvisno od velikosti rotorja, oblike lopatic in števila lopatic.
4) Obrezovanje izstopnega roba lopatice rotorja
Z brušenjem zadnje strani izhodnih lopatic propelerja se razširi območje pretočnega kanala izstopne odprtine propelerja, s čimer se poveča pretok propelerja. Ko se območje izhodnega kanala razširi, se poveča tudi višina tlaka, točka optimalne učinkovitosti črpalke pa se premakne proti strani z visokim pretokom.