Dacă doriți să optimizați designul rotoarelor pompelor centrifuge. Prin urmare, este necesar să se clarifice scopul optimizării: pentru a îmbunătăți performanța inhalării? Îmbunătățiți eficiența pompei? Ajustați amplitudinea de creștere a curbei Q-H... și apoi optimizați-o în funcție de nevoile specifice. Principala componentă hidraulică care afectează performanța pompelor centrifuge este rotorul, pe lângă componentele de curgere, cum ar fi volutele/paletele de ghidare care sunt potrivite cu acesta.
Mecanica fluidelor este o disciplină semi-teoretică și semi empirică și există încă multe domenii care nu pot fi proiectate, simulate și prezise cu precizie, cum ar fi incapacitatea de a simula cu exactitate starea reală de curgere a fluidelor și impactul acestora asupra performanței pompei în diferite structuri, temperaturi și medii de pompare. Prin urmare, acest articol poate explica doar pe scurt modul de optimizare a rotorului unei pompe centrifuge pentru a-și îmbunătăți performanța de aspirație și hidraulică din perspectivă calitativă, combinată cu experiența. Doar pentru referință.
1. Îmbunătățiți performanța de inhalare
Există două tipuri de îndoire pentru palele rotorului: îndoire înainte și îndoire înapoi. Datorită eficienței sale în maximizarea puterii, conferirea unei forțe mari de rotație fluidului și prevenirea separării debitului, pompele centrifuge folosesc de obicei rotoare cu pale curbate din spate.
Pentru corpul pompei, comportamentul cavitației și performanța de aspirare a pompei sunt în mare măsură influențate de forma geometrică și aria admisiei rotorului. Mulți factori geometrici la intrarea rotorului pot afecta cavitația, cum ar fi diametrul de admisie și butuc, unghiul de intrare a paletei și unghiul de incidență a curgerii în amonte, numărul și grosimea palelor, aria gâtului palei, rugozitatea suprafeței, profilul marginii de avans a palelor etc. În plus, este legat și de diametrul exterior al palelor rotorului și de dimensiunea spațiului dintre pompele cu volum de ghidare (pentru pompele de ghidare).
1) Diametrul de intrare/aria de admisie a rotorului
Pentru a îmbunătăți performanța de aspirație a pompelor centrifuge, proiectanții obțin în general acest lucru prin creșterea diametrului de intrare al rotorului. Astăzi, această metodă de proiectare este încă utilizată în proiectarea inginerească a pompelor centrifuge.
Când diametrul arborelui este același și jocul diametrului la inelul bucal al rotorului este același, cu atât performanța de aspirație este mai bună (cu cât aria de admisie a rotorului este mai mare, cu atât este mai mare valoarea vitezei specifice de aspirație), cu atât zona de joc la inelul bucal al rotorului este mai mare, ceea ce înseamnă că cantitatea de scurgere este mai mare și eficiența pompei este mai mică.
Cu toate acestea, pentru metoda de îmbunătățire a performanței de aspirație prin creșterea diametrului de intrare al rotorului, trebuie acordată o atenție deosebită:
Nu este permis ca valoarea vitezei specifice de aspirare să depășească semnificativ valorile specificate în standardele și specificațiile relevante, altfel va avea ca rezultat un interval de funcționare stabil îngust al pompei.
2) Forma marginii de conducere a lamei
Satisfacerea constrângerilor mecanice și de fabricație ale grosimii lamei muchiei anterioare, adoptarea unui profil parabolic poate îmbunătăți performanța de aspirare a rotorului. Performanța de aspirare a conturului eliptic este a doua, iar această formă este selecția implicită a conturului pentru marginea anterioară, deoarece poate îndeplini cu ușurință limitările mecanice și de fabricație ale grosimii marginii de avans ale lamei.
3) Raza de curbură a părții de admisie a plăcii de acoperire a rotorului
Datorită forței centrifuge care acționează asupra fluxului de lichid la intrarea rotorului la punctul de cotitură, presiunea este scăzută și viteza de curgere este mare în apropierea plăcii de acoperire frontală, rezultând o distribuție neuniformă a vitezei la intrarea rotorului. Creșterea corespunzătoare a razei de curbură a părții de admisie a plăcii de acoperire este benefică pentru reducerea vitezei absolute la placa de acoperire frontală (puțin înainte de intrarea lamei) și îmbunătățirea uniformității distribuției vitezei, reducerea căderii de presiune la partea de admisie a pompei, reducând astfel NPSHR și îmbunătățind performanța anti cavitație a pompei.
4) Poziția marginii de intrare a lamei și forma piesei de admisie
Marginea de intrare a lamei se extinde lateral spre orificiul de aspirație, folosind o margine de intrare a lamei măturată în spate (marginea de intrare nu este pe aceeași axă, iar marginea exterioară este decalată cu un anumit unghi în spate), ceea ce permite fluxului de lichid pe partea butuc să primească în avans acțiunea lamei și să crească presiunea.
Marginea de intrare a lamei se extinde înainte și se înclină, provocând viteze circumferențiale diferite în fiecare punct. În general, viteza axială este distribuită aproximativ uniform de-a lungul marginii de intrare, rezultând unghiuri relative diferite de curgere în fiecare punct de pe marginea de intrare. Pentru a face față acestei situații de curgere și pentru a reduce pierderile de impact, intrarea lamei ar trebui transformată într-o formă răsucită spațial, motiv pentru care multe piese de intrare a paletei rotorului cu viteză joasă-de asemenea sunt transformate în pale răsucite.
5) Unghiul de intrare a lamei
Condiția de proiectare adoptă un unghi pozitiv de atac puțin mai mare pentru a crește unghiul de intrare al lamelor, a reduce îndoirea la intrarea lamelor, a reduce deplasarea lamelor, a crește zona de flux de intrare a palelor și, astfel, a îmbunătăți performanța de aspirație. În același timp, va îmbunătăți și mediul de operare în condiții de trafic intens pentru a reduce pierderile de trafic. Cu toate acestea, unghiul de atac nu trebuie să fie prea mare, altfel va afecta eficiența.
6) Grosimea de intrare a lamei și netezimea
Reduceți grosimea orificiului de intrare a lamei în mod corespunzător și rotunjiți-o pentru a o apropia mai mult de o formă simplă. Reducerea grosimii lamei nu numai că extinde aria canalului de aspirație al rotorului, reduce viteza de curgere și crește presiunea (forma de intrare a paletei este foarte sensibilă la căderea de presiune), dar îmbunătățește și netezimea suprafeței rotorului și a admisiei palelor, reducând pierderile de rezistență. Toate aceste măsuri sunt benefice pentru îmbunătățirea performanței de aspirație a pompei.
7) gaura de echilibru
Orificiul de echilibrare de pe rotor are un anumit efect distructiv asupra debitului principal care intră în rotor din cauza scurgerii (aria orificiului de echilibrare nu trebuie să fie mai mică de 5 ori suprafața spațiului de etanșare pentru a reduce debitul de scurgere și astfel a minimiza impactul asupra debitului principal). Cercetările au arătat că atunci când se deschide o gaură de echilibru pe rotor, intensitatea vortexului din spatele rotorului va scădea, iar unele vortexuri pot chiar să dispară, îmbunătățind performanța de aspirație a pompei.
8) Diametrul ieșirii rotorului
O mică scădere a diametrului rotorului va crește doar ușor NPSHR. Dar când diametrul scade cu 5% până la 10%, NPSHR va crește semnificativ, deoarece reducerea lungimii palelor va crește sarcinile specifice ale palelor, afectând astfel distribuția vitezei la intrarea rotorului.
Note:
1) Încercați să evitați utilizarea metodei de creștere a zonei de admisie a rotorului pentru a îmbunătăți performanța de aspirație și să evitați depășirea severă a vitezei specifice de aspirație, altfel este ușor să provocați refluxul de admisie și să extindeți zona instabilă de funcționare a pompei.
2) Apariția cavitației sindromului canalului lamei trebuie evitată. Acest tip de deteriorare prin cavitație este cauzată de spațiul mic dintre paletele de ghidare (pentru pompele cu palete de ghidare) sau volute (pentru pompele cu volute) și diametrul exterior al paletelor rotorului. Când lichidul curge prin canalul mic, creșterea vitezei lichidului determină o scădere a presiunii lichidului, vaporizarea locală și generarea de bule, care apoi se sparg la presiuni mai mari, ducând la cavitație.
2. Îmbunătățiți performanța hidraulică
Există mulți factori care afectează performanța hidraulică a pompelor, iar principalii factori care afectează eficiența hidraulică a rotoarelor sunt diversele pierderi. Mai exact, sunt:
1) Numărul de frunze
Pentru pompele centrifuge, creșterea numărului de palete poate îmbunătăți, în general, debitul de lichid și poate crește în mod corespunzător capul pompei. Cu toate acestea, creșterea numărului de palete va reduce zona de curgere a canalului, ducând la o creștere a vitezei de curgere și la pierderea prin frecare a palelor.
Prin urmare, creșterea excesivă a numărului de pale nu numai că reduce eficiența și deteriorează performanța de cavitație a rotorului, dar poate provoca și o cocoașă în curba de performanță a pompei. În plus, o creștere a numărului de lame va aplatiza tendința ascendentă a curbei caracteristice a capului (de la punctul nominal) la punctul mort critic; Dimpotrivă, pe măsură ce numărul de lame scade, curba caracteristică a capului devine mai abruptă. De obicei, 5-7 pale sunt selectate pentru rotoarele de pompe centrifuge cu un număr mare de pale.
2) Frunze lungi și scurte
Cercetările au arătat că orice combinație de pale scurte și lungi într-un rotor de pompă va fi benefică pentru îmbunătățirea eficienței pompei, deoarece poate preveni în mod eficient orice dezvoltare a fluxului de trezi cauzată de distribuția neuniformă a vitezei în apropierea admisiei rotorului.
3) Lame răsucite
Experimentele au arătat că pompele cu pale răsucite au o eficiență mai mare în apropierea punctului de funcționare proiectat și în zonele cu debit mare în comparație cu pompele cu pale curbate. Totodată, pompele cu palete răsucite au o înălțime mai mare în punctul critic decât cele cu pale curbate (ceea ce poate modifica tendința ascendentă a curbei caracteristice a capului în punctul critic, în special pentru pompele centrifuge cu viteză specifică mică, care pot îmbunătăți/elimina efectiv cocoașe).
4) Diametrul ieșirii rotorului
Standardul API 610 nu permite pompelor să atingă diametrul maxim al rotorului și necesită tăierea rotorului pentru a îndeplini performanța necesară a pompei. Dacă selecția pompei este prea mare, tăierea rotorului este o metodă relativ economică și eficientă pentru a reduce presiunea și debitul generat. Deși tăierea rotorului este mai eficientă decât utilizarea unei supape de accelerație pentru a îndeplini condițiile de funcționare necesare, eficiența acesteia este de obicei mai mică decât cea a unui rotor de dimensiune completă-, deoarece paletele rotorului sunt scurtate și spațiul dintre paletele rotorului și carcasa pompei crește.
Pentru rotoarele cu flux radial, diametrul lor nu trebuie redus la mai mult de 70% din diametrul maxim de proiectare. Reducerea diametrului rotorului pompei va modifica, de asemenea, lățimea canalului de evacuare, unghiul de ieșire a lamei și lungimea lamei. Cu cât diametrul rotorului scade mai mult de la diametrul maxim, cu atât eficiența pompei va scădea odată cu tăierea rotorului, iar cel mai înalt punct de eficiență se va deplasa către debite mai mici.
3. Influența altor parametri asupra performanței pompei
1) Lățimea lamei rotorului
Pe măsură ce lățimea palelor crește, presiunea lichidului scade, astfel că capul va scădea odată cu creșterea lățimii palei rotorului; Efectul lățimii lamei asupra eficienței punctului de eficiență optimă nu este de obicei semnificativ (pe măsură ce lățimea lamei crește, eficiența punctului de eficiență optimă poate crește ușor), dar zona de-eficiență ridicată se va deplasa către debite mai mici pe măsură ce lățimea lamei scade. Impactul eficienței este mai semnificativ la debite volumetrice mai mari, cu alte cuvinte, pe măsură ce lățimea lamei crește, curba de eficiență scade rapid la dreapta punctului de eficiență optimă.
2) Unghiul paletei de evacuare a rotorului
Cu cât unghiul lamei de ieșire este mai mare, cu atât capul este mai mare la o anumită viteză, dar cu prețul unei eficiențe mai mici și al performanței la uzură. Unghiul inferior al lamei de ieșire crește eficiența și lungimea lamei, dar cu prețul reducerii capului. Prin urmare, unghiul lamei de export trebuie de obicei optimizat pentru a obține un echilibru al acestor factori. Capul crește odată cu creșterea unghiului lamei de evacuare, ceea ce poate fi explicat prin creșterea dimensiunii secțiunii transversale-de ieșire în raport cu unghiul crescut al lamei de evacuare, rezultând o scădere a căderii de presiune a lichidului în canalul de curgere dintre lame.
Studiul sugerează că valoarea maximă a eficienței scade odată cu creșterea unghiului lamei de evacuare. Când unghiul lamei de evacuare este mic, eficiența pompei din partea dreaptă a punctului de cea mai mare eficiență va scădea rapid.
3) Lama separatorului de ieșire a rotorului
Adăugarea paletelor de despicare pe partea de ieșire a rotorului va crește înălțimea pompei și eficiența hidraulică, iar creșterea înălțimii și a eficienței vor fi mai mari pe măsură ce lungimea palelor de despicare crește. Lungimea palelor de despicare nu depășește, de obicei, de 0,5 ori lungimea originală a lamei, în funcție de dimensiunea rotorului, de forma palelor și de numărul de pale.
4) Tăierea marginii de ieșire a paletei rotorului
Slefuirea spatelui paletelor de ieșire a rotorului extinde zona canalului de curgere a ieșirii rotorului, crescând astfel debitul rotorului. Pe măsură ce zona canalului de evacuare se extinde, înălțimea va crește și ea, iar punctul optim de eficiență al pompei se va deplasa spre partea cu debit mare.