Ha optimalizálni szeretné a centrifugálszivattyú járókerekeinek kialakítását. Ezért tisztázni kell az optimalizálás célját: az inhalációs teljesítmény javítása? Javítja a szivattyú hatékonyságát? Állítsa be a Q-H görbe emelkedési amplitúdóját..., majd optimalizálja az egyedi igényeknek megfelelően. A centrifugálszivattyúk teljesítményét befolyásoló fő hidraulikus alkatrész a járókerék, a hozzá illesztett áramlási komponensek, például csavarok/vezetőlapátok mellett.
A folyadékmechanika egy félig elméleti és félig empirikus tudományág, és még mindig sok olyan terület van, amelyet nem lehet pontosan megtervezni, szimulálni és előre jelezni, mint például a folyadékok valós áramlási állapotának pontos szimulálása és ezek hatása a szivattyú teljesítményére különböző szerkezetek, hőmérsékletek és szivattyúzó közegek mellett. Ezért ez a cikk csak röviden elmagyarázza, hogyan optimalizálható a centrifugálszivattyú járókereke annak érdekében, hogy minőségi szempontból, tapasztalattal kombinálva javítsa annak szívó- és hidraulikus teljesítményét. Csak referenciaként.
1. A belégzési teljesítmény javítása
A járókerék lapátokhoz kétféle hajlítás létezik: előre és hátra hajlítás. A teljesítmény maximalizálásában, a folyadékot nagy forgási erőt kölcsönző, és az áramlási szétválást megakadályozó hatékonysága miatt a centrifugálszivattyúk általában hátsó ívelt lapátkereket használnak.
A szivattyúház esetében a szivattyú kavitációs viselkedését és szívóteljesítményét nagymértékben befolyásolja a járókerék bemenetének geometriai alakja és területe. A járókerék bemeneténél számos geometriai tényező befolyásolhatja a kavitációt, mint például a bemeneti és a kerékagy átmérője, a lapát bemeneti szöge és az ellenirányú áramlás beesési szöge, a lapátok száma és vastagsága, a lapát torkának területe, felületi érdesség, a lapát elülső él profilja stb. Ezen túlmenően ez a járókerék külső átmérőjével is összefügg (a járókerék lapátok és a szivattyú hézagok közötti vezető méretével) spirális szivattyúk).
1) Bemeneti átmérő/a járókerék bemeneti területe
A centrifugálszivattyúk szívóteljesítményének javítása érdekében a tervezők ezt általában a járókerék bemeneti átmérőjének növelésével érik el. Ezt a tervezési módszert ma is alkalmazzák a centrifugálszivattyúk mérnöki tervezésében.
Ha a tengely átmérője azonos, és a járókerék szájgyűrűjénél azonos átmérőjű hézag, annál jobb a szívóteljesítmény (minél nagyobb a járókerék bemeneti területe, annál nagyobb a szívási fajlagos sebesség értéke), annál nagyobb a hézagterület a járókerék szájgyűrűjénél, ami azt jelenti, hogy a szivárgás mértéke nagyobb és a szivattyú hatásfoka alacsonyabb.
A szívókerék bemeneti átmérőjének növelésével történő szívóteljesítmény javításához azonban különös figyelmet kell fordítani a következőkre:
Nem megengedett, hogy a szívó fajlagos fordulatszám értéke jelentősen meghaladja a vonatkozó szabványokban és előírásokban meghatározott értékeket, ellenkező esetben a szivattyú szűk, stabil működési tartományát eredményezi.
2) A penge élének alakja
Az éllapát vastagságával kapcsolatos mechanikai és gyártási korlátok kielégítésével a parabolaprofil alkalmazása javíthatja a járókerék szívóteljesítményét. Az ellipszis alakú kontúr szívóteljesítménye a második, és ez a forma az alapértelmezett kontúrválasztás az élhez, mivel könnyen teljesíti a penge elülső élének vastagságára vonatkozó mechanikai és gyártási korlátokat.
3) A járókerék fedlap bemeneti részének görbületi sugara
A forgásponton a járókerék bemeneténél a folyadékáramra ható centrifugális erő miatt az elülső fedlap közelében alacsony a nyomás és nagy az áramlási sebesség, ami egyenetlen sebességeloszlást eredményez a járókerék bemeneténél. A fedőlemez bemeneti részének görbületi sugarának megfelelő növelése előnyös az abszolút sebesség csökkentésében az elülső fedőlemeznél (valamivel a lapát bemeneténél), és javítja a sebességeloszlás egyenletességét, csökkenti a nyomásesést a szivattyú bemeneti részén, ezáltal csökkenti az NPSHR-t és javítja a szivattyú kavitációs teljesítményét.
4) A lapát bemeneti élének helyzete és a bemeneti rész alakja
A penge bemeneti éle oldalirányban a szívónyílás felé nyúlik, egy visszahúzott lapát bemeneti éllel (a bemeneti él nem ugyanazon a tengelyen van, és a külső él egy bizonyos szögben el van tolva hátrafelé), ami lehetővé teszi, hogy a folyadékáramlás az agy oldalán előre fogadja a lapát hatását és növelje a nyomást.
A penge bemeneti éle előrenyúlik és megdől, így minden ponton eltérő kerületi sebességet okoz. Általában az axiális sebesség megközelítőleg egyenletesen oszlik el a bemeneti él mentén, ami különböző relatív áramlási szögeket eredményez a bemeneti él minden pontján. Ennek az áramlási helyzetnek a kielégítése és az ütközési veszteségek csökkentése érdekében a lapát bemenetét térben csavart alakra kell alakítani, ezért sok kis-fordulatszámú járókerék lapát bemeneti alkatrészt is csavart lapáttá kell készíteni.
5) A penge bemeneti szöge
A tervezési állapot valamivel nagyobb pozitív szöget fogad el a lapátok bemeneti szögének növelése, a lapátok bemeneti nyílásánál bekövetkező hajlítás, a lapátok elmozdulásának csökkentése, a lapátok bemeneti áramlási területének növelése, és ezáltal a szívóteljesítmény javítása érdekében. Ugyanakkor a nagy forgalom melletti működési környezetet is javítja a forgalomveszteségek csökkentése érdekében. A támadási szög azonban nem lehet túl nagy, különben befolyásolja a hatékonyságot.
6) A penge bemeneti vastagsága és simasága
Csökkentse megfelelően a penge bemeneti nyílás vastagságát, és kerekítse le, hogy közelebb kerüljön az áramvonalas formához. A lapátvastagság csökkentése nemcsak a járókerék szívócsatornájának területét tágítja, csökkenti az áramlási sebességet és növeli a nyomást (a lapát bemeneti nyílás formája nagyon érzékeny a nyomásesésre), hanem javítja a járókerék és a lapát bemeneti felületének simaságát, csökkentve az ellenállási veszteségeket. Ezek az intézkedések mind előnyösek a szivattyú szívóteljesítményének javításában.
7) Kiegyensúlyozó lyuk
A járókeréken lévő kiegyensúlyozó furat bizonyos romboló hatást gyakorol a járókerékbe belépő főáramra a szivárgás miatt (a kiegyensúlyozó furat területe nem lehet kisebb, mint a tömítőrés területének 5-szöröse, hogy csökkentse a szivárgási áramlási sebességet és ezáltal minimalizálja a főáramra gyakorolt hatást). Kutatások kimutatták, hogy ha a járókeréken kiegyensúlyozó lyukat nyitnak, a járókerék mögött csökken az örvény intenzitása, sőt egyes örvények el is tűnhetnek, javítva a szivattyú szívóteljesítményét.
8) A járókerék kimeneti átmérője
A járókerék átmérőjének kismértékű csökkenése csak kis mértékben növeli az NPSHR-t. De amikor az átmérő 5-10%-kal csökken, az NPSHR jelentősen megnő, mivel a lapáthossz csökkenése megnöveli a fajlagos lapátterhelést, ezáltal befolyásolja a sebességeloszlást a járókerék bemeneténél.
Megjegyzések:
1) Próbálja meg elkerülni a járókerék bemeneti területének növelésének módszerét a szívóteljesítmény javítása érdekében, és kerülje a szívó fajlagos sebesség súlyos túllépését, ellenkező esetben könnyen előidézheti a bemeneti visszafolyást és kiterjesztheti a szivattyú instabil működési területét.
2) Kerülni kell a pengecsatorna szindróma kavitációjának előfordulását. Az ilyen típusú kavitációs károsodást a vezetőlapátok (vezetőlapátos szivattyúknál) vagy tekercsek (spirált szivattyúk esetén) és a járókerék lapátjainak külső átmérője közötti kis rés okozza. Amikor a folyadék átáramlik a kis csatornán, a folyadék sebességének növekedése a folyadék nyomásának csökkenését, helyi elpárologtatást és buborékok képződését okozza, amelyek aztán nagyobb nyomáson felszakadnak, ami kavitációhoz vezet.
2. Javítsa a hidraulikus teljesítményt
A szivattyúk hidraulikus teljesítményét számos tényező befolyásolja, és a járókerekek hidraulikus hatékonyságát befolyásoló fő tényezők a különböző veszteségek. Konkrétan vannak:
1) A levelek száma
A centrifugálszivattyúknál a lapátok számának növelése általában javíthatja a folyadék áramlását és megfelelően növelheti a szivattyú magasságát. A lapátok számának növelése azonban csökkenti a csatorna áramlási területét, ami az áramlási sebesség növekedéséhez és a lapátok súrlódási veszteségéhez vezet.
Ezért a lapátok számának túlzott növekedése nemcsak a hatékonyságot és a járókerék kavitációs teljesítményét rontja, hanem a szivattyú teljesítménygörbéjén is domborulatot okozhat. Ezenkívül a pengék számának növekedése a fejjellemző görbéjének emelkedő trendjét (a névleges ponttól) a kritikus holtpontig simítja; Éppen ellenkezőleg, a pengék számának csökkenésével a fejjellemző görbe meredekebbé válik. Általában 5-7 lapátot választanak ki a nagy számú lapáttal rendelkező centrifugálszivattyú járókerekeihez.
2) Hosszú és rövid levelek
A kutatások kimutatták, hogy a szivattyú járókerekében a rövid és hosszú lapátok bármilyen kombinációja előnyös lehet a szivattyú hatékonyságának javításában, mivel hatékonyan megakadályozza a járókerék bemeneti nyílása közelében lévő egyenetlen sebességeloszlás okozta ébrenléti áramlást.
3) Csavart pengék
Kísérletek kimutatták, hogy a csavart lapátú szivattyúk hatásfoka a tervezett működési pont közelében és nagy átfolyási területeken nagyobb, mint az ívelt lapátú szivattyúk. Ugyanakkor a csavart lapáttal rendelkező szivattyúk a kritikus ponton magasabb emelőmagassággal rendelkeznek, mint az ívelt lapátokkal (ami megváltoztathatja a fejjellemző görbéjének felfelé ívelő tendenciáját a kritikus pontban, különösen az alacsony fajlagos fordulatszámú centrifugálszivattyúk esetében, amelyek hatékonyan javíthatják/megszüntetik a dudorokat).
4) A járókerék kimeneti átmérője
Az API 610 szabvány nem teszi lehetővé, hogy a szivattyúk elérjék a maximális járókerék átmérőt, és megköveteli a járókerék levágását, hogy megfeleljen a szivattyú előírt teljesítményének. Ha a szivattyúválaszték túl nagy, a járókerék levágása viszonylag gazdaságos és hatékony módszer a keletkező nyomás és áramlás csökkentésére. Bár a járókerék levágása hatékonyabb, mint a fojtószelep használata a szükséges működési feltételek teljesítése érdekében, hatékonysága általában alacsonyabb, mint egy teljes méretű járókeréké, mivel a járókerék lapátok lerövidülnek, és megnő a hézag a járókerék lapátok és a szivattyúház között.
Radiális áramlású járókerekek esetében az átmérőjük nem csökkenthető több mint a maximális tervezési átmérő 70%-ára. A szivattyú járókerék átmérőjének csökkentése a kimeneti csatorna szélességét, a lapát kimeneti szögét és a lapát hosszát is megváltoztatja. Minél jobban csökken a járókerék átmérője a maximális átmérőhöz képest, annál jobban csökken a szivattyú hatásfoka a járókerék levágásával, és a legmagasabb hatásfok pont az alacsonyabb áramlási sebességek felé tolódik el.
3. Egyéb paraméterek hatása a szivattyú teljesítményére
1) A járókerék lapátszélessége
A lapátszélesség növekedésével a folyadéknyomás csökken, így a járókerék lapátszélességének növekedésével a fej is csökken; A lapátszélesség hatása az optimális hatékonysági pont hatékonyságára általában nem jelentős (a lapátszélesség növekedésével az optimális hatékonysági pont hatékonysága kismértékben nőhet), de a nagy{0}}hatékonyságú zóna a lapátszélesség csökkenésével kisebb áramlási sebességek felé tolódik el. A hatásfok hatása nagyobb volumetrikus áramlási sebességeknél jelentősebb, vagyis a lapátszélesség növekedésével a hatásfok görbe gyorsan csökken az optimális hatékonysági ponttól jobbra.
2) A járókerék kimeneti lapátszöge
Minél nagyobb a kimeneti lapát szöge, annál magasabb a fej egy adott sebesség mellett, de alacsonyabb hatékonyság és kopásállóság árán. Az alacsonyabb kimeneti lapátszög növeli a hatékonyságot és a penge hosszát, de a fej csökkentése árán. Ezért az exportlapát szögét általában optimalizálni kell, hogy ezek a tényezők egyensúlyban legyenek. A fej a kimeneti lapátok szögének növekedésével növekszik, ami a kimeneti keresztmetszeti méret-növekedésével magyarázható a megnövekedett kimeneti lapátok szögéhez képest, ami a lapátok közötti áramlási csatornában a folyadék nyomásesésének csökkenését eredményezi.
A tanulmány azt sugallja, hogy a maximális hatékonysági érték a kimeneti lapátszög növekedésével csökken. Ha a kimeneti lapát szöge kicsi, a szivattyú hatékonysága a legmagasabb hatásfok jobb oldalán gyorsan csökken.
3) A járókerék kimeneti elosztó lapátja
Ha a járókerék kimeneti oldalán osztólapátokat adunk hozzá, megnő a szivattyú feje és a hidraulikus hatásfoka, és a fej és a hatásfok növekedése is nagyobb lesz az osztólapátok hosszának növekedésével. A hasítólapátok hossza általában nem haladja meg az eredeti lapáthossz 0,5-szeresét, a járókerék méretétől, a lapátok alakjától és a lapátok számától függően.
4) A járókerék lapát kimeneti élének levágása
A járókerék kimeneti lapátjainak hátoldalának köszörülése kiterjeszti a járókerék kimenetének áramlási csatorna területét, ezáltal növeli a járókerék áramlási sebességét. A kimeneti csatorna területének bővülésével a emelőmagasság is növekszik, és a szivattyú optimális hatásfoka a nagy áramlási oldal felé tolódik el.