Als u het ontwerp van centrifugaalpompwaaiers wilt optimaliseren. Daarom is het noodzakelijk om het doel van optimalisatie te verduidelijken: de inhalatieprestaties verbeteren? Het rendement van de pomp verbeteren? Pas de stijgamplitude van de Q-H-curve aan... en optimaliseer deze vervolgens op basis van specifieke behoeften. Het belangrijkste hydraulische onderdeel dat de prestaties van centrifugaalpompen beïnvloedt, is de waaier, naast de stromingscomponenten zoals voluten/leischoepen die daarmee zijn afgestemd.
Vloeistofmechanica is een semi-theoretische en semi-empirische discipline, en er zijn nog steeds veel gebieden die niet nauwkeurig kunnen worden ontworpen, gesimuleerd en voorspeld, zoals het onvermogen om nauwkeurig de werkelijke stromingstoestand van vloeistoffen te simuleren en hun impact op de pompprestaties onder verschillende structuren, temperaturen en pompmedia. Daarom kan dit artikel slechts kort uitleggen hoe de waaier van een centrifugaalpomp kan worden geoptimaliseerd om de zuig- en hydraulische prestaties te verbeteren vanuit kwalitatief perspectief, gecombineerd met ervaring. Alleen ter referentie.
1. Verbeter de inhalatieprestaties
Er zijn twee soorten buigingen voor waaierbladen: voorwaarts buigen en achterwaarts buigen. Vanwege de effectiviteit ervan bij het maximaliseren van het vermogen, het uitoefenen van een hoge rotatiekracht op de vloeistof en het voorkomen van stromingsscheiding, gebruiken centrifugaalpompen doorgaans waaiers met gebogen schoepen aan de achterkant.
Voor het pomplichaam worden het cavitatiegedrag en de zuigprestaties van de pomp grotendeels beïnvloed door de geometrische vorm en het oppervlak van de waaierinlaat. Veel geometrische factoren bij de inlaat van de waaier kunnen de cavitatie beïnvloeden, zoals de inlaat- en naafdiameter, de inlaathoek van het blad en de invalshoek van de stroomopwaartse stroom, het aantal en de dikte van het blad, het keeloppervlak van het blad, de ruwheid van het oppervlak, het profiel van de voorrand van het blad, enz. Bovendien is het ook gerelateerd aan de buitendiameter van de waaierbladen en de spleetgrootte tussen de leischoepen (voor leischoepenpompen) of voluten (voor spiraalvormige pompen).
1) Inlaatdiameter/inlaatoppervlak van waaier
Om de zuigprestaties van centrifugaalpompen te verbeteren, bereiken ontwerpers dit doorgaans door de inlaatdiameter van de waaier te vergroten. Tegenwoordig wordt deze ontwerpmethode nog steeds gebruikt bij het technisch ontwerp van centrifugaalpompen.
Wanneer de asdiameter hetzelfde is en de diameterspeling bij de waaiermondring hetzelfde is, hoe beter de zuigprestaties (hoe groter het waaierinlaatoppervlak, hoe hoger de zuigspecifieke snelheidswaarde), hoe groter het spelingsgebied bij de waaiermondring, wat betekent dat de hoeveelheid lekkage groter is en de pompefficiëntie lager.
Voor de methode om de zuigprestaties te verbeteren door de inlaatdiameter van de waaier te vergroten, moet echter speciale aandacht worden besteed aan:
Het is niet toegestaan om ervoor te zorgen dat de aanzuigspecifieke snelheidswaarde de waarden gespecificeerd in relevante normen en specificaties aanzienlijk overschrijdt, anders zal dit resulteren in een smal, stabiel werkbereik van de pomp.
2) Vorm van de voorrand van het blad
Door te voldoen aan de mechanische en productiebeperkingen van de bladdikte van de voorrand, kan het aannemen van een parabolisch profiel de zuigprestaties van de waaier verbeteren. De zuigkracht van de elliptische contour komt op de tweede plaats, en deze vorm is de standaardcontourselectie voor de voorrand, omdat deze gemakkelijk kan voldoen aan de mechanische en productiebeperkingen van de dikte van de voorrand van het blad.
3) De kromtestraal van het inlaatgedeelte van de waaierafdekplaat
Als gevolg van de middelpuntvliedende kracht die inwerkt op de vloeistofstroom bij de inlaat van de waaier op het keerpunt, is de druk laag en is de stroomsnelheid hoog nabij de voorste afdekplaat, wat resulteert in een ongelijkmatige snelheidsverdeling bij de inlaat van de waaier. Het op de juiste wijze vergroten van de kromtestraal van het inlaatgedeelte van de afdekplaat is gunstig voor het verminderen van de absolute snelheid bij de voorste afdekplaat (iets vóór de bladinlaat) en het verbeteren van de uniformiteit van de snelheidsverdeling, waardoor de drukval bij het pompinlaatgedeelte wordt verminderd, waardoor NPSHR wordt verminderd en de anticavitatieprestaties van de pomp worden verbeterd.
4) Positie van de mesinlaatrand en vorm van het inlaatdeel
De inlaatrand van het blad strekt zich zijdelings uit naar de zuigpoort, met behulp van een naar achteren gebogen bladinlaatrand (de inlaatrand bevindt zich niet op dezelfde as en de buitenrand is met een bepaalde hoek naar achteren verschoven), waardoor de vloeistofstroom aan de naafzijde om vooraf de werking van het blad te ontvangen en de druk te verhogen.
De inlaatrand van het blad strekt zich naar voren uit en kantelt, waardoor op elk punt verschillende omtreksnelheden ontstaan. Over het algemeen wordt de axiale snelheid ongeveer gelijkmatig verdeeld langs de inlaatrand, wat resulteert in verschillende relatieve stroomhoeken op elk punt op de inlaatrand. Om aan deze stromingssituatie te voldoen en impactverliezen te verminderen, moet de bladinlaat in een ruimtelijk gedraaide vorm worden gemaakt. Daarom zijn veel inlaatonderdelen van het rotorblad met lage snelheid- ook gedraaid in gedraaide bladen.
5) Inlaathoek van het mes
De ontwerpvoorwaarde hanteert een iets grotere positieve invalshoek om de inlaathoek van de bladen te vergroten, de buiging bij de inlaat van de bladen te verminderen, de verplaatsing van de bladen te verminderen, het inlaatstroomoppervlak van de bladen te vergroten en zo de zuigprestaties te verbeteren. Tegelijkertijd zal het ook de werkomgeving bij veel verkeer verbeteren om verkeersverliezen te verminderen. De aanvalshoek mag echter niet te groot zijn, anders heeft dit invloed op de efficiëntie.
6) Dikte en gladheid van de mesinlaat
Verklein de dikte van de bladinlaat op de juiste manier en rond deze af om deze dichter bij een gestroomlijnde vorm te brengen. Het verminderen van de bladdikte vergroot niet alleen het oppervlak van het waaieraanzuigkanaal, vermindert de stroomsnelheid en verhoogt de druk (de vorm van de bladinlaat is zeer gevoelig voor drukval), maar verbetert ook de oppervlaktegladheid van de waaier en de bladinlaat, waardoor weerstandsverliezen worden verminderd. Deze maatregelen zijn allemaal gunstig voor het verbeteren van de zuigprestaties van de pomp.
7) Balansgat
Het balansgat op de waaier heeft een bepaald destructief effect op de hoofdstroom die de waaier binnenkomt als gevolg van lekkage (het oppervlak van het balansgat mag niet kleiner zijn dan 5 keer het oppervlak van de afdichtingsspleet om het lekdebiet te verminderen en zo de impact op de hoofdstroom te minimaliseren). Onderzoek heeft aangetoond dat wanneer een balansgat op de waaier wordt geopend, de wervelintensiteit achter de waaier zal afnemen en sommige wervels zelfs kunnen verdwijnen, waardoor de zuigprestaties van de pomp verbeteren.
8) Diameter waaieruitlaat
Een kleine afname van de waaierdiameter zal de NPSHR slechts licht verhogen. Maar wanneer de diameter met 5% tot 10% afneemt, zal de NPSHR aanzienlijk toenemen, omdat de vermindering van de bladlengte de specifieke bladbelastingen zal verhogen, waardoor de snelheidsverdeling bij de inlaat van de waaier wordt beïnvloed.
Opmerkingen:
1) Probeer het gebruik van de methode om het inlaatoppervlak van de waaier te vergroten te vermijden om de zuigprestaties te verbeteren, en vermijd het ernstig overschrijden van de specifieke zuigsnelheid, anders is het gemakkelijk om inlaatreflux te veroorzaken en het onstabiele werkgebied van de pomp uit te breiden.
2) Het optreden van cavitatie door het blade-channelsyndroom moet worden vermeden. Dit type cavitatieschade wordt veroorzaakt door de kleine opening tussen de leischoepen (voor leischoepenpompen) of slakkenhuis (voor slakkenhuispompen) en de buitendiameter van de waaierbladen. Wanneer de vloeistof door het kleine kanaal stroomt, veroorzaakt de toename van de vloeistofsnelheid een afname van de vloeistofdruk, lokale verdamping en het genereren van bellen, die vervolgens bij hogere drukken scheuren, wat leidt tot cavitatie.
2. Verbeter de hydraulische prestaties
Er zijn veel factoren die de hydraulische prestaties van pompen beïnvloeden, en de belangrijkste factoren die de hydraulische efficiëntie van waaiers beïnvloeden zijn verschillende verliezen. Concreet zijn er:
1) Aantal bladeren
Bij centrifugaalpompen kan het vergroten van het aantal bladen over het algemeen de vloeistofstroom verbeteren en de pompopvoerhoogte op passende wijze vergroten. Het vergroten van het aantal bladen zal echter het stroomoppervlak van het kanaal verkleinen, wat leidt tot een toename van de stroomsnelheid en wrijvingsverlies van de bladen.
Daarom vermindert een overmatige toename van het aantal bladen niet alleen de efficiëntie en verslechtert de cavitatieprestatie van de waaier, maar kan ook een bult in de prestatiecurve van de pomp veroorzaken. Bovendien zal een toename van het aantal bladen de opwaartse trend van de karakteristieke curve van de kop (vanaf het nominale punt) naar het kritische dode punt afvlakken; Integendeel, naarmate het aantal bladen afneemt, wordt de karakteristieke curve van de kop steiler. Meestal worden 5-7 bladen geselecteerd voor centrifugaalpompwaaiers met een groot aantal bladen.
2) Lange en korte bladeren
Onderzoek heeft aangetoond dat elke combinatie van korte en lange bladen in een pompwaaier gunstig zal zijn voor het verbeteren van de pompefficiëntie, omdat het effectief elke ontwikkeling van zogstroming kan voorkomen die wordt veroorzaakt door een ongelijkmatige snelheidsverdeling nabij de waaierinlaat.
3) Gedraaide messen
Experimenten hebben aangetoond dat pompen met gedraaide schoepen een hoger rendement hebben nabij het ontwerpwerkpunt en in gebieden met een hoog debiet vergeleken met pompen met gebogen schoepen. Tegelijkertijd hebben pompen met gedraaide schoepen op het kritieke punt een hogere opvoerhoogte dan pompen met gebogen schoepen (wat de opwaartse trend van de opvoerhoogtekarakteristiek op het kritieke punt kan veranderen, vooral voor centrifugaalpompen met een laag toerental, die bulten effectief kunnen verbeteren/elimineren).
4) Diameter waaieruitlaat
De API 610-norm staat niet toe dat pompen de maximale waaierdiameter bereiken en vereist dat de waaier wordt doorgesneden om aan de vereiste prestaties van de pomp te voldoen. Als de pompselectie te groot is, is het afsnijden van de waaier een relatief economische en effectieve methode om de gegenereerde druk en stroom te verminderen. Hoewel het doorsnijden van de waaier efficiënter is dan het gebruik van een smoorklep om aan de vereiste bedrijfsomstandigheden te voldoen, is de efficiëntie ervan meestal lager dan die van een waaier van volledige- grootte, omdat de waaierbladen worden ingekort en de opening tussen de waaierbladen en het pomphuis groter wordt.
Bij waaiers met radiale stroming mag de diameter ervan niet worden verkleind tot meer dan 70% van de maximale ontwerpdiameter. De verkleining van de diameter van de pompwaaier zal ook de breedte van het uitlaatkanaal, de uitlaathoek van het blad en de bladlengte veranderen. Hoe meer de waaierdiameter afneemt ten opzichte van de maximale diameter, hoe meer de pompefficiëntie zal afnemen bij het doorsnijden van de waaier, en het hoogste efficiëntiepunt zal verschuiven naar lagere stroomsnelheden.
3. De invloed van andere parameters op de pompprestaties
1) Bladbreedte van de waaier
Naarmate de bladbreedte toeneemt, neemt de vloeistofdruk af, zodat de opvoerhoogte kleiner wordt naarmate de waaierbladbreedte toeneemt; Het effect van de bladbreedte op de efficiëntie van het optimale efficiëntiepunt is doorgaans niet significant (naarmate de bladbreedte toeneemt, kan de efficiëntie van het optimale efficiëntiepunt enigszins toenemen), maar de zone met hoge-efficiëntie zal verschuiven naar lagere stroomsnelheden naarmate de bladbreedte afneemt. De impact van de efficiëntie is groter bij grotere volumetrische debieten, met andere woorden: naarmate de bladbreedte toeneemt, neemt de efficiëntiecurve snel af rechts van het optimale efficiëntiepunt.
2) Hoek van het uitlaatblad van de waaier
Hoe groter de hoek van het uitlaatblad, hoe hoger de opvoerhoogte bij een gegeven snelheid, maar dit gaat ten koste van een lagere efficiëntie en slijtageprestaties. De lagere hoek van het uitlaatblad vergroot de efficiëntie en de bladlengte, maar gaat ten koste van een kleinere opvoerhoogte. Daarom moet de exportbladhoek doorgaans worden geoptimaliseerd om een evenwicht tussen deze factoren te bereiken. De opvoerhoogte neemt toe met de toename van de hoek van het uitlaatblad, wat kan worden verklaard door de toename van de dwarsdoorsnede van de uitlaat ten opzichte van de grotere hoek van het uitlaatblad, wat resulteert in een afname van de vloeistofdrukval in het stroomkanaal tussen de bladen.
De studie suggereert dat de maximale efficiëntiewaarde afneemt naarmate de hoek van het uitlaatblad toeneemt. Wanneer de hoek van het uitlaatblad klein is, zal het rendement van de pomp aan de rechterkant van het hoogste efficiëntiepunt snel afnemen.
3) Waaieruitlaatsplitsblad
Het toevoegen van kloofbladen aan de uitlaatzijde van de waaier zal de opvoerhoogte en het hydraulisch rendement van de pomp vergroten, en de toename in opvoerhoogte en efficiëntie zal groter zijn naarmate de lengte van de kloofbladen toeneemt. De lengte van de kloofmessen is doorgaans niet groter dan 0,5 maal de oorspronkelijke bladlengte, afhankelijk van de grootte van de waaier, de vorm van de bladen en het aantal bladen.
4) Afsnijden van de uitlaatrand van het rotorblad
Door de achterkant van de waaieruitlaatbladen te slijpen wordt het stroomkanaalgebied van de waaieruitlaat groter, waardoor de stroomsnelheid van de waaier toeneemt. Naarmate het uitlaatkanaalgebied groter wordt, zal de opvoerhoogte ook toenemen en zal het optimale efficiëntiepunt van de pomp verschuiven naar de kant met hoog debiet.
