Si es vol optimitzar el disseny d'impulsors de bombes centrífugues. Per tant, cal aclarir el propòsit de l'optimització: millorar el rendiment de la inhalació? Millorar l'eficiència de la bomba? Ajusteu l'amplitud de pujada de la corba Q-H... i després optimitzeu-la segons les necessitats específiques. El principal component hidràulic que afecta el rendiment de les bombes centrífugues és l'impulsor, a més dels components de flux com ara volutes/paletes de guia que s'hi combinen.
La mecànica de fluids és una disciplina semi teòrica i semi empírica, i encara hi ha moltes àrees que no es poden dissenyar, simular i predir amb precisió, com ara la incapacitat de simular amb precisió l'estat de flux real dels fluids i el seu impacte en el rendiment de la bomba sota diferents estructures, temperatures i mitjans de bombeig. Per tant, aquest article només pot explicar breument com optimitzar l'impulsor d'una bomba centrífuga per millorar-ne la succió i el rendiment hidràulic des d'una perspectiva qualitativa, combinada amb l'experiència. Només com a referència.
1. Millorar el rendiment de la inhalació
Hi ha dos tipus de flexió per a les pales de l'impulsor: flexió cap endavant i flexió cap enrere. A causa de la seva eficàcia per maximitzar la potència, impartir una gran força de rotació al fluid i prevenir la separació del flux, les bombes centrífugues solen utilitzar impulsors de fulles corbes posteriors.
Per al cos de la bomba, el comportament de la cavitació i el rendiment de succió de la bomba estan influenciats en gran mesura per la forma geomètrica i l'àrea de l'entrada de l'impulsor. Molts factors geomètrics a l'entrada de l'impulsor poden afectar la cavitació, com ara el diàmetre d'entrada i del cub, l'angle d'entrada de la paleta i l'angle d'incidència del flux aigües amunt, el nombre i el gruix de la paleta, l'àrea de la gola de la paleta, la rugositat superficial, el perfil de la vora davantera de la paleta, etc.
1) Diàmetre d'entrada/àrea d'entrada de l'impulsor
Per tal de millorar el rendiment d'aspiració de les bombes centrífugues, els dissenyadors generalment ho aconsegueixen augmentant el diàmetre d'entrada de l'impulsor. Avui dia, aquest mètode de disseny encara s'utilitza en el disseny d'enginyeria de bombes centrífugues.
Quan el diàmetre de l'eix és el mateix i l'espai lliure del diàmetre a l'anell bucal de l'impulsor és el mateix, millor serà el rendiment d'aspiració (com més gran sigui l'àrea d'entrada de l'impulsor, major serà el valor de la velocitat específica d'aspiració), més gran serà l'àrea lliure a l'anell bucal de l'impulsor, la qual cosa significa que la quantitat de fuita és més gran i l'eficiència de la bomba és menor.
Tanmateix, per al mètode de millorar el rendiment d'aspiració augmentant el diàmetre d'entrada de l'impulsor, s'ha de prestar especial atenció a:
No es permet que el valor de velocitat específic d'aspiració superi significativament els valors especificats a les normes i especificacions pertinents, en cas contrari, es produirà un rang de funcionament estable estret de la bomba.
2) Forma de la vora davantera de la fulla
Satisfer les limitacions mecàniques i de fabricació del gruix de la fulla de la vora davantera, l'adopció d'un perfil parabòlic pot millorar el rendiment d'aspiració de l'impulsor. El rendiment d'aspiració del contorn el·líptic és el segon, i aquesta forma és la selecció de contorn predeterminada per a la vora d'atac, ja que pot complir fàcilment amb les limitacions mecàniques i de fabricació del gruix de la vora davantera de la fulla.
3) El radi de curvatura de la part d'entrada de la placa de coberta de l'impulsor
A causa de la força centrífuga que actua sobre el flux de líquid a l'entrada de l'impulsor al punt d'inflexió, la pressió és baixa i la velocitat del flux és alta a prop de la placa de coberta frontal, donant lloc a una distribució desigual de velocitat a l'entrada de l'impulsor. Augmentar adequadament el radi de curvatura de la part d'entrada de la placa de coberta és beneficiós per reduir la velocitat absoluta a la placa de coberta frontal (lleugerament per davant de l'entrada de la fulla) i millorar la uniformitat de la distribució de velocitat, reduint la caiguda de pressió a la part d'entrada de la bomba, reduint així NPSHR i millorant el rendiment anti cavitació de la bomba.
4) Posició de la vora d'entrada de la fulla i forma de la part d'entrada
La vora d'entrada de la fulla s'estén lateralment cap al port d'aspiració, utilitzant una vora d'entrada de la fulla escombrada (la vora d'entrada no es troba en el mateix eix i la vora exterior es compensa amb un cert angle cap enrere), la qual cosa permet que el flux de líquid al costat del cub rebi l'acció de la fulla per endavant i augmenti la pressió.
La vora d'entrada de la fulla s'estén cap endavant i s'inclina, provocant diferents velocitats circumferencials en cada punt. En general, la velocitat axial es distribueix de manera aproximadament uniforme al llarg de la vora d'entrada, donant lloc a diferents angles de flux relatius a cada punt de la vora d'entrada. Per tal de fer front a aquesta situació de flux i reduir les pèrdues d'impacte, l'entrada de la paleta s'ha de convertir en una forma espacialment retorçada, per això moltes peces d'entrada de la paleta de l'impulsor de baixa -velocitat també es converteixen en pales retorçades.
5) Angle d'entrada de la fulla
La condició de disseny adopta un angle d'atac positiu lleugerament més gran per augmentar l'angle d'entrada de les pales, reduir la flexió a l'entrada de les pales, reduir el desplaçament de les pales, augmentar l'àrea de flux d'entrada de les pales i millorar així el rendiment d'aspiració. Al mateix temps, també millorarà l'entorn operatiu amb un trànsit elevat per reduir les pèrdues de trànsit. Tanmateix, l'angle d'atac no ha de ser massa gran, en cas contrari afectarà l'eficiència.
6) Gruix i suavitat de l'entrada de la fulla
Reduïu el gruix de l'entrada de la fulla adequadament i arrodoniu-lo per apropar-lo a una forma aerodinàmica. La reducció del gruix de la paleta no només amplia l'àrea del canal d'aspiració de l'impulsor, redueix la velocitat del flux i augmenta la pressió (la forma de l'entrada de la paleta és molt sensible a la caiguda de pressió), sinó que també millora la suavitat de la superfície de l'impulsor i l'entrada de la paleta, reduint les pèrdues de resistència. Totes aquestes mesures són beneficioses per millorar el rendiment d'aspiració de la bomba.
7) Forat d'equilibri
El forat d'equilibri de l'impulsor té un cert efecte destructiu sobre el flux principal que entra a l'impulsor a causa de les fuites (l'àrea del forat d'equilibri no ha de ser inferior a 5 vegades l'àrea del buit de segellat per reduir el cabal de fuites i minimitzar així l'impacte sobre el flux principal). La investigació ha demostrat que quan s'obre un forat d'equilibri a l'impulsor, la intensitat del vòrtex darrere de l'impulsor disminuirà i, fins i tot, alguns vòrtexs poden desaparèixer, millorant el rendiment d'aspiració de la bomba.
8) Diàmetre de sortida de l'impulsor
Una petita disminució del diàmetre de l'impulsor només augmentarà lleugerament el NPSHR. Però quan el diàmetre disminueix entre un 5% i un 10%, NPSHR augmentarà significativament, ja que la reducció de la longitud de la fulla augmentarà les càrregues específiques de la paleta, afectant així la distribució de la velocitat a l'entrada de l'impulsor.
Notes:
1) Intenteu evitar l'ús del mètode d'augment de l'àrea d'entrada de l'impulsor per millorar el rendiment d'aspiració i eviteu sobrepassar severament la velocitat específica d'aspiració, en cas contrari, és fàcil provocar un reflux d'entrada i ampliar l'àrea de funcionament inestable de la bomba.
2) S'ha d'evitar l'aparició de cavitació de la síndrome del canal de la fulla. Aquest tipus de dany per cavitació és causat pel petit espai entre les pales de guia (per a les bombes de paleta guia) o volutes (per a les bombes de voluta) i el diàmetre exterior de les pales de l'impulsor. Quan el líquid flueix pel canal petit, l'augment de la velocitat del líquid provoca una disminució de la pressió del líquid, la vaporització local i la generació de bombolles, que després es trenquen a pressions més altes, donant lloc a la cavitació.
2. Millorar el rendiment hidràulic
Hi ha molts factors que afecten el rendiment hidràulic de les bombes, i els principals factors que afecten l'eficiència hidràulica dels impulsors són diverses pèrdues. Concretament, hi ha:
1) Nombre de fulles
Per a les bombes centrífugues, augmentar el nombre de fulles generalment pot millorar el flux de líquid i augmentar el capçal de la bomba adequadament. No obstant això, augmentar el nombre de pales reduirà l'àrea de flux del canal, provocant un augment de la velocitat del flux i la pèrdua de fricció de les pales.
Per tant, l'augment excessiu del nombre de pales no només redueix l'eficiència i deteriora el rendiment de la cavitació de l'impulsor, sinó que també pot provocar una gepa a la corba de rendiment de la bomba. A més, un augment del nombre de fulles aplanarà la tendència a l'alça de la corba característica del cap (des del punt nominal) fins al punt mort crític; Al contrari, a mesura que disminueix el nombre de fulles, la corba característica del cap es fa més pronunciada. Normalment, es seleccionen 5-7 pales per a impulsors de bombes centrífugues amb un gran nombre de pales.
2) Fulles llargues i curtes
La investigació ha demostrat que qualsevol combinació de fulles curtes i llargues en un impulsor de la bomba serà beneficiosa per millorar l'eficiència de la bomba, ja que pot prevenir eficaçment qualsevol desenvolupament de flux d'estela causat per una distribució desigual de velocitat a prop de l'entrada de l'impulsor.
3) Fulles retorçades
Els experiments han demostrat que les bombes amb pales retorçades tenen una eficiència més alta prop del punt de funcionament del disseny i en zones de gran cabal en comparació amb les bombes amb pales corbes. Al mateix temps, les bombes amb fulles retorçades tenen una capçalera més alta en el punt crític que les amb fulles corbes (que poden canviar la tendència a l'alça de la corba característica del capçal al punt crític, especialment per a les bombes centrífugues de baixa velocitat específica, que poden millorar/eliminar eficaçment els geps).
4) Diàmetre de sortida de l'impulsor
L'estàndard API 610 no permet que les bombes assoleixin el diàmetre màxim de l'impulsor i requereix tallar l'impulsor per complir el rendiment requerit de la bomba. Si la selecció de la bomba és massa gran, tallar l'impulsor és un mètode relativament econòmic i eficaç per reduir la pressió i el cabal generats. Tot i que tallar l'impulsor és més eficient que utilitzar una vàlvula d'acceleració per complir les condicions de funcionament requerides, la seva eficiència sol ser inferior a la d'un impulsor de mida completa- perquè les pales de l'impulsor s'escurcen i augmenta la distància entre les pales de l'impulsor i la carcassa de la bomba.
Per als impulsors de flux radial, el seu diàmetre no s'ha de reduir a més del 70% del diàmetre màxim de disseny. La reducció del diàmetre de l'impulsor de la bomba també canviarà l'amplada del canal de sortida, l'angle de sortida de la fulla i la longitud de la fulla. Com més disminueix el diàmetre de l'impulsor respecte al diàmetre màxim, més disminuirà l'eficiència de la bomba amb el tall de l'impulsor i el punt d'eficiència més alt es desplaçarà cap a cabals més baixos.
3. La influència d'altres paràmetres en el rendiment de la bomba
1) Amplada de la fulla de l'impulsor
A mesura que augmenta l'amplada de la paleta, la pressió del líquid disminueix, de manera que el capçal disminuirà amb l'augment de l'amplada de la paleta de l'impulsor; L'efecte de l'amplada de la fulla sobre l'eficiència del punt d'eficiència òptima no sol ser significatiu (a mesura que augmenta l'amplada de la fulla, l'eficiència del punt d'eficiència òptima pot augmentar lleugerament), però la zona d'alta -eficiència es desplaçarà cap a cabals més baixos a mesura que disminueixi l'amplada de la fulla. L'impacte de l'eficiència és més significatiu a cabals volumètrics més grans, és a dir, a mesura que augmenta l'amplada de la fulla, la corba d'eficiència disminueix ràpidament a la dreta del punt d'eficiència òptima.
2) Angle de la pala de sortida de l'impulsor
Com més gran sigui l'angle de la fulla de sortida, més gran serà el capçal a una velocitat determinada, però a costa d'una menor eficiència i rendiment de desgast. L'angle de la fulla de sortida inferior augmenta l'eficiència i la longitud de la fulla, però a costa de reduir el cap. Per tant, normalment s'ha d'optimitzar l'angle de la fulla d'exportació per aconseguir un equilibri d'aquests factors. El capçal augmenta amb l'augment de l'angle de la fulla de sortida, que es pot explicar per l'augment de la mida de la secció transversal de sortida en relació amb l'angle de la fulla de sortida augmentat, donant lloc a una disminució de la caiguda de pressió del líquid al canal de flux entre les pales.
L'estudi suggereix que el valor màxim d'eficiència disminueix amb l'augment de l'angle de la fulla de sortida. Quan l'angle de la fulla de sortida és petit, l'eficiència de la bomba del costat dret del punt d'eficiència més alta disminuirà ràpidament.
3) Pala divisor de sortida de l'impulsor
L'addició de fulles divisores al costat de sortida de l'impulsor augmentarà el capçal de la bomba i l'eficiència hidràulica, i l'augment de capçal i l'eficiència serà més gran a mesura que augmenta la longitud de les pales divisores. La longitud de les pales divisors no sol superar 0,5 vegades la longitud original de la paleta, depenent de la mida de l'impulsor, la forma de les pales i el nombre de pales.
4) Retall de la vora de sortida de la paleta de l'impulsor
La mòlta de la part posterior de les pales de sortida de l'impulsor amplia l'àrea del canal de flux de la sortida de l'impulsor, augmentant així el cabal de l'impulsor. A mesura que l'àrea del canal de sortida s'amplia, el capçal també augmentarà i el punt d'eficiència òptima de la bomba es desplaçarà cap al costat d'alt cabal.
