Εάν θέλετε να βελτιστοποιήσετε τη σχεδίαση των φυγοκεντρικών πτερυγίων αντλιών. Επομένως, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί ο σκοπός της βελτιστοποίησης: να βελτιωθεί η απόδοση της εισπνοής; Βελτιώστε την απόδοση της αντλίας; Προσαρμόστε το πλάτος ανόδου της καμπύλης Q-H... και στη συνέχεια βελτιστοποιήστε το σύμφωνα με συγκεκριμένες ανάγκες. Το κύριο υδραυλικό εξάρτημα που επηρεάζει την απόδοση των φυγοκεντρικών αντλιών είναι η φτερωτή, εκτός από τα εξαρτήματα ροής, όπως βολβοί/οδηγοί πτερύγια που ταιριάζουν με αυτήν.
Η ρευστομηχανική είναι μια ημιθεωρητική και ημιεμπειρική επιστήμη και υπάρχουν ακόμη πολλοί τομείς που δεν μπορούν να σχεδιαστούν, να προσομοιωθούν και να προβλεφθούν με ακρίβεια, όπως η αδυναμία ακριβούς προσομοίωσης της πραγματικής κατάστασης ροής των ρευστών και ο αντίκτυπός τους στην απόδοση της αντλίας κάτω από διαφορετικές δομές, θερμοκρασίες και μέσα άντλησης. Επομένως, αυτό το άρθρο μπορεί μόνο εν συντομία να εξηγήσει πώς να βελτιστοποιήσετε την πτερωτή μιας φυγοκεντρικής αντλίας για να βελτιώσετε την αναρρόφηση και την υδραυλική της απόδοση από ποιοτική άποψη, σε συνδυασμό με την εμπειρία. Μόνο για αναφορά.
1. Βελτιώστε την απόδοση της εισπνοής
Υπάρχουν δύο τύποι κάμψης για πτερύγια πτερυγίων: κάμψη προς τα εμπρός και κάμψη προς τα πίσω. Λόγω της αποτελεσματικότητάς τους στη μεγιστοποίηση της ισχύος, στην παροχή υψηλής περιστροφικής δύναμης στο ρευστό και στην αποτροπή του διαχωρισμού της ροής, οι φυγόκεντρες αντλίες συνήθως χρησιμοποιούν πτερωτές οπίσθιας καμπύλης λεπίδας.
Για το σώμα της αντλίας, η συμπεριφορά της σπηλαίωσης και η απόδοση αναρρόφησης της αντλίας επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από το γεωμετρικό σχήμα και την περιοχή της εισόδου της πτερωτής. Πολλοί γεωμετρικοί παράγοντες στην είσοδο της πτερωτής μπορούν να επηρεάσουν τη σπηλαίωση, όπως η διάμετρος εισόδου και πλήμνης, γωνία εισόδου λεπίδας και γωνία πρόσπτωσης ροής ανάντη, αριθμός και πάχος λεπίδας, περιοχή λαιμού λεπίδας, τραχύτητα επιφάνειας, προφίλ μπροστινής ακμής λεπίδας, κ.λπ. (για αντλίες σπειρών).
1) Διάμετρος εισόδου/περιοχή εισόδου πτερωτής
Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση αναρρόφησης των φυγοκεντρικών αντλιών, οι σχεδιαστές το επιτυγχάνουν γενικά αυξάνοντας τη διάμετρο εισόδου της πτερωτής. Σήμερα, αυτή η μέθοδος σχεδιασμού εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στον τεχνικό σχεδιασμό φυγοκεντρικών αντλιών.
Όταν η διάμετρος του άξονα είναι ίδια και το διάκενο στο στόμιο της πτερωτής είναι ίδια, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση αναρρόφησης (όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή εισόδου της πτερωτής, τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή ειδικής ταχύτητας αναρρόφησης), τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή απόστασης στο δακτύλιο στομίου της πτερωτής, που σημαίνει ότι η ποσότητα διαρροής είναι μεγαλύτερη και η απόδοση της αντλίας χαμηλότερη.
Ωστόσο, για τη μέθοδο βελτίωσης της απόδοσης αναρρόφησης με αύξηση της διαμέτρου εισόδου της πτερωτής, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή:
Δεν επιτρέπεται η σημαντική υπέρβαση της τιμής της ειδικής ταχύτητας αναρρόφησης από τις τιμές που καθορίζονται στα σχετικά πρότυπα και προδιαγραφές, διαφορετικά θα έχει ως αποτέλεσμα ένα στενό σταθερό εύρος λειτουργίας της αντλίας.
2) Σχήμα μπροστινής ακμής λεπίδας
Η ικανοποίηση των μηχανικών και κατασκευαστικών περιορισμών του πάχους της λεπίδας της πρόσοψης, η υιοθέτηση ενός παραβολικού προφίλ μπορεί να βελτιώσει την απόδοση αναρρόφησης της πτερωτής. Η απόδοση αναρρόφησης του ελλειπτικού περιγράμματος είναι δεύτερη και αυτό το σχήμα είναι η προεπιλεγμένη επιλογή περιγράμματος για το μπροστινό άκρο, καθώς μπορεί εύκολα να καλύψει τους μηχανικούς και κατασκευαστικούς περιορισμούς του πάχους του μπροστινού άκρου της λεπίδας.
3) Η ακτίνα καμπυλότητας του τμήματος εισόδου της πλάκας καλύμματος της πτερωτής
Λόγω της φυγόκεντρης δύναμης που επενεργεί στη ροή του υγρού στην είσοδο της πτερωτής στο σημείο στροφής, η πίεση είναι χαμηλή και η ταχύτητα ροής είναι υψηλή κοντά στην μπροστινή πλάκα καλύμματος, με αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη κατανομή της ταχύτητας στην είσοδο της πτερωτής. Η κατάλληλη αύξηση της ακτίνας καμπυλότητας του τμήματος εισόδου της πλάκας κάλυψης είναι ευεργετική για τη μείωση της απόλυτης ταχύτητας στην μπροστινή πλάκα καλύμματος (λίγο μπροστά από την είσοδο της λεπίδας) και τη βελτίωση της ομοιομορφίας κατανομής της ταχύτητας, μειώνοντας την πτώση πίεσης στο τμήμα εισόδου της αντλίας, μειώνοντας έτσι το NPSHR και βελτιώνοντας την απόδοση της αντισπηλαίωσης.
4) Θέση άκρου εισόδου λεπίδας και σχήμα τμήματος εισόδου
Το άκρο εισόδου της λεπίδας εκτείνεται πλευρικά προς τη θύρα αναρρόφησης, χρησιμοποιώντας ένα άκρο εισόδου πίσω λεπίδας (το άκρο εισόδου δεν βρίσκεται στον ίδιο άξονα και το εξωτερικό άκρο μετατοπίζεται κατά μια ορισμένη γωνία προς τα πίσω), που επιτρέπει στη ροή του υγρού στην πλευρά της πλήμνης να δέχεται τη δράση της λεπίδας εκ των προτέρων και να αυξάνει την πίεση.
Το άκρο εισόδου της λεπίδας εκτείνεται προς τα εμπρός και γέρνει, προκαλώντας διαφορετικές περιφερειακές ταχύτητες σε κάθε σημείο. Γενικά, η αξονική ταχύτητα κατανέμεται περίπου ομοιόμορφα κατά μήκος της ακμής εισόδου, με αποτέλεσμα διαφορετικές σχετικές γωνίες ροής σε κάθε σημείο της ακμής εισόδου. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί αυτή η κατάσταση ροής και να μειωθούν οι απώλειες πρόσκρουσης, η είσοδος της λεπίδας θα πρέπει να έχει ένα χωρικά στριμμένο σχήμα, γι' αυτό και πολλά-τμήματα εισόδου πτερυγίων χαμηλής ταχύτητας κατασκευάζονται επίσης σε στριμμένα πτερύγια.
5) Γωνία εισόδου λεπίδας
Η συνθήκη σχεδίασης υιοθετεί μια ελαφρώς μεγαλύτερη θετική γωνία προσβολής για να αυξήσει τη γωνία εισόδου των λεπίδων, να μειώσει την κάμψη στην είσοδο των λεπίδων, να μειώσει τη μετατόπιση των λεπίδων, να αυξήσει την περιοχή ροής εισόδου των λεπίδων και έτσι να βελτιώσει την απόδοση αναρρόφησης. Ταυτόχρονα, θα βελτιώσει επίσης το περιβάλλον λειτουργίας υπό υψηλή κίνηση για να μειώσει τις απώλειες κυκλοφορίας. Ωστόσο, η γωνία επίθεσης δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, διαφορετικά θα επηρεάσει την αποτελεσματικότητα.
6) Πάχος και ομαλότητα εισόδου λεπίδας
Μειώστε κατάλληλα το πάχος της εισόδου της λεπίδας και στρογγυλέψτε την για να την πλησιάσετε σε ένα απλοποιημένο σχήμα. Η μείωση του πάχους της λεπίδας όχι μόνο επεκτείνει την περιοχή του καναλιού αναρρόφησης της πτερωτής, μειώνει την ταχύτητα ροής και αυξάνει την πίεση (το σχήμα της εισόδου της λεπίδας είναι πολύ ευαίσθητο στην πτώση πίεσης), αλλά βελτιώνει επίσης την ομαλότητα της επιφάνειας της πτερωτής και της εισόδου της λεπίδας, μειώνοντας τις απώλειες αντίστασης. Αυτά τα μέτρα είναι όλα ωφέλιμα για τη βελτίωση της απόδοσης αναρρόφησης της αντλίας.
7) Τρύπα ισορροπίας
Η οπή ισορροπίας στην πτερωτή έχει κάποια καταστροφική επίδραση στην κύρια ροή που εισέρχεται στην πτερωτή λόγω διαρροής (η περιοχή της οπής ισορροπίας δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 5 φορές την περιοχή του διακένου στεγανοποίησης για να μειωθεί ο ρυθμός ροής διαρροής και έτσι να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση στην κύρια ροή). Έρευνες έχουν δείξει ότι όταν ανοίγει μια οπή ισορροπίας στην πτερωτή, η ένταση του στροβιλισμού πίσω από την πτερωτή θα μειωθεί και ορισμένες δίνες μπορεί ακόμη και να εξαφανιστούν, βελτιώνοντας την απόδοση αναρρόφησης της αντλίας.
8) Διάμετρος εξόδου πτερωτής
Μια μικρή μείωση στη διάμετρο της πτερωτής θα αυξήσει ελαφρά μόνο το NPSHR. Αλλά όταν η διάμετρος μειωθεί κατά 5% έως 10%, το NPSHR θα αυξηθεί σημαντικά, επειδή η μείωση του μήκους της λεπίδας θα αυξήσει τα συγκεκριμένα φορτία της λεπίδας, επηρεάζοντας έτσι την κατανομή της ταχύτητας στην είσοδο της πτερωτής.
Σημειώσεις:
1) Προσπαθήστε να αποφύγετε τη χρήση της μεθόδου αύξησης της περιοχής εισόδου της πτερωτής για να βελτιώσετε την απόδοση αναρρόφησης και αποφύγετε την σοβαρή υπέρβαση της ειδικής ταχύτητας αναρρόφησης, διαφορετικά είναι εύκολο να προκληθεί παλινδρόμηση εισόδου και να επεκταθεί η ασταθής περιοχή λειτουργίας της αντλίας.
2) Η εμφάνιση σπηλαίωσης του συνδρόμου του καναλιού λεπίδας θα πρέπει να αποφεύγεται. Αυτός ο τύπος βλάβης λόγω σπηλαίωσης προκαλείται από το μικρό διάκενο μεταξύ των πτερυγίων οδήγησης (για αντλίες οδηγών πτερυγίων) ή των σπειρών (για αντλίες σπειρών) και της εξωτερικής διαμέτρου των πτερυγίων της πτερωτής. Όταν το υγρό ρέει μέσω του μικρού καναλιού, η αύξηση της ταχύτητας του υγρού προκαλεί μείωση της πίεσης του υγρού, τοπική εξάτμιση και δημιουργία φυσαλίδων, οι οποίες στη συνέχεια σπάνε σε υψηλότερες πιέσεις, οδηγώντας σε σπηλαίωση.
2. Βελτιώστε την υδραυλική απόδοση
Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την υδραυλική απόδοση των αντλιών και οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την υδραυλική απόδοση των πτερωτών είναι οι διάφορες απώλειες. Συγκεκριμένα, υπάρχουν:
1) Αριθμός φύλλων
Για τις φυγόκεντρες αντλίες, η αύξηση του αριθμού των λεπίδων μπορεί γενικά να βελτιώσει τη ροή του υγρού και να αυξήσει κατάλληλα την κεφαλή της αντλίας. Ωστόσο, η αύξηση του αριθμού των λεπίδων θα μειώσει την περιοχή ροής του καναλιού, οδηγώντας σε αύξηση της ταχύτητας ροής και απώλεια τριβής των λεπίδων.
Επομένως, η υπερβολική αύξηση του αριθμού των πτερυγίων όχι μόνο μειώνει την απόδοση και επιδεινώνει την απόδοση σπηλαίωσης της πτερωτής, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει ένα εξόγκωμα στην καμπύλη απόδοσης της αντλίας. Επιπλέον, μια αύξηση στον αριθμό των λεπίδων θα ισοπεδώσει την ανοδική τάση της χαρακτηριστικής καμπύλης της κεφαλής (από το ονομαστικό σημείο) στο κρίσιμο νεκρό σημείο. Αντίθετα, όσο μειώνεται ο αριθμός των λεπίδων, η χαρακτηριστική καμπύλη της κεφαλής γίνεται πιο απότομη. Συνήθως, επιλέγονται 5-7 πτερύγια για πτερωτές φυγοκεντρικής αντλίας με μεγάλο αριθμό λεπίδων.
2) Μακριά και κοντά φύλλα
Η έρευνα έχει δείξει ότι οποιοσδήποτε συνδυασμός κοντών και μακριών πτερυγίων σε μια πτερωτή αντλίας θα είναι ευεργετικός για τη βελτίωση της απόδοσης της αντλίας, καθώς μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά οποιαδήποτε ανάπτυξη ροής αφύπνισης που προκαλείται από ανομοιόμορφη κατανομή ταχύτητας κοντά στην είσοδο της πτερωτής.
3) Στριφτές λεπίδες
Πειράματα έδειξαν ότι οι αντλίες με στριμμένα πτερύγια έχουν υψηλότερη απόδοση κοντά στο σημείο λειτουργίας σχεδιασμού και σε περιοχές υψηλής ροής σε σύγκριση με τις αντλίες με καμπύλες λεπίδες. Ταυτόχρονα, οι αντλίες με στριμμένα πτερύγια έχουν υψηλότερη κεφαλή στο κρίσιμο σημείο από εκείνες με καμπύλες λεπίδες (πράγμα που μπορεί να αλλάξει την ανοδική τάση της χαρακτηριστικής καμπύλης κεφαλής στο κρίσιμο σημείο, ειδικά για φυγόκεντρες αντλίες χαμηλής ειδικής ταχύτητας, που μπορούν να βελτιώσουν/εξαλείψουν αποτελεσματικά τα εξογκώματα).
4) Διάμετρος εξόδου πτερωτής
Το πρότυπο API 610 δεν επιτρέπει στις αντλίες να φτάσουν τη μέγιστη διάμετρο της πτερωτής και απαιτεί την κοπή της πτερωτής για να ικανοποιήσει την απαιτούμενη απόδοση της αντλίας. Εάν η επιλογή της αντλίας είναι πολύ μεγάλη, το κόψιμο της πτερωτής είναι μια σχετικά οικονομική και αποτελεσματική μέθοδος για τη μείωση της πίεσης και της ροής που δημιουργείται. Παρόλο που το κόψιμο της πτερωτής είναι πιο αποτελεσματικό από τη χρήση βαλβίδας γκαζιού για την κάλυψη των απαιτούμενων συνθηκών λειτουργίας, η απόδοσή της είναι συνήθως χαμηλότερη από αυτή μιας πτερωτής πλήρους-μεγέθους επειδή τα πτερύγια της πτερωτής βραχύνονται και το κενό μεταξύ των πτερυγίων της πτερωτής και του περιβλήματος της αντλίας αυξάνεται.
Για πτερωτές ακτινικής ροής, η διάμετρός τους δεν πρέπει να μειωθεί σε περισσότερο από το 70% της μέγιστης διαμέτρου σχεδιασμού. Η μείωση της διαμέτρου του στροφείου της αντλίας θα αλλάξει επίσης το πλάτος του καναλιού εξόδου, τη γωνία εξόδου του πτερυγίου και το μήκος του πτερυγίου. Όσο περισσότερο μειώνεται η διάμετρος της πτερωτής από τη μέγιστη διάμετρο, τόσο περισσότερο θα μειωθεί η απόδοση της αντλίας με το κόψιμο της πτερωτής και το σημείο υψηλότερης απόδοσης θα μετατοπιστεί προς χαμηλότερους ρυθμούς ροής.
3. Η επίδραση άλλων παραμέτρων στην απόδοση της αντλίας
1) Πλάτος λεπίδας πτερωτής
Καθώς αυξάνεται το πλάτος της λεπίδας, η πίεση του υγρού μειώνεται, επομένως η κεφαλή θα μειωθεί με την αύξηση του πλάτους της λεπίδας της πτερωτής. Η επίδραση του πλάτους λεπίδας στην απόδοση του βέλτιστου σημείου απόδοσης συνήθως δεν είναι σημαντική (καθώς αυξάνεται το πλάτος της λεπίδας, η απόδοση του βέλτιστου σημείου απόδοσης μπορεί να αυξηθεί ελαφρώς), αλλά η ζώνη υψηλής-απόδοσης θα μετατοπιστεί προς χαμηλότερους ρυθμούς ροής καθώς μειώνεται το πλάτος της λεπίδας. Η επίδραση της απόδοσης είναι πιο σημαντική σε μεγαλύτερους ογκομετρικούς ρυθμούς ροής, με άλλα λόγια, καθώς αυξάνεται το πλάτος της λεπίδας, η καμπύλη απόδοσης μειώνεται γρήγορα δεξιά από το σημείο βέλτιστης απόδοσης.
2) Γωνία πτερυγίου εξόδου πτερωτής
Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία της λεπίδας εξόδου, τόσο μεγαλύτερη είναι η κεφαλή σε μια δεδομένη ταχύτητα, αλλά με κόστος χαμηλότερης απόδοσης και απόδοσης φθοράς. Η χαμηλότερη γωνία της λεπίδας εξόδου αυξάνει την απόδοση και το μήκος της λεπίδας, αλλά με κόστος μείωσης της κεφαλής. Επομένως, η γωνία της λεπίδας εξαγωγής συνήθως χρειάζεται να βελτιστοποιηθεί για να επιτευχθεί ισορροπία αυτών των παραγόντων. Η κεφαλή αυξάνεται με την αύξηση της γωνίας της λεπίδας εξόδου, η οποία μπορεί να εξηγηθεί από την αύξηση του μεγέθους διατομής-εξόδου σε σχέση με την αυξημένη γωνία της λεπίδας εξόδου, με αποτέλεσμα τη μείωση της πτώσης πίεσης υγρού στο κανάλι ροής μεταξύ των λεπίδων.
Η μελέτη προτείνει ότι η μέγιστη τιμή απόδοσης μειώνεται με την αύξηση της γωνίας του πτερυγίου εξόδου. Όταν η γωνία του πτερυγίου εξόδου είναι μικρή, η απόδοση της αντλίας στη δεξιά πλευρά του υψηλότερου σημείου απόδοσης θα μειωθεί γρήγορα.
3) Λεπίδα διαχωρισμού εξόδου πτερωτής
Η προσθήκη λεπίδων διαχωριστή στην πλευρά εξόδου της πτερωτής θα αυξήσει την κεφαλή και την υδραυλική απόδοση της αντλίας και η αύξηση της κεφαλής και της απόδοσης θα είναι μεγαλύτερη όσο αυξάνεται το μήκος των λεπίδων διαχωριστή. Το μήκος των λεπίδων διαχωριστή συνήθως δεν υπερβαίνει το 0,5 φορές το αρχικό μήκος της λεπίδας, ανάλογα με το μέγεθος της πτερωτής, το σχήμα των λεπίδων και τον αριθμό των λεπίδων.
4) Κόψιμο της άκρης εξόδου της λεπίδας της πτερωτής
Η λείανση του πίσω μέρους των πτερυγίων εξόδου της πτερωτής διευρύνει την περιοχή του καναλιού ροής της εξόδου της πτερωτής, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό ροής της πτερωτής. Καθώς η περιοχή του καναλιού εξόδου επεκτείνεται, η κεφαλή θα αυξηθεί επίσης και το σημείο βέλτιστης απόδοσης της αντλίας θα μετατοπιστεί προς την πλευρά υψηλής ροής.
