Santrifüj pompa çarklarının tasarımını optimize etmek istiyorsanız. Bu nedenle optimizasyonun amacını açıklığa kavuşturmak gerekiyor: inhalasyon performansını iyileştirmek mi? Pompanın verimliliğini artırmak mı istiyorsunuz? Q-H eğrisinin yükseliş genliğini ayarlayın... ve ardından bunu belirli ihtiyaçlara göre optimize edin. Santrifüj pompaların performansını etkileyen ana hidrolik bileşen, pervanenin yanı sıra ona uyum sağlayan salyangoz/kılavuz kanat gibi akış bileşenleridir.
Akışkanlar mekaniği yarı teorik ve yarı ampirik bir disiplindir ve akışkanların gerçek akış durumunun doğru bir şekilde simüle edilememesi ve bunların farklı yapılar, sıcaklıklar ve pompalama ortamı altında pompa performansı üzerindeki etkisi gibi hala doğru bir şekilde tasarlanamayan, simüle edilemeyen ve tahmin edilemeyen birçok alan vardır. Bu nedenle, bu makale, bir santrifüj pompanın pervanesinin, emme ve hidrolik performansını niteliksel bir bakış açısıyla ve deneyimle birleştirerek iyileştirmek için nasıl optimize edileceğini yalnızca kısaca açıklayabilir. Yalnızca referans amaçlıdır.
1. Solunum performansını artırın
Pervane kanatlarının iki tür bükülmesi vardır: öne eğilme ve geriye bükülme. Gücü maksimuma çıkarma, sıvıya yüksek dönme kuvveti verme ve akış ayrılmasını önlemedeki etkinliği nedeniyle, santrifüj pompalar genellikle arka kavisli kanatlı çarklar kullanır.
Pompa gövdesi için, pompanın kavitasyon davranışı ve emme performansı büyük ölçüde pervane girişinin geometrik şekli ve alanından etkilenir. Pervane girişindeki giriş ve göbek çapı, kanat giriş açısı ve akış yukarı akış geliş açısı, kanat sayısı ve kalınlığı, kanat boğaz alanı, yüzey pürüzlülüğü, kanat ön kenar profili vb. gibi birçok geometrik faktör kavitasyonu etkileyebilir. Ayrıca, pervane kanatlarının dış çapı ve kılavuz kanatlar (kılavuz kanatlı pompalar için) veya kıvrımlar (salyangoz pompalar için) arasındaki boşluk boyutuyla da ilgilidir.
1) Pervanenin giriş çapı/giriş alanı
Santrifüj pompaların emme performansını artırmak için tasarımcılar bunu genellikle çarkın giriş çapını artırarak başarırlar. Günümüzde santrifüj pompaların mühendislik tasarımında bu tasarım yöntemi halen kullanılmaktadır.
Mil çapı aynı olduğunda ve pervane ağız halkasının çap boşluğu aynı olduğunda, emme performansı ne kadar iyi olursa (pervane giriş alanı ne kadar büyük olursa emme özgül hız değeri de o kadar yüksek olur), pervane ağız halkasındaki boşluk alanı o kadar büyük olur, bu da sızıntı miktarının daha fazla ve pompa veriminin daha düşük olduğu anlamına gelir.
Ancak pervanenin giriş çapını artırarak emme performansını artırma yöntemi için aşağıdakilere özellikle dikkat edilmelidir:
Emme özgül hız değerinin ilgili standart ve spesifikasyonlarda belirtilen değerleri önemli ölçüde aşmasına izin verilmez, aksi takdirde pompanın kararlı çalışma aralığının dar olmasına neden olur.
2) Bıçak ön kenar şekli
Ön kenar kanat kalınlığının mekanik ve üretim kısıtlamalarını karşılayan parabolik bir profilin benimsenmesi, pervanenin emme performansını artırabilir. Eliptik konturun emme performansı ikinci sırada yer alır ve bu şekil, bıçağın ön kenar kalınlığının mekanik ve üretim sınırlamalarını kolaylıkla karşılayabildiğinden, ön kenar için varsayılan kontur seçimidir.
3) Pervane kapak plakasının giriş kısmının eğrilik yarıçapı
Dönme noktasında pervane girişindeki sıvı akışına etki eden merkezkaç kuvveti nedeniyle ön kapak plakası yakınında basınç düşük, akış hızı ise yüksektir, bu da pervane girişinde eşit olmayan hız dağılımına neden olur. Kapak plakasının giriş kısmının eğrilik yarıçapının uygun şekilde arttırılması, ön kapak plakasındaki (kanat girişinin biraz ilerisinde) mutlak hızın azaltılması ve hız dağılımının tekdüzeliğinin iyileştirilmesi, pompa giriş kısmındaki basınç düşüşünün azaltılması, dolayısıyla NPSHR'nin azaltılması ve pompanın kavitasyon önleyici performansının iyileştirilmesi açısından faydalıdır.
4) Bıçak giriş kenarının konumu ve giriş kısmının şekli
Bıçağın giriş kenarı, geriye doğru eğimli bir bıçak giriş kenarı kullanarak emme portuna doğru yanal olarak uzanır (giriş kenarı aynı eksende değildir ve dış kenar belirli bir açıyla geriye doğru kaydırılmıştır), bu da göbek tarafındaki sıvı akışının bıçağın hareketini önceden almasına ve basıncı artırmasına olanak tanır.
Bıçağın giriş kenarı ileri doğru uzanıp eğilerek her noktada farklı çevresel hızlara neden olur. Genel olarak, eksenel hız giriş kenarı boyunca yaklaşık olarak düzgün bir şekilde dağıtılır, bu da giriş kenarının her noktasında farklı bağıl akış açılarına neden olur. Bu akış durumunu karşılamak ve darbe kayıplarını azaltmak için kanat girişinin uzaysal olarak bükülmüş bir şekle getirilmesi gerekir, bu nedenle birçok düşük-hızlı pervane kanat giriş parçası da bükülmüş kanatlar halinde yapılır.
5) Bıçak giriş açısı
Tasarım koşulu, kanatların giriş açısını arttırmak, kanatların girişindeki bükülmeyi azaltmak, kanatların yer değiştirmesini azaltmak, kanatların giriş akış alanını arttırmak ve böylece emme performansını iyileştirmek için biraz daha büyük bir pozitif hücum açısı benimser. Aynı zamanda trafik kayıplarını azaltmak için yoğun trafik altındaki çalışma ortamını da iyileştirecektir. Ancak hücum açısı çok büyük olmamalıdır, aksi takdirde verimliliği etkileyecektir.
6) Bıçak giriş kalınlığı ve düzgünlüğü
Bıçak girişinin kalınlığını uygun şekilde azaltın ve aerodinamik bir şekle yaklaştırmak için yuvarlatın. Kanat kalınlığının azaltılması yalnızca pervane emme kanalının alanını genişletmekle kalmaz, akış hızını azaltır ve basıncı arttırır (kanat girişinin şekli basınç düşüşüne karşı oldukça hassastır), aynı zamanda pervanenin ve kanat girişinin yüzey düzgünlüğünü de geliştirerek direnç kayıplarını azaltır. Bu önlemlerin tümü pompanın emme performansının iyileştirilmesi açısından faydalıdır.
7) Denge deliği
Çarktaki denge deliği, sızıntı nedeniyle çarka giren ana akış üzerinde belirli bir yıkıcı etkiye sahiptir (kaçak akış hızını azaltmak ve böylece ana akış üzerindeki etkiyi en aza indirmek için denge deliğinin alanı, sızdırmazlık boşluğu alanının 5 katından az olmamalıdır). Araştırmalar, pervane üzerinde denge deliği açıldığında pervanenin arkasındaki girdap yoğunluğunun azalacağını, hatta bazı girdapların ortadan kaybolarak pompanın emme performansının artabileceğini göstermiştir.
8) Pervane çıkış çapı
Pervane çapındaki küçük bir azalma NPSHR'yi yalnızca biraz artıracaktır. Ancak çap %5 ila %10 oranında azaldığında NPSHR önemli ölçüde artacaktır çünkü kanat uzunluğundaki azalma belirli kanat yüklerini artıracak ve dolayısıyla pervanenin girişindeki hız dağılımını etkileyecektir.
Notlar:
1) Emme performansını artırmak için pervanenin giriş alanını artırma yöntemini kullanmaktan kaçının ve emme özgül hızının ciddi şekilde aşılmasından kaçının, aksi takdirde girişte geri akışa neden olmak ve pompanın dengesiz çalışma alanını genişletmek kolaydır.
2) Bıçak kanalı sendromu kavitasyonunun oluşmasından kaçınılmalıdır. Bu tür kavitasyon hasarı, kılavuz kanatları (kılavuz kanatlı pompalar için) veya kıvrımlar (salyangoz pompaları için) ile pervane kanatlarının dış çapı arasındaki küçük boşluktan kaynaklanır. Sıvı küçük kanaldan aktığında, sıvı hızındaki artış sıvı basıncında bir azalmaya, yerel buharlaşmaya ve daha sonra daha yüksek basınçlarda patlayan ve kavitasyona yol açan kabarcıkların oluşmasına neden olur.
2. Hidrolik performansı artırın
Pompaların hidrolik performansını etkileyen birçok faktör vardır ve çarkların hidrolik verimini etkileyen ana faktörler çeşitli kayıplardır. Spesifik olarak şunlar vardır:
1) Yaprak sayısı
Santrifüj pompalar için kanat sayısının arttırılması genellikle sıvı akışını iyileştirebilir ve pompa basma yüksekliğini uygun şekilde artırabilir. Ancak kanat sayısının artması kanalın akış alanını azaltacak, akış hızının artmasına ve kanatların sürtünme kaybının artmasına neden olacaktır.
Bu nedenle kanat sayısının aşırı artması, verimi düşürüp çarkın kavitasyon performansını bozduğu gibi, pompa performans eğrisinde de tümsek oluşmasına neden olabilir. Ek olarak, kanat sayısındaki bir artış kafa karakteristik eğrisinin (nominal noktadan) kritik ölü noktaya kadar olan yükseliş eğilimini düzleştirecektir; Aksine kanat sayısı azaldıkça kafa karakteristik eğrisi daha dik hale gelir. Çok sayıda kanadı olan santrifüj pompa çarkları için genellikle 5-7 kanat seçilir.
2) Uzun ve kısa yapraklar
Araştırmalar, bir pompa pervanesindeki kısa ve uzun kanatların herhangi bir kombinasyonunun, pervane girişi yakınındaki eşit olmayan hız dağılımından kaynaklanan iz akışı gelişimini etkili bir şekilde önleyebileceğinden, pompa verimliliğini artırmada faydalı olacağını göstermiştir.
3) Bükülmüş bıçaklar
Deneyler, bükülmüş kanatlı pompaların, tasarım çalışma noktası yakınında ve yüksek akışlı alanlarda, kavisli kanatlı pompalara kıyasla daha yüksek verime sahip olduğunu göstermiştir. Aynı zamanda, bükülmüş kanatlı pompalar, kritik noktada kavisli kanatlılara göre daha yüksek bir basma yüksekliğine sahiptir (bu, özellikle düşük özgül hızlı santrifüj pompalar için, tümsekleri etkili bir şekilde iyileştirebilen/ortadan kaldırabilen, kritik noktada yük karakteristik eğrisinin yukarı doğru eğilimini değiştirebilir).
4) Pervane çıkış çapı
API 610 standardı, pompaların maksimum pervane çapına ulaşmasına izin vermez ve pompanın gerekli performansını karşılamak için pervanenin kesilmesini gerektirir. Pompa seçimi çok büyükse, pervaneyi kesmek, oluşan basınç ve akışı azaltmak için nispeten ekonomik ve etkili bir yöntemdir. Her ne kadar gerekli çalışma koşullarını karşılamak için pervaneyi kesmek, kısma valfi kullanmaktan daha verimli olsa da, pervane kanatları kısaltıldığı ve pervane kanatları ile pompa gövdesi arasındaki boşluk arttığı için verimliliği genellikle tam-boyutlu bir pervaneninkinden daha düşüktür.
Radyal akışlı çarkların çapı, maksimum tasarım çapının %70'inden fazlasına düşürülmemelidir. Pompa pervanesi çapının azaltılması aynı zamanda çıkış kanalı genişliğini, kanat çıkış açısını ve kanat uzunluğunu da değiştirecektir. Çark çapı maksimum çaptan ne kadar küçülürse çarkın kesilmesiyle pompa verimi o kadar azalacak ve en yüksek verim noktası daha düşük debilere doğru kayacaktır.
3. Diğer parametrelerin pompa performansı üzerindeki etkisi
1) Çarkın kanat genişliği
Kanat genişliği arttıkça sıvı basıncı azalır, dolayısıyla pervane kanat genişliğinin artmasıyla basma yüksekliği de azalacaktır; Kanat genişliğinin optimum verimlilik noktasının verimliliği üzerindeki etkisi genellikle önemli değildir (kanat genişliği arttıkça, optimum verimlilik noktasının verimliliği biraz artabilir), ancak yüksek-verimlilik bölgesi, kanat genişliği azaldıkça daha düşük akış hızlarına doğru kayacaktır. Verimliliğin etkisi daha büyük hacimsel akış hızlarında daha belirgindir, başka bir deyişle kanat genişliği arttıkça verimlilik eğrisi hızla optimum verimlilik noktasının sağına doğru azalır.
2) Pervane çıkış bıçağı açısı
Çıkış bıçağı açısı ne kadar büyük olursa, belirli bir hızda kafa da o kadar yüksek olur, ancak bu, daha düşük verimlilik ve aşınma performansı pahasına olur. Daha düşük çıkış bıçağı açısı verimliliği ve bıçak uzunluğunu artırır, ancak yüksekliği azaltma pahasına. Bu nedenle, bu faktörler arasında bir denge sağlamak için dışa aktarma bıçağı açısının genellikle optimize edilmesi gerekir. Çıkış kanadı açısının artmasıyla kafa artar; bu durum, artan çıkış kanadı açısına göre çıkış kesit boyutunun artmasıyla açıklanabilir, bu da kanatlar arasındaki akış kanalında sıvı basıncı düşüşünde bir azalmaya neden olur.
Çalışma, çıkış kanat açısının artmasıyla maksimum verim değerinin azaldığını ortaya koymaktadır. Çıkış kanat açısı küçük olduğunda en yüksek verim noktasının sağ tarafındaki pompanın verimi hızla düşecektir.
3) Pervane çıkış ayırıcı bıçağı
Çarkın çıkış tarafına ayırıcı kanatların eklenmesi, pompanın basma yüksekliğini ve hidrolik verimliliğini artıracak, ayırıcı kanatların uzunluğu arttıkça basma yüksekliği ve verimdeki artış da daha fazla olacaktır. Bölücü kanatların uzunluğu, pervanenin boyutuna, kanatların şekline ve kanat sayısına bağlı olarak genellikle orijinal kanat uzunluğunun 0,5 katını aşmaz.
4) Pervane kanadı çıkış kenarının kırpılması
Pervane çıkış kanatlarının arkasının taşlanması, pervane çıkışının akış kanalı alanını genişletir, böylece pervanenin akış hızı artar. Çıkış kanalı alanı genişledikçe basma yüksekliği de artacak ve pompanın optimum verim noktası yüksek debi tarafına doğru kayacaktır.