Se desideri ottimizzare la progettazione delle giranti delle pompe centrifughe. È quindi necessario chiarire lo scopo dell’ottimizzazione: migliorare le prestazioni inalatorie? Migliorare l'efficienza della pompa? Regola l'ampiezza di salita della curva Q-H... e poi ottimizzala in base alle esigenze specifiche. Il principale componente idraulico che influenza le prestazioni delle pompe centrifughe è la girante, oltre ai componenti di flusso come volute/palette di guida ad essa abbinate.
La meccanica dei fluidi è una disciplina semiteorica e semiempirica e ci sono ancora molte aree che non possono essere progettate, simulate e previste con precisione, come l'incapacità di simulare accuratamente il reale stato del flusso dei fluidi e il loro impatto sulle prestazioni della pompa in diverse strutture, temperature e mezzi di pompaggio. Pertanto questo articolo può solo spiegare brevemente come ottimizzare la girante di una pompa centrifuga per migliorarne le prestazioni aspiranti e idrauliche da un punto di vista qualitativo, unito all’esperienza. Solo per riferimento.
1. Migliora le prestazioni di inalazione
Esistono due tipi di piegatura delle pale della girante: piegatura in avanti e piegatura all'indietro. Grazie alla loro efficacia nel massimizzare la potenza, impartire un'elevata forza rotazionale al fluido e prevenire la separazione del flusso, le pompe centrifughe utilizzano tipicamente giranti a pale curve posteriori.
Per il corpo della pompa, il comportamento di cavitazione e le prestazioni di aspirazione della pompa sono ampiamente influenzati dalla forma geometrica e dall'area dell'ingresso della girante. Molti fattori geometrici all'ingresso della girante possono influenzare la cavitazione, come il diametro dell'ingresso e del mozzo, l'angolo di ingresso della pala e l'angolo di incidenza del flusso a monte, il numero e lo spessore delle pale, l'area della gola della pala, la rugosità superficiale, il profilo del bordo anteriore della pala, ecc. Inoltre, è anche correlato al diametro esterno delle pale della girante e alla dimensione dello spazio tra le palette di guida (per le pompe a palette) o le volute (per le pompe a voluta).
1) Diametro/area di ingresso della girante
Per migliorare le prestazioni di aspirazione delle pompe centrifughe, i progettisti generalmente ottengono questo risultato aumentando il diametro di ingresso della girante. Oggi, questo metodo di progettazione è ancora utilizzato nella progettazione ingegneristica delle pompe centrifughe.
Quando il diametro dell'albero è lo stesso e il gioco del diametro sull'anello della bocca della girante è lo stesso, migliori saranno le prestazioni di aspirazione (maggiore è l'area di ingresso della girante, maggiore è il valore della velocità specifica di aspirazione), maggiore sarà l'area del gioco sull'anello della bocca della girante, il che significa che la quantità di perdite è maggiore e l'efficienza della pompa è inferiore.
Tuttavia, per quanto riguarda il metodo per migliorare le prestazioni di aspirazione aumentando il diametro di ingresso della girante, è necessario prestare particolare attenzione a:
Non è consentito far sì che il valore della velocità specifica di aspirazione superi significativamente i valori specificati negli standard e nelle specifiche pertinenti, altrimenti ciò risulterà in un intervallo operativo stabile e ristretto della pompa.
2) Forma del bordo anteriore della lama
Soddisfacendo i vincoli meccanici e produttivi dello spessore della pala del bordo anteriore, l'adozione di un profilo parabolico può migliorare le prestazioni di aspirazione della girante. Le prestazioni di aspirazione del contorno ellittico sono seconde e questa forma è la selezione di contorno predefinita per il bordo anteriore, poiché può facilmente soddisfare le limitazioni meccaniche e di produzione dello spessore del bordo anteriore della pala.
3) Il raggio di curvatura della parte di ingresso della piastra di copertura della girante
A causa della forza centrifuga che agisce sul flusso del liquido all'ingresso della girante nel punto di rotazione, la pressione è bassa e la velocità del flusso è elevata vicino alla piastra di copertura anteriore, con conseguente distribuzione non uniforme della velocità all'ingresso della girante. Aumentare opportunamente il raggio di curvatura della parte di ingresso della piastra di copertura è vantaggioso per ridurre la velocità assoluta sulla piastra di copertura anteriore (leggermente davanti all'ingresso della pala) e migliorare l'uniformità della distribuzione della velocità, riducendo la caduta di pressione nella parte di ingresso della pompa, riducendo così l'NPSHR e migliorando le prestazioni anti cavitazione della pompa.
4) Posizione del bordo di ingresso della pala e forma della parte di ingresso
Il bordo di ingresso della pala si estende lateralmente verso la porta di aspirazione, utilizzando un bordo di ingresso della pala inclinato all'indietro (il bordo di ingresso non è sullo stesso asse e il bordo esterno è sfalsato di un certo angolo all'indietro), che consente al flusso di liquido sul lato del mozzo di ricevere in anticipo l'azione della pala e aumentare la pressione.
Il bordo di ingresso della pala si estende in avanti e si inclina, provocando velocità circonferenziali diverse in ciascun punto. Generalmente, la velocità assiale è distribuita in modo approssimativamente uniforme lungo il bordo di ingresso, risultando in diversi angoli di flusso relativi in ciascun punto del bordo di ingresso. Per soddisfare questa situazione di flusso e ridurre le perdite per impatto, l'ingresso della pala dovrebbe avere una forma spazialmente ritorta, motivo per cui anche molte parti dell'ingresso della pala della girante a bassa velocità sono trasformate in pale ritorte.
5) Angolo ingresso lama
La condizione di progettazione adotta un angolo di attacco positivo leggermente maggiore per aumentare l'angolo di ingresso delle pale, ridurre la flessione all'ingresso delle pale, ridurre lo spostamento delle pale, aumentare l'area del flusso di ingresso delle pale e quindi migliorare le prestazioni di aspirazione. Allo stesso tempo, migliorerà anche l’ambiente operativo in condizioni di traffico intenso per ridurre le perdite di traffico. Tuttavia, l'angolo di attacco non dovrebbe essere troppo grande, altrimenti ciò influirà sull'efficienza.
6) Spessore e scorrevolezza dell'ingresso della lama
Ridurre opportunamente lo spessore dell'imbocco della pala ed arrotondarlo per avvicinarlo ad una forma aerodinamica. La riduzione dello spessore della pala non solo espande l'area del canale di aspirazione della girante, riduce la velocità del flusso e aumenta la pressione (la forma dell'ingresso della pala è altamente sensibile alla caduta di pressione), ma migliora anche la levigatezza della superficie della girante e dell'ingresso della pala, riducendo le perdite di resistenza. Tutte queste misure sono utili per migliorare le prestazioni di aspirazione della pompa.
7) Foro di equilibrio
Il foro di bilanciamento sulla girante ha un certo effetto distruttivo sul flusso principale che entra nella girante a causa di perdite (l'area del foro di bilanciamento non deve essere inferiore a 5 volte l'area dello spazio di tenuta per ridurre la portata della perdita e quindi minimizzare l'impatto sul flusso principale). La ricerca ha dimostrato che quando viene aperto un foro di equilibrio sulla girante, l'intensità dei vortici dietro la girante diminuisce e alcuni vortici potrebbero addirittura scomparire, migliorando le prestazioni di aspirazione della pompa.
8) Diametro uscita girante
Una piccola diminuzione del diametro della girante aumenterà solo leggermente l'NPSHR. Ma quando il diametro diminuisce dal 5% al 10%, l'NPSHR aumenterà in modo significativo, poiché la riduzione della lunghezza della pala aumenterà i carichi specifici della pala, influenzando così la distribuzione della velocità all'ingresso della girante.
Note:
1) Cercare di evitare di utilizzare il metodo di aumento dell'area di ingresso della girante per migliorare le prestazioni di aspirazione ed evitare di superare notevolmente la velocità specifica di aspirazione, altrimenti è facile causare reflusso in ingresso ed espandere l'area operativa instabile della pompa.
2) Il verificarsi della cavitazione della sindrome del canale della lama dovrebbe essere evitato. Questo tipo di danno da cavitazione è causato dal piccolo spazio tra le palette guida (per le pompe a palette) o le volute (per le pompe a voluta) e il diametro esterno delle pale della girante. Quando il liquido scorre attraverso il piccolo canale, l'aumento della velocità del liquido provoca una diminuzione della pressione del liquido, vaporizzazione locale e la generazione di bolle, che poi si rompono a pressioni più elevate, portando alla cavitazione.
2. Migliorare le prestazioni idrauliche
Esistono molti fattori che influenzano le prestazioni idrauliche delle pompe e i principali fattori che influenzano l'efficienza idraulica delle giranti sono varie perdite. Nello specifico ci sono:
1) Numero di foglie
Per le pompe centrifughe, l'aumento del numero di pale può generalmente migliorare il flusso del liquido e aumentare adeguatamente la prevalenza della pompa. Tuttavia, l’aumento del numero di pale ridurrà l’area di flusso del canale, portando ad un aumento della velocità del flusso e alla perdita di attrito delle pale.
Pertanto, un aumento eccessivo del numero di pale non solo riduce l'efficienza e deteriora le prestazioni di cavitazione della girante, ma può anche causare un'imperfezione nella curva delle prestazioni della pompa. Inoltre, un aumento del numero di pale appiattirà l'andamento ascendente della curva caratteristica della prevalenza (dal punto nominale) al punto morto critico; Al contrario, al diminuire del numero delle pale, la curva caratteristica della testa diventa più ripida. Di solito, per le giranti delle pompe centrifughe con un numero elevato di pale vengono selezionate 5-7 pale.
2) Foglie lunghe e corte
La ricerca ha dimostrato che qualsiasi combinazione di pale corte e lunghe nella girante di una pompa sarà utile per migliorare l'efficienza della pompa, poiché può prevenire efficacemente qualsiasi sviluppo di flusso di scia causato da una distribuzione non uniforme della velocità vicino all'ingresso della girante.
3) Lame ritorte
Gli esperimenti hanno dimostrato che le pompe con pale ritorte hanno un'efficienza maggiore vicino al punto operativo di progetto e in aree ad alto flusso rispetto alle pompe con pale curve. Allo stesso tempo, le pompe con pale ritorte hanno una prevalenza maggiore nel punto critico rispetto a quelle con pale curve (il che può modificare l'andamento ascendente della curva caratteristica della prevalenza nel punto critico, soprattutto per le pompe centrifughe a bassa velocità specifica, che possono effettivamente migliorare/eliminare i dossi).
4) Diametro uscita girante
Lo standard API 610 non consente alle pompe di raggiungere il diametro massimo della girante e richiede il taglio della girante per soddisfare le prestazioni richieste della pompa. Se la selezione della pompa è troppo grande, tagliare la girante è un metodo relativamente economico ed efficace per ridurre la pressione e il flusso generati. Sebbene tagliare la girante sia più efficiente rispetto all'utilizzo di una valvola a farfalla per soddisfare le condizioni operative richieste, la sua efficienza è solitamente inferiore a quella di una girante a grandezza naturale- perché le pale della girante vengono accorciate e lo spazio tra le pale della girante e l'alloggiamento della pompa aumenta.
Per le giranti a flusso radiale il loro diametro non deve essere ridotto oltre il 70% del diametro massimo di progetto. La riduzione del diametro della girante della pompa modificherà anche la larghezza del canale di uscita, l'angolo di uscita della pala e la lunghezza della pala. Più il diametro della girante diminuisce rispetto al diametro massimo, più l'efficienza della pompa diminuirà con il taglio della girante, ed il punto di efficienza più alta si sposterà verso portate inferiori.
3. L'influenza di altri parametri sulle prestazioni della pompa
1) Larghezza della pala della girante
All'aumentare della larghezza delle pale, la pressione del liquido diminuisce, quindi la prevalenza diminuirà con l'aumento della larghezza delle pale della girante; L'effetto della larghezza della pala sull'efficienza del punto di efficienza ottimale solitamente non è significativo (all'aumentare della larghezza della pala, l'efficienza del punto di efficienza ottimale può aumentare leggermente), ma la zona ad alta-efficienza si sposterà verso portate inferiori quando la larghezza della pala diminuisce. L’impatto dell’efficienza è più significativo a portate volumetriche maggiori, in altre parole, all’aumentare della larghezza della pala, la curva di efficienza diminuisce rapidamente a destra del punto di efficienza ottimale.
2) Angolo della pala di uscita della girante
Maggiore è l'angolo della lama di uscita, maggiore è la prevalenza a una determinata velocità, ma a scapito di efficienza e prestazioni di usura inferiori. L'angolo inferiore della lama di uscita aumenta l'efficienza e la lunghezza della lama, ma al costo di ridurre la prevalenza. Pertanto, l'angolo della lama di esportazione solitamente deve essere ottimizzato per raggiungere un equilibrio tra questi fattori. La prevalenza aumenta con l'aumento dell'angolo della pala di uscita, il che può essere spiegato dall'aumento delle dimensioni della sezione trasversale di uscita- rispetto all'aumento dell'angolo della pala di uscita, con conseguente diminuzione della caduta di pressione del liquido nel canale di flusso tra le pale.
Lo studio suggerisce che il valore di efficienza massima diminuisce con l'aumento dell'angolo della pala di uscita. Quando l'angolo della pala di uscita è piccolo, l'efficienza della pompa sul lato destro del punto di efficienza più alta diminuirà rapidamente.
3) Lama sdoppiatrice uscita girante
L'aggiunta di lame divisorie sul lato di uscita della girante aumenterà la prevalenza e l'efficienza idraulica della pompa, e l'aumento della prevalenza e dell'efficienza sarà maggiore all'aumentare della lunghezza delle pale divisorie. La lunghezza delle pale divisorie solitamente non supera 0,5 volte la lunghezza originale delle pale, a seconda delle dimensioni della girante, della forma delle pale e del numero di pale.
4) Rifilatura del bordo di uscita della pala della girante
La molatura della parte posteriore delle pale di uscita della girante espande l'area del canale di flusso dell'uscita della girante, aumentando così la portata della girante. Man mano che l'area del canale di uscita si espande, anche la prevalenza aumenterà e il punto di efficienza ottimale della pompa si sposterà verso il lato del flusso elevato.
