אם אתה רוצה לייעל את העיצוב של אימפלרים של משאבה צנטריפוגלית. לכן, יש צורך להבהיר את מטרת האופטימיזציה: לשפר את ביצועי השאיפה? לשפר את יעילות המשאבה? התאם את משרעת העלייה של עקומת Q-H... ולאחר מכן בצע אופטימיזציה בהתאם לצרכים הספציפיים. המרכיב ההידראולי העיקרי המשפיע על ביצועי המשאבות הצנטריפוגליות הוא האימפלר, בנוסף לרכיבי הזרימה כגון נשרים/שבבי עזר המותאמים אליו.
מכניקת נוזלים היא דיסציפלינה חצי תיאורטית וחצי אמפירית, ועדיין ישנם תחומים רבים שלא ניתן לתכנן, לדמות ולחזות במדויק, כגון חוסר היכולת לדמות במדויק את מצב הזרימה האמיתי של נוזלים והשפעתם על ביצועי המשאבה תחת מבנים, טמפרטורות ואמצעי שאיבה שונים. לכן, מאמר זה יכול רק להסביר בקצרה כיצד לייעל את האימפלר של משאבה צנטריפוגלית כדי לשפר את ביצועי היניקה וההידראוליים שלה מנקודת מבט איכותית, בשילוב עם ניסיון. לעיון בלבד.
1. שפר את ביצועי השאיפה
ישנם שני סוגי כיפוף עבור להבי אימפלר: כיפוף קדימה וכיפוף אחורה. בשל יעילותה במקסום הספק, הקניית כוח סיבוב גבוה לנוזל ומניעת הפרדת זרימה, משאבות צנטריפוגליות משתמשות בדרך כלל באימפלרים של להב מעוקל אחורי.
עבור גוף המשאבה, התנהגות הקוויטציה וביצועי היניקה של המשאבה מושפעים במידה רבה מהצורה והשטח הגיאומטריים של כניסת האימפלר. גורמים גיאומטריים רבים בכניסה של האימפלר יכולים להשפיע על הקוויטציה, כגון קוטר הכניסה והרכזת, זווית כניסת הלהב וזווית כניסת הזרימה במעלה הזרם, מספר הלהבים ועוביו, שטח גרון הלהב, חספוס פני השטח, פרופיל הקצוות המובילים של הלהב, וכו'. בנוסף, זה קשור גם לקוטר החיצוני של להבי האימפלר ולמרווח המשאבות של הלהבים (עבור הבלינים המנחים) משאבות).
1) קוטר הכניסה/שטח הכניסה של האימפלר
על מנת לשפר את ביצועי היניקה של משאבות צנטריפוגליות, מתכננים משיגים זאת בדרך כלל על ידי הגדלת קוטר הכניסה של האימפלר. כיום, שיטת תכנון זו עדיין בשימוש בתכנון הנדסי של משאבות צנטריפוגליות.
כאשר קוטר הפיר זהה ומרווח הקוטר בטבעת פתח האימפלר זהה, ככל שביצועי היניקה טובים יותר (ככל ששטח כניסת האימפלר גדול יותר, ערך מהירות היניקה הספציפית גבוה יותר), כך שטח המרווח בטבעת הפתח של האימפלר גדול יותר, מה שאומר שכמות הדליפה גדולה יותר ויעילות המשאבה נמוכה יותר.
עם זאת, עבור השיטה לשיפור ביצועי היניקה על ידי הגדלת קוטר הכניסה של האימפלר, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת ל:
אסור לגרום לערך מהירות היניקה הספציפית לחרוג משמעותית מהערכים המפורטים בתקנים ובמפרטים הרלוונטיים, אחרת הדבר יביא לטווח פעולה יציב צר של המשאבה.
2) צורת קצה מוביל של להב
עמידה במגבלות המכניות והייצור של עובי הלהב הקצה המוביל, אימוץ פרופיל פרבולי יכול לשפר את ביצועי היניקה של האימפלר. ביצועי היניקה של קווי המתאר האליפטי הם שניים, וצורה זו היא בחירת קווי המתאר המוגדרת כברירת מחדל עבור הקצה המוביל, מכיוון שהיא יכולה לעמוד בקלות במגבלות המכניות והייצור של עובי הקצה המוביל של הלהב.
3) רדיוס העקמומיות של חלק הכניסה של לוחית כיסוי האימפלר
בשל הכוח הצנטריפוגלי הפועל על זרימת הנוזל בכניסה של האימפלר בנקודת המפנה, הלחץ נמוך ומהירות הזרימה גבוהה בסמוך ללוחית הכיסוי הקדמית, וכתוצאה מכך לפיזור מהירות לא אחיד בכניסה של האימפלר. הגדלת רדיוס העקמומיות כראוי של חלק הכניסה של לוחית הכיסוי מועילה להפחתת המהירות המוחלטת בלוח הכיסוי הקדמי (קצת לפני כניסת הלהב) ולשיפור אחידות חלוקת המהירות, הפחתת ירידת הלחץ בחלק כניסת המשאבה, ובכך להפחית את ה-NPSHR ולשפר את ביצועי המשאבה נגד קוויטציה.
4) מיקום קצה כניסת הלהב וצורת חלק הכניסה
קצה הכניסה של הלהב נמשך לרוחב לכיוון יציאת היניקה, באמצעות קצה כניסת להב סוחף לאחור (קצה הכניסה אינו על אותו ציר, והקצה החיצוני מוסט בזווית מסוימת לאחור), מה שמאפשר לזרימת הנוזל בצד הרכזת לקבל את פעולת הלהב מראש ולהגביר את הלחץ.
קצה הכניסה של הלהב נמשך קדימה ונוטה, מה שגורם למהירויות היקפיות שונות בכל נקודה. בדרך כלל, המהירות הצירית מופצת בערך באופן אחיד לאורך קצה הכניסה, וכתוצאה מכך זוויות זרימה יחסיות שונות בכל נקודה על קצה הכניסה. על מנת לעמוד במצב זרימה זה ולהפחית את הפסדי ההשפעה, יש להפוך את כניסת הלהב לצורה מעוותת מרחבית, וזו הסיבה שחלקי כניסת להב האימפלר במהירות-נמוכה עשויים גם הם להבים מעוותים.
5) זווית כניסת הלהב
מצב התכנון מאמץ זווית התקפה חיובית מעט יותר גדולה כדי להגדיל את זווית הכניסה של הלהבים, להפחית את הכיפוף בכניסת הלהבים, להפחית את תזוזה של הלהבים, להגדיל את שטח זרימת הכניסה של הלהבים, ובכך לשפר את ביצועי היניקה. במקביל, זה גם ישפר את סביבת ההפעלה תחת תעבורה גבוהה כדי להפחית את הפסדי התעבורה. עם זאת, זווית ההתקפה לא צריכה להיות גדולה מדי, אחרת זה ישפיע על היעילות.
6) עובי וחלקות כניסת הלהב
הקטינו את עובי כניסת הלהב כראוי ועגלו אותו כדי להתקרב לצורה יעילה יותר. הפחתת עובי הלהב לא רק מרחיבה את שטח תעלת היניקה של האימפלר, מפחיתה את מהירות הזרימה ומגבירה את הלחץ (צורת כניסת הלהב רגישה מאוד לירידת לחץ), אלא גם משפרת את חלקות פני השטח של האימפלר וכניסת הלהב, ומפחיתה את איבודי ההתנגדות. אמצעים אלה מועילים כולם לשיפור ביצועי היניקה של המשאבה.
7) חור איזון
לחור האיזון על האימפלר יש השפעה הרסנית מסוימת על הזרם הראשי הנכנס לאימפלר עקב דליפה (שטח חור האיזון לא צריך להיות פחות מפי 5 משטח פער האיטום כדי להפחית את קצב זרימת הדליפה ובכך למזער את ההשפעה על הזרימה הראשית). מחקרים הראו שכאשר נפתח חור איזון על האימפלר, עוצמת המערבולת מאחורי האימפלר תרד, וחלק מהמערבולות עלולות אף להיעלם, ולשפר את ביצועי היניקה של המשאבה.
8) קוטר יציאת האימפלר
ירידה קטנה בקוטר האימפלר תגדיל רק מעט את ה-NPSHR. אך כאשר הקוטר יורד ב-5% עד 10%, ה-NPSHR יגדל באופן משמעותי, מכיוון שההפחתה באורך הלהב תגדיל את עומסי הלהב הספציפיים, ובכך תשפיע על חלוקת המהירות בכניסה של האימפלר.
הערות:
1) נסו להימנע משימוש בשיטה של הגדלת שטח הכניסה של האימפלר כדי לשפר את ביצועי היניקה, והימנע מחריגה חמורה ממהירות היניקה הספציפית, אחרת קל לגרום לרפלוקס בכניסה ולהרחיב את אזור הפעולה הלא יציב של המשאבה.
2) יש להימנע מהתרחשות של קוויטציה בתסמונת תעלת הלהב. סוג זה של נזק לקוויטציה נגרם על ידי הרווח הקטן בין השבטים (למשאבות שבשבות הנחיה) או הנקבים (למשאבות הניווט) לבין הקוטר החיצוני של להבי האימפלר. כאשר הנוזל זורם בתעלה הקטנה, העלייה במהירות הנוזל גורמת לירידה בלחץ הנוזל, לאידוי מקומי וליצירת בועות, אשר לאחר מכן נקרעות בלחצים גבוהים יותר, מה שמוביל לקוויטציה.
2. שפר ביצועים הידראוליים
ישנם גורמים רבים המשפיעים על הביצועים ההידראוליים של משאבות, והגורמים העיקריים המשפיעים על היעילות ההידראולית של האימפלרים הם הפסדים שונים. באופן ספציפי, ישנם:
1) מספר עלים
עבור משאבות צנטריפוגליות, הגדלת מספר הלהבים יכולה בדרך כלל לשפר את זרימת הנוזל ולהגדיל את ראש המשאבה כראוי. עם זאת, הגדלת מספר הלהבים תפחית את שטח הזרימה של התעלה, מה שיוביל לעלייה במהירות הזרימה ואובדן החיכוך של הלהבים.
לכן, עלייה מוגזמת במספר הלהבים לא רק מפחיתה את היעילות ומדרדרת את ביצועי הקוויטציה של האימפלר, אלא עלולה גם לגרום לגבנון בעקומת ביצועי המשאבה. בנוסף, עלייה במספר הלהבים תשטוח את מגמת העלייה של עקומה האופיינית לראש (מהנקודה המדורגת) לנקודת המתה הקריטית; להיפך, ככל שמספר הלהבים יורד, העקומה האופיינית לראש הופכת תלולה יותר. בדרך כלל, 5-7 להבים נבחרים עבור אימפלרים של משאבה צנטריפוגלית עם מספר רב של להבים.
2) עלים ארוכים וקצרים
מחקרים הראו שכל שילוב של להבים קצרים וארוכים באימפלר משאבה יועיל לשיפור יעילות המשאבה, מכיוון שהוא יכול למנוע ביעילות כל התפתחות של זרימת ערות הנגרמת כתוצאה מחלוקת מהירות לא אחידה ליד כניסת האימפלר.
3) להבים מעוותים
ניסויים הראו שלמשאבות עם להבים מעוותים יש יעילות גבוהה יותר בסמוך לנקודת ההפעלה העיצובית ובאזורי זרימה גבוהה בהשוואה למשאבות עם להבים מעוקלים. יחד עם זאת, למשאבות עם להבים מעוותים יש ראש גבוה יותר בנקודה הקריטית מאשר לאלו עם להבים מעוקלים (מה שיכול לשנות את מגמת העלייה של עקומת אופייני הראש בנקודה הקריטית, במיוחד עבור משאבות צנטריפוגליות במהירות נמוכה, שיכולות לשפר/להעלים ביעילות את הדבשת).
4) קוטר יציאת האימפלר
תקן API 610 אינו מאפשר למשאבות להגיע לקוטר האימפלר המרבי ומחייב חיתוך של האימפלר כדי לעמוד בביצועים הנדרשים של המשאבה. אם מבחר המשאבות גדול מדי, חיתוך האימפלר הוא שיטה חסכונית ויעילה יחסית להפחתת הלחץ והזרימה הנוצרים. למרות שחיתוך האימפלר יעיל יותר משימוש בשסתום מצערת כדי לעמוד בתנאי ההפעלה הנדרשים, היעילות שלו בדרך כלל נמוכה מזו של אימפלר בגודל מלא, מכיוון שלהבי האימפלר מתקצרים והפער בין להבי האימפלר לבית המשאבה גדל.
עבור אימפלרים של זרימה רדיאלית, אין להפחית את קוטרם ליותר מ-70% מקוטר התכנון המרבי. הפחתת קוטר אימפלר המשאבה תשנה גם את רוחב תעלת היציאה, זווית יציאת הלהב ואורך הלהב. ככל שקוטר האימפלר יורד מהקוטר המקסימלי, כך יעילות המשאבה תפחת עם חיתוך האימפלר, ונקודת היעילות הגבוהה ביותר תעבור לעבר קצבי זרימה נמוכים יותר.
3. השפעת פרמטרים אחרים על ביצועי המשאבה
1) רוחב הלהב של האימפלר
ככל שרוחב הלהב גדל, לחץ הנוזל יורד, כך שהראש יקטן עם הגדלת רוחב להב האימפלר; ההשפעה של רוחב הלהב על היעילות של נקודת היעילות האופטימלית בדרך כלל אינה משמעותית (כאשר רוחב הלהב גדל, היעילות של נקודת היעילות האופטימלית עשויה לעלות מעט), אך אזור היעילות הגבוהה-תזוז לעבר קצבי זרימה נמוכים יותר ככל שרוחב הלהב יורד. השפעת היעילות משמעותית יותר בקצבי זרימה נפחיים גדולים יותר, במילים אחרות, ככל שרוחב הלהב גדל, עקומת היעילות יורדת במהירות מימין לנקודת היעילות האופטימלית.
2) זווית להב יציאת האימפלר
ככל שזווית להב היציאה גדולה יותר, כך הראש גבוה יותר במהירות נתונה, אך במחיר של יעילות נמוכה יותר וביצועי בלאי. זווית להב היציאה התחתונה מגבירה את היעילות ואת אורך הלהב, אך במחיר של הקטנת ראש. לכן, בדרך כלל יש לבצע אופטימיזציה של זווית להב הייצוא כדי להשיג איזון בין הגורמים הללו. הראש גדל עם הגדלת זווית להב היציאה, מה שניתן להסביר על ידי הגדלה בגודל החתך -של היציאה ביחס לזווית להב היציאה המוגדלת, וכתוצאה מכך ירידה בירידה בלחץ הנוזל בתעלת הזרימה בין הלהבים.
המחקר מצביע על כך שערך היעילות המקסימלית יורד עם הגדלת זווית להב היציאה. כאשר זווית להב היציאה קטנה, יעילות המשאבה בצד ימין של נקודת היעילות הגבוהה ביותר תפחת במהירות.
3) להב מפצל יציאת האימפלר
הוספת להבי מפצל בצד היציאה של האימפלר תגביר את ראש המשאבה ואת היעילות ההידראולית, והעלייה בראש וביעילות תהיה גדולה יותר ככל שאורך להבי המפצל יגדל. אורך להבי המפצל לרוב אינו עולה על פי 0.5 מאורך הלהב המקורי, תלוי בגודל האימפלר, צורת הלהבים ומספר הלהבים.
4) חיתוך של קצה יציאת להב האימפלר
טחינת החלק האחורי של להבי יציאת האימפלר מרחיבה את שטח תעלת הזרימה של יציאת האימפלר, ובכך מגדילה את קצב הזרימה של האימפלר. ככל ששטח ערוץ היציאה מתרחב, גם הראש יגדל, ונקודת היעילות האופטימלית של המשאבה תעבור לכיוון הזרימה הגבוהה.