Si desea optimizar el diseño de los impulsores de bombas centrífugas. Por tanto, es necesario aclarar el propósito de la optimización: ¿mejorar el rendimiento de la inhalación? ¿Mejorar la eficiencia de la bomba? Ajuste la amplitud de aumento de la curva Q-H... y luego optimícela según las necesidades específicas. El principal componente hidráulico que afecta el rendimiento de las bombas centrífugas es el impulsor, además de los componentes de flujo como las volutas/paletas guía que coinciden con él.
La mecánica de fluidos es una disciplina semiteórica y semiempírica, y todavía hay muchas áreas que no se pueden diseñar, simular y predecir con precisión, como la incapacidad de simular con precisión el verdadero estado de flujo de los fluidos y su impacto en el rendimiento de la bomba bajo diferentes estructuras, temperaturas y medios de bombeo. Por lo tanto, este artículo sólo puede explicar brevemente cómo optimizar el impulsor de una bomba centrífuga para mejorar su succión y su rendimiento hidráulico desde una perspectiva cualitativa, combinada con la experiencia. Sólo como referencia.
1. Mejorar el rendimiento de la inhalación.
Hay dos tipos de flexión de las palas del impulsor: flexión hacia adelante y flexión hacia atrás. Debido a su eficacia para maximizar la potencia, impartir una alta fuerza de rotación al fluido y evitar la separación del flujo, las bombas centrífugas suelen utilizar impulsores de palas traseras curvas.
Para el cuerpo de la bomba, el comportamiento de cavitación y el rendimiento de succión de la bomba están influenciados en gran medida por la forma geométrica y el área de la entrada del impulsor. Muchos factores geométricos en la entrada del impulsor pueden afectar la cavitación, como el diámetro de entrada y del cubo, el ángulo de entrada de la pala y el ángulo de incidencia del flujo aguas arriba, el número y espesor de la pala, el área de la garganta de la pala, la rugosidad de la superficie, el perfil del borde de ataque de la pala, etc. Además, también está relacionado con el diámetro exterior de las palas del impulsor y el tamaño del espacio entre las paletas guía (para bombas de paletas guía) o las volutas (para bombas de voluta).
1) Diámetro de entrada/área de entrada del impulsor
Para mejorar el rendimiento de succión de las bombas centrífugas, los diseñadores generalmente lo logran aumentando el diámetro de entrada del impulsor. Hoy en día, este método de diseño todavía se utiliza en el diseño de ingeniería de bombas centrífugas.
Cuando el diámetro del eje es el mismo y el espacio libre del diámetro en el anillo de la boca del impulsor es el mismo, mejor será el rendimiento de succión (cuanto mayor sea el área de entrada del impulsor, mayor será el valor de velocidad específica de succión), mayor será el área de espacio libre en el anillo de la boca del impulsor, lo que significa que la cantidad de fuga es mayor y la eficiencia de la bomba es menor.
Sin embargo, para el método de mejorar el rendimiento de la succión aumentando el diámetro de entrada del impulsor, se debe prestar especial atención a:
No está permitido hacer que el valor de velocidad específica de succión supere significativamente los valores especificados en las normas y especificaciones pertinentes; de lo contrario, se producirá un rango de funcionamiento estrecho y estable de la bomba.
2) Forma del borde de ataque de la hoja
Al satisfacer las limitaciones mecánicas y de fabricación del espesor de la pala del borde de ataque, la adopción de un perfil parabólico puede mejorar el rendimiento de succión del impulsor. El rendimiento de succión del contorno elíptico ocupa el segundo lugar, y esta forma es la selección de contorno predeterminada para el borde de ataque, ya que puede cumplir fácilmente con las limitaciones mecánicas y de fabricación del espesor del borde de ataque de la hoja.
3) El radio de curvatura de la parte de entrada de la placa de cubierta del impulsor.
Debido a la fuerza centrífuga que actúa sobre el flujo de líquido en la entrada del impulsor en el punto de giro, la presión es baja y la velocidad del flujo es alta cerca de la placa de cubierta frontal, lo que resulta en una distribución desigual de la velocidad en la entrada del impulsor. Aumentar adecuadamente el radio de curvatura de la parte de entrada de la placa de cubierta es beneficioso para reducir la velocidad absoluta en la placa de cubierta frontal (ligeramente por delante de la entrada de la pala) y mejorar la uniformidad de la distribución de la velocidad, reduciendo la caída de presión en la parte de entrada de la bomba, reduciendo así el NPSHR y mejorando el rendimiento anticavitación de la bomba.
4) Posición del borde de entrada de la hoja y forma de la parte de entrada
El borde de entrada de la pala se extiende lateralmente hacia el puerto de succión, utilizando un borde de entrada de la pala barrido hacia atrás (el borde de entrada no está en el mismo eje y el borde exterior está desplazado en un cierto ángulo hacia atrás), lo que permite que el flujo de líquido en el lado del cubo reciba la acción de la pala con anticipación y aumente la presión.
El borde de entrada de la pala se extiende hacia adelante y se inclina, provocando diferentes velocidades circunferenciales en cada punto. Generalmente, la velocidad axial se distribuye aproximadamente uniformemente a lo largo del borde de entrada, lo que da como resultado diferentes ángulos de flujo relativos en cada punto del borde de entrada. Para hacer frente a esta situación de flujo y reducir las pérdidas por impacto, la entrada de las palas debe tener una forma espacialmente torcida, razón por la cual muchas piezas de entrada de las palas del impulsor de baja-velocidad también se fabrican con palas torcidas.
5) Ángulo de entrada de la hoja
La condición de diseño adopta un ángulo de ataque positivo ligeramente mayor para aumentar el ángulo de entrada de las palas, reducir la flexión en la entrada de las palas, reducir el desplazamiento de las palas, aumentar el área de flujo de entrada de las palas y así mejorar el rendimiento de succión. Al mismo tiempo, también mejorará el entorno operativo con mucho tráfico para reducir las pérdidas de tráfico. Sin embargo, el ángulo de ataque no debe ser demasiado grande, de lo contrario afectará la eficiencia.
6) Grosor y suavidad de la entrada de la hoja.
Reduzca adecuadamente el grosor de la entrada de la hoja y redondeela para que tenga una forma más aerodinámica. La reducción del espesor de la pala no solo expande el área del canal de succión del impulsor, reduce la velocidad del flujo y aumenta la presión (la forma de la entrada de la pala es muy sensible a la caída de presión), sino que también mejora la suavidad de la superficie del impulsor y la entrada de la pala, reduciendo las pérdidas de resistencia. Todas estas medidas son beneficiosas para mejorar el rendimiento de succión de la bomba.
7) Agujero de equilibrio
El orificio de equilibrio en el impulsor tiene un cierto efecto destructivo en el flujo principal que ingresa al impulsor debido a una fuga (el área del orificio de equilibrio no debe ser inferior a 5 veces el área del espacio de sellado para reducir el caudal de fuga y así minimizar el impacto en el flujo principal). Las investigaciones han demostrado que cuando se abre un orificio de equilibrio en el impulsor, la intensidad del vórtice detrás del impulsor disminuirá y algunos vórtices pueden incluso desaparecer, mejorando el rendimiento de succión de la bomba.
8) Diámetro de salida del impulsor
Una pequeña disminución en el diámetro del impulsor solo aumentará ligeramente el NPSHR. Pero cuando el diámetro disminuye entre un 5% y un 10%, el NPSHR aumentará significativamente, porque la reducción en la longitud de la pala aumentará las cargas específicas de la pala, afectando así la distribución de velocidad en la entrada del impulsor.
Notas:
1) Trate de evitar el uso del método de aumentar el área de entrada del impulsor para mejorar el rendimiento de succión y evite exceder severamente la velocidad específica de succión; de lo contrario, es fácil causar reflujo de entrada y expandir el área de operación inestable de la bomba.
2) Se debe evitar la aparición del síndrome de cavitación del canal de la pala. Este tipo de daño por cavitación es causado por el pequeño espacio entre las paletas guía (para bombas de paletas guía) o las volutas (para bombas de voluta) y el diámetro exterior de las paletas del impulsor. Cuando el líquido fluye a través del canal pequeño, el aumento de la velocidad del líquido provoca una disminución de la presión del líquido, la vaporización local y la generación de burbujas, que luego se rompen a presiones más altas, lo que provoca cavitación.
2. Mejorar el rendimiento hidráulico
Hay muchos factores que afectan el rendimiento hidráulico de las bombas y los principales factores que afectan la eficiencia hidráulica de los impulsores son diversas pérdidas. En concreto, existen:
1) Número de hojas
Para las bombas centrífugas, aumentar el número de palas generalmente puede mejorar el flujo de líquido y aumentar la altura de la bomba de manera adecuada. Sin embargo, aumentar el número de palas reducirá el área de flujo del canal, lo que provocará un aumento en la velocidad del flujo y la pérdida por fricción de las palas.
Por lo tanto, un aumento excesivo en el número de palas no sólo reduce la eficiencia y deteriora el rendimiento de cavitación del impulsor, sino que también puede provocar un aumento en la curva de rendimiento de la bomba. Además, un aumento en el número de palas aplanará la tendencia ascendente de la curva característica del cabezal (desde el punto nominal) hasta el punto muerto crítico; Por el contrario, a medida que disminuye el número de palas, la curva característica del cabezal se vuelve más pronunciada. Por lo general, se seleccionan de 5 a 7 palas para impulsores de bombas centrífugas con una gran cantidad de palas.
2) Hojas largas y cortas
Las investigaciones han demostrado que cualquier combinación de palas cortas y largas en el impulsor de una bomba será beneficiosa para mejorar la eficiencia de la bomba, ya que puede prevenir eficazmente cualquier desarrollo de estela de flujo causada por una distribución desigual de la velocidad cerca de la entrada del impulsor.
3) Cuchillas torcidas
Los experimentos han demostrado que las bombas con paletas torcidas tienen una mayor eficiencia cerca del punto de operación de diseño y en áreas de alto flujo en comparación con las bombas con paletas curvas. Al mismo tiempo, las bombas con paletas torcidas tienen una altura más alta en el punto crítico que aquellas con paletas curvas (lo que puede cambiar la tendencia ascendente de la curva característica de la altura en el punto crítico, especialmente para bombas centrífugas de baja velocidad específica, que pueden mejorar/eliminar efectivamente los jorobas).
4) Diámetro de salida del impulsor
La norma API 610 no permite que las bombas alcancen el diámetro máximo del impulsor y requiere cortar el impulsor para cumplir con el rendimiento requerido de la bomba. Si la selección de bombas es demasiado grande, cortar el impulsor es un método relativamente económico y eficaz para reducir la presión y el flujo generado. Aunque cortar el impulsor es más eficiente que usar una válvula de mariposa para cumplir con las condiciones de operación requeridas, su eficiencia generalmente es menor que la de un impulsor de tamaño completo-porque las palas del impulsor se acortan y el espacio entre las palas del impulsor y la carcasa de la bomba aumenta.
Para impulsores de flujo radial, su diámetro no debe reducirse a más del 70% del diámetro máximo de diseño. La reducción del diámetro del impulsor de la bomba también cambiará el ancho del canal de salida, el ángulo de salida de la pala y la longitud de la pala. Cuanto más disminuya el diámetro del impulsor desde el diámetro máximo, más disminuirá la eficiencia de la bomba con el corte del impulsor, y el punto de mayor eficiencia se desplazará hacia caudales más bajos.
3. La influencia de otros parámetros en el rendimiento de la bomba.
1) Ancho de la hoja del impulsor
A medida que aumenta el ancho de la pala, la presión del líquido disminuye, por lo que la altura disminuirá con el aumento del ancho de la pala del impulsor; El efecto del ancho de la pala en la eficiencia del punto de eficiencia óptimo no suele ser significativo (a medida que aumenta el ancho de la pala, la eficiencia del punto de eficiencia óptimo puede aumentar ligeramente), pero la zona de alta-eficiencia se desplazará hacia caudales más bajos a medida que disminuye el ancho de la pala. El impacto de la eficiencia es más significativo a mayores caudales volumétricos; en otras palabras, a medida que aumenta el ancho de la pala, la curva de eficiencia disminuye rápidamente a la derecha del punto de eficiencia óptima.
2) Ángulo de la pala de salida del impulsor
Cuanto mayor sea el ángulo de la pala de salida, mayor será la altura a una velocidad determinada, pero a costa de una menor eficiencia y rendimiento frente al desgaste. El ángulo de salida más bajo aumenta la eficiencia y la longitud de la hoja, pero a costa de reducir la altura. Por lo tanto, normalmente es necesario optimizar el ángulo de la hoja de exportación para lograr un equilibrio de estos factores. La cabeza aumenta con el aumento del ángulo de la paleta de salida, lo que puede explicarse por el aumento en el tamaño de la sección transversal de salida en relación con el aumento del ángulo de la paleta de salida, lo que resulta en una disminución en la caída de presión del líquido en el canal de flujo entre las paletas.
El estudio sugiere que el valor máximo de eficiencia disminuye con el aumento del ángulo de salida de la pala. Cuando el ángulo de la paleta de salida es pequeño, la eficiencia de la bomba en el lado derecho del punto de eficiencia más alta disminuirá rápidamente.
3) Cuchilla divisora de salida del impulsor
Agregar paletas divisoras en el lado de salida del impulsor aumentará la altura de la bomba y la eficiencia hidráulica, y el aumento en la altura y la eficiencia será mayor a medida que aumente la longitud de las paletas divisoras. La longitud de las palas del divisor generalmente no excede 0,5 veces la longitud de la pala original, dependiendo del tamaño del impulsor, la forma de las palas y el número de palas.
4) Recorte del borde de salida de las palas del impulsor
Pulir la parte posterior de las aspas de salida del impulsor expande el área del canal de flujo de la salida del impulsor, aumentando así el caudal del impulsor. A medida que el área del canal de salida se expande, la altura también aumentará y el punto de eficiencia óptima de la bomba se desplazará hacia el lado de alto flujo.