หากคุณต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบใบพัดปั๊มแรงเหวี่ยง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องชี้แจงวัตถุประสงค์ของการเพิ่มประสิทธิภาพ: เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการหายใจเข้า? ปรับปรุงประสิทธิภาพของปั๊ม? ปรับแอมพลิจูดที่เพิ่มขึ้นของเส้นโค้ง Q-H... จากนั้นปรับให้เหมาะสมตามความต้องการเฉพาะ ส่วนประกอบไฮดรอลิกหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของปั๊มแรงเหวี่ยงคือใบพัด นอกเหนือจากส่วนประกอบการไหล เช่น ก้นหอย/ใบพัดนำทางที่เข้าคู่กัน
กลศาสตร์ของไหลเป็นวินัยแบบกึ่งทฤษฎีและกึ่งเชิงประจักษ์ และยังมีอีกหลายด้านที่ไม่สามารถออกแบบ จำลอง และคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ เช่น การไม่สามารถจำลองสถานะการไหลที่แท้จริงของของไหลได้อย่างแม่นยำ และผลกระทบต่อประสิทธิภาพของปั๊มภายใต้โครงสร้าง อุณหภูมิ และตัวกลางในการสูบที่แตกต่างกัน ดังนั้น บทความนี้จึงอธิบายได้เพียงสั้นๆ ว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพใบพัดของปั๊มแรงเหวี่ยงได้อย่างไร เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดและไฮดรอลิกจากมุมมองเชิงคุณภาพรวมกับประสบการณ์ สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น
1. ปรับปรุงประสิทธิภาพการสูดดม
การดัดใบพัดมีสองประเภท: การดัดไปข้างหน้าและการดัดกลับ เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการเพิ่มกำลังสูงสุด ให้แรงหมุนสูงแก่ของไหล และป้องกันการแยกการไหล ปั๊มหอยโข่งมักจะใช้ใบพัดใบพัดโค้งด้านหลัง
สำหรับตัวปั๊ม พฤติกรรมการเกิดโพรงอากาศและประสิทธิภาพการดูดของปั๊มส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากรูปทรงเรขาคณิตและพื้นที่ของทางเข้าใบพัด ปัจจัยทางเรขาคณิตหลายอย่างที่ทางเข้าของใบพัดอาจส่งผลต่อการเกิดโพรงอากาศ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้าและดุม มุมทางเข้าของใบพัดและมุมตกกระทบของการไหลต้นน้ำ จำนวนและความหนาของใบมีด พื้นที่คอของใบพัด ความหยาบของพื้นผิว โปรไฟล์ขอบนำของใบพัด ฯลฯ นอกจากนี้ ยังเกี่ยวข้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของใบพัดและขนาดช่องว่างระหว่างใบพัดนำทาง (สำหรับปั๊มใบพัดนำทาง) หรือก้นหอย (สำหรับปั๊มก้นหอย)
1) เส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้า/พื้นที่ทางเข้าของใบพัด
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดของปั๊มแรงเหวี่ยง โดยทั่วไปนักออกแบบจะบรรลุเป้าหมายนี้โดยการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้าของใบพัด ปัจจุบันวิธีการออกแบบนี้ยังคงใช้ในการออกแบบทางวิศวกรรมของปั๊มหอยโข่ง
เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาเท่ากันและระยะห่างของเส้นผ่านศูนย์กลางที่วงแหวนปากใบพัดจะเท่ากัน ประสิทธิภาพการดูดก็จะดีขึ้น (ยิ่งพื้นที่ทางเข้าของใบพัดมากขึ้น ค่าความเร็วเฉพาะของการดูดก็จะยิ่งสูงขึ้น) ยิ่งมีช่องว่างที่วงแหวนปากของใบพัดมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าปริมาณการรั่วไหลจะมากขึ้นและประสิทธิภาพของปั๊มก็ลดลง
อย่างไรก็ตาม สำหรับวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดโดยการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้าของใบพัด ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับ:
ไม่อนุญาตให้ทำให้ค่าความเร็วจำเพาะการดูดเกินค่าที่ระบุไว้ในมาตรฐานและข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องอย่างมีนัยสำคัญ มิฉะนั้นจะส่งผลให้ช่วงการทำงานที่แคบและเสถียรของปั๊ม
2) รูปร่างขอบนำของใบมีด
การตอบสนองข้อจำกัดทางกลและการผลิตของความหนาของใบมีดที่ขอบนำ การใช้โปรไฟล์พาราโบลาสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดของใบพัดได้ ประสิทธิภาพการดูดของรูปทรงวงรีนั้นเป็นอันดับสอง และรูปร่างนี้เป็นการเลือกรูปร่างเริ่มต้นสำหรับคมตัดนำ เนื่องจากสามารถตอบสนองข้อจำกัดทางกลและการผลิตของความหนาของคมตัดนำของใบมีดได้อย่างง่ายดาย
3) รัศมีความโค้งของส่วนทางเข้าของแผ่นครอบใบพัด
เนื่องจากแรงเหวี่ยงที่กระทำต่อการไหลของของเหลวที่ทางเข้าของใบพัดที่จุดเปลี่ยน ทำให้ความดันต่ำและความเร็วการไหลสูงใกล้กับแผ่นฝาครอบด้านหน้า ส่งผลให้การกระจายความเร็วที่ทางเข้าของใบพัดไม่สม่ำเสมอ การเพิ่มรัศมีความโค้งของส่วนทางเข้าของแผ่นปิดอย่างเหมาะสมจะเป็นประโยชน์ในการลดความเร็วสัมบูรณ์ที่แผ่นปิดด้านหน้า (ก่อนทางเข้าใบมีดเล็กน้อย) และการปรับปรุงการกระจายความเร็วที่สม่ำเสมอ ลดแรงดันตกที่ส่วนที่ทางเข้าของปั๊ม ซึ่งช่วยลด NPSHR และปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการเกิดโพรงอากาศของปั๊ม
4) ตำแหน่งของขอบทางเข้าของใบมีดและรูปร่างของส่วนทางเข้า
ขอบทางเข้าของใบมีดขยายออกไปทางด้านข้างไปยังช่องดูด โดยใช้ขอบทางเข้าของใบมีดแบบกวาดด้านหลัง (ขอบทางเข้าไม่ได้อยู่บนแกนเดียวกัน และขอบด้านนอกถูกชดเชยด้วยมุมที่แน่นอนไปข้างหลัง) ซึ่งช่วยให้ของเหลวไหลที่ด้านดุมเพื่อรับการทำงานของใบมีดล่วงหน้าและเพิ่มแรงดัน
ขอบทางเข้าของใบมีดขยายไปข้างหน้าและเอียง ทำให้เกิดความเร็วเส้นรอบวงที่แตกต่างกันในแต่ละจุด โดยทั่วไป ความเร็วตามแนวแกนจะกระจายประมาณสม่ำเสมอตามขอบทางเข้า ส่งผลให้มุมการไหลสัมพัทธ์ที่แตกต่างกันในแต่ละจุดที่ขอบทางเข้า เพื่อให้เป็นไปตามสถานการณ์การไหลนี้และลดการสูญเสียแรงกระแทก ช่องเข้าของใบพัดควรถูกทำให้มีรูปร่างบิดเป็นเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมชิ้นส่วนทางเข้าของใบพัดความเร็วต่ำ-จำนวนมากจึงถูกสร้างเป็นใบพัดที่บิดเบี้ยวด้วย
5) มุมทางเข้าของใบมีด
เงื่อนไขการออกแบบใช้มุมบวกที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อยในการโจมตีเพื่อเพิ่มมุมทางเข้าของใบมีด ลดการโค้งงอที่ทางเข้าของใบมีด ลดการกระจัดของใบมีด เพิ่มพื้นที่การไหลเข้าของใบมีด และทำให้ประสิทธิภาพการดูดดีขึ้น ในขณะเดียวกัน ยังจะปรับปรุงสภาพแวดล้อมการทำงานภายใต้การจราจรหนาแน่น เพื่อลดการสูญเสียการจราจร อย่างไรก็ตาม มุมการโจมตีไม่ควรใหญ่เกินไป มิฉะนั้นจะส่งผลต่อประสิทธิภาพ
6) ความหนาและความเรียบของใบมีด
ลดความหนาของทางเข้าของใบมีดอย่างเหมาะสมและปัดเศษเพื่อให้เข้าใกล้รูปทรงเพรียวมากขึ้น การลดความหนาของใบมีดไม่เพียงขยายพื้นที่ของช่องดูดใบพัด ลดความเร็วการไหล และเพิ่มความดัน (รูปร่างของทางเข้าใบมีดมีความไวสูงต่อแรงดันตก) แต่ยังปรับปรุงความเรียบของพื้นผิวของใบพัดและทางเข้าใบมีด ช่วยลดการสูญเสียความต้านทาน มาตรการเหล่านี้ล้วนเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดของปั๊ม
7) หลุมสมดุล
รูบาลานซ์บนใบพัดมีผลเสียต่อการไหลหลักที่เข้าสู่ใบพัดเนื่องจากการรั่วซึม (พื้นที่ของรูบาลานซ์ไม่ควรน้อยกว่า 5 เท่าของพื้นที่ช่องว่างการซีล เพื่อลดอัตราการไหลของการรั่วไหล และลดผลกระทบต่อการไหลหลัก) การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการเปิดรูสมดุลบนใบพัด ความเข้มของกระแสน้ำวนที่อยู่ด้านหลังใบพัดจะลดลง และกระแสน้ำวนบางส่วนอาจหายไปด้วยซ้ำ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดของปั๊ม
8) เส้นผ่านศูนย์กลางทางออกของใบพัด
เส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดที่ลดลงเล็กน้อยจะทำให้ NPSHR เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง 5% ถึง 10% NPSHR จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากการลดความยาวใบมีดจะเพิ่มภาระของใบมีดโดยเฉพาะ ซึ่งส่งผลต่อการกระจายความเร็วที่ทางเข้าของใบพัด
หมายเหตุ:
1) พยายามหลีกเลี่ยงการใช้วิธีเพิ่มพื้นที่ทางเข้าของใบพัดเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดูด และหลีกเลี่ยงการใช้ความเร็วเฉพาะในการดูดมากเกินไป มิฉะนั้นจะทำให้เกิดกรดไหลย้อนได้ง่ายและขยายพื้นที่การทำงานที่ไม่เสถียรของปั๊ม
2) ควรหลีกเลี่ยงการเกิด cavitation ของ blade channel syndrome ความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศประเภทนี้เกิดจากช่องว่างเล็กๆ ระหว่างใบพัดนำทาง (สำหรับปั๊มใบพัดนำทาง) หรือก้นหอย (สำหรับปั๊มก้นหอย) และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของใบพัด เมื่อของเหลวไหลผ่านช่องเล็กๆ ความเร็วของของเหลวที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ความดันของเหลวลดลง การกลายเป็นไอเฉพาะที่ และการเกิดฟองอากาศ ซึ่งจะแตกออกที่ความดันที่สูงขึ้น ทำให้เกิดโพรงอากาศ
2. ปรับปรุงประสิทธิภาพไฮดรอลิก
มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพไฮดรอลิกของปั๊ม และปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพไฮดรอลิกของใบพัดคือการสูญเสียต่างๆ โดยเฉพาะมี:
1) จำนวนใบ
สำหรับปั๊มหอยโข่ง การเพิ่มจำนวนใบพัดโดยทั่วไปจะช่วยเพิ่มการไหลของของเหลวและเพิ่มหัวปั๊มได้อย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม การเพิ่มจำนวนใบพัดจะลดพื้นที่การไหลของช่อง ส่งผลให้ความเร็วการไหลเพิ่มขึ้นและการสูญเสียแรงเสียดทานของใบพัด
ดังนั้นการเพิ่มจำนวนใบพัดมากเกินไปไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพและทำให้ประสิทธิภาพการเกิดโพรงอากาศของใบพัดลดลงเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดโคกในเส้นโค้งประสิทธิภาพของปั๊มอีกด้วย นอกจากนี้ การเพิ่มจำนวนใบมีดจะทำให้แนวโน้มขาขึ้นของเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของส่วนหัว (จากจุดที่กำหนด) แบนลงจนถึงจุดตายวิกฤต ในทางตรงกันข้าม เมื่อจำนวนใบมีดลดลง เส้นโค้งลักษณะส่วนหัวจะชันมากขึ้น โดยปกติจะเลือกใบพัด 5-7 ใบสำหรับใบพัดปั๊มแรงเหวี่ยงที่มีใบพัดจำนวนมาก
2) ใบยาวและใบสั้น
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการใช้ใบพัดแบบสั้นและแบบยาวร่วมกันในใบพัดปั๊มจะเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของปั๊ม เนื่องจากสามารถป้องกันการเกิดการไหลแบบตื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งเกิดจากการกระจายความเร็วที่ไม่สม่ำเสมอใกล้กับทางเข้าของใบพัด
3) ใบมีดบิด
การทดลองแสดงให้เห็นว่าปั๊มที่มีใบพัดแบบบิดจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าใกล้กับจุดปฏิบัติการที่ออกแบบและในพื้นที่การไหลสูง เมื่อเปรียบเทียบกับปั๊มที่มีใบพัดโค้ง ในเวลาเดียวกัน ปั๊มที่มีใบพัดแบบบิดจะมีส่วนหัวที่สูงกว่าที่จุดวิกฤตมากกว่าปั๊มที่มีใบพัดโค้ง (ซึ่งสามารถเปลี่ยนแนวโน้มขาขึ้นของเส้นโค้งลักษณะส่วนหัวที่จุดวิกฤติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปั๊มหอยโข่งความเร็วจำเพาะต่ำ ซึ่งสามารถปรับปรุง/กำจัดโหนกได้อย่างมีประสิทธิภาพ)
4) เส้นผ่านศูนย์กลางทางออกของใบพัด
มาตรฐาน API 610 ไม่อนุญาตให้ปั๊มเข้าถึงเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดสูงสุด และจำเป็นต้องตัดใบพัดเพื่อให้ตรงตามประสิทธิภาพที่ต้องการของปั๊ม หากการเลือกปั๊มมากเกินไป การตัดใบพัดเป็นวิธีที่ค่อนข้างประหยัดและมีประสิทธิภาพในการลดแรงดันและการไหลที่เกิดขึ้น แม้ว่าการตัดใบพัดจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้วาล์วปีกผีเสื้อเพื่อให้ตรงตามเงื่อนไขการทำงานที่ต้องการ แต่ประสิทธิภาพมักจะต่ำกว่าใบพัดขนาดเต็ม- เนื่องจากใบพัดจะสั้นลงและช่องว่างระหว่างใบพัดและตัวเรือนปั๊มจะเพิ่มขึ้น
สำหรับใบพัดไหลในแนวรัศมี ไม่ควรลดเส้นผ่านศูนย์กลางให้เกิน 70% ของเส้นผ่านศูนย์กลางการออกแบบสูงสุด การลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดของปั๊มจะเปลี่ยนความกว้างของช่องทางออก มุมทางออกของใบมีด และความยาวของใบมีดด้วย ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดลดลงจากเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด ประสิทธิภาพของปั๊มจะลดลงตามการตัดใบพัดมากขึ้น และจุดประสิทธิภาพสูงสุดจะเปลี่ยนไปสู่อัตราการไหลที่ต่ำลง
3. อิทธิพลของพารามิเตอร์อื่นที่มีต่อประสิทธิภาพของปั๊ม
1) ความกว้างใบพัดของใบพัด
เมื่อความกว้างของใบมีดเพิ่มขึ้น ความดันของเหลวจะลดลง ดังนั้นส่วนหัวจะลดลงตามความกว้างของใบพัดที่เพิ่มขึ้น ผลกระทบของความกว้างของใบมีดต่อประสิทธิภาพของจุดประสิทธิภาพสูงสุดมักจะไม่มีนัยสำคัญ (เมื่อความกว้างของใบมีดเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของจุดประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดอาจเพิ่มขึ้นเล็กน้อย) แต่โซนประสิทธิภาพสูง-จะเปลี่ยนไปสู่อัตราการไหลที่ลดลงเมื่อความกว้างของใบมีดลดลง ผลกระทบของประสิทธิภาพมีความสำคัญมากขึ้นที่อัตราการไหลตามปริมาตรที่มากขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อความกว้างของใบมีดเพิ่มขึ้น เส้นโค้งประสิทธิภาพจะลดลงอย่างรวดเร็วทางด้านขวาของจุดประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด
2) มุมใบพัดทางออกของใบพัด
ยิ่งมุมใบมีดออกมากเท่าไร หัวก็จะยิ่งสูงขึ้นตามความเร็วที่กำหนด แต่ก็ต้องแลกกับประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการสึกหรอที่ต่ำกว่า มุมใบมีดทางออกที่ต่ำกว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความยาวของใบมีด แต่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการลดส่วนหัว ดังนั้น โดยปกติแล้วมุมใบมีดส่งออกจะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้เกิดความสมดุลของปัจจัยเหล่านี้ หัวจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของมุมใบมีดทางออก ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยการเพิ่มขนาดหน้าตัดของทางออก-ที่สัมพันธ์กับมุมใบมีดทางออกที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันของเหลวลดลงในช่องการไหลระหว่างใบพัดลดลง
การศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าค่าประสิทธิภาพสูงสุดจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของมุมใบมีดออก เมื่อมุมใบพัดทางออกมีขนาดเล็ก ประสิทธิภาพของปั๊มทางด้านขวาของจุดประสิทธิภาพสูงสุดจะลดลงอย่างรวดเร็ว
3) ใบพัดแยกใบพัด
การเพิ่มใบมีดแยกที่ด้านทางออกของใบพัดจะช่วยเพิ่มส่วนหัวของปั๊มและประสิทธิภาพไฮดรอลิก และการเพิ่มขึ้นของส่วนหัวและประสิทธิภาพจะมากขึ้นเมื่อความยาวของใบมีดแยกเพิ่มขึ้น ความยาวของใบมีดแยกมักจะไม่เกิน 0.5 เท่าของความยาวใบมีดเดิม ขึ้นอยู่กับขนาดของใบพัด รูปร่างของใบมีด และจำนวนใบมีด
4) การตัดขอบทางออกของใบพัด
การบดด้านหลังของใบพัดทางออกของใบพัดจะขยายพื้นที่ช่องการไหลของทางออกของใบพัด ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตราการไหลของใบพัด เมื่อพื้นที่ช่องทางออกขยายออก หัวจะเพิ่มขึ้นด้วย และจุดประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดของปั๊มจะเปลี่ยนไปทางด้านการไหลสูง