Se você deseja otimizar o projeto de impulsores de bombas centrífugas. Portanto, é necessário esclarecer o propósito da otimização: melhorar o desempenho inalatório? Melhorar a eficiência da bomba? Ajuste a amplitude de subida da curva Q-H... e então otimize-a de acordo com necessidades específicas. O principal componente hidráulico que afeta o desempenho das bombas centrífugas é o impulsor, além dos componentes de fluxo, como volutas/pás-guia, que combinam com ele.
A mecânica dos fluidos é uma disciplina semi-teórica e semi-empírica, e ainda existem muitas áreas que não podem ser projetadas, simuladas e previstas com precisão, como a incapacidade de simular com precisão o verdadeiro estado do fluxo dos fluidos e seu impacto no desempenho da bomba sob diferentes estruturas, temperaturas e meios de bombeamento. Portanto, este artigo pode apenas explicar brevemente como otimizar o impulsor de uma bomba centrífuga para melhorar sua sucção e desempenho hidráulico a partir de uma perspectiva qualitativa, aliada à experiência. Apenas para referência.
1. Melhore o desempenho da inalação
Existem dois tipos de flexão das pás do impulsor: flexão para frente e flexão para trás. Devido à sua eficácia em maximizar a potência, transmitir alta força rotacional ao fluido e evitar a separação do fluxo, as bombas centrífugas normalmente usam impulsores de lâminas curvas traseiras.
Para o corpo da bomba, o comportamento de cavitação e o desempenho de sucção da bomba são amplamente influenciados pela forma geométrica e pela área da entrada do impulsor. Muitos fatores geométricos na entrada do impulsor podem afetar a cavitação, como diâmetro de entrada e cubo, ângulo de entrada da pá e ângulo de incidência do fluxo a montante, número e espessura da pá, área da garganta da pá, rugosidade da superfície, perfil da borda de ataque da pá, etc. Além disso, também está relacionado ao diâmetro externo das pás do impulsor e ao tamanho da folga entre as palhetas guia (para bombas de palhetas guia) ou volutas (para bombas de voluta).
1) Diâmetro de entrada/área de entrada do impulsor
A fim de melhorar o desempenho de sucção das bombas centrífugas, os projetistas geralmente conseguem isso aumentando o diâmetro de entrada do impulsor. Hoje, este método de projeto ainda é usado no projeto de engenharia de bombas centrífugas.
Quando o diâmetro do eixo é o mesmo e a folga do diâmetro no anel bucal do impulsor é a mesma, melhor será o desempenho de sucção (quanto maior a área de entrada do impulsor, maior será o valor da velocidade específica de sucção), maior será a área de folga no anel bucal do impulsor, o que significa que a quantidade de vazamento é maior e a eficiência da bomba é menor.
Contudo, para o método de melhorar o desempenho de sucção aumentando o diâmetro de entrada do impulsor, atenção especial deve ser dada a:
Não é permitido fazer com que o valor da velocidade específica de sucção exceda significativamente os valores especificados nas normas e especificações relevantes, caso contrário, resultará em uma faixa operacional estreita e estável da bomba.
2) Formato da borda principal da lâmina
Satisfazendo as restrições mecânicas e de fabricação da espessura da lâmina do bordo de ataque, a adoção de um perfil parabólico pode melhorar o desempenho de sucção do impulsor. O desempenho de sucção do contorno elíptico é o segundo, e esse formato é a seleção de contorno padrão para a borda principal, pois pode facilmente atender às limitações mecânicas e de fabricação da espessura da borda principal da lâmina.
3) O raio de curvatura da parte de entrada da placa de cobertura do impulsor
Devido à força centrífuga que atua sobre o fluxo de líquido na entrada do impulsor no ponto de giro, a pressão é baixa e a velocidade do fluxo é alta perto da placa de cobertura frontal, resultando em distribuição desigual de velocidade na entrada do impulsor. Aumentar adequadamente o raio de curvatura da parte de entrada da placa de cobertura é benéfico para reduzir a velocidade absoluta na placa de cobertura frontal (ligeiramente à frente da entrada da lâmina) e melhorar a uniformidade da distribuição de velocidade, reduzindo a queda de pressão na parte de entrada da bomba, reduzindo assim o NPSHR e melhorando o desempenho anti-cavitação da bomba.
4) Posição da borda de entrada da lâmina e formato da peça de entrada
A borda de entrada da lâmina se estende lateralmente em direção à porta de sucção, usando uma borda de entrada da lâmina varrida para trás (a borda de entrada não está no mesmo eixo e a borda externa é deslocada em um certo ângulo para trás), o que permite que o fluxo de líquido no lado do cubo receba a ação da lâmina antecipadamente e aumente a pressão.
A borda de entrada da lâmina se estende para frente e se inclina, causando diferentes velocidades circunferenciais em cada ponto. Geralmente, a velocidade axial é distribuída aproximadamente uniformemente ao longo da borda de entrada, resultando em diferentes ângulos de fluxo relativo em cada ponto da borda de entrada. Para atender a essa situação de fluxo e reduzir as perdas por impacto, a entrada da pá deve ter um formato espacialmente torcido, e é por isso que muitas peças de entrada da pá do impulsor de baixa velocidade também são transformadas em pás torcidas.
5) Ângulo de entrada da lâmina
A condição de projeto adota um ângulo de ataque positivo ligeiramente maior para aumentar o ângulo de entrada das pás, reduzir a flexão na entrada das pás, reduzir o deslocamento das pás, aumentar a área de fluxo de entrada das pás e, assim, melhorar o desempenho de sucção. Ao mesmo tempo, também melhorará o ambiente operacional sob tráfego intenso para reduzir as perdas de tráfego. No entanto, o ângulo de ataque não deve ser muito grande, caso contrário afetará a eficiência.
6) Espessura e suavidade da entrada da lâmina
Reduza a espessura da entrada da lâmina de forma adequada e arredonde-a para torná-la mais próxima de um formato aerodinâmico. A redução da espessura da pá não apenas expande a área do canal de sucção do impulsor, reduz a velocidade do fluxo e aumenta a pressão (o formato da entrada da pá é altamente sensível à queda de pressão), mas também melhora a suavidade da superfície do impulsor e da entrada da pá, reduzindo as perdas de resistência. Todas estas medidas são benéficas para melhorar o desempenho de sucção da bomba.
7) Buraco de equilíbrio
O orifício de equilíbrio no impulsor tem um certo efeito destrutivo no fluxo principal que entra no impulsor devido ao vazamento (a área do orifício de equilíbrio não deve ser inferior a 5 vezes a área da folga de vedação para reduzir a vazão de vazamento e, assim, minimizar o impacto no fluxo principal). A pesquisa mostrou que quando um orifício de equilíbrio é aberto no impulsor, a intensidade do vórtice atrás do impulsor diminuirá e alguns vórtices podem até desaparecer, melhorando o desempenho de sucção da bomba.
8) Diâmetro de saída do impulsor
Uma pequena diminuição no diâmetro do impulsor aumentará apenas ligeiramente o NPSHR. Mas quando o diâmetro diminui de 5% a 10%, o NPSHR aumentará significativamente, porque a redução no comprimento da pá aumentará as cargas específicas da pá, afetando assim a distribuição de velocidade na entrada do impulsor.
Notas:
1) Tente evitar usar o método de aumentar a área de entrada do impulsor para melhorar o desempenho de sucção e evite exceder severamente a velocidade específica de sucção, caso contrário, é fácil causar refluxo de entrada e expandir a área operacional instável da bomba.
2) A ocorrência de cavitação da síndrome do canal da lâmina deve ser evitada. Este tipo de dano por cavitação é causado pela pequena folga entre as palhetas guia (para bombas de palhetas guia) ou volutas (para bombas de voluta) e o diâmetro externo das pás do impulsor. Quando o líquido flui através do pequeno canal, o aumento na velocidade do líquido causa uma diminuição na pressão do líquido, vaporização local e geração de bolhas, que então se rompem em pressões mais altas, levando à cavitação.
2. Melhore o desempenho hidráulico
Existem muitos fatores que afetam o desempenho hidráulico das bombas, e os principais fatores que afetam a eficiência hidráulica dos impulsores são diversas perdas. Especificamente, existem:
1) Número de folhas
Para bombas centrífugas, aumentar o número de pás geralmente pode melhorar o fluxo de líquido e aumentar a altura manométrica da bomba de forma adequada. No entanto, aumentar o número de pás reduzirá a área de fluxo do canal, levando a um aumento na velocidade do fluxo e à perda por atrito das pás.
Portanto, o aumento excessivo no número de pás não só reduz a eficiência e deteriora o desempenho de cavitação do impulsor, mas também pode causar uma elevação na curva de desempenho da bomba. Além disso, um aumento no número de pás achatará a tendência ascendente da curva característica da cabeça (do ponto nominal) até o ponto morto crítico; Pelo contrário, à medida que o número de pás diminui, a curva característica da cabeceira torna-se mais acentuada. Normalmente, 5 a 7 pás são selecionadas para impulsores de bombas centrífugas com um grande número de pás.
2) Folhas longas e curtas
A pesquisa mostrou que qualquer combinação de pás curtas e longas em um impulsor de bomba será benéfica para melhorar a eficiência da bomba, pois pode prevenir efetivamente qualquer desenvolvimento de fluxo de esteira causado pela distribuição desigual de velocidade perto da entrada do impulsor.
3) Lâminas torcidas
Experimentos mostraram que bombas com pás torcidas têm maior eficiência perto do ponto operacional projetado e em áreas de alto fluxo em comparação com bombas com pás curvas. Ao mesmo tempo, as bombas com pás torcidas têm uma altura manométrica mais alta no ponto crítico do que aquelas com pás curvas (o que pode alterar a tendência ascendente da curva característica da altura manométrica no ponto crítico, especialmente para bombas centrífugas de baixa velocidade específica, que podem efetivamente melhorar/eliminar lombadas).
4) Diâmetro de saída do impulsor
A norma API 610 não permite que as bombas atinjam o diâmetro máximo do impulsor e exige o corte do impulsor para atender ao desempenho exigido da bomba. Se a seleção da bomba for muito grande, cortar o impulsor é um método relativamente econômico e eficaz para reduzir a pressão e o fluxo gerados. Embora cortar o impulsor seja mais eficiente do que usar uma válvula borboleta para atender às condições operacionais exigidas, sua eficiência é geralmente menor do que a de um-impulsor de tamanho normal porque as pás do impulsor são encurtadas e a folga entre as pás do impulsor e o corpo da bomba aumenta.
Para impulsores de fluxo radial, seu diâmetro não deve ser reduzido para mais de 70% do diâmetro máximo de projeto. A redução do diâmetro do impulsor da bomba também alterará a largura do canal de saída, o ângulo de saída da pá e o comprimento da pá. Quanto mais o diâmetro do impulsor diminuir em relação ao diâmetro máximo, mais a eficiência da bomba diminuirá com o corte do impulsor e o ponto de eficiência mais elevado mudará para taxas de fluxo mais baixas.
3. A influência de outros parâmetros no desempenho da bomba
1) Largura da lâmina do impulsor
À medida que a largura da pá aumenta, a pressão do líquido diminui, então a altura manométrica diminuirá com o aumento da largura da pá do impulsor; O efeito da largura da pá na eficiência do ponto de eficiência ideal geralmente não é significativo (à medida que a largura da pá aumenta, a eficiência do ponto de eficiência ideal pode aumentar ligeiramente), mas a zona de alta-eficiência mudará para taxas de fluxo mais baixas à medida que a largura da pá diminui. O impacto da eficiência é mais significativo em vazões volumétricas maiores, ou seja, à medida que a largura da pá aumenta, a curva de eficiência diminui rapidamente à direita do ponto de eficiência ideal.
2) Ângulo da lâmina de saída do impulsor
Quanto maior o ângulo da lâmina de saída, maior será a altura manométrica em uma determinada velocidade, mas ao custo de menor eficiência e desempenho contra desgaste. O ângulo mais baixo da lâmina de saída aumenta a eficiência e o comprimento da lâmina, mas ao custo de reduzir a altura manométrica. Portanto, o ângulo da lâmina de exportação geralmente precisa ser otimizado para alcançar um equilíbrio entre esses fatores. A altura manométrica aumenta com o aumento do ângulo da lâmina de saída, o que pode ser explicado pelo aumento no tamanho da seção transversal-de saída em relação ao aumento do ângulo da lâmina de saída, resultando em uma diminuição na queda de pressão do líquido no canal de fluxo entre as lâminas.
O estudo sugere que o valor da eficiência máxima diminui com o aumento do ângulo da pá de saída. Quando o ângulo da lâmina de saída é pequeno, a eficiência da bomba no lado direito do ponto de eficiência mais alto diminuirá rapidamente.
3) Lâmina divisora de saída do impulsor
Adicionar lâminas divisoras no lado de saída do impulsor aumentará a altura manométrica e a eficiência hidráulica da bomba, e o aumento na altura manométrica e na eficiência será maior à medida que o comprimento das lâminas divisoras aumentar. O comprimento das pás do divisor geralmente não excede 0,5 vezes o comprimento original da pá, dependendo do tamanho do impulsor, do formato das pás e do número de pás.
4) Corte da borda de saída da pá do impulsor
A retificação da parte traseira das pás de saída do impulsor expande a área do canal de fluxo da saída do impulsor, aumentando assim a taxa de fluxo do impulsor. À medida que a área do canal de saída se expande, a altura manométrica também aumentará e o ponto de eficiência ideal da bomba mudará para o lado de alto fluxo.
