Si vous souhaitez optimiser la conception des roues de pompes centrifuges. Il est donc nécessaire de clarifier le but de l’optimisation : améliorer les performances d’inhalation ? Améliorer l'efficacité de la pompe ? Ajustez l'amplitude de montée de la courbe Q-H... puis optimisez-la en fonction des besoins spécifiques. Le principal composant hydraulique qui affecte les performances des pompes centrifuges est la roue, en plus des composants de débit tels que les volutes/aubes directrices qui lui sont associées.
La mécanique des fluides est une discipline semi-théorique et semi-empirique, et il existe encore de nombreux domaines qui ne peuvent pas être conçus, simulés et prédits avec précision, comme l'incapacité de simuler avec précision l'état réel d'écoulement des fluides et leur impact sur les performances de la pompe sous différentes structures, températures et fluides de pompage. Par conséquent, cet article ne peut expliquer que brièvement comment optimiser la roue d'une pompe centrifuge pour améliorer ses performances d'aspiration et hydrauliques d'un point de vue qualitatif, combiné avec l'expérience. Pour référence seulement.
1. Améliorer les performances d'inhalation
Il existe deux types de pliage pour les aubes de turbine : le pliage vers l'avant et le pliage vers l'arrière. En raison de leur efficacité à maximiser la puissance, à transmettre une force de rotation élevée au fluide et à empêcher la séparation des flux, les pompes centrifuges utilisent généralement des roues à aubes incurvées arrière.
Pour le corps de pompe, le comportement de cavitation et les performances d'aspiration de la pompe sont largement influencés par la forme géométrique et la surface de l'entrée de la roue. De nombreux facteurs géométriques à l'entrée de la roue peuvent affecter la cavitation, tels que le diamètre de l'entrée et du moyeu, l'angle d'entrée des pales et l'angle d'incidence du débit en amont, le nombre et l'épaisseur des pales, la zone du col des pales, la rugosité de la surface, le profil du bord d'attaque des pales, etc.
1) Diamètre d'entrée/zone d'entrée de la roue
Afin d'améliorer les performances d'aspiration des pompes centrifuges, les concepteurs y parviennent généralement en augmentant le diamètre d'entrée de la roue. Aujourd'hui, cette méthode de conception est toujours utilisée dans la conception technique des pompes centrifuges.
Lorsque le diamètre de l'arbre est le même et que le jeu du diamètre au niveau de l'anneau d'embouchure de la roue est le même, meilleures sont les performances d'aspiration (plus la zone d'entrée de la roue est grande, plus la valeur de vitesse spécifique d'aspiration est élevée), plus la zone de jeu au niveau de l'anneau d'embouchure de la roue est grande, ce qui signifie que la quantité de fuite est plus grande et l'efficacité de la pompe est inférieure.
Cependant, pour la méthode d'amélioration des performances d'aspiration en augmentant le diamètre d'entrée de la roue, une attention particulière doit être accordée à :
Il n'est pas permis que la valeur de vitesse spécifique d'aspiration dépasse de manière significative les valeurs spécifiées dans les normes et spécifications pertinentes, sinon cela entraînerait une plage de fonctionnement stable et étroite de la pompe.
2) Forme du bord d'attaque de la lame
Répondant aux contraintes mécaniques et de fabrication liées à l'épaisseur de la pale du bord d'attaque, l'adoption d'un profil parabolique peut améliorer les performances d'aspiration de la roue. La performance d'aspiration du contour elliptique vient en deuxième position, et cette forme est la sélection de contour par défaut pour le bord d'attaque, car elle peut facilement répondre aux limitations mécaniques et de fabrication de l'épaisseur du bord d'attaque de la pale.
3) Le rayon de courbure de la partie d'entrée du couvercle de la roue
En raison de la force centrifuge agissant sur le débit de liquide à l'entrée de la roue au point de retournement, la pression est faible et la vitesse d'écoulement est élevée près du couvercle avant, ce qui entraîne une répartition inégale de la vitesse à l'entrée de la roue. L'augmentation appropriée du rayon de courbure de la partie d'entrée de la plaque de recouvrement est bénéfique pour réduire la vitesse absolue au niveau de la plaque de recouvrement avant (légèrement en avant de l'entrée de la lame) et améliorer l'uniformité de la distribution de vitesse, réduisant ainsi la chute de pression au niveau de la partie d'entrée de la pompe, réduisant ainsi le NPSHR et améliorant les performances anti-cavitation de la pompe.
4) Position du bord d'entrée de la lame et forme de la pièce d'entrée
Le bord d'entrée de la pale s'étend latéralement vers l'orifice d'aspiration, à l'aide d'un bord d'entrée de pale en flèche vers l'arrière (le bord d'entrée n'est pas sur le même axe, et le bord extérieur est décalé d'un certain angle vers l'arrière), ce qui permet au flux de liquide côté moyeu de recevoir en avance l'action de la pale et d'augmenter la pression.
Le bord d'entrée de la lame s'étend vers l'avant et s'incline, provoquant des vitesses circonférentielles différentes en chaque point. Généralement, la vitesse axiale est répartie approximativement uniformément le long du bord d'entrée, ce qui entraîne différents angles d'écoulement relatifs en chaque point du bord d'entrée. Afin de répondre à cette situation d'écoulement et de réduire les pertes d'impact, l'entrée des pales doit avoir une forme spatialement torsadée, c'est pourquoi de nombreuses pièces d'entrée des pales de roue à basse vitesse - sont également transformées en pales torsadées.
5) Angle d'entrée de la lame
La condition de conception adopte un angle d'attaque positif légèrement plus grand pour augmenter l'angle d'entrée des pales, réduire la courbure à l'entrée des pales, réduire le déplacement des pales, augmenter la zone d'écoulement d'entrée des pales et ainsi améliorer les performances d'aspiration. Dans le même temps, cela améliorera également l’environnement opérationnel en cas de trafic intense afin de réduire les pertes de trafic. Cependant, l’angle d’attaque ne doit pas être trop grand, sinon cela affecterait l’efficacité.
6) Épaisseur et douceur de l'entrée de la lame
Réduisez l’épaisseur de l’entrée de la lame de manière appropriée et arrondissez-la pour la rapprocher d’une forme simplifiée. La réduction de l'épaisseur de la pale élargit non seulement la surface du canal d'aspiration de la turbine, réduit la vitesse d'écoulement et augmente la pression (la forme de l'entrée de la pale est très sensible à la chute de pression), mais améliore également la douceur de la surface de la turbine et de l'entrée de la pale, réduisant ainsi les pertes de résistance. Ces mesures sont toutes bénéfiques pour améliorer les performances d’aspiration de la pompe.
7) Trou d'équilibre
Le trou d'équilibrage sur la roue a un certain effet destructeur sur le flux principal entrant dans la roue en raison d'une fuite (la surface du trou d'équilibrage ne doit pas être inférieure à 5 fois la surface de l'espace d'étanchéité pour réduire le débit de fuite et ainsi minimiser l'impact sur le flux principal). Des recherches ont montré que lorsqu'un trou d'équilibrage est ouvert sur la roue, l'intensité du vortex derrière la roue diminue et certains vortex peuvent même disparaître, améliorant ainsi les performances d'aspiration de la pompe.
8) Diamètre de sortie de la turbine
Une légère diminution du diamètre de la roue n’augmentera que légèrement le NPSHR. Mais lorsque le diamètre diminue de 5 à 10 %, le NPSHR augmentera considérablement, car la réduction de la longueur des pales augmentera les charges spécifiques des pales, affectant ainsi la répartition de la vitesse à l'entrée de la roue.
Remarques :
1) Essayez d'éviter d'utiliser la méthode d'augmentation de la zone d'entrée de la roue pour améliorer les performances d'aspiration, et évitez de dépasser considérablement la vitesse spécifique d'aspiration, sinon il est facile de provoquer un reflux d'entrée et d'élargir la zone de fonctionnement instable de la pompe.
2) L'apparition d'un syndrome de cavitation du canal de la lame doit être évitée. Ce type de dommage par cavitation est causé par le petit écart entre les aubes directrices (pour les pompes à ailettes directrices) ou les volutes (pour les pompes à volutes) et le diamètre extérieur des aubes de la roue. Lorsque le liquide s'écoule à travers le petit canal, l'augmentation de la vitesse du liquide provoque une diminution de la pression du liquide, une vaporisation locale et la génération de bulles, qui se rompent ensuite à des pressions plus élevées, conduisant à une cavitation.
2. Améliorer les performances hydrauliques
De nombreux facteurs affectent les performances hydrauliques des pompes, et les principaux facteurs qui affectent l'efficacité hydraulique des roues sont diverses pertes. Concrètement, il y a :
1) Nombre de feuilles
Pour les pompes centrifuges, l’augmentation du nombre de pales peut généralement améliorer le débit de liquide et augmenter la hauteur de pompe de manière appropriée. Cependant, l’augmentation du nombre de pales réduira la surface d’écoulement du canal, entraînant une augmentation de la vitesse d’écoulement et une perte de friction des pales.
Par conséquent, une augmentation excessive du nombre d’aubes réduit non seulement l’efficacité et détériore les performances de cavitation de la roue, mais peut également provoquer une bosse dans la courbe de performances de la pompe. De plus, une augmentation du nombre de pales aplatira la tendance ascendante de la courbe caractéristique de la tête (du point nominal) au point mort critique ; Au contraire, à mesure que le nombre de pales diminue, la courbe caractéristique de la tête devient plus raide. Habituellement, 5 à 7 pales sont sélectionnées pour les roues de pompe centrifuge avec un grand nombre de pales.
2) Feuilles longues et courtes
Des recherches ont montré que toute combinaison de pales courtes et longues dans une turbine de pompe sera bénéfique pour améliorer l'efficacité de la pompe, car elle peut empêcher efficacement tout développement d'écoulement de sillage causé par une répartition inégale de la vitesse près de l'entrée de la turbine.
3) Lames torsadées
Des expériences ont montré que les pompes à pales torsadées ont un rendement plus élevé près du point de fonctionnement prévu et dans les zones à débit élevé par rapport aux pompes à pales courbes. Dans le même temps, les pompes à pales torsadées ont une hauteur manométrique plus élevée au point critique que celles à pales incurvées (ce qui peut modifier la tendance ascendante de la courbe caractéristique de la hauteur manométrique au point critique, en particulier pour les pompes centrifuges à faible vitesse spécifique, ce qui peut améliorer/éliminer efficacement les bosses).
4) Diamètre de sortie de la turbine
La norme API 610 ne permet pas aux pompes d'atteindre le diamètre maximal de la roue et nécessite de couper la roue pour répondre aux performances requises de la pompe. Si le choix de la pompe est trop large, couper la roue est une méthode relativement économique et efficace pour réduire la pression et le débit générés. Bien que couper la roue soit plus efficace que d'utiliser un papillon des gaz pour répondre aux conditions de fonctionnement requises, son efficacité est généralement inférieure à celle d'une roue pleine taille - car les pales de la roue sont raccourcies et l'écart entre les pales de la roue et le boîtier de la pompe augmente.
Pour les roues à flux radial, leur diamètre ne doit pas être réduit à plus de 70 % du diamètre maximal de conception. La réduction du diamètre de la roue de la pompe modifiera également la largeur du canal de sortie, l'angle de sortie de la pale et la longueur de la pale. Plus le diamètre de la roue diminue par rapport au diamètre maximum, plus l'efficacité de la pompe diminuera avec la coupe de la roue, et le point d'efficacité le plus élevé se déplacera vers des débits plus faibles.
3. L'influence d'autres paramètres sur les performances de la pompe
1) Largeur de pale de la roue
À mesure que la largeur de la pale augmente, la pression du liquide diminue, de sorte que la tête diminuera avec l'augmentation de la largeur de la pale de la roue ; L'effet de la largeur de la pale sur l'efficacité du point d'efficacité optimal n'est généralement pas significatif (à mesure que la largeur de la pale augmente, l'efficacité du point d'efficacité optimal peut légèrement augmenter), mais la zone à haut rendement-se déplacera vers des débits plus faibles à mesure que la largeur de la pale diminue. L'impact de l'efficacité est plus significatif à des débits volumétriques plus élevés, en d'autres termes, à mesure que la largeur des pales augmente, la courbe d'efficacité diminue rapidement à droite du point d'efficacité optimal.
2) Angle de la pale de sortie de la turbine
Plus l'angle de la lame de sortie est grand, plus la tête est haute à une vitesse donnée, mais au prix d'une efficacité et d'une performance d'usure moindres. L'angle de sortie inférieur de la lame augmente l'efficacité et la longueur de la lame, mais au prix d'une réduction de la tête. Par conséquent, l’angle de la pale d’exportation doit généralement être optimisé pour atteindre un équilibre entre ces facteurs. La tête augmente avec l'augmentation de l'angle des pales de sortie, ce qui peut s'expliquer par l'augmentation de la taille de la section transversale de sortie - par rapport à l'angle accru des pales de sortie, ce qui entraîne une diminution de la chute de pression du liquide dans le canal d'écoulement entre les pales.
L'étude suggère que la valeur d'efficacité maximale diminue avec l'augmentation de l'angle des pales de sortie. Lorsque l'angle de la pale de sortie est petit, l'efficacité de la pompe située du côté droit du point d'efficacité le plus élevé diminuera rapidement.
3) Lame de séparation de sortie de turbine
L'ajout de pales de séparation du côté sortie de la roue augmentera la hauteur de tête et l'efficacité hydraulique de la pompe, et l'augmentation de la hauteur et de l'efficacité sera plus grande à mesure que la longueur des pales de séparation augmente. La longueur des pales du séparateur ne dépasse généralement pas 0,5 fois la longueur originale de la pale, en fonction de la taille de la roue, de la forme des pales et du nombre de pales.
4) Coupe du bord de sortie de la pale de la turbine
Le meulage de l'arrière des aubes de sortie de la roue élargit la zone du canal d'écoulement de la sortie de la roue, augmentant ainsi le débit de la roue. À mesure que la zone du canal de sortie s'agrandit, la hauteur manométrique augmentera également et le point d'efficacité optimal de la pompe se déplacera vers le côté haut débit.