Proč se kavitační výkon odstředivého čerpadla zhoršuje po řezání oběžného kola?

Řezání oběžného kola se týká mechanického snížení vnějšího průměru oběžného kola odstředivého čerpadla, aby změnil svůj hydraulický výkon. Řezání oběžného kola je běžnou metodou pro úpravu výkonu čerpadla, obvykle se používá ke snížení hlavy čerpadla a toku, aby splňoval skutečné pracovní podmínky. Přestože tato metoda může upravit hlavu a tok čerpadla tak, aby splňovala nové pracovní podmínky, zničí porovnávání původního hydraulického designu a povede k řadě problémů, jedním z nejběžnějších a snadno přehlížených problémů je to, že se kavitační výkon zhoršuje.

 

 

1. Zvýšená rychlost průtoku na přívodu čepele způsobuje náhlý pokles tlaku

1) Po vyříznutí oběžného kola se sníží průměr výstupu a rychlost průtoku na vstupním kočáru se zvýší v důsledku přerozdělení toku (q=a⋅v). Podle Bernoulliho rovnice je rychlost průtoku nepřímo úměrná statickému tlaku a lokální tlak bude snížen na úroveň blíže nebo dokonce nižší než nasycený tlak páry kapaliny, což významně zvyšuje pravděpodobnost tvorby bublin, což může způsobit kavitaci.
2) Klíčový vzorec: NPSHR je úměrný čtverci rychlosti vstupního toku a zvýšení rychlosti průtoku významně zvýší NPSHR.

 

2. Změny v přístupu čepele útoku

1) Po vyříznutí oběžného kola se sníží vnější průměr oběžného kola, ale průměr vstupu obvykle zůstává nezměněný (pouze výstupní část je řezána). Tím se změní směr relativního toku (úhel útoku) na vstupu oběžného kola, což vede k oddělení toku nebo zvýšení turbulence, což dále snižuje lokální tlak a zhoršuje se kavitační výkon.

2) Pokud se úhel útoku odchyluje od návrhové hodnoty, bude separace toku tvořit nízkotlakou oblast víru a podporuje generování bublin.

 

3. Charakteristická křivka hlavy toku

Po vyříznutí oběžného kola se křivka hlavy toku odstředivého čerpadla pohybuje dolů, ale nejlepší bod účinnosti se bude pohybovat směrem ke směru malého toku. Pokud skutečný provozní tok není synchronně upraven, může se čerpadlo odchýlit od operace BEP, což má za následek vstupní zpětný tok nebo nestabilní tok, což zvyšuje riziko kavitace.

 

4. Proporcionální účinek NPSHR

NPSHR je nepřímo úměrný čtverci průměru oběžného kola (empirický vztah). Po snížení oběžného kola se průměr zmenšuje a zvyšuje se NPSHR. Například, podle zákona o podobnosti, pokud je průměr oběžného kola vyříznut z D1 na D2, pak:

 

Snížení průměru oběžného kola má za následek významné zvýšení NPSHR.

 

5. Změny v distribuci lopatky

Po řezání oběžného kola je pracovní část čepele zkrácena, ale může se zvýšit zatížení jednotky (tlakový gradient) vstupní části. Lokální nízkotlaká oblast na přední hraně čepele se rozšiřuje a bod iniciace kavitace je pokročilý.

 

6. Zhoršení stability kanálu průtoku

Šířka ovoce oběžného kola po řezání je nevyvážená s poměrem oblasti Volute Throat Area, vytváří sekundární zpětný tok a vír. Tyto nestabilní toky se budou šířit zpět do vstupní oblasti oběžného kola a překrývají původní tlakovou pulzaci, aby vytvořily složenou kavitaci.

 

7. Skutečný dopad a protiopatření

1) Zhoršení kavitačního výkonu: NPSHR se zvyšuje a NPSHA čerpadla musí být větší, aby se zabránilo kavitaci.

2) Řešení:

- Omezte množství řezu: Obvykle se rozřezané množství průměru oběžného kola odstředivého čerpadla nepřesáhne 20%, jinak musí být NPSHR přehodnocena.

- Optimalizujte vstupní podmínky: Zvyšte průměr vstupního potrubí nebo snižte průtok vstupu.

- Upravte provozní podmínky: Vyvarujte se provozu v oblasti nízkého průtoku a pracujete co nejlépe k nejlepšímu bodu účinnosti.

 

Řezání oběžného kola přímo vede k rozšiřování vstupní plochy nízkého tlaku a ke zvýšení NPSHR změnou rozdělení rychlosti, úhlu útoku a zatížení čepele. Ačkoli tato geometrická modifikace může upravit výkon odstředivého čerpadla, je nutné pečlivě vyhodnotit kavitační riziko a přepracovat vstup oběžného kola nebo v případě potřeby upravit systém NPSHA.