Jika ingin mengoptimalkan desain impeler pompa sentrifugal. Oleh karena itu, perlu diperjelas tujuan optimasinya: untuk meningkatkan kinerja inhalasi? Meningkatkan efisiensi pompa? Sesuaikan amplitudo kenaikan kurva Q-H... lalu optimalkan sesuai kebutuhan spesifik. Komponen hidrolik utama yang mempengaruhi kinerja pompa sentrifugal adalah impeller, selain itu juga komponen aliran seperti volute/guide vane yang disesuaikan dengannya.
Mekanika fluida adalah disiplin semi teoritis dan semi empiris, dan masih banyak area yang tidak dapat dirancang, disimulasikan, dan diprediksi secara akurat, seperti ketidakmampuan untuk secara akurat mensimulasikan keadaan aliran fluida yang sebenarnya dan dampaknya terhadap kinerja pompa dalam struktur, suhu, dan media pemompaan yang berbeda. Oleh karena itu, artikel ini hanya dapat menjelaskan secara singkat cara mengoptimalkan impeler pompa sentrifugal untuk meningkatkan kinerja hisap dan hidrauliknya dari perspektif kualitatif, dikombinasikan dengan pengalaman. Hanya untuk referensi.
1. Meningkatkan kinerja inhalasi
Ada dua jenis pembengkokan pada sudu-sudu impeler: pembengkokan ke depan dan pembengkokan ke belakang. Karena efektivitasnya dalam memaksimalkan daya, memberikan gaya rotasi yang tinggi pada fluida, dan mencegah pemisahan aliran, pompa sentrifugal biasanya menggunakan impeler sudu melengkung belakang.
Untuk badan pompa, perilaku kavitasi dan kinerja hisap pompa sangat dipengaruhi oleh bentuk geometris dan luas saluran masuk impeler. Banyak faktor geometris pada saluran masuk impeler yang dapat mempengaruhi kavitasi, seperti diameter saluran masuk dan hub, sudut saluran masuk sudu dan sudut datang aliran hulu, jumlah dan ketebalan sudu, luas tenggorokan sudu, kekasaran permukaan, profil tepi depan sudu, dll. Selain itu, juga terkait dengan diameter luar sudu impeler dan ukuran celah antara baling-baling pemandu (untuk pompa baling-baling pemandu) atau volute (untuk pompa baling-baling).
1) Diameter saluran masuk/area saluran masuk impeler
Untuk meningkatkan kinerja hisap pompa sentrifugal, perancang umumnya mencapai hal ini dengan meningkatkan diameter saluran masuk impeler. Saat ini, metode desain ini masih digunakan dalam desain teknik pompa sentrifugal.
Jika diameter poros sama dan jarak bebas diameter pada cincin mulut impeler sama, maka kinerja hisap akan semakin baik (semakin besar area masuk impeler, semakin tinggi nilai kecepatan spesifik hisap), semakin besar area izin pada cincin mulut impeler, yang berarti jumlah kebocoran semakin besar dan efisiensi pompa semakin rendah.
Namun, untuk metode meningkatkan kinerja hisap dengan meningkatkan diameter saluran masuk impeler, perhatian khusus harus diberikan pada:
Tidak diperbolehkan menyebabkan nilai kecepatan spesifik hisap melebihi nilai yang ditentukan dalam standar dan spesifikasi terkait secara signifikan, jika tidak maka akan mengakibatkan rentang pengoperasian pompa yang sempit dan stabil.
2) Bentuk ujung depan bilah
Memenuhi batasan mekanis dan manufaktur pada ketebalan bilah terdepan, mengadopsi profil parabola dapat meningkatkan kinerja hisap impeler. Kinerja hisap kontur elips berada di urutan kedua, dan bentuk ini adalah pilihan kontur default untuk tepi depan, karena dapat dengan mudah memenuhi batasan mekanis dan manufaktur dari ketebalan tepi depan bilah.
3) Jari-jari kelengkungan bagian saluran masuk pelat penutup impeler
Akibat gaya sentrifugal yang bekerja pada aliran zat cair pada saluran masuk impeler pada titik putar, maka tekanannya rendah dan kecepatan alirannya tinggi di dekat pelat penutup depan, sehingga mengakibatkan distribusi kecepatan yang tidak merata pada saluran masuk impeler. Meningkatkan radius kelengkungan bagian saluran masuk pelat penutup secara tepat bermanfaat untuk mengurangi kecepatan absolut pada pelat penutup depan (sedikit di depan saluran masuk sudu) dan meningkatkan keseragaman distribusi kecepatan, mengurangi penurunan tekanan pada bagian saluran masuk pompa, sehingga mengurangi NPSHR dan meningkatkan kinerja anti kavitasi pompa.
4) Posisi tepi saluran masuk sudu dan bentuk bagian saluran masuk
Tepi saluran masuk sudu memanjang ke samping menuju lubang hisap, menggunakan tepi saluran masuk sudu yang disapu ke belakang (tepi saluran masuk tidak berada pada sumbu yang sama, dan tepi luar diimbangi dengan sudut tertentu ke belakang), yang memungkinkan aliran cairan di sisi hub menerima aksi sudu terlebih dahulu dan meningkatkan tekanan.
Tepi saluran masuk sudu memanjang ke depan dan miring, menyebabkan kecepatan melingkar yang berbeda di setiap titik. Secara umum, kecepatan aksial didistribusikan secara merata di sepanjang tepi saluran masuk, sehingga menghasilkan sudut aliran relatif yang berbeda pada setiap titik di tepi saluran masuk. Untuk memenuhi situasi aliran ini dan mengurangi kerugian dampak, saluran masuk sudu harus dibuat dalam bentuk yang dipelintir secara spasial, itulah sebabnya banyak-bagian saluran masuk sudu impeler berkecepatan rendah juga dibuat menjadi sudu yang dipilin.
5) Sudut masuk bilah
Kondisi desain mengadopsi sudut serang positif yang sedikit lebih besar untuk meningkatkan sudut masuk sudu, mengurangi tekukan pada saluran masuk sudu, mengurangi perpindahan sudu, meningkatkan area aliran masuk sudu, dan dengan demikian meningkatkan kinerja hisap. Pada saat yang sama, hal ini juga akan meningkatkan lingkungan pengoperasian di bawah lalu lintas tinggi untuk mengurangi kerugian lalu lintas. Namun sudut serangnya tidak boleh terlalu besar, jika tidak maka akan mempengaruhi efisiensi.
6) Ketebalan dan kehalusan saluran masuk bilah
Kurangi ketebalan saluran masuk bilah dengan tepat dan bulatkan agar mendekati bentuk yang ramping. Mengurangi ketebalan sudu tidak hanya memperluas area saluran hisap impeler, mengurangi kecepatan aliran, dan meningkatkan tekanan (bentuk saluran masuk sudu sangat sensitif terhadap penurunan tekanan), tetapi juga meningkatkan kehalusan permukaan impeler dan saluran masuk sudu, sehingga mengurangi kehilangan resistansi. Semua tindakan ini bermanfaat untuk meningkatkan kinerja hisap pompa.
7) Lubang keseimbangan
Lubang keseimbangan pada impeller mempunyai efek merusak tertentu pada aliran utama yang masuk ke impeller akibat kebocoran (luas lubang keseimbangan tidak boleh kurang dari 5 kali luas celah penyegelan untuk mengurangi laju aliran kebocoran dan dengan demikian meminimalkan dampak pada aliran utama). Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika lubang keseimbangan dibuka pada impeler, intensitas pusaran di belakang impeler akan berkurang, dan beberapa pusaran bahkan mungkin hilang, sehingga meningkatkan kinerja hisap pompa.
8) Diameter saluran keluar impeler
Penurunan kecil pada diameter impeler hanya akan sedikit meningkatkan NPSHR. Namun ketika diameternya mengecil 5% sampai 10% maka NPSHR akan meningkat secara signifikan, karena pengurangan panjang sudu akan meningkatkan beban spesifik sudu sehingga mempengaruhi distribusi kecepatan pada saluran masuk impeller.
Catatan:
1) Cobalah untuk menghindari penggunaan metode peningkatan area saluran masuk impeler untuk meningkatkan kinerja hisap, dan hindari melebihi kecepatan spesifik hisap, jika tidak maka akan mudah menyebabkan refluks saluran masuk dan memperluas area pengoperasian pompa yang tidak stabil.
2) Terjadinya kavitasi sindrom saluran pisau harus dihindari. Kerusakan kavitasi jenis ini disebabkan oleh adanya celah kecil antara guide vane (untuk pompa guide vane) atau volute (untuk pompa volute) dan diameter luar bilah impeler. Ketika cairan mengalir melalui saluran kecil, peningkatan kecepatan cairan menyebabkan penurunan tekanan cairan, penguapan lokal, dan pembentukan gelembung, yang kemudian pecah pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga menyebabkan kavitasi.
2. Meningkatkan kinerja hidrolik
Ada banyak faktor yang mempengaruhi kinerja hidrolik pompa, dan faktor utama yang mempengaruhi efisiensi hidrolik impeller adalah berbagai kerugian. Secara khusus, ada:
1) Jumlah daun
Untuk pompa sentrifugal, menambah jumlah bilah secara umum dapat meningkatkan aliran cairan dan meningkatkan head pompa secara tepat. Namun, bertambahnya jumlah sudu akan mengurangi luas aliran saluran, menyebabkan peningkatan kecepatan aliran dan hilangnya gesekan pada sudu.
Oleh karena itu, peningkatan jumlah sudu yang berlebihan tidak hanya mengurangi efisiensi dan menurunkan kinerja kavitasi impeler, tetapi juga dapat menyebabkan kurva kinerja pompa menjadi punuk. Selain itu, peningkatan jumlah bilah akan meratakan tren kenaikan kurva karakteristik kepala (dari titik terukur) ke titik mati kritis; Sebaliknya, dengan berkurangnya jumlah bilah, kurva karakteristik kepala menjadi lebih curam. Biasanya, 5-7 bilah dipilih untuk impeler pompa sentrifugal dengan jumlah bilah yang banyak.
2) Daun panjang dan pendek
Penelitian telah menunjukkan bahwa kombinasi bilah pendek dan panjang apa pun pada impeler pompa akan bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi pompa, karena secara efektif dapat mencegah perkembangan aliran bangun yang disebabkan oleh distribusi kecepatan yang tidak merata di dekat saluran masuk impeler.
3) Pisau bengkok
Eksperimen telah menunjukkan bahwa pompa dengan bilah bengkok memiliki efisiensi lebih tinggi di dekat titik operasi desain dan di area aliran tinggi dibandingkan dengan pompa dengan bilah melengkung. Pada saat yang sama, pompa dengan bilah bengkok memiliki head yang lebih tinggi pada titik kritis dibandingkan dengan pompa dengan bilah melengkung (yang dapat mengubah tren kenaikan kurva karakteristik head pada titik kritis, terutama untuk pompa sentrifugal kecepatan spesifik rendah, yang dapat secara efektif memperbaiki/menghilangkan punuk).
4) Diameter saluran keluar impeler
Standar API 610 tidak mengizinkan pompa mencapai diameter impeler maksimum dan memerlukan pemotongan impeler untuk memenuhi kinerja pompa yang diperlukan. Jika pemilihan pompa terlalu besar, pemotongan impeller merupakan metode yang relatif ekonomis dan efektif untuk mengurangi tekanan dan aliran yang dihasilkan. Meskipun memotong impeler lebih efisien dibandingkan menggunakan katup throttle untuk memenuhi kondisi pengoperasian yang diperlukan, efisiensinya biasanya lebih rendah dibandingkan impeler-ukuran penuh karena bilah impeler lebih pendek dan jarak antara bilah impeler dan rumah pompa bertambah.
Untuk impeler aliran radial, diameternya tidak boleh dikurangi lebih dari 70% dari diameter desain maksimum. Pengurangan diameter impeler pompa juga akan mengubah lebar saluran keluar, sudut keluar sudu, dan panjang sudu. Semakin mengecilnya diameter impeller dari diameter maksimum maka efisiensi pompa akan semakin menurun seiring dengan dipotongnya impeller, dan titik efisiensi tertinggi akan bergeser ke arah laju aliran yang lebih rendah.
3. Pengaruh parameter lain terhadap kinerja pompa
1) Lebar bilah impeler
Dengan bertambahnya lebar sudu, tekanan cairan berkurang, sehingga head akan berkurang seiring dengan bertambahnya lebar sudu impeler; Pengaruh lebar sudu terhadap efisiensi titik efisiensi optimal biasanya tidak signifikan (seiring dengan bertambahnya lebar sudu, efisiensi titik efisiensi optimal mungkin sedikit meningkat), namun zona-efisiensi tinggi akan bergeser ke arah laju aliran yang lebih rendah seiring dengan berkurangnya lebar sudu. Dampak efisiensi lebih signifikan pada laju aliran volumetrik yang lebih besar, dengan kata lain, seiring bertambahnya lebar sudu, kurva efisiensi menurun dengan cepat ke sebelah kanan titik efisiensi optimal.
2) Sudut bilah saluran keluar impeler
Semakin besar sudut bilah keluar, semakin tinggi head pada kecepatan tertentu, namun dengan mengorbankan efisiensi dan kinerja keausan yang lebih rendah. Sudut bilah keluar yang lebih rendah meningkatkan efisiensi dan panjang bilah, namun dengan mengorbankan head yang berkurang. Oleh karena itu, sudut bilah ekspor biasanya perlu dioptimalkan untuk mencapai keseimbangan faktor-faktor ini. Head meningkat seiring bertambahnya sudut sudu saluran keluar, yang dapat dijelaskan dengan peningkatan ukuran penampang saluran keluar relatif terhadap peningkatan sudut sudu saluran keluar, yang mengakibatkan penurunan penurunan tekanan cairan di saluran aliran antar sudu.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai efisiensi maksimum menurun seiring dengan bertambahnya sudut sudu outlet. Ketika sudut sudu keluar kecil, efisiensi pompa di sisi kanan titik efisiensi tertinggi akan menurun dengan cepat.
3) Bilah pemisah saluran keluar impeler
Menambahkan bilah pemisah di sisi keluar impeler akan meningkatkan head pompa dan efisiensi hidraulik, dan peningkatan head serta efisiensi akan semakin besar seiring dengan bertambahnya panjang bilah pemisah. Panjang sudu pembagi biasanya tidak melebihi 0,5 kali panjang sudu aslinya, tergantung pada ukuran impeller, bentuk sudu, dan jumlah sudu.
4) Pemangkasan tepi outlet sudu impeler
Menggerinda bagian belakang bilah saluran keluar impeler akan memperluas area saluran aliran pada saluran keluar impeler, sehingga meningkatkan laju aliran impeler. Dengan meluasnya area saluran keluar, head juga akan meningkat, dan titik efisiensi optimal pompa akan bergeser ke sisi aliran tinggi.
