Miért térhet el a centrifugálszivattyú teljesítménye a tervezési görbétől valós alkalmazásokban?

A centrifugálszivattyú kiválasztásakor a mérnökök általában a szükséges áramlási sebességgel, magassággal, hatékonysággal, folyadéktulajdonságokkal és működési feltételekkel kezdik. A gyártó ezután megad egy teljesítménygörbét vagy egy számított munkapontot.

A telepítés után azonban az ügyfelek néha azt tapasztalják, hogy a szivattyú nem pontosan az elvárt térfogatárammal, emelőmagassággal, teljesítménnyel vagy hatásfokkal működik.

Ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy a szivattyút helytelenül tervezték vagy gyártották. A szivattyú teljesítménye több kölcsönhatásban lévő tényező eredménye. A végső üzemállapot nemcsak magától a szivattyútól függ, hanem a hidraulikus rendszertől, a folyadéktól, a beépítéstől, az üzemi sebességtől, a gyártási tűrésektől és a mérési feltételektől is.

Ezeknek a tényezőknek a megértése fontos a centrifugálszivattyúk kiválasztása, üzembe helyezése és hibaelhárítása során.

 

 

1. A szivattyú teljesítménygörbéje nem jelenti a teljes rendszert

A centrifugálszivattyú teljesítménygörbéje az áramlás, a nyomás, a hatásfok, a teljesítmény és az NPSH közötti összefüggést írja le meghatározott sebesség mellett és meghatározott feltételek mellett. A tényleges működési pontot azonban a szivattyúgörbe és a rendszergörbe közötti kölcsönhatás határozza meg.

A rendszergörbe a csőrendszer által igényelt teljes magasságot mutatja különböző áramlási sebességeknél, beleértve a statikus emelőmagasságot és a súrlódási veszteségeket. A tényleges áramlás ott jön létre, ahol a szivattyú görbéje metszi a rendszergörbét.

Ez egy olyan szivattyút jelent, amelyet arra terveztek, hogy elérje100 m³/h 60 m magasságbannem adja meg automatikusan a pontos pontot a telepítés után.

Például a rendszer tényleges ellenállása nagyobb lehet a következők miatt:

Hosszabb vagy kisebb{0}}átmérőjű csövek

További könyökök, szelepek vagy szűrők

Változások a statikus magasságban

Különböző szelephelyzetek

Váratlan nyomásveszteség

Változások az operációs rendszerben

A rendszer ellenállásának változásával a szivattyú működési pontja is változik.

Ezért a terepi teljesítmény és a katalógus munkapontjainak összehasonlítása a rendszergörbe figyelembevétele nélkül helytelen diagnózishoz vezethet.

 

2. A hidraulikus tervezés iteratív folyamat

A kezdeti hidraulikus számítás csak a szivattyúfejlesztés kezdete.

A szivattyútervezők figyelembe veszik a szükséges áramlást és emelőmagasságot, majd kifejlesztik a járókereket, a csavarmeneteket vagy a diffúzor járatait, hézagokat és egyéb hidraulikus alkatrészeket. A Computational Fluid Dynamics (CFD) ezután felhasználható az áramláseloszlás, a nyomásképzés, a hatékonyság, a recirkuláció, a kavitációs viselkedés és a hidraulikus erők értékelésére.

A tervezés több iterációt igényelhet a kívánt teljesítmény elérése előtt. A PumpWorks megjegyzi, hogy a lapátok geometriájának, áramlási járatainak vagy belső hézagainak viszonylag kis változtatásai is befolyásolhatják a hidraulikus teljesítményt.

Éppen ezért a megbízható szivattyúfejlesztési folyamat nem egyetlen számításon vagy CFD-szimuláción múlik.

Egy tipikus mérnöki sorrend a következő:

Kezdeti tervezés → CFD elemzés → Tervezés optimalizálás → Mechanikai felülvizsgálat → Prototípus/gyártás → Gyári tesztelés → Végső validálás

A cél az, hogy a hidraulikus modellből végül gyártható és tesztelhető szivattyú lehessen.

 

3. A hidraulikus tervezésnek együtt kell működnie a mechanikai gyártással

Egy ideális hidraulikus modell létezik egy számítógépben, de a kész szivattyút a valós világban kell önteni, megmunkálni, összeszerelni és üzemeltetni.

Előfordulhat, hogy a hidraulikus járatokat módosítani kell a következőkhöz:

Öntési követelmények

Falvastagság

Megmunkálási hozzáférés

Tengely és csapágy elrendezés

Szerelési engedélyek

Szerkezeti szilárdság

Korróziós pótlék

Karbantartási követelmények

Az öntés és a megmunkálás mérettűréseket is bevezet. Például az öntvény zsugorodása, a megmunkálási tűrések, a felületi minőség és az összeszerelési hézagok befolyásolhatják a hidraulikus járatok végső geometriáját.

Emiatt a szivattyú teljesítménye nemcsak a hidraulikus tervezőszoftvertől függ, hanem a gyártási képességtől és a minőségellenőrzéstől is.

 

4. A tesztelt szivattyú eltérhet az általános katalógus görbétől

Egy másik fontos pont az a különbségáltalános közzétett görbeés atanúsított teljesítménygörbe.

A Hydraulic Institute elmagyarázza, hogy a közzétett szivattyúgörbe a szivattyúmodell várható jellemzőit képviseli, míg a hitelesített görbe a megvásárolt szivattyú és járókerék burkolatára vonatkozik, és tartalmazhatja a vonatkozó átvételi teszt szabványt és minőséget.

Ez a megkülönböztetés különösen fontossá válik az ipari projektek esetében.

Egy családgörbéből kiválasztott szivattyúnak több lehetséges lehetősége is lehet:

Szivattyú méretek

A járókerék átmérői

Sebesség

Konfigurációk

Hidraulikus kialakítások

A véglegesen legyártott egységet ezért a megfelelő szivattyú-{0}}specifikus adatok és – ha a projektspecifikáció megköveteli – teljesítmény-átvételi teszt segítségével kell kiértékelni.

A gyári tesztelés az utolsó validációs szakasz, amely összeköti a tervezési modellt a kész fizikai szivattyúval.

 

5. A szivattyúzott folyadék megváltoztatja a teljesítményt

Számos közzétett centrifugális szivattyú görbe meghatározott vizsgálati körülmények között vízen alapul. A tényleges folyamatfolyadékok eltérően viselkedhetnek.

A viszkozitás különösen fontos. A tiszta vízhez képest a viszkózusabb folyadék általában növeli a hidraulikus ellenállást a szivattyú belsejében, ami csökkentheti az áramlást, a nyomást és a hatékonyságot, miközben növeli a bemeneti teljesítményt. A Hidraulikus Intézet korrekciós módszereket biztosít a centrifugálszivattyú teljesítményének viszkózus folyadékokkal történő értékeléséhez.

Más tulajdonságok is befolyásolhatják az alkalmazás eredményét, például:

Sűrűség

Viszkozitás

Hőmérséklet

Gőznyomás

Szilárd anyagok vagy gázok jelenléte

Ezért a vízzel létrehozott szivattyúgörbét nem szabad automatikusan minden folyamatfolyadék pontos teljesítménygörbéjeként kezelni. A gyártó adatait a tényleges folyadékviszonyok alapján kell kiértékelni.

 

6. A sebesség és a járókerék átmérője számít

A centrifugálszivattyú teljesítménye nagymértékben függ a forgási sebességtől és a járókerék geometriájától.

Az üzemi sebesség megváltoztatása megváltoztatja a szivattyú görbéjét. Hasonlóképpen, a járókerék trimmelése megváltoztatja a rendelkezésre álló fejet és az ebből eredő működési pontot. A Hydraulic Institute kifejezetten a szivattyú fordulatszámát és a járókerék beállítását határozza meg olyan tényezőkként, amelyek megváltoztathatják a szivattyú görbéjét és a rendszer működési állapotát.

Ez különösen fontos a változó{0}}frekvenciás hajtású motorral hajtott szivattyúk esetében.

Ha a motor tényleges fordulatszáma eltér az eredeti görbéhez használt állapottól, a mért terepi teljesítmény közvetlen összehasonlítása ezzel a görbével félrevezető következtetéseket vonhat le.

 

7. A telepítés megváltoztathatja a valós{1}}teljesítményt

Még akkor is, ha maga a szivattyú megfelel a gyári tesztkövetelményeknek, a rossz telepítés hatással lehet a helyszíni teljesítményre.

A szívócsövek különösen fontosak. A közeli könyökök, szelepek, reduktorok vagy egyéb szerelvények által okozott áramlási zavarok csökkenthetik a szivattyú teljesítményét, és növelhetik a kavitáció, a pulzáció és a túlzott hidraulikus erők kockázatát. A Hydraulic Institute megfelelő szívó-csőelrendezést és elegendő egyenes-hosszúságot ajánl a különböző konfigurációkhoz.

További telepítési tényezők a következők:

A szivattyú helytelen beállítása

Csőfeszülés

Nem megfelelő szívási feltételek

Levegő belép a szívóvezetékbe

Gyenge alapozás vagy fugázás

Helytelen szelephelyzet

Nem megfelelő műszerek elhelyezése

Ezek a problémák „szivattyú teljesítményproblémáknak” tűnhetnek, még akkor is, ha tényleges eredetük a szivattyúrendszer.

 

8. A terepi méréseket helyesen kell értelmezni

A teljesítményvizsgálatnak többet kell mérnie, mint egyszerűen „áramlást” és „nyomást”.

Egy hasznos helyszíni felmérés a következőket tartalmazhatja:

Áramlási sebesség + szívónyomás + nyomónyomás + szivattyú fordulatszám + motorteljesítmény + folyadék tulajdonságai + rezgés + hőmérséklet

A teljes szivattyúmagasságot a vonatkozó szívó- és nyomókörülmények alapján kell kiszámítani, nem pedig egyetlen nyomásmérőre hagyatkozni. A Hidraulikus Intézet oktatási anyagai a szivattyútesztelést, a műszerezést, a teljes-magasság-számítást, a hatásfokszámítást, az NPSH-t és a hibaelhárítást a szivattyú-rendszerértékelés egymással összefüggő részeiként azonosítják.

A mérés helye és a műszer pontossága is számít. A szivattyú fúvókától távol felszerelt nyomásmérő további csőveszteségeket is tartalmazhat, amelyeket nem szabad közvetlenül a szivattyúnak tulajdonítani.

 

9. Hogyan lehet csökkenteni a különbséget az előre jelzett és a tényleges teljesítmény között

A megbízható mérnöki megközelítésnek a teljes szivattyúrendszert kell figyelembe vennie, nem pedig egyedül a szivattyút.

Rendelés előtt:

Határozza meg a tényleges áramlást, magasságot, folyadékot, hőmérsékletet, sebességet és működési tartományt.

Számítsa ki a rendszergörbét, ne csak egy névleges munkapontra hagyatkozzon.

Ellenőrizze az NPSH állapotát és a szívócsöveket.

Erősítse meg a járókerék kiválasztott átmérőjét és a motor névleges értékét.

Kérjen szivattyú{0}}specifikus teljesítményadatokat, ha szükséges.

Határozza meg a gyári teljesítménytesztet a kritikus alkalmazásokhoz.

Telepítés után:

Ellenőrizze az igazítást és a csövek felszerelését.

Erősítse meg a szivattyú tényleges fordulatszámát.

Ellenőrizze a szívó- és ürítési feltételeket.

Mérje meg az áramlást, a nyomást, a teljesítményt és a rezgést.

Hasonlítsa össze a számított működési pontot a szivattyú görbéjével és a rendszergörbével.

Ez a megközelítés segít megkülönböztetni aszivattyú tervezési problémaarendszer- vagy telepítési probléma.

A valós{0}}szivattyúteljesítmény a szivattyú tervezése, gyártása, a folyadék tulajdonságai, a rendszer hidraulikája, telepítése, működése és mérése közötti kölcsönhatás eredménye.

A teljesítménygörbe nélkülözhetetlen mérnöki eszköz, de soha nem szabad elszigetelten vizsgálni.

Ha egy terepi szivattyú nem éri el a várt áramlást vagy emelőmagasságot, a helyes megközelítés az egész rendszer vizsgálata,{0}}a szivattyú hidraulikus kialakításától és a járókerék konfigurációjától a csővezetékekig, a működési sebességig, a folyadék tulajdonságaiig és a mérési módszerig.

A pontos szivattyúválasztás, a megfelelő tesztelés, az ellenőrzött gyártás és a rendszer megfelelő üzembe helyezése kombinálásával jelentősen csökkenthető az előre jelzett és a tényleges teljesítmény közötti különbség.