Чому продуктивність відцентрового насоса може відрізнятися від проектної кривої в реальних застосуваннях

Вибираючи відцентровий насос, інженери зазвичай починають з необхідної витрати, напору, ефективності, властивостей рідини та умов експлуатації. Потім виробник надає криву продуктивності або розраховану робочу точку.

Однак після встановлення клієнти іноді виявляють, що насос працює не з очікуваною витратою, напором, потужністю чи ефективністю.

Це не обов'язково означає, що насос був неправильно сконструйований або виготовлений. Продуктивність насоса є результатом кількох взаємодіючих факторів. Остаточний робочий стан залежить не тільки від самого насоса, але й від гідравлічної системи, рідини, монтажу, робочої швидкості, виробничих допусків та умов вимірювання.

Розуміння цих факторів є важливим під час вибору, введення в експлуатацію та усунення несправностей відцентрових насосів.

 

 

1. Крива продуктивності насоса - це не вся система

Крива продуктивності відцентрового насоса описує взаємозв’язок між витратою, напором, ефективністю, потужністю та NPSH за заданої швидкості та за певних умов. Однак фактична робоча точка визначається взаємодією між кривою насоса та кривою системи.

Крива системи відображає загальний напір, необхідний для системи трубопроводів при різних витратах, включаючи статичний напір і втрати на тертя. Фактична витрата встановлюється там, де крива насоса перетинає криву системи.

Це означає насос, призначений для досягнення100 м³/год при напорі 60 мне буде автоматично доставляти точну точку після встановлення.

Наприклад, фактичний опір системи може бути вищим через:

Труби більшого або меншого-діаметра

Додаткові коліна, клапани або фільтри

Зміни статичної висоти

Різні положення клапанів

Неочікувані втрати тиску

Зміни в операційній системі

У міру зміни опору системи робоча точка насоса також змінюється.

Таким чином, порівняння польових характеристик із робочою точкою каталогу без урахування кривої системи може призвести до неправильної діагностики.

 

2. Гідравлічне проектування є ітераційним процесом

Початковий гідравлічний розрахунок - це лише початок розробки насоса.

Розробники насосів враховують необхідний потік і напір, а потім розробляють робоче колесо, спіральні канали або канали дифузора, зазори та інші гідравлічні компоненти. Обчислювальна гідродинаміка (CFD) може бути використана для оцінки розподілу потоку, створення тиску, ефективності, рециркуляції, поведінки кавітації та гідравлічних сил.

Для досягнення бажаної продуктивності проект може потребувати кількох ітерацій. PumpWorks зазначає, що навіть відносно невеликі зміни в геометрії лопаток, каналах потоку або внутрішніх зазорах можуть вплинути на продуктивність гідравліки.

Ось чому надійний процес розробки насоса не залежить від одного розрахунку чи CFD моделювання.

Типова інженерна послідовність така:

Початковий проект → Аналіз CFD → Оптимізація дизайну → Механічний огляд → Прототип/виробництво → Заводські випробування → Остаточна перевірка

Мета полягає в тому, щоб гідравлічна модель згодом стала насосом, який можна було б виробити та перевірити.

 

3. Гідравлічна конструкція повинна працювати з механічним виробництвом

Ідеальна гідравлічна модель існує в комп’ютері, але готовий насос потрібно відлити, обробити, зібрати та використовувати в реальному світі.

Гідравлічні проходи може знадобитися змінити для розміщення:

Вимоги до кастингу

Товщина стінки

Механічний доступ

Розташування валів і підшипників

Монтажні зазори

Міцність конструкції

Допуск на корозію

Вимоги до технічного обслуговування

Лиття та механічна обробка також вводять допуски на розміри. Наприклад, усадка лиття, допуски на обробку, обробка поверхні та монтажні зазори можуть впливати на остаточну геометрію гідравлічних каналів.

З цієї причини продуктивність насоса залежить не лише від програмного забезпечення гідравлічного проектування, але й від можливостей виробництва та контролю якості.

 

4. Перевірений насос може відрізнятися від кривої загального каталогу

Іншим важливим моментом є різниця між aзагальна опублікована криваі асертифікована крива продуктивності.

Hydraulic Institute пояснює, що опублікована крива насоса представляє очікувані характеристики моделі насоса, тоді як сертифікована крива стосується конкретного закупленого насоса та робочого колеса та може включати застосовний стандарт приймального випробування та клас.

Ця відмінність стає особливо важливою для промислових проектів.

Насос, вибраний з кривої сімейства, може мати кілька можливих:

Розміри насосів

Діаметри робочого колеса

Швидкості

Конфігурації

Гідравлічні конструкції

Таким чином, кінцевий виготовлений агрегат слід оцінювати за допомогою відповідних-специфічних даних насоса та, якщо це вимагається специфікацією проекту, перевірки продуктивності.

Заводське випробування є останнім етапом перевірки, який з’єднує проектну модель із готовим фізичним насосом.

 

5. Перекачувана рідина змінює продуктивність

Багато опублікованих кривих відцентрових насосів базуються на воді за певних умов випробування. Реальні технологічні рідини можуть поводитися інакше.

Особливо важлива в'язкість. Порівняно з чистою водою більш в’язка рідина зазвичай збільшує гідравлічний опір всередині насоса, що може зменшити потік, напір і ефективність, одночасно збільшуючи споживану потужність. Гідравлічний інститут надає методи корекції для оцінки продуктивності відцентрового насоса з в'язкими рідинами.

Інші властивості також можуть впливати на результати застосування, зокрема:

Щільність

В'язкість

температура

Тиск пари

Наявність твердих речовин або газу

Тому криву насоса, створену з водою, не слід автоматично розглядати як точну криву продуктивності для кожної технологічної рідини. Дані виробника слід оцінювати за фактичними умовами рідини.

 

6. Швидкість і діаметр робочого колеса мають значення

Продуктивність відцентрового насоса сильно залежить від швидкості обертання та геометрії робочого колеса.

Зміна робочої швидкості змінює криву насоса. Подібним чином підстроювання робочого колеса змінює доступний напір і кінцеву робочу точку. Hydraulic Institute конкретно визначає швидкість насоса та регулювання робочого колеса як фактори, які можуть змінити криву насоса та робочий стан системи.

Це особливо актуально для насосів, що працюють від двигунів із-регульованою частотою.

Якщо фактична швидкість двигуна відрізняється від умов, використаних для вихідної кривої, порівняння виміряної продуктивності поля безпосередньо з цією кривою може призвести до оманливих висновків.

 

7. Встановлення може змінити реальну -продуктивність у світі

Навіть якщо сам насос відповідає вимогам заводських випробувань, неправильне встановлення може вплинути на продуктивність у польових умовах.

Всмоктувальний трубопровід особливо важливий. Порушення потоку, спричинені сусідніми колінами, клапанами, редукторами чи іншими фітингами, можуть знизити продуктивність насоса та збільшити ризик кавітації, пульсації та надмірних гідравлічних сил. Hydraulic Institute рекомендує відповідне розташування всмоктувальних-трубопроводів і достатню довжину прямих-трубок для різних конфігурацій.

Інші фактори встановлення включають:

Неправильне центрування насоса

Деформація труби

Невідповідні умови всмоктування

Повітря потрапляє у всмоктувальну лінію

Поганий фундамент або затирка

Неправильне положення клапана

Неправильне розташування приладів

Ці проблеми можуть виглядати як «проблеми з продуктивністю насоса», навіть якщо їхнє справжнє джерело — насосна система.

 

8. Польові вимірювання мають бути правильно інтерпретовані

Дослідження ефективності має вимірювати більше, ніж просто «потік» і «тиск».

Корисна польова оцінка може включати:

Витрата + тиск всмоктування + тиск нагнітання + швидкість насоса + потужність двигуна + властивості рідини + вібрація + температура

Загальний напір насоса слід розраховувати на основі відповідних умов всмоктування та нагнітання, а не покладатися на один манометр. Навчальні матеріали Гідравлічного інституту визначають випробування насоса, контрольно-вимірювальні прилади, розрахунок загального-напору, розрахунок ефективності, NPSH та усунення несправностей як взаємопов’язані частини оцінки-системи насоса.

Місце вимірювання та точність приладу також мають значення. Манометр, встановлений далеко від сопла насоса, може включати додаткові втрати в трубопроводі, які не слід відносити безпосередньо до насоса.

 

9. Як зменшити різницю між прогнозованою та фактичною продуктивністю

Надійний інженерний підхід повинен враховувати всю насосну систему, а не насос окремо.

Перед замовленням:

Визначте фактичну витрату, напір, рідину, температуру, швидкість і робочий діапазон.

Розрахуйте криву системи, а не покладайтеся лише на номінальну робочу точку.

Перевірте умови NPSH і всмоктувальний трубопровід.

Підтвердьте вибраний діаметр робочого колеса та потужність двигуна.

За потреби запитуйте дані-про продуктивність насоса.

Укажіть заводське тестування продуктивності для критичних програм.

Після установки:

Перевірте вирівнювання та встановлення трубопроводу.

Перевірте фактичну швидкість насоса.

Перевірте умови всмоктування та нагнітання.

Вимірюйте потік, тиск, потужність і вібрацію.

Порівняйте розраховану робочу точку з кривою насоса та кривою системи.

Такий підхід допомагає відрізнити aпроблема конструкції насосавід апроблема з системою або встановленням.

Реальна-продуктивність насоса є результатом взаємодії між конструкцією насоса, виробництвом, властивостями рідини, гідравлікою системи, установкою, роботою та вимірюванням.

Крива продуктивності є важливим інженерним інструментом, але її ніколи не слід розглядати ізольовано.

Якщо польовий насос не досягає очікуваної витрати або напору, правильним підходом є перевірка всієї системи-від гідравлічної конструкції насоса та конфігурації робочого колеса до трубопроводу, робочої швидкості, властивостей рідини та методу вимірювання.

Завдяки поєднанню точного вибору насоса, відповідного тестування, контрольованого виробництва та належного введення системи в експлуатацію розрив між прогнозованою та фактичною продуктивністю можна значно зменшити.