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半钢压力表的叶轮修整实用指南

返回列表发布日期:2019-07-19 09:05:21    |    


      叶轮的修整可以是改变半钢压力表特性的重要方式。有时在商店或现场的半钢压力表性能测试中,性能不符合预期。一种可能的解决方案是略微修剪一个或一些叶轮以实现合理的半钢压力表性能并避免叶轮重新设计和重新制造。由于叶轮或半钢压力表的重新设计和再制造是昂贵的,因此这种修整过程可以提供相当大的商业利益。半钢压力表交付和工厂启动的延迟非常昂贵。使用适当设计的叶轮修整以避免数周或数月的延迟可以提供显着的优势。
      半钢压力表中使用的叶轮是二维(2D)封闭式叶轮,三维(3D)封闭式叶轮和3D半叶轮叶轮。每种叶轮类型都需要一组特定的修剪规则。叶轮修整可以是改变半钢压力表性能的有效方法,而不会显着降低效率。关于叶轮修剪主题的文章很少发表。本文为半钢压力表的叶轮修整提供了实用指南。
      对于给定的设计,叶轮可以径向修整,以便减小出口半径。该方法可用于几乎所有类型的半钢压力表叶轮。对于3D叶轮 - 特别是3D半开式叶轮或在较小程度上用于3D封闭式设计 - 叶轮可以轴向修整以使出口叶片高度减小,或沿叶片的整个子午长度减小,从而减小通道面积。
      由于保守的工程实践,不精确的叶轮设计或半钢压力表的工程或制造中的其他错误,叶轮流动或叶轮产生的头部可能与它们需要的不同。有时头部不仅仅需要,但通常比头部要小。半钢压力表叶轮有时可能尺寸过大。对于定速半钢压力表,可以使用有限的选项来处理这样的问题。叶轮修剪通常是最好或唯一的选择。在许多变速半钢压力表中,还应研究和使用叶轮的修整。
      在半钢压力表壳体或半钢压力表机组中,所有叶轮以相同的速度运行,一些叶轮通常产生比所需更多的叶轮,而其他叶轮产生的叶片小于所需的叶轮。这些可以相互补偿。然而,可能存在特殊情况,例如具有侧流的半钢压力表和其他可能存在每组叶轮的精确头部产生的情况。对于这种半钢压力表壳体,速度调节可能无法解决操作问题,并且叶轮修整是必要的。
      修剪通常涉及加工叶轮的不同部分和部分以修改一些尺寸或角度。修剪应限制在一定水平,因为过度修剪会导致操作和可靠性问题,例如叶轮和套管不匹配。修剪会影响叶轮和套管之间的间隙,这会增加内部流动再循环,导致水头损失,降低整体效率等。由于叶片到套管的间隙增加,叶轮被修剪时叶片尖端处的湍流会增加。叶轮修整通常用于改变性能特征(头部与流动),有时用于限制驱动器负载。目标通常是调整头部,有时减少头部。
      一个简单的修剪选项是修剪叶轮半径以调整头部。在这种情况下,修整半径的预测对于半钢压力表叶轮是至关重要的。作为粗略指示,可以使用与“(半径)2 ” 成比例的公式“头部” 。修剪后流量不是常数,所有这些参数都是相关的。对于恒定流量,除了叶轮修整之外,可能还需要进行速度调节?;痪浠八?,可以采用组合的速度调节和叶轮修整来实现压头减小,同时保持流量恒定。谨慎使用; 亲和定律适用于泵和风扇(不可压缩流动),但不能准确描述涡轮半钢压力表的性能。
      通常,应该在试错过程中应用复杂的模拟,以找到任何叶轮的外缘,即使是简单的半径修整。许多因素使得单次修整变得困难,因此只应使用试错法进行全面模拟,以找到不同叶轮的修整,并在考虑流量,浪涌限制,效率等方面获得最佳结果。
      有时应改变一个间隙,尺寸或角度,而其他间隙或距离应减小或保持不变。例如,多年来,机械工程师一直在加工叶片尖端,以减少叶片经过的频率振动(叶轮叶片和套管之间的间隙),同时小心地保持叶轮护罩与套管(或蜗壳)之间的间隙。
      套管间隙过大的护罩以及由此产生的再循环到半钢压力表的低压侧会在叶轮周围产生“涡流”,导致低频振动(通常是轴向振动),这可能转化为密封问题,或者在严重的情况下,轴向轴承问题。这在大型或高压机器中可能是一个问题。
      在许多情况下,修剪会产生更陡峭的曲线和更窄的操作范围。一些叶轮修整可以改变气体离开叶轮的方式。例如,如果在叶轮被切回时气体出口角度改变,则头部容量曲线可能变得更陡。气体的出口角度可能会改变性能,导致额定流量时的扬程更高。由于离开叶片的流体尾流的减少,半钢压力表的效率通常应该保持相同或稍微改变。叶轮尺寸越小,效果越大。通常,关闭头的变化与这种修剪无关。
      特定速度的特定范围最适合于每个半钢压力表叶轮设计,并且叶轮半径修整可以增加机器的特定速度。因此,径向修整低比转速的叶轮可以使特定速度移动到更接近最佳值,而径向修整高比转速叶轮将使设计进一步从最佳性能范围移动。
      在半钢压力表中,可以在叶轮或叶轮叶片上进行修整。通??梢钥悸橇街盅≡?,这导致相对复杂的修剪模式。复杂的修剪模式可以改变叶轮的性能特征??梢圆捎眉钢忠堵中拚椒ɡ锤谋湟堵至魉?,产生的扬程,压力比或所有这些参数。在尝试进行任何修整之前,应彻底了解叶片和叶轮的修剪限制以及对流场的影响。应使用计算流体动力学(CFD)模拟来模拟不同叶片和叶轮修整方法对半钢压力表运行和可靠性的影响。已经发现每种修整方法在某些时候受到喘振或阻流的限制,特别是阻塞流(半钢压力表曲线右侧的过载极限),这可能是某些修整计划的问题。
叶轮通道区域的修改
      通常通过减小通道面积来实现较低流速的设计。然而,通道面积和叶轮宽度通常难以修整。通道区域修整可以在一系列叶轮设计中完成,主要是3D叶轮,有时在2D叶轮上。这种方法也称为“流动修整”。它用于生产改进的叶轮,其压力升高与基线设计相同,但具有新的流速特性?;痪浠八?,该方法用于改变叶轮流速但不改变压力比的目的。使用这种方法,叶轮和叶轮的内部部件被修整,因此通常以给定的比率改变入口和出口区域。沿叶片的子午长度从入口到出口按比例修剪叶片。
      考虑到半钢压力表的损耗源,缩小通道会增加壁摩擦力。另一方面,较大的通道可能会减少墙壁摩擦。然而,半钢压力表性能也依赖于入口相对马赫数。在任何修剪计划中也应考虑这种需要。
      沿着子午线长度从入口到出口修剪通道区域可能会改变叶轮的流速,并可能缩小有效工作范围。相对于阻塞流量系数的头部系数和效率通常对于每个修剪区域保持不变。通道区域和由此产生的阻塞流速之间可能存在线性关系。
      流量调整应该是有限的。超出这些调整限制,总压力比通常不会达到设计值。其他操作问题也可能发生。作为指示,一些3D半导体叶轮的流动修整应限制在原始叶轮叶片高度的30%和叶轮的特定速度。
修剪3D semiopen叶轮
      在3D半开式叶轮中沿轴向修整叶轮叶片可以在保持恒定流量系数的同时降低叶头系数。这种修剪方法受到通道径向部分阻塞的限制,所研究的叶轮的水头系数在进一步修剪之前减少了10%至12%,限制了阻塞流速。与修剪叶轮半径以获得较低的头部相比,3D半圆形叶轮中的这种修剪方法可能是更好的选择。
      与期望的流量系数成比例地轴向和径向地移动原始护罩轮廓允许在改变流量系数的同时保持原始叶轮的压力比和效率。轴向修剪叶片以保持原始护罩轮廓可以产生压力比的变化,同时保持原始叶轮流量系数。
实用笔记
      修剪的一个重要目标是尽可能保持原始设计的效率?;痪浠八?,应优化所有计划的过程和修剪,以达到类似的效率(或略低的效率)。线性回归可以解释与基础设计相比,修剪过程可以假设效率损失的程度。保持效率的重要考虑因素是对扩散器中更好的流入条件的研究和分析。叶轮修整越大,叶轮的比转速越高,叶轮修剪效率越高。如果护罩轮廓最初不是一个糟糕的设计,那么叶轮效率通常不会受到护罩轮廓变化的显着影响。因此,无法预期会有显着的改善。然而,通过更高的压力恢复和更低的总压力损失系数来验证扩散器性能,可以保持甚至改善。另一个重要目标是在修剪下保持叶轮的喘振裕度。
      由于计划的微调和相关优化应用于额定速度的最佳点(额定速度的100%),因此还应研究速度变化范围的影响。优化正常速度下的最佳效率点并不能同时保持整个速度范围内的效率。在某些情况下,在额定速度下具有良好效率的适当设计的修整导致整个部分负载速度范围的效率较低。对于具有更频繁的部分负载操作的半钢压力表应用,可能需要在考虑机器的整个速度变化范围的同时优化修整计划?;痪浠八?,修整计划应取决于相对于半钢压力表应用的速度变化范围。
      在决定叶轮修整时,结构强度和应力模式有时是重要的考虑因素。例如,减少叶片直径多少可能是一个重要的考虑因素,因为大部分无支撑的护罩不能保持不受支撑。专家建议采用斜切,以改善叶片出口流量,并为护罩增加一些强度。这些模式需要精确的CFD模拟和全面的应力分析。在某些特定情况下,应调查流体结构指示。修剪后的尖角会引发裂缝并最终导致叶轮失效。
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