Prečo sa výkon odstredivého čerpadla môže líšiť od konštrukčnej krivky v skutočných aplikáciách

Pri výbere odstredivého čerpadla inžinieri zvyčajne začínajú s požadovaným prietokom, dopravnou výškou, účinnosťou, vlastnosťami kvapaliny a prevádzkovými podmienkami. Výrobca potom poskytne výkonovú krivku alebo vypočítaný prevádzkový bod.

Po inštalácii však zákazníci niekedy zistia, že čerpadlo nepracuje presne s očakávaným prietokom, dopravnou výškou, výkonom alebo účinnosťou.

To nevyhnutne neznamená, že čerpadlo bolo nesprávne navrhnuté alebo vyrobené. Výkon čerpadla je výsledkom niekoľkých vzájomne sa ovplyvňujúcich faktorov. Konečný prevádzkový stav závisí nielen od samotného čerpadla, ale aj od hydraulického systému, kvapaliny, inštalácie, prevádzkovej rýchlosti, výrobných tolerancií a podmienok merania.

Pochopenie týchto faktorov je dôležité pri výbere, uvádzaní do prevádzky a odstraňovaní porúch odstredivých čerpadiel.

 

 

1. Výkonová krivka čerpadla nie je celý systém

Výkonová krivka odstredivého čerpadla popisuje vzťah medzi prietokom, dopravnou výškou, účinnosťou, výkonom a NPSH pri špecifikovaných otáčkach a za definovaných podmienok. Skutočný prevádzkový bod je však určený interakciou medzi krivkou čerpadla a krivkou systému.

Krivka systému predstavuje celkovú dopravnú výšku potrebnú pre potrubný systém pri rôznych prietokoch, vrátane statickej výšky a strát trením. Skutočný prietok je stanovený tam, kde krivka čerpadla pretína krivku systému.

To znamená čerpadlo určené na dosiahnutie100 m³/h pri spáde 60 mpo inštalácii automaticky nedoručí presný bod.

Napríklad skutočný odpor systému môže byť vyšší z dôvodu:

Potrubie s dlhším alebo menším{0}}priemerom

Ďalšie kolená, ventily alebo sitá

Zmeny statickej výšky

Rôzne polohy ventilov

Neočakávané tlakové straty

Zmeny v operačnom systéme

So zmenou odporu systému sa mení aj prevádzkový bod čerpadla.

Preto porovnanie výkonu v teréne s katalógovým prevádzkovým bodom bez zohľadnenia systémovej krivky môže viesť k nesprávnej diagnóze.

 

2. Hydraulický dizajn je iteračný proces

Prvotný hydraulický výpočet je len začiatkom vývoja čerpadla.

Konštruktéri čerpadiel zvážia požadovaný prietok a dopravnú výšku a potom vyvinú obežné koleso, špirálové alebo difúzne kanály, vôle a ďalšie hydraulické komponenty. Výpočtová dynamika tekutín (CFD) sa potom môže použiť na vyhodnotenie distribúcie prietoku, generovania tlaku, účinnosti, recirkulácie, kavitačného správania a hydraulických síl.

Návrh môže potrebovať niekoľko iterácií, kým sa dosiahne požadovaný výkon. PumpWorks poznamenáva, že aj relatívne malé zmeny geometrie lopatiek, prietokových kanálov alebo vnútorných vôlí môžu ovplyvniť hydraulický výkon.

To je dôvod, prečo spoľahlivý proces vývoja čerpadla nezávisí od jediného výpočtu alebo CFD simulácie.

Typická inžinierska postupnosť je:

Počiatočný návrh → CFD analýza → Optimalizácia návrhu → Mechanická kontrola → Prototyp/výroba → Testovanie v továrni → Finálna validácia

Cieľom je zabezpečiť, aby sa z hydraulického modelu nakoniec stalo vyrobiteľné a testovateľné čerpadlo.

 

3. Hydraulický dizajn musí fungovať s mechanickou výrobou

Ideálny hydraulický model existuje v počítači, ale hotové čerpadlo musí byť odliate, opracované, zmontované a prevádzkované v reálnom svete.

Možno bude potrebné upraviť hydraulické priechody, aby vyhovovali:

Požiadavky na odlievanie

Hrúbka steny

Prístup k obrábaniu

Usporiadanie hriadeľa a ložísk

Montážne vôle

Konštrukčná pevnosť

Prídavok na koróziu

Požiadavky na údržbu

Odlievanie a obrábanie tiež zavádzajú rozmerové tolerancie. Napríklad zmršťovanie odliatku, tolerancie obrábania, povrchová úprava a montážne vôle môžu ovplyvniť konečnú geometriu hydraulických kanálov.

Z tohto dôvodu výkon čerpadla nezávisí len od softvéru hydraulického dizajnu, ale aj od výrobnej kapacity a kontroly kvality.

 

4. Testované čerpadlo sa môže líšiť od všeobecnej katalógovej krivky

Ďalším dôležitým bodom je rozdiel medzi avšeobecná publikovaná krivkaa acertifikovaná výkonnostná krivka.

Hydraulic Institute vysvetľuje, že zverejnená krivka čerpadla predstavuje očakávané charakteristiky modelu čerpadla, zatiaľ čo certifikovaná krivka sa vzťahuje na konkrétne zakúpené čerpadlo a zostavu obežného kolesa a môže zahŕňať príslušný štandard a triedu akceptačných testov.

Toto rozlíšenie je obzvlášť dôležité pre priemyselné projekty.

Čerpadlo vybrané z rodinnej krivky môže mať niekoľko možných:

Veľkosti čerpadiel

Priemery obežného kolesa

Rýchlosti

Konfigurácie

Hydraulické konštrukcie

Konečná vyrobená jednotka by sa preto mala vyhodnotiť pomocou príslušných údajov špecifických pre čerpadlo-, a ak to vyžaduje špecifikácia projektu, pomocou akceptačného testu výkonu.

Továrenské testovanie je konečnou fázou overovania, ktorá spája návrhový model s hotovým fyzickým čerpadlom.

 

5. Čerpaná kvapalina mení výkon

Mnohé publikované krivky odstredivých čerpadiel sú založené na vode za špecifikovaných testovacích podmienok. Aktuálne procesné kvapaliny sa môžu správať odlišne.

Viskozita je obzvlášť dôležitá. V porovnaní s čistou vodou viskóznejšia kvapalina vo všeobecnosti zvyšuje hydraulický odpor vo vnútri čerpadla, čo môže znížiť prietok, dopravnú výšku a účinnosť a zároveň zvýšiť príkon. Hydraulic Institute poskytuje korekčné metódy na hodnotenie výkonu odstredivého čerpadla s viskóznymi kvapalinami.

Iné vlastnosti môžu tiež ovplyvniť výsledky aplikácie, vrátane:

Hustota

Viskozita

Teplota

Tlak pár

Prítomnosť pevných látok alebo plynu

Preto by sa krivka čerpadla vytvorená vodou nemala automaticky považovať za presnú krivku výkonu pre každú procesnú kvapalinu. Údaje výrobcu by sa mali vyhodnotiť pomocou skutočných podmienok kvapaliny.

 

6. Rýchlosť a priemer obežného kolesa záleží

Výkon odstredivého čerpadla je vysoko závislý od rýchlosti otáčania a geometrie obežného kolesa.

Zmenou prevádzkových otáčok sa zmení krivka čerpadla. Podobne orezanie obežného kolesa zmení dostupnú hlavu a výsledný pracovný bod. Hydraulic Institute špecificky identifikuje rýchlosť čerpadla a úpravu obežného kolesa ako faktory, ktoré môžu zmeniť krivku čerpadla a prevádzkové podmienky systému.

Platí to najmä pre čerpadlá poháňané motormi s pohonmi s premenlivou{0}}frekvenciou.

Ak sa skutočná rýchlosť motora líši od podmienok použitých pre pôvodnú krivku, porovnanie nameraného výkonu poľa priamo s touto krivkou môže viesť k zavádzajúcim záverom.

 

7. Inštalácia môže zmeniť skutočný-svetový výkon

Dokonca aj keď čerpadlo samotné spĺňa požiadavky na test z výroby, zlá inštalácia môže ovplyvniť výkon v teréne.

Zvlášť dôležité je sacie potrubie. Poruchy prietoku spôsobené blízkymi kolenami, ventilmi, redukciami alebo inými armatúrami môžu znížiť výkon čerpadla a zvýšiť riziko kavitácie, pulzácie a nadmerných hydraulických síl. Hydraulic Institute odporúča vhodné usporiadanie sacieho-potrubia a dostatočné rovné-dĺžky potrubia pre rôzne konfigurácie.

Medzi ďalšie faktory inštalácie patria:

Nesprávne zarovnanie čerpadla

Napätie potrubia

Neadekvátne podmienky odsávania

Vzduch vstupuje do sacieho potrubia

Zlý základ alebo škárovanie

Nesprávna poloha ventilu

Nevhodné umiestnenie prístrojového vybavenia

Tieto problémy sa môžu javiť ako "problémy s výkonom čerpadla", aj keď ich skutočným pôvodom je čerpací systém.

 

8. Merania v teréne musia byť správne interpretované

Vyšetrenie výkonu by malo merať viac než len „prietok“ a „tlak“.

Užitočné terénne hodnotenie môže zahŕňať:

Prietok + sací tlak + výtlačný tlak + otáčky čerpadla + výkon motora + vlastnosti kvapaliny + vibrácie + teplota

Celková dopravná výška čerpadla sa musí vypočítať z príslušných podmienok nasávania a výtlaku, a nie spoliehať sa na jediný tlakomer. Školiace materiály Hydraulic Institute identifikujú testovanie čerpadiel, prístrojové vybavenie, výpočet celkovej-hlavy, výpočet účinnosti, NPSH a riešenie problémov ako vzájomne prepojené časti hodnotenia-systému čerpadla.

Dôležité je aj miesto merania a presnosť prístroja. Manometer inštalovaný ďaleko od dýzy čerpadla môže zahŕňať dodatočné straty v potrubí, ktoré by sa nemali pripisovať priamo čerpadlu.

 

9. Ako znížiť rozdiel medzi predpokladaným a skutočným výkonom

Spoľahlivý technický prístup by mal brať do úvahy skôr celý systém čerpadla ako samotné čerpadlo.

Pred objednaním:

Definujte skutočný prietok, dopravnú výšku, kvapalinu, teplotu, rýchlosť a prevádzkový rozsah.

Vypočítajte systémovú krivku a nespoliehajte sa len na nominálny prevádzkový bod.

Skontrolujte stav NPSH a sacie potrubie.

Potvrďte zvolený priemer obežného kolesa a menovitý výkon motora.

V prípade potreby si vyžiadajte{0}}špecifické údaje o výkonnosti pumpy.

Špecifikujte testovanie výkonu v továrni pre kritické aplikácie.

Po inštalácii:

Skontrolujte zarovnanie a inštaláciu potrubia.

Potvrďte skutočnú rýchlosť čerpadla.

Skontrolujte podmienky nasávania a výtlaku.

Merajte prietok, tlak, výkon a vibrácie.

Porovnajte vypočítaný prevádzkový bod s krivkou čerpadla a krivkou systému.

Tento prístup pomáha rozlíšiť aproblém konštrukcie čerpadlaod aproblém so systémom alebo inštaláciou.

Skutočný-výkon čerpadla je výsledkom interakcie medzi návrhom čerpadla, výrobou, vlastnosťami kvapalín, hydraulikou systému, inštaláciou, prevádzkou a meraním.

Krivka výkonnosti je základným inžinierskym nástrojom, ale nikdy by sa nemala posudzovať izolovane.

Keď poľné čerpadlo nedosahuje očakávaný prietok alebo dopravnú výšku, správnym prístupom je preskúmať celý systém-od hydraulického dizajnu čerpadla a konfigurácie obežného kolesa až po potrubie, prevádzkovú rýchlosť, vlastnosti kvapaliny a metódu merania.

Kombináciou presného výberu čerpadla, vhodného testovania, riadenej výroby a správneho uvedenia systému do prevádzky možno výrazne znížiť rozdiel medzi predpokladaným a skutočným výkonom.