Важные соображения при проектировании водяных насосов

Спроектировать новый насос с нуля непросто, и на рынке нет ничего, что могло бы предоставить все необходимые инструменты для проектирования насоса именно таким, каким его запрашивали. Некоторые из этих источников могут дать представление о конструкции рабочего колеса, в то время как другие могут помочь в расположении гидравлических каналов (корпус/чаша, улитка, диффузор, переходник и т. д.).

Однако именно комбинация двух гидравлических компонентов, работающих вместе, будет определять рабочие характеристики насоса. Например, если конструкция проушины рабочего колеса ограничивает производительность насоса, увеличение площади потока внутри улитки может не повлиять на производительность биения. Из-за отсутствия стандартизации гидравлической конструкции насосов и отсутствия двух компаний или инженеров, использующих одни и те же методы, источники или технологии, в этой статье основное внимание будет уделено принятым в отрасли соображениям при проектировании насосов для питьевой воды.

Большинство насосов, используемых в системах питьевого водоснабжения, относятся к ротодинамическому типу, точнее, радиальной (или центробежной) конструкции. Это не означает, что насосы смешанного или осевого потока не могут использоваться в системах питьевого водоснабжения, просто в системах питьевого водоснабжения традиционно используются консольные горизонтальные насосы с торцевым всасыванием, консольные вертикальные рядные, горизонтальные насосы с разъемным корпусом и вертикальные турбинные насосы (выпуск через колонну). перекачка питьевой воды. Центробежные насосы для питьевой воды специально разработаны для циркуляции или перемещения чистой, свежей питьевой воды из одного места в другое.

Эти насосы используются в различных условиях, таких как муниципальные системы водоснабжения, водоочистные сооружения и сельскохозяйственные ирригационные системы, и их конструкция должна соответствовать всем соответствующим нормам, стандартам и местным нормам. В процессе проектирования необходимо учитывать важные факторы: от конструкционных материалов до типа механического уплотнения и соответствующей схемы трубопроводов. В этой статье основное внимание уделяется важным аспектам насосов со спиральным корпусом, но в зависимости от применения или окружающей среды могут существовать дополнительные факторы, влияющие на конструкцию насоса.

Конструкция насоса

Гидравлическая конструкция рабочих колес, улиток и корпусов не стандартизирована в насосной промышленности и не будет рассматриваться. Однако существует несколько общепризнанных факторов, которые помогают в гидравлическом проектировании насосов для питьевой воды, и их значение должно быть известно каждому, от инженеров-конструкторов до конечных пользователей.

При проектировании насоса для питьевой воды эффективность является важным параметром, который необходимо учитывать. На него влияют различные факторы, такие как тип насоса, размер, ориентация и рабочая скорость. Одним из важных факторов, влияющих на эффективность насоса, является удельная скорость насоса. Удельная скорость (Ns) — это параметр, используемый для описания производительности ротодинамического насоса. Он определяется как показатель производительности насоса при расходе и напоре в точке наилучшего КПД (BEP), с крыльчаткой максимального диаметра и при заданной скорости вращения (уравнение 1).

Индекс сообщает инженеру-проектировщику тип насоса, необходимый для данного применения. Наряду с типом насоса конкретная скорость определяет максимально достижимую эффективность, достижимую для конкретной конструкции. Достижимый КПД насоса — это максимальный КПД, который может быть достигнут для данной конструкции насоса в зависимости от типа насоса, проектного расхода (BEP) и удельной скорости (Изображение 1).

Существуют дополнительные факторы, которые могут повлиять на достижимую эффективность, такие как обработка поверхности проточных каналов и рабочие зазоры (кольца износа) внутренних компонентов насоса; однако их влияние на максимально достижимую эффективность зависит от конкретной скорости насоса (изображения 2 и 3). Насосы с более высокой производительностью на BEP обычно имеют более высокий достижимый КПД, чем насосы с меньшей производительностью, если они рассчитаны на аналогичные конкретные скорости, и понимание этой взаимосвязи имеет решающее значение в процессе проектирования.

Переходы проходного сечения, создаваемые на этапе проектирования всасывания (впуска) и улитки, также могут влиять на эффективность насоса. Эти переходы необходимо проектировать так, чтобы минимизировать потери, а это можно сделать за счет минимизации резких изменений площадей поперечного сечения и сглаживания перехода от всасывающего патрубка к проушине рабочего колеса, а также от спирального водораздела (или шпунта) к проушину рабочего колеса. выпускное сопло. Обычно это делается путем оценки всасывающего и нагнетательного каналов по отдельности и точной настройки расширения площади в направлении потока. На рисунке 4 показано типичное постепенное расширение площадей поперечного сечения при развитии улитки от водореза (или языка) до нагнетательного патрубка для горизонтального насоса с разъемным корпусом (BB1).