De ce performanța pompei centrifuge poate diferi de curba de proiectare în aplicații reale

Atunci când selectează o pompă centrifugă, inginerii încep de obicei cu debitul, înălțimea, eficiența, proprietățile fluidului și condițiile de funcționare necesare. Producătorul furnizează apoi o curbă de performanță sau un punct de lucru calculat.

Cu toate acestea, după instalare, clienții constată uneori că pompa nu funcționează exact la debitul, înălțimea, puterea sau eficiența așteptate.

Acest lucru nu înseamnă neapărat că pompa a fost proiectată sau fabricată incorect. Performanța pompei este rezultatul mai multor factori care interacționează. Condiția finală de funcționare depinde nu numai de pompa în sine, ci și de sistemul hidraulic, fluid, instalație, viteza de funcționare, toleranțe de fabricație și condiții de măsurare.

Înțelegerea acestor factori este importantă la selectarea, punerea în funcțiune și depanarea pompelor centrifuge.

 

 

1. O curbă de performanță a pompei nu este întregul sistem

O curbă de performanță a pompei centrifuge descrie relația dintre debit, înălțime, eficiență, putere și NPSH la o viteză specificată și în condiții definite. Totuși, punctul real de funcționare este determinat de interacțiunea dintre curba pompei și curba sistemului.

Curba sistemului reprezintă înălțimea totală necesară sistemului de conducte la diferite debite, inclusiv înălțimea statică și pierderile prin frecare. Debitul real este stabilit acolo unde curba pompei intersectează curba sistemului.

Aceasta înseamnă o pompă concepută pentru a realiza100 m³/h la 60 m înălțimenu va furniza automat acel punct exact după instalare.

De exemplu, rezistența reală a sistemului poate fi mai mare din cauza:

Conducte cu diametru-mai lung sau mai mic

Coturi, supape sau filtre suplimentare

Modificări ale cotei statice

Diferite poziții ale supapelor

Pierderi de presiune neașteptate

Modificări în sistemul de operare

Pe măsură ce rezistența sistemului se modifică, se modifică și punctul de funcționare al pompei.

Prin urmare, compararea performanței pe teren cu un punct de lucru din catalog fără a lua în considerare curba sistemului poate duce la o diagnoză incorectă.

 

2. Proiectarea hidraulică este un proces iterativ

Calculul hidraulic inițial este doar începutul dezvoltării pompei.

Proiectanții pompelor iau în considerare debitul și înălțimea necesare și apoi dezvoltă rotorul, pasajele volutei sau difuzorul, degajările și alte componente hidraulice. Dinamica fluidelor computaționale (CFD) poate fi apoi utilizată pentru a evalua distribuția debitului, generarea presiunii, eficiența, recirculația, comportamentul cavitației și forțele hidraulice.

Proiectul poate necesita mai multe iterații înainte de a obține performanța dorită. PumpWorks observă că chiar și modificări relativ mici ale geometriei paletelor, canalelor de curgere sau jocurilor interne pot afecta performanța hidraulică.

Acesta este motivul pentru care un proces fiabil de dezvoltare a pompei nu depinde de un singur calcul sau simulare CFD.

O secvență tipică de inginerie este:

Proiectare inițială → Analiză CFD → Optimizare design → Revizuire mecanică → Prototip/producție → Testare în fabrică → Validare finală

Scopul este de a se asigura că modelul hidraulic poate deveni în cele din urmă o pompă fabricabilă și testabilă.

 

3. Designul hidraulic trebuie să funcționeze cu fabricarea mecanică

Un model hidraulic ideal există într-un computer, dar pompa finită trebuie turnată, prelucrată, asamblată și operată în lumea reală.

Este posibil ca pasajele hidraulice să fie modificate pentru a găzdui:

Cerințe de turnare

Grosimea peretelui

Acces la prelucrare

Aranjamentul arborelui și al rulmenților

Distanțe de asamblare

Rezistența structurală

Aport de coroziune

Cerințe de întreținere

Turnarea și prelucrarea prin prelucrare introduc, de asemenea, toleranțe dimensionale. De exemplu, contracția de turnare, toleranțele de prelucrare, finisarea suprafeței și degajările de asamblare pot influența geometria finală a pasajelor hidraulice.

Din acest motiv, performanța pompei depinde nu numai de software-ul de proiectare hidraulică, ci și de capacitatea de producție și de controlul calității.

 

4. Pompa testată poate diferi de o curbă generală de catalog

Un alt punct important este diferența dintre acurba generală publicatăsi acurba de performanta certificata.

Hydraulic Institute explică că o curbă de pompă publicată reprezintă caracteristicile așteptate ale unui model de pompă, în timp ce o curbă certificată se aplică pompei și garniturii rotorului specifice achiziționate și poate include standardul și gradul de testare de acceptare aplicabile.

Această distincție devine deosebit de importantă pentru proiectele industriale.

O pompă selectată dintr-o curbă de familie poate avea mai multe posibile:

Dimensiuni pompe

Diametrele rotorului

Viteze

Configurații

Proiectări hidraulice

Prin urmare, unitatea finală fabricată trebuie evaluată utilizând datele adecvate-specifice pompei și, atunci când specificațiile proiectului o cer, un test de acceptare a performanței.

Testarea în fabrică este etapa finală de validare care conectează modelul de proiectare cu pompa fizică finită.

 

5. Lichidul pompat modifică performanța

Multe curbe publicate de pompe centrifuge se bazează pe apă în condiții de testare specificate. Lichidele reale de proces se pot comporta diferit.

Vâscozitatea este deosebit de importantă. În comparație cu apa limpede, un lichid mai vâscos crește în general rezistența hidraulică în interiorul pompei, ceea ce poate reduce debitul, înălțimea și eficiența în timp ce crește puterea de intrare. Hydraulic Institute oferă metode de corecție pentru evaluarea performanței pompei centrifuge cu lichide vâscoase.

Alte proprietăți pot afecta, de asemenea, rezultatele aplicației, inclusiv:

Densitate

Viscozitate

Temperatură

Presiunea vaporilor

Prezența de solide sau gaze

Prin urmare, o curbă de pompă generată cu apă nu trebuie tratată automat ca curba de performanță exactă pentru fiecare lichid de proces. Datele producătorului trebuie evaluate utilizând condițiile reale ale fluidului.

 

6. Viteza și diametrul rotorului contează

Performanța pompei centrifuge depinde în mare măsură de viteza de rotație și de geometria rotorului.

Modificarea vitezei de funcționare modifică curba pompei. În mod similar, tăierea unui rotor modifică înălțimea disponibilă și punctul de funcționare rezultat. Hydraulic Institute identifică în mod specific viteza pompei și reglarea rotorului ca factori care pot schimba curba pompei și starea de funcționare a sistemului.

Acest lucru este relevant în special pentru pompele acționate de motoare cu variatoare-frecvență.

Dacă viteza reală a motorului diferă de condiția utilizată pentru curba inițială, compararea performanței câmpului măsurat direct cu curba respectivă poate duce la concluzii înșelătoare.

 

7. Instalarea poate schimba performanța reală-lumea

Chiar și atunci când pompa în sine îndeplinește cerințele sale de testare din fabrică, instalarea defectuoasă poate afecta performanța pe teren.

Conducta de aspirație este deosebit de importantă. Perturbațiile de curgere cauzate de coturile, supapele, reductoarele sau alte fitinguri din apropiere pot reduce performanța pompei și pot crește riscul de cavitație, pulsație și forțe hidraulice excesive. Hydraulic Institute recomandă aranjamente adecvate de-conducte de aspirație și lungimi de conducte drepte-suficiente pentru diferite configurații.

Alți factori de instalare includ:

Alinierea incorectă a pompei

Încordarea țevii

Condiții de aspirație inadecvate

Aerul care intră în conducta de aspirație

Fundație sau chituire slabă

Poziție incorectă a supapei

Amplasarea necorespunzătoare a instrumentelor

Aceste probleme pot părea a fi „probleme de performanță a pompei”, chiar dacă originea lor reală este sistemul de pompare.

 

8. Măsurătorile pe teren trebuie interpretate corect

O investigație de performanță ar trebui să măsoare mai mult decât simplu „debit” și „presiune”.

O evaluare utilă pe teren poate include:

Debit + presiune de aspirație + presiune de refulare + turație pompe + putere motor + proprietăți fluid + vibrații + temperatură

Înălțimea totală a pompei trebuie calculată din condițiile relevante de aspirație și refulare, mai degrabă decât să se bazeze pe un singur manometru. Materialele de instruire Hydraulic Institute identifică testarea pompei, instrumentația, calculul-capului total, calculul eficienței, NPSH și depanarea ca părți interconectate ale evaluării-sistemului pompei.

Locul de măsurare și precizia instrumentului contează și ele. Un manometru instalat departe de duza pompei poate include pierderi suplimentare la conducte care nu trebuie atribuite direct pompei.

 

9. Cum să reduceți diferența dintre performanța prezisă și cea reală

O abordare de inginerie fiabilă ar trebui să ia în considerare întregul sistem de pompă, mai degrabă decât pompa singură.

Inainte de a comanda:

Definiți debitul real, înălțimea, fluidul, temperatura, viteza și domeniul de funcționare.

Calculați curba sistemului în loc să vă bazați doar pe un punct de lucru nominal.

Verificați condițiile NPSH și conductele de aspirație.

Confirmați diametrul rotorului și valoarea nominală a motorului selectate.

Solicitați date de performanță-specifice ale pompei atunci când este necesar.

Specificați testarea performanței din fabrică pentru aplicații critice.

După instalare:

Verificați alinierea și instalarea conductelor.

Confirmați viteza reală a pompei.

Verificați condițiile de aspirație și refulare.

Măsurați debitul, presiunea, puterea și vibrațiile.

Comparați punctul de funcționare calculat cu curba pompei și curba sistemului.

Această abordare ajută la distingerea aproblema de proiectare a pompeide la aproblemă de sistem sau de instalare.

Performanța reală-a pompei este rezultatul interacțiunii dintre proiectarea pompei, fabricarea, proprietățile fluidului, hidraulica sistemului, instalare, funcționare și măsurare.

O curbă de performanță este un instrument de inginerie esențial, dar nu ar trebui niciodată luată în considerare izolat.

Când o pompă de câmp nu atinge debitul sau înălțimea așteptate, abordarea corectă este examinarea întregului sistem-de la designul hidraulic al pompei și configurația rotorului până la conducte, viteza de funcționare, proprietățile fluidului și metoda de măsurare.

Combinând selecția precisă a pompei, testarea adecvată, producția controlată și punerea în funcțiune adecvată a sistemului, decalajul dintre performanța prevăzută și cea reală poate fi redus semnificativ.