מדוע ביצועי הקוויטציה של משאבה צנטריפוגלית מתדרדרים לאחר חיתוך האימפלר?

חיתוך אימפלר מתייחס להפחתת מכנית את הקוטר החיצוני של האימפלר המשאבה הצנטריפוגלית כדי לשנות את הביצועים ההידראוליים שלו. חיתוך אימפלר הוא שיטה נפוצה להתאמת ביצועי המשאבה, המשמשת בדרך כלל להפחתת ראש המשאבה וזרימה כדי לעמוד בתנאי העבודה בפועל. עם זאת, למרות ששיטה זו יכולה להתאים את ראש המשאבה ואת הזרימה כדי לעמוד בתנאי העבודה החדשים, היא תשמיד את ההתאמה של העיצוב ההידראולי המקורי ויובילה לסדרת בעיות, אחת הבעיות הנפוצות והמתעלמות בקלות היא שביצועי הקוויטציה של המשאבה יתדרדרו.

 

 

1. מהירות זרימה מוגברת בכניסת הלהב גורמת לירידה פתאומית בלחץ

1) לאחר קיצוץ האימפלר, קוטר היציאה של האימפלר מצטמצם, ומהירות הזרימה בכניסת האימפלר תגדל בגלל חלוקה מחדש של הזרימה (q=a⋅v). על פי משוואת ברנולי, מהירות הזרימה היא ביחס הפוך ללחץ הסטטי, והלחץ המקומי יופחת לרמה הקרובה יותר או אפילו נמוך יותר מלחץ האדים הרווי של הנוזל, ויגדיל משמעותית את ההסתברות לייצור בועות, העלול לגרום לקרוויטציה.
2) נוסחת מפתח: NPSHR פרופורציונלית לריבוע מהירות זרימת הכניסה, ועלייה במהירות הזרימה תגדיל משמעותית את ה- NPSHR.

 

2. שינויים בזווית ההתקפה של כניסת הלהב

1) לאחר חיתוך האימפלר, הקוטר החיצוני של האימפלר מצטמצם, אך קוטר הכניסה נותר בדרך כלל ללא שינוי (רק חלק היציאה נחתך). זה ישנה את כיוון מהירות הזרימה היחסית (זווית ההתקפה) בכניסת האימפלר, מה שיוביל להפרדת זרימה או לסערה מוגברת, יפחית עוד יותר את הלחץ המקומי והחמיר את ביצועי ה- cavitation.

2) אם זווית ההתקפה חורגת מערך העיצוב, הפרדת זרימה תיצור אזור מערבולת בלחץ נמוך, ותקדם את ייצור הבועה.

 

3. סטיית עקומה מאפייני זרימת ראש

לאחר החיתוך של האימפלר, עקומת זרימת הראש של המשאבה הצנטריפוגלית נעה כלפי מטה, אך נקודת היעילות הטובה ביותר תנוע לכיוון הזרימה הקטנה. אם זרימת ההפעלה בפועל אינה מותאמת באופן סינכרוני, המשאבה עשויה לסטות מפעולת ה- BEP, וכתוצאה מכך זרימה אחורית כניסה או זרימה לא יציבה, ולהגדיל את הסיכון לקאוויטציה.

 

4. השפעה פרופורציונלית של NPSHR

NPSHR הוא ביחס הפוך לכיכר קוטר האימפלר (מערכת יחסים אמפירית). לאחר קיצוץ האימפלר, הקוטר יורד ו- NPSHR עולה. לדוגמה, על פי חוק הדמיון, אם קוטר האימפלר נחתך מ- D1 ל- D2, אז: אז:

 

הפחתה בקוטר האימפלר גורמת לעלייה משמעותית ב- NPSHR.

 

5. שינויים בחלוקת עומס הלהב

לאחר חיתוך האימפלר, החלק העובד של הלהב מתקצר, אך עומס היחידה (שיפוע לחץ) של קטע הכניסה עשוי לעלות. האזור המקומי בלחץ נמוך בקצה המוביל של הלהב מתרחב, ונקודת התחלת cavitation מתקדמת.

 

6. הידרדרות יציבות תעלות הזרימה

רוחב מוצא האימפלר לאחר החיתוך אינו מאוזן ביחס שטח הגרון הוולוט, ויוצר זרימה אחורית משנית ומערבולת. זרימות לא יציבות אלה יתפשטו חזרה לאזור כניסת האימפלר, ויציבו את פעימת הלחץ המקורית ליצירת cavitation מורכבת.

 

7. השפעה ואמצעי נגד בפועל

1) הידרדרות של ביצועי cavitation: NPSHR עולה, ו- NPSHA של המשאבה צריכה להיות גדולה יותר כדי למנוע cavitation.

2) פתרון:

- הגבל את כמות החיתוך: בדרך כלל, כמות החיתוך של קוטר האימפלר המשאבה הצנטריפוגלית אינה עולה על 20%, אחרת יש להעריך מחדש את ה- NPSHR.

- אופטימיזציה של תנאי הכניסה: הגדל את קוטר צינור הכניסה או הפחית את קצב זרימת הכניסה.

- התאם תנאי הפעלה: הימנע מפעילות באזור הזרימה הנמוכה ופעולה קרוב לנקודת היעילות הטובה ביותר ככל האפשר.

 

חיתוך הדחף מוביל ישירות להרחבת שטח הלחץ הנמוך של הכניסה ולעליית ה- NPSHR על ידי שינוי חלוקת המהירות, זווית ההתקפה ועומס הלהב. למרות ששינוי גיאומטרי זה יכול להתאים את הביצועים של המשאבה הצנטריפוגלית, יש צורך להעריך בזהירות את סיכון ה- cavitation ולעצב מחדש את כניסת האימפלר או להתאים את המערכת NPSHA במידת הצורך.