Analýza nového designu hydrodynamického čerpadla o nízké rychloběžnosti

Analysis of novel low specific speed pump designs

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

Centrifugal pumps with very low specific speed present significant design challenges. Narrow blade channels, large surface area of hub and shroud discs relative to the blade area, and the presence of significant of blade channel vortices are typical features linked with the difficulty to achieve head and efficiency requirements for such designs. This paper presents an investigation of two novel designs of very low specific speed impellers: impeller having blades with very thick trailing edges and impeller with thick trailing edges and recirculating channels, which are bored along the impeller circumference. Numerical simulations and experimental measurements were used to study the flow dynamics of those new designs. It was shown that thick trailing edges suppress local eddies in the blade channels and decrease energy dissipation due to excessive swirling. Furthermore the recirculating channels will increase the circumferential velocity component on impeller outlet thus increasing the specific energy, albeit adversely affecting the hydraulic efficiency. Analysis of the energy dissipation in the volute showed that the number of the recirculating channels, their geometry and location, all have significant impact on the magnitude of dissipated energy and its distribution which in turn influences the shape of the head curve and the stability of the pump operation. Energy dissipation within whole pump interior (blade channels, volute, rotor-stator gaps) was also studied.

Odstředivá čerpadla s velmi nízkou rychloběžností vykazují významné konstrukční problémy. Široké lopatkové kanály, velká plocha nosného a krycího disku vzhledem k velikosti lopatky, a přítomnost významných vírů v lopatkových kanálech jsou typické znaky spojené s obtížemi dosáhnout potřebnou měrnou energii a účinnost. Tento článek prezentuje analýzu dvou nových návrhů čerpadel o velmi nízké rychloběžnosti: kanálkového oběžného kola a kanálkového oběžné kolo s a recirkulačními kanálky, které jsou umístěny po obvodu oběžného kola. Numerická simulace a experimentální měření byly použity ke studiu proudění těchto nových typů. Ukázalo se, že odtokové hrany silně potlačují lokální víry vlopatkových kanálech. Kromě toho, že recirkulační kanálky zvýšují obvodovou složku rychlosti na výstupu z oběžného kola, což zvyšuje specifickou energii, také negativně ovlivňují hydraulické účinnosti. Analýza disipace energie ve spirále ukázala, že počet recirkulačních kanálů, jejich geometrie a umístění, mají značný vliv na velikost disipace energie a její distribuci, která ovlivňuje tvar křivky měrné energie a stabilitu provozu čerpadla. Disipace energie v rámci celého interiéru čerpadla (lopatkové kanály, spirální těleso, spáry) byla rovněž studována.

Centrifugal pumps with very low specific speed present significant design challenges. Narrow blade channels, large surface area of hub and shroud discs relative to the blade area, and the presence of significant of blade channel vortices are typical features linked with the difficulty to achieve head and efficiency requirements for such designs. This paper presents an investigation of two novel designs of very low specific speed impellers: impeller having blades with very thick trailing edges and impeller with thick trailing edges and recirculating channels, which are bored along the impeller circumference. Numerical simulations and experimental measurements were used to study the flow dynamics of those new designs. It was shown that thick trailing edges suppress local eddies in the blade channels and decrease energy dissipation due to excessive swirling. Furthermore the recirculating channels will increase the circumferential velocity component on impeller outlet thus increasing the specific energy, albeit adversely affecting the hydraulic efficiency. Analysis of the energy dissipation in the volute showed that the number of the recirculating channels, their geometry and location, all have significant impact on the magnitude of dissipated energy and its distribution which in turn influences the shape of the head curve and the stability of the pump operation. Energy dissipation within whole pump interior (blade channels, volute, rotor-stator gaps) was also studied.

čerpadla o nízké rychloběžnosti, recirkulační kanálky, disipace energie

low specific speed pump, recirculating channels, energy dissipation

2014

01.12.2014

IOP Science

Spojené království Velké Británie a Severního Irska

1755-1315

Earth and Environmental Science

22

1

1–11

11