دپارتمان تحقیقات و توسعه بازارگروه صنعتی سدید: ” تاثیر زاویه خروجی پروانه بر عملکرد و مشخصات هیدرولیکی پمپ سانتریفیوژ با سرعت مخصوص بالا”

در واحد تحقیق و توسعه امور فنی مهندسی شرکت پمپ و توربین (پتکو)، انواع تحقیقات بر روی عملکرد هیدرولیکی و مکانیکی پمپ‌های سانتریفیوژ مطابق با مرزهای دانش انجام می‌گیرد؛ از جمله طراحی، شبیه‌سازی و آنالیز عددی جریان داخل پمپ با استفاده از نرم‌افزارهای مربوطه که پارامترهای موثر مثل زاویه خروجی پره β2 نیز در نظر گرفته شده و بررسی می‌گردد تا حداکثر راندمان ارائه گردد.

 در این راستا خلاصه و چکیده ای از مقاله

The influence of blade outlet angle on the performance of centrifugal pump with high specific speed

ارائه می گردد.

عملکرد (performance) پمپ سانتریفیوژ به پارامترهای زیادی ازجمله قطر پروانه، قطر چشمی پروانه، عرض کانال هیدرولیکی، زاویه خروجی پره β2 ، تعداد پره، زاویه پیچش پره، ضخامت پره و … بستگی دارد که در این مقاله، زاویه خروجی پره β2  مورد بررسی قرار گرفته است. زاویه خروجی پره β2، یکی از کلیدی‌ترین پارامترهای طراحی پمپ سانتریفیوژ است که تأثیر مهمی در عملکرد پمپ دارد. مدل فیزیکی مورد مطالعه در این مقاله، یک پمپ سانتریفیوژ تک مکش تک مرحله ای با سرعت مخصوص بالا است که شامل خروجی، ورودی، پروانه، محفظه حلزونی و غیره است (شکل 1).

با پیشرفت کامپیوترهای امروزی و استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، شبیه سازی عددی به یک روش موثر برای تجزیه و تحلیل جریان داخلی و عملکرد پمپ سانتریفیوژ تبدیل شده است. در این مقاله از نرم‌افزار CFturbo و Solidworks جهت مدل‌سازی و از نرم‌افزار ANSYS-CFX جهت شبیه‌سازی استفاده شده است.

در این مقاله ، پنج مدل پروانه با زوایای خروجی پره 23 درجه ، 25 درجه ، 27 درجه ، 29 درجه و 31 درجه که توسط نرم‌افزارهای  مدلسازی و شبیه‌سازی ایجاد شده و مورد تحلیل عددی قرار گرفته اند. در ضمن سایر پارامترهای هندسی پروانه‌ها یکسان در نظر گرفته شده است؛ سپس تست آزمایشگاهی برای بررسی عملکرد هیدرولیکی پمپ‌های مورد نظرانجام شده است (شکل 2).

شکل 1: مدل فیزیکی پمپ سانتریفیوژ تک مکش تک مرحله ای با سرعت مخصوص بالا

شکل 2: پروانه‌ها با زوایای مختلف خروجی پره β2

کانتور فشار پروانه‌های با زوایای مختلف خروجی پره در شکل 3 نشان داده شده است که فشار به تدریج از ورودی پروانه تا خروجی آن افزایش می‌یابد. مقدار فشار در ورودی پروانه، دارای کمترین مقدار ولی گرادیان فشار در این ناحیه زیاد هست. در دبی های کم، در نزدیکی زبانه، فشار با افزایش زاویه خروجی پره افزایش می یابد.

توزیع سرعت نسبی در پروانه‌های با زوایای مختلف خروجی و در محفظه حلزونی در شکل 4 نشان داده شده است که سرعت نسبی در پروانه به تدریج افزایش می‌یابد. سرعت نسبی در ورودی پروانه، دارای کمترین مقدار و کمترین گرادیان است.

شکل 3: کانتور فشار پروانه‌های با زوایای مختلف خروجی

شکل 4: توزیع سرعت نسبی با زوایای مختلف خروجی پره در پروانه و محفظه حلزونی

نتایج نشان می دهد که روند تست آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی شبیه هم هستند که در دبی‌های کمتر، پروانه‌های با زوایای خروجی بزرگتر دارای راندمان بیشتر هستند؛ ولی در دبی‌های بیشتر، پروانه‌های با زوایای خروجی کوچکتر دارای راندمان بیشتر هستند. در این مقاله، ماکزیمم اختلاف راندمان برای زوایای پره مختلف، در دبی‌های کمتر حدود 1.5 درصد و در دبی های بیشتر حدود 5.7 درصد می‌باشد و ماکزیمم خطای هد (Head) بین شبیه‌سازی و تست آزمایشگاهی، در زاویه خروجی پره 31 درجه و در دبی‌های کم اتفاق افتاده است.

زاویه خروجی پره، با وجود اینکه تاثیر خیلی کمی در هد (Head) دارد ولی بر روی راندمان پمپ سانتریفیوژ تأثیر بیشتری خواهد داشت. در دبی‌های کم، هد پمپ با افزایش زاویه خروجی پره، افزایش می‌یابد. ولی با افزایش دبی، زاویه خروجی پره روی هد پمپ، تاثیر خیلی کمتری دارد؛ در دبی‌های بیشتر، با افزایش زاویه خروجی پره، گرادیان سرعت افزایش می یابد و این موضوع سبب افزایش تلفات هیدرولیکی می‌شود.

ناصر علیزاده- سرپرست واحد تحقیق و توسعه امور فنی و مهندسی شرکت پمپ و توربین (پتکو)- 15/05/1400

Reference:

1- Hongchang Ding, Zikang Li, Xiaobin Gong, Maoshun Li, The influence of blade outlet angle on the performance of centrifugal pump with high specific speed; Vacuum 159 (2019) 239-246

منبع