Новое поколение насосов
Насосы были разбросаны по всему миру и используется для поддержания запись экономического развития. Давление на производителей насосов в течение следующего десятилетия будет только сильнее, так как спрос будет высоким, и конкуренция сильна. Большинство насосов покупателей и поставщиков имеют сильное понятие возможной эффективности, которые могут быть доступны, ссылаясь на ссылки кривые, некоторые же стара, как рано кривой Уортингтон, или любое количество более современных вариантах
Насосы, которые производятся и продаются в течение следующего десятилетия будет иметь характеристики, близкие к этим почтенным кривые. Конечно, небольшой выигрыш в эффективности будет влачили, часто с помощью поисковой оптимизации методов, таких как показано на Japikse (2002) или Japikse и Платт (2004) и Андерсон (2009). Эти достойные методы и уже широко используется в некоторых продвинутых групп. Однако другой источник значительного прироста производительности часто упускается из виду, просто реорганизации существующих продуктов для повышения эффективности и лучшей стабильности.
Проблема Рабочее колесоОдним из примеров является коммерческой насос купил для проекта. Рабочее колесо насоса Это показано на рисунке 1, с современной модернизации на рисунке 2. Этот оригинальный насос не отвечает как эффективность (-4 процента) и глава роста (-15 процентов), указанных изготовителем. Кроме того, она была нестабильной, и испытания показали значительные различия в производительности с течением времени. Вибрация и шум проблемы были также отмечены.
Начальные работы насоса требуется добавления делителя входной поток для стабилизации потока. Это работало должным образом. Из-за низкой эффективности работы, было решено изучить средства повышения производительности при проведении первоначальных целей проекта.
Начальные расчеты суда были проведены с использованием программного обеспечения анализа потоков для оценки. Основные результаты представлены на рисунке 1. Анализ потока (pbCFDR был использован) соответствует рабочему колесу эффективности (3а) и приподнял голову и (3б) на большую часть кривой течения. Эта оценка была для рабочего колеса только и не включают в улитке.
Рабочее колесо реорганизацииРедизайн требуется внимание на несколько вопросов. Meanline расчеты показали, что вход глаз не было оптимальным для этого приложения. Расчеты лезвия нагрузки показало, что улучшение формы лезвие было бы невозможно. Кроме того, стало ясно, что чувствительность исследования по высоте лезвия выхода должна проводиться, так как производитель оригинального оборудования (OEM) рабочего колеса использовались мелкие выхода лезвия углом (15 градусов саван и 10 градусов хаб). Классическое руководство в этой области является слабой.
На рисунке 4 показана пересмотренный входе и пересмотренные углов лезвия, используемые в этом исследовании. Глаз радиусы были сокращены, и новые углы лезвия были выбраны для контроля гидродинамических нагрузки, с выходом лезвия угла 15 градусов саван и 20 градусов центром. Это малых углах, но они более реалистично для высоких проектных показателей.
Новые контуры и углы лезвия для повышения производительности
Пересмотренный углом лезвия были разработаны в 3D геометрические разработки программ с использованием классических проточного вычисления, а затем было подтверждено детальным анализом потока исследований, полезных примеров (см. рисунки 3 и 4). На рис.3 показана четко определенной расчетной сетки около 650 000 узлов с + Y 32. Спаларта-Allmaras модели турбулентности использовалась в решатель РАЕН. На рисунке 3б иллюстрирует основной результат: нет рециркуляции была найдена в любой точке поля течения модернизации, кроме как в саван разрыв оформления, которые можно ожидать.
На рисунке 4 показана вычислительной гидродинамики (CFD) использования для изучения конкретных вопросов. В этом примере, кончик глубины изучали, чтобы найти лучшие головы и эффективности. Результаты оказались неожиданными, потому как голова и эффективность увеличилась с дальнейшим наконечник ширина увеличивается за что и дизайна OEM и за любой из стандартных принципов ведения. Это было особенно удивительно, так как этап OEM оказали значительное нестабильности, связанные с ним.
Рисунок 4. Изучение рабочего колеса выхода показывает повышение эффективности, а также, увеличилась голова была обнаружена (не показано)Окончательный улучшенной конструкции, таким образом, было улучшение глаза на входе, лезвие формы, лезвие углами выхода и выхода ширину. То же спираль была использована для удобства.
Пересмотренный дизайн был изготовлен и испытан в окончательном обработанных государства. Тестовой конфигурации и точные измерения головы и эффективности не проводилось. Спиральным OEM проявляется в фото на рисунке 5.
РезультатыЛабораторные измерения были использованы для дальнейшего развития модели и дизайн проверки. На рисунке 6 показан измеренный голову и эффективности нового этапа по сравнению с этапом OEM и испытан в том же учреждении. Улучшения от 6 до 7 процентов эффективности и по крайней мере 40 футов головы были достигнуты, в то время как, используя тот же спиральный. Не меньшее значение в том, что нестабильность пропали без использования специальной обработки (вход делителя) для подавления нежелательных эффектов.
Новые измерения этапе по сравнению с оригинальным - синий, красный и редизайн, OEMСравнивая это переработанный этапе от первоначального намерения стадии OEM и поучительно. Он проверяет в тесном контакте с эталоном кривая ожиданий сегодня сцене. Исключительное соглашение было достигнуто. Глава кривая полностью исцелилась и эффективности в настоящее время от 2 до 5 пунктов выше, первоначально предполагалось, и текущее состояние дел в современных ценностей.
Сравнение производительности нового этапа в заявленное намерение ОЕМ - доходы выше текущего состояния искусства очевиднаЕще два очень важных в этом исследовании. Во-первых, средства разработки работает хорошо для этого развития. CFD результаты сравниваются с результатами измерений на совершенно слепой основе. Зеленые линии были предсказаны до рабочего колеса была построена, и результаты показали, как они пришли из лаборатории. Различия между двумя небольшие и имеют рационального объяснения.
Отлично соглашение между лабораторией и предсказать эффективность
Второй момент, заключительный том, что OEM спиральным сейчас работает лучше, чем при тестировании с рабочим колесом OEM. Чистого поля течения покидает рабочее колесо и спиральный показывает, уменьшить потери и выше, статический коэффициент усиления давления, особенно при более высоких скоростях потока.
Это исследование показывает, редизайн некоторых ключевых моментах:
Много места доступны для прироста производительности, особенно если внимательно изучает ассортимент насосов используются в настоящее время. Некоторые из них должны будут модернизированы до любого будущего использования.Некоторые прирост производительности над государством в самых современных сегодняшних ожиданий можно сделать, как было показано в этой реальной жизни.Эта статья не концентрироваться на новые вызовы конструкция насоса. Это, конечно, требуют очень гибкая конструкция инструмента с тщательной племенной и проверки.
Благодарности
Автор выражает благодарность членам группы, которые способствовали сильно к этому усилия. Автор привел команду коллег по этой деятельности. Роберт Пелтон служил одним из гидродинамики, а Андрон Мортон привели усилия лабораторных исследований. Их работа была ценной для достижения выводы, представленные в данном исследовании.
Об авторе: Д-р Дэвид Japikse является основателем (1980), владелец и председатель совета NREC понятия. Он получил степень бакалавра в области инженерного дела в Технологическом институте и MS / кандидат. степени в области машиностроения в университете Пердью. Japikse также проводится пост-докторские исследования, стипендии Фулбрайта / NSF сотрудник Technische Hochschule в Аахен, Германия (1968-69). Его область знаний является разработка средств проектирования и разработки для насосов, компрессоров, турбокомпрессоров, газовых турбин и компрессоров. Japikse получил признание за свою работу, в том числе ASME Поттер золотую медаль, SAE 2008 Клифф Гаррет турбомашин и приложения Engineering Award. Совсем недавно он был награжден ASME 2010 Генри Р. Уортингтон медаль. Он также был удостоен членства в Национальной академии наук и Вермонт академии науки и техники. Japikse является автором / редактором 10 книг и написал / представлены на турбомашин проектирования и разработки для более чем 300 публикациях.
