Увеличение спроса на эффективные насосы

Хотя турбонасосов охватывать весь спектр конкретных скорости, подавляющее большинство работает на низкой удельной скорости и состоят из впускной трубы или канала, рабочее колесо и спиральный выход. Последние достижения дизайна было немного, так как некоторые добывающие компании не имеют одну hydrodynamicist на своих сотрудников.

С другой стороны, промышленные насосы процесса, в том числе питательных насосов, имеют сложную входе рабочего колеса какой-либо конкретной скорости (и, возможно, требуют специальной обработки для решения более высоких скоростях), диффузор и как обратный канал или кроссовер для доставки потока на следующем этапе, в случае многоступенчатой ​​машины. (Промышленные насосы процесс включает ирригационные насосы и глубокий колодец насосы для дома или коммерческих поставок воды).

Прогресс в деле оказания помощи насоса дизайнеров, что обеспечивает превосходную, эффективные конструкции насоса эти сложные конструкции должны быть основаны на основе возможного улучшения дизайна, инструменты, чтобы помочь этой работы и наличие необходимого персонала. Улучшение конструкции насоса является достойной целью, согласно Freedonia Group, Inc Кливленда на основе отраслевого рынка исследовательской компании "Глобальный спрос на насосах обработки прогнозируется увеличение на 4,4 процента годовой ставки до $ 47 млрд. в 2012 году." Для решения этой проблемы, мы будем смотреть на то, что необходимо технически и то, что становится доступным.


Возможности для улучшения
На рисунке 1 хорошо известный сюжет из Степанов (1948, 1957), показывает примерно прорыв потерь в различных насосов. Для достижения превосходной конструкции, мы должны смягчить эти потери. Подобные диаграммы существуют для радиальных компрессоров и турбин, поскольку все они имеют те же основные вопросы участие: трение доминирует при низкой удельной скорости и кинетической энергии эффекты доминируют при высоких удельных скоростях. (Например, элементы 5а и 5б на рисунке 1, на самом деле являются кинетические эффекты энергии и в других классах машин.)

Рисунок 1 показывает, что при низкой удельной скорости, процесс преобладает трение (в частности, диск трения), а в некоторых случаях утечки потери. На прямой штурм, мы будем преуспеть против такой трудной задачей. На высокой удельной скорости, игра меняется: надо быть осторожным, чтобы иметь дело с кинетической энергией эффекты (диск трения может быть крошечной вкладчик), поэтому мы должны относиться ко всем вязкой процессы ухода и достичь отличных диффузии и общего контроля потока поля. Это разные задачи проектирования, и для которого превосходный инструмент существует.

Не забывайте, середина на рисунке 1, так как высокая эффективность находятся там. Эффективность может быть несколько пунктов выше, чем в соседнем высших и низших определенных скоростях. Изменение скорости, необходимые для достижения этого компромисса, по крайней мере во многих случаях, как голова и потоков могут быть заморожены.

Скорость может быть адаптирована легко сегодня и несет в себе небольшую цену для получения эффективности, цена часто компенсируется улучшенной часть операции загрузки и сбережений. Наша традиционная опора на простые синхронные двигатели нуждается в обновлении, и, в некоторых случаях, более тщательно должны быть приняты, чтобы избежать кавитации (см. ниже). Хорошей новостью является то, что более высокие скорости вращения приводит к меньшим диаметром машин, которые позволить себе больше возможностей дизайна. Одна из таких возможностей является возможность включить в надлежащее диффузор для достижения более эффективного сцене, и в то время как в настоящее время они используются во всем мире для обеспечения высокой производительности насосов разработаны, они не являются общими для массового производства насосов.

Теперь, с лучшей расчетной скоростью, некоторое снижение в диаметре и диффузор включен, есть возможность выигрыша в производительности, который достоин реальной оптимизации конструкции. Другие возможности существуют, а также, в том числе использование высокой производительности для кроссоверов многоступенчатые насосы, как показано на рисунке 3. 
Эти кроссоверы было показано, имеют отличные диффузии и малые потери, что может быть перенесена на многие другие приложения.

Средства для повышения производительности
Очевидно, что существуют возможности для достижения повышенной производительности. Современные инструменты для улучшения дизайна включают Computational Fluid Dynamics (CFD) и трехмерных (3-D) конечного элемента стресса и модального анализа (FEA). Интересно, однако, эти инструменты не достигнет многого, если мы, будут заблокированы в мире дизайна прошлого и попытаться настроить низкой скорости конструкции, где диск трения будет доминировать. Неопытный дизайнер может подобрать точку здесь или там с такими инструментами, но лучше дизайнер, вероятно, не оставлять такие сбои в его конструкции, в первую очередь.

При современных приложений считаются с современными двигателями и управления, есть соблазн начать в новой конструкции с некоторыми из доступных современных инструментов. Тем не менее, многое из опыта, что не должно быть потеряно на этой стадии процесса.

Meanline дизайн должен быть на первом месте, так что умный выбор сделал для оптимального треугольника скоростей на входе, как в отношении эффективности и избежания кавитации. Кроме того, треугольники, скорость выхода должны быть тщательно отобраны и согласованы с диффузорами вниз по течению, процесс, который был обработан лучше в компрессор промышленности, чем в насосной промышленности. Таким образом, мы были бы хорошо советуют занимать несколько страниц из компрессора опыт проектирования в данном случае. Никогда не следует упускать возможность, чтобы разобраться в вопросах по meanline уровня, в противном случае, один платит за такие упущения весь путь до конца процесса и никогда не исправляет ущерб.

За последние 50 лет, дизайнеры научились развивать хорошие этапы без CFD, и получше сегодня помогают CFD. Используя традиционные методы формирования лезвие с протоком решателей позволяет ясно осуществления навыки и результаты последних пяти десятилетий.

Оптимизация является ключевым для успеха в конкурентной борьбе сегодня. Опытный практик современного дизайна можно исследовать с напряжением (FEA) и производительность (CFD) основе и имеет несколько альтернативных кодов в каждой области. На данный момент рассматриваются все последствия открытого против замкнутого колеса о деталях утечки, тяги и оптимальной конструкции ножа. Один смотрит на процесс проектирования на минимальный вес и стресс для максимального продления срока службы и низкая стоимость, но сохранить максимальную производительность. Выбор материала входит в том числе даже пластмасс (которые весьма распространены сегодня во многих областях применения насоса). Кроме того, выбор металлов, при необходимости, производится с большей уверенностью.

CFD на основе полного 3D-решения уравнений Навье-Стокса, которые являются полной вязкой уравнений потока регулирующих процессы интерес. ВЭД является полное 3-D решения для твердого тела и силы реакции организма на работу оборудования. На рисунке 4 показана часть вычислительных возможностей.

Только в последнее время, что мы могли даже мечтать о возможных решений этих уравнений, и только за последние несколько лет дали нам быстро, мощные компьютеры для индивидуального пользования с этими системами. Мы должны, поэтому, будьте осторожны, недостатков, которые могут сопровождать это мощный, но новые инструменты.


Заключение
Даже если мы используем миллиардов насосы сегодня, будет значительное увеличение количества насосов используются по всему миру, и мы должны все эффективности, что мы можем получить, чтобы минимизировать потребление энергии. Это будет достигнуто сочетание исторического опыта и новые мощные инструменты, такие как CFD и FEA решателей.