임펠러를 자른 후 원심 펌프의 캐비테이션 성능이 악화되는 이유는 무엇입니까?

임펠러 절단은 원심 펌프 임펠러의 외경을 기계적으로 감소시켜 유압 성능을 변경하는 것을 말합니다. 임펠러 절단은 펌프 성능을 조정하는 일반적인 방법이며, 일반적으로 펌프 헤드와 흐름을 줄이기 위해 실제 작업 조건을 충족시키는 데 사용됩니다. 그러나이 방법은 새로운 작업 조건을 충족시키기 위해 펌프 헤드와 흐름을 조정할 수 있지만 원래 유압 설계의 일치를 파괴하고 일련의 문제로 이어질 수 있습니다. 가장 일반적이고 쉽게 간과되는 문제 중 하나는 펌프의 캐비테이션 성능이 악화된다는 것입니다.

 

 

1. 블레이드 흡입구의 유속 증가로 인해 압력이 갑자기 감소합니다.

1) 임펠러가 절단 된 후, 임펠러의 출구 직경이 감소하고, 흐름의 재분배 (q=a⋅V)로 인해 임펠러 흡입구의 유속이 증가합니다. Bernoulli 방정식에 따르면, 유속은 정적 압력에 반비례하며, 국소 압력은 액체의 포화 증기 압력보다 더 가까운 수준으로 감소되어 기포 생성 가능성을 상당히 증가시켜 캐비테이션을 유발할 수 있습니다.
2) 주요 공식 : NPSHR은 유입 유속의 제곱에 비례하며 유속의 증가는 NPSHR을 상당히 증가시킬 것입니다.

 

2. 블레이드 흡입 각각의 공격 각도의 변화

1) 임펠러가 절단 된 후, 임펠러의 외경이 줄어들지 만, 입구 직경은 일반적으로 변하지 않은 상태로 유지됩니다 (출구 부분 만 절단). 이것은 임펠러 입구에서 상대적인 유속 방향 (공격 각도)을 변화시켜 흐름 분리 또는 난기류를 증가시켜 국소 압력을 더욱 감소시키고 캐비테이션 성능을 악화시킵니다.

2) 공격 각도가 설계 값에서 벗어나면 흐름 분리는 저압 와류 영역을 형성하여 기포 생성을 촉진합니다.

 

3. 헤드 플로 특성 곡선 편차

임펠러가 절단되면 원심 펌프의 헤드 플로우 곡선이 아래쪽으로 이동하지만 최고의 효율 지점은 작은 흐름 방향으로 이동합니다. 실제 작동 흐름이 동기식으로 조정되지 않으면 펌프가 BEP 작업에서 벗어날 수있어 유입 백 플로우 또는 불안정한 흐름이 발생하여 캐비테이션의 위험이 증가합니다.

 

4. NPSHR의 비례 효과

NPSHR은 임펠러 직경의 제곱에 반비례합니다 (경험적 관계). 임펠러가 절단되면 직경이 감소하고 NPSHR이 증가합니다. 예를 들어, 유사성 법에 따라 임펠러 직경이 D1에서 D2로 절단되면 다음과 같습니다.

 

임펠러 직경의 감소는 NPSHR을 크게 증가시킨다.

 

5. 블레이드 하중 분포의 변화

임펠러를 절단 한 후 블레이드의 작업 섹션이 단축되지만 입구 섹션의 단위 하중 (압력 구배)이 증가 할 수 있습니다. 블레이드의 앞쪽 가장자리에있는 국소 저압 영역이 팽창하고 캐비테이션 개시 지점이 진행됩니다.

 

6. 흐름 채널 안정성의 악화

절단 후 임펠러 출구 폭은 볼 루트 인후 면적 비율로 불균형으로, 2 차 역류 및 와류를 형성합니다. 이러한 불안정한 흐름은 임펠러 입구 영역으로 되돌아 가서 원래 압력 맥동을 중첩하여 화합물 캐비테이션을 형성합니다.

 

7. 실제 영향과 대책

1) 캐비테이션 성능 악화 : NPSHR이 증가하고 펌프의 NPSHA는 캐비테이션을 피하기 위해 더 커야합니다.

2) 해결책 :

- 절단량 제한 : 일반적으로 원심 펌프 임펠러 직경의 절단량은 20%를 초과하지 않으며, 그렇지 않으면 NPSHR을 다시 평가해야합니다.

- 입구 조건을 최적화 : 입구 파이프 직경을 늘리거나 입구 유량을 줄입니다.

- 작동 조건 조정 : 저속 영역에서 작동하지 않고 가능한 한 최고의 효율 지점에 가깝게 작동하지 않습니다.

 

임펠러를 직접 절단하면 속도 분포, 공격 각 및 블레이드 하중을 변경하여 입구 저압 면적과 NPSHR의 증가로 이어집니다. 이 기하학적 변형은 원심 펌프의 성능을 조정할 수 있지만, 캐비테이션 위험을 신중하게 평가하고 임펠러 흡입구를 재 설계하거나 필요한 경우 시스템 NPSHA를 조정해야합니다.