Čerpadla nízkých specifických otáček s atypickými oběžnými koly

Low Specific Speed Pumps with Atypical Impellers

abstract

en

Low specific speed pumps are usually characterized by relatively low hydraulic efficiency. This fact is usually attributed to so called local eddy, which develops within the blade channel and causes flow blockage. Modified impellers with very thick trailing edges and recirculation channels were designed to improve pump performance. Unsteady CFD simulations and experimental measurements were carried out for original and modified impellers. Contribution will discuss influence of the new design on stability of the characteristic curve, energy dissipation and pressure pulsations within the spiral case. Dissipation function is evaluated in different parts of the spiral case and correlation between the hydraulic loss and filling of the spiral case by liquid is drawn for the particular impeller designs. The impeller with channels (i.e. with thick trailing edges) reaches at low flow rates higher hydraulic efficiency in comparison with conventional impeller with blades. Recirculation channels decrease the value of achievable hydraulic efficiency in whole range but its value at lower flow rates is still higher than for conventional impeller. However, the shift of maximum efficiency values toward higher flow rates occurs. The stability of specific energy characteristic curve is slightly worse for impeller with channels as well as for impeller with recirculation channels. This is manifested near the shut-off point and therefore it is very difficult to prove it by CFD simulation. This situation can be even worse for incorrect configuration of recirculation channels when flatter specific energy characteristic curve is achieved. Presence of swirling flow within recirculation channels also influences pressure pulsations in the spiral case.

Čerpadla o nízké rychloběžnosti jsou obvykle charakterizovány relativně nízkou hydraulickou účinnost. Tato skutečnost je obvykle přičítána tzv. lokálnímu víru, který se vyvíjí v rámci lopatkového kanálu a způsobuje omezení průtoku kanálem. Kanálková oběžná kola s recirkulačními kanálky byla navržena tak, aby byly zlepšeny parametry čerpadla . Nestacionární CFD simulace a experimentální měření byly uskutečněny pro konvenční a kanálková oběžná kola. Příspěvek rozebírá vliv nové konstrukce na stabilitu charakteristických křivek a tlakové pulzace uvnitř spirály. Disipační funkce je vyhodnocena v různých částech spirály a souvztažnost mezi hydraulickými ztrátami a plněním spirály kapaliny je vypracována pro konkrétní provedení oběžného kola. Kanálkové oběžné kolo dosahuje při nízkých průtocích vyšší hydraulickou účinnost ve srovnání s konvenčními oběžnými koly s klasickými tenkými lopatkami. Recirkulační kanálky snížují hodnotu dosažitelné hydraulické účinnosti v celém rozsahu, ale její hodnota při nižších průtocích je stále vyšší než u konvenčních oběžných kol. Nicméně dochází k posunu maximálních hodnot účinnosti při vyšších průtocích. Stabilita křivky měrné energie je mírně horší u kanálkového oběžného kola, stejně jako u kanálkového oběžného kola s recirkulační kanály. To se projevuje v blízkosti závěrného bodu, a proto je velmi obtížné jej ověřit CFD simulací . Tato situace může být ještě horší při nesprávné konfiguraci recirkulačních kanálů, kdy je dosaženo plošší charakteristiky měrné energie. Existence vířivého proudění v recirkulačních kanálech pak také ovlivňuje tlakové pulsace v spirále.

Low specific speed pumps are usually characterized by relatively low hydraulic efficiency. This fact is usually attributed to so called local eddy, which develops within the blade channel and causes flow blockage. Modified impellers with very thick trailing edges and recirculation channels were designed to improve pump performance. Unsteady CFD simulations and experimental measurements were carried out for original and modified impellers. Contribution will discuss influence of the new design on stability of the characteristic curve, energy dissipation and pressure pulsations within the spiral case. Dissipation function is evaluated in different parts of the spiral case and correlation between the hydraulic loss and filling of the spiral case by liquid is drawn for the particular impeller designs. The impeller with channels (i.e. with thick trailing edges) reaches at low flow rates higher hydraulic efficiency in comparison with conventional impeller with blades. Recirculation channels decrease the value of achievable hydraulic efficiency in whole range but its value at lower flow rates is still higher than for conventional impeller. However, the shift of maximum efficiency values toward higher flow rates occurs. The stability of specific energy characteristic curve is slightly worse for impeller with channels as well as for impeller with recirculation channels. This is manifested near the shut-off point and therefore it is very difficult to prove it by CFD simulation. This situation can be even worse for incorrect configuration of recirculation channels when flatter specific energy characteristic curve is achieved. Presence of swirling flow within recirculation channels also influences pressure pulsations in the spiral case.

nízká rychloběžnost, spirální těleso, tlakové pulsace, disipace energie,stabilita křivky měrné energie

low specific speed, spiral case, pressure pulsations, energy dissipation, characteristic curve stability

09.09.2013

EPFL Laboratory for Hydraulic Machines

Lausanne, Swiss

38–38

1