Удельная скорость - Specific speed

Удельная скорость N _s используется для характеристики скорости турбомашинного оборудования . Обычная коммерческая и промышленная практика использует размерные версии, которые имеют одинаковую полезность. Удельная скорость чаще всего используется в насосных приложениях для определения удельной скорости всасывания [1] - квази -безразмерного числа, которое классифицирует рабочие колеса насоса по их типу и пропорциям. В британских единицах измерения это определяется как скорость в оборотах в минуту, с которой геометрически подобная крыльчатка работала бы, если бы она была такого размера, чтобы подавать один галлон в минуту на один фут гидравлического напора . В метрических единицах измерения расход может быть в л / с или м³ / с, а напор - в м, поэтому необходимо указать используемые единицы измерения.

Производительность определяется как отношение насоса или турбины к эталонному насосу или турбине, которое делит фактический показатель производительности, чтобы получить безразмерный показатель качества . Результирующий показатель можно было бы более описательно назвать «характеристикой идеального эталонного устройства». Это результирующее безразмерное соотношение может быть условно выражено как «скорость» только потому, что производительность эталонного идеального насоса линейно зависит от его скорости, так что отношение [характеристики устройства к производительности эталонного устройства] также увеличивается. скорость, с которой эталонное устройство должно было бы работать, чтобы обеспечить производительность, вместо его эталонной скорости «1 единица».

Удельная скорость - это показатель, используемый для прогнозирования желаемой производительности насоса или турбины. т.е. он предсказывает общую форму крыльчатки насоса . Именно «форма» этого рабочего колеса позволяет прогнозировать характеристики потока и напора, так что проектировщик может затем выбрать насос или турбину, наиболее подходящие для конкретного применения. Как только желаемая удельная скорость известна, можно легко рассчитать основные размеры компонентов агрегата.

Для различных устройств и приложений было создано несколько математических определений удельной скорости (все они на самом деле зависят от идеального устройства).

Удельная скорость насоса

Рабочие колеса с радиальным потоком с низкой удельной скоростью создают гидравлический напор в основном за счет центробежной силы . Насосы с более высокими удельными скоростями развивают напор частично за счет центробежной силы и частично за счет осевой силы. Насос с осевым потоком или пропеллерный насос с определенной скоростью 10 000 или более создает свой напор исключительно за счет осевых сил. Радиальные рабочие колеса обычно имеют конструкцию с низким расходом / высоким напором, тогда как рабочие колеса с осевым потоком относятся к конструкциям с высоким расходом / низким напором. Теоретически нагнетание «чисто» центробежной машины (насоса, турбины, вентилятора и т. Д.) Тангенциально по отношению к вращению рабочего колеса, тогда как нагнетание «чисто» осевой машины будет параллельно оси вращения. Существуют также машины, которые демонстрируют комбинацию обоих свойств и конкретно называются машинами «смешанного потока».

Рабочие колеса центробежных насосов имеют определенные значения скорости в диапазоне от 500 до 10 000 (английские единицы), с радиальными насосами от 500 до 4000, со смешанным потоком от 2000 до 8000 и осевыми насосами с 7000 до 20 000. Значения удельной скорости менее 500 связаны с поршневыми насосами прямого вытеснения .

По мере увеличения удельной скорости отношение выходного диаметра рабочего колеса к входному диаметру или диаметру проушины уменьшается. Это соотношение становится равным 1,0 для рабочего колеса с истинным осевым потоком.

Следующее уравнение дает безразмерную удельную скорость:

${\ displaystyle N_ {s} = {\ frac {n {\ sqrt {Q}}} {(gH) ^ {3/4}}}}$

куда:

{\ displaystyle N_ {s}}

удельная скорость (безразмерная)

{\ displaystyle n}

скорость вращения насоса (об / мин)

{\ displaystyle Q}

расход (л / с) в точке максимальной эффективности

{\ displaystyle H}

общий напор (м) на ступень в точке максимальной эффективности

Обратите внимание, что используемые единицы влияют на конкретное значение скорости в приведенном выше уравнении, и для сравнения следует использовать согласованные единицы. Удельную скорость насоса можно рассчитать в британских галлонах или в метрических единицах (м ³ / с или л / с и метры напора), изменив значения, перечисленные выше.

Чистая удельная скорость всасывания

Удельная чистая скорость всасывания в основном используется, чтобы увидеть, возникнут ли проблемы с кавитацией во время работы насоса на стороне всасывания. Он определяется присущими центробежным и осевым насосам физическими характеристиками и рабочей точкой. Удельная скорость всасывания насоса определяет рабочий диапазон, в котором насос будет работать стабильно. Чем выше удельная скорость всасывания, тем меньше диапазон стабильной работы, вплоть до точки кавитации на уровне 8500 (без агрегата). Диапазон стабильной работы определяется с точки зрения точки наилучшего КПД насоса.

Удельная чистая скорость всасывания определяется как:

${\ displaystyle N_ {ss} = {\ frac {n {\ sqrt {Q}}} {{NPSH} _ {R} ^ {0,75}}}}$

куда:

{\ displaystyle N_ {ss} =}

чистая удельная скорость всасывания

{\ Displaystyle п =}

частота вращения насоса в об / мин

{\ displaystyle Q =}

расход насоса в галлонах США в минуту

{\ displaystyle {NPSH} _ {R} =}

Чистый положительный напор на всасывании (NPSH), необходимый в футах в точке максимальной эффективности насоса

Удельная скорость турбины

Конкретное значение скорости для турбины - это скорость геометрически подобной турбины, которая будет производить единичную мощность (один киловатт) при единичном напоре (один метр). Конкретная частота вращения турбины указывается производителем (вместе с другими номинальными данными) и всегда относится к точке максимальной эффективности. Это позволяет производить точные расчеты производительности турбины для ряда напоров.

Хорошо спроектированные эффективные машины обычно используют следующие значения: импульсные турбины имеют самые низкие значения n _s , обычно в диапазоне от 1 до 10, колесо Пелтона обычно составляет около 4, турбины Фрэнсиса имеют диапазон от 10 до 100, а турбины Каплана - не менее 100 или более, все в имперских единицах.

${\ displaystyle n_ {s} = n {\ sqrt {P}} / H ^ {5/4}}$ (размерный параметр), = об / мин ${\ displaystyle n}$

куда:

{\ displaystyle \ Omega}

= угловая скорость (радиан в секунду)

{\ displaystyle H_ {n}}

= Чистый напор после потери турбины и водного пути (м)

{\ displaystyle Q}

= расход воды (м³ / с)

${\ displaystyle N}$ = Скорость вращения колеса (об / мин)
${\ displaystyle P}$ = Мощность (кВт)
${\ displaystyle H}$ = Напор воды (м)

Английские единицы

В английских единицах измерения "удельная скорость" определяется как n _s = n √ P / h ^5/4.

где n - частота вращения колеса в об / мин.
P - мощность в лошадиных силах
h - напор воды в футах

Метрические единицы

В метрических единицах "удельная скорость" равна n _s = 0,2626 n √ P / h ^5/4.

где n - частота вращения колеса в об / мин.
P - мощность в киловаттах
h - напор воды в метрах

Коэффициент 0,2626 требуется только в том случае, если конкретная скорость должна быть приведена в английские единицы. В странах, которые используют метрическую систему, коэффициент не указывается, и, соответственно, указанные значения скорости больше.

Пример

Учитывая расход и напор для конкретного гидроузла, а также требования к частоте вращения генератора, рассчитайте конкретную скорость. Результат является основным критерием выбора турбины или отправной точкой для аналитического проектирования новой турбины. Как только желаемая удельная скорость известна, можно легко рассчитать основные размеры деталей турбины.

Расчеты турбины:

{\ displaystyle N_ {s} = {\ frac {2.294} {H_ {n} ^ {0.486}}}}

{\ displaystyle D_ {e} = 84,5 (0,79 + 1,602N_ {s}) {\ frac {\ sqrt {H_ {n}}} {60 * \ Omega}}}

{\ displaystyle D_ {e}}

= Диаметр рабочего колеса (м)

Хорошо спроектированные эффективные машины обычно используют следующие значения: импульсные турбины имеют самые низкие значения нс, обычно в диапазоне от 1 до 10, колесо Пелтона обычно составляет около 4, турбины Фрэнсиса находятся в диапазоне от 10 до 100, а турбины Каплана находятся в диапазоне не менее 100 или более, все в имперских единицах.

Смотрите также

использованная литература

^ Шепард, Деннис Г. (1956). Принципы турбомашиностроения . Макмиллан. ISBN 0–471–85546–4. LCCN 56002849 .
^ «Удельная скорость» . McNally Institute . Проверено 13 июля 2007 .
^ «NPSH и удельная скорость всасывания - насосы Goulds - корпорация ITT» . Корпорация ITT . Проверено 13 июля 2007 .
^ «Статья № 3: Удельная скорость всасывания (NSS)» . Насосное оборудование . Проверено 9 июня 2016 .
^ «Удельная скорость всасывания для насосов» . Инженерный инструментарий . Проверено 13 июля 2007 .
^ http://www.thermopedia.com/content/859/
^ "Технический вывод основ физики импульсных турбин, Дж . Калверт" . Mysite.du.edu . Проверено 8 июля 2012 .
Перейти ↑ Sayers, AT (1990). Гидравлические и сжимаемые турбомашины . McGraw Hill Book Co Ltd. ISBN 978-0-07-707219-3.

[Shepard-1] Шепард, Деннис Г. (1956). Принципы турбомашиностроения . Макмиллан. ISBN 0–471–85546–4. LCCN 56002849 .

[McNallyInstitute-2] «Удельная скорость» . McNally Institute . Проверено 13 июля 2007 .

[GouldsPumps-3] «NPSH и удельная скорость всасывания - насосы Goulds - корпорация ITT» . Корпорация ITT . Проверено 13 июля 2007 .

[PumpingMachinery-4] «Статья № 3: Удельная скорость всасывания (NSS)» . Насосное оборудование . Проверено 9 июня 2016 .

[EngineeringToolbox-5] «Удельная скорость всасывания для насосов» . Инженерный инструментарий . Проверено 13 июля 2007 .

[6] ttp://www.thermopedia.com/content/859/

[jcalvert-7] "Технический вывод основ физики импульсных турбин, Дж . Калверт" . Mysite.du.edu . Проверено 8 июля 2012 .

[8] Перейти ↑ Sayers, AT (1990). Гидравлические и сжимаемые турбомашины . McGraw Hill Book Co Ltd. ISBN 978-0-07-707219-3.

Languages

In other projects

Удельная скорость - Specific speed

СОДЕРЖАНИЕ

Удельная скорость насоса

Чистая удельная скорость всасывания

Удельная скорость турбины

Английские единицы

Метрические единицы

Пример

Смотрите также

использованная литература