Определенная скорость

Определенная скорость Ns, используется для характеристики скорости турбомашин. Обычная коммерческая и промышленная практика использует размерные версии, которые имеют одинаковую полезность. Удельная скорость чаще всего используется в насосах для определения удельной скорости всасывания [1] - квази безразмерное число, которое классифицирует насос рабочие колеса. относительно их вида и пропорций. В имперских единицах она определяется как скорость в оборотах в минуту, с которой геометрически подобная крыльчатка работала бы, если бы она была такого размера, что обеспечивала бы подачу одного галлона в минуту на один фут. гидравлической головки. 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 фактическое значение производительности для получения безразмерного показателя качества. Полученную цифру можно было бы более наглядно назвать «характеристикой идеального эталонного устройства». Это результирующее безразмерное отношение 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. то есть предсказывает общую форму насоса крыльчатки. Именно «форма» этого рабочего колеса позволяет прогнозировать его 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 конкретной скорости (все они фактически зависят от идеального устройства).

• 1 Удельная скорость насоса
• 2 Удельная скорость всасывания нетто
• 3 Удельная скорость турбины
  • 3.1 Английские единицы
  • 3.2 Метрические единицы
  • 3.3 Пример
• 4 См. Также
• 5 Ссылки

Рабочие колеса с радиальным потоком с низкой удельной скоростью развивают гидравлический напор главным образом 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 осевые рабочие колеса представляют собой конструкции 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».

Центробежный насос рабочие колеса имеют определенные значения скорости в диапазоне от 500 до 10 000 (английские единицы), с радиальными насосами с 500 по 4000, со смешанным потоком с 2000 по 8000 и осевыми насосами с 7000 -20,000. Значения удельной скорости менее 500 связаны с объемными насосами.

. По мере увеличения удельной скорости отношение диаметра на выходе рабочего колеса к диаметру впускного отверстия или проушины уменьшается. Это отношение становится равным 1,0 для рабочего колеса с истинным осевым потоком.

$N\; s\; =\; n\; Q\; (г\; H)\; 3/4\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{s\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{n\; \{\backslash \; sqrt\; \{Q\}\}\}\; \{(gH)\; ^\; \{3/4\}\}\}\}$

где:

$N\; s\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{s\}\}$- удельная скорость (безразмерная);

$n\; \{\backslash \; displaystyle\; n\}$- скорость вращения насоса (об / мин)

$Q\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\}$- расход (л / с) в точке максимальной эффективности

$H\; \{\backslash \; displaystyle\; H\}$- 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 / с или л / с и метры напора), изменив указанные выше значения.

Следующее уравнение дает безразмерную удельную скорость. $N\; s\; =\; N\; Q\; (г\; ЧАС)\; 3/4\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{s\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{n\; \{\backslash \; sqrt\; \{Q\}\}\}\; \{(gH)\; ^\; \{3/4\}\}\}\}$

Чистая удельная скорость всасывания в основном используется для определения проблем 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 нетто, 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.

Чистая удельная скорость всасывания определяется как:

$N\; ss\; =\; n\; QNPSHR\; 0,75\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{ss\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{n\; \{\backslash \; sqrt\; \{Q\}\}\}\; \{\{NPSH\}\; \_\; \{R\}\; ^\; \{0.75\}\}\}\}$

где:

$N\; ss\; =\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{ss\}\; =\}$удельная скорость чистого всасывания

$n\; =\; \{\backslash \; displaystyle\; n\; =\; \}$скорость вращения насоса в об / мин

$Q\; =\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\; =\}$расход насоса в галлонах США в минуту

$NPSHR\; =\; \{\backslash \; displaystyle\; \{NPSH\}\; \_\; \{R\}\; =\}$Чистый положительный напор на всасывании (NPSH), необходимый в футах в точке максимальной эффективности насоса

Конкретное значение скорости для турбины - это скорость геометрически подобная турбина, которая давала бы единицу мощности (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 около 4, турбин Фрэнсиса попадают в диапазон от 10 до 100, в то время как турбины Каплана имеют значение не менее 100 или более, все в имперских единицах.

.

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

где:

$\Omega \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Omega\}$= угловая скорость (радиан в секунду)

$H\; n\; \{\backslash \; displaystyle\; H\_\; \{n\}\; \}$= Чистый напор после потери турбины и водного пути (м)

$Q\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\}$= расход воды (м³ / с)

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

английские единицы

Выраженная в английских единицах, «удельная скорость» определяется как n s = n √P / h

• где n - это скорость вращения колеса в об / мин
• P - мощность в лошадиных силах
• h - напор воды в футах

Метрические единицы

Выражается в метрических единицах, «удельная скорость» равна n с = 0,2626 n √P / h

• , где n - скорость 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 изменена на английские единицы. В странах, которые используют метрическую систему, коэффициент опускается, и указанные конкретные скорости соответственно больше.

Пример

Учитывая расход и напор для конкретного гидроузла, а также требования к оборотам в минуту генератора, рассчитайте удельную 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:

$N\; s\; =\; 2,294\; H\; n\; 0,486\; \{\backslash \; displaystyle\; N\_\; \{s\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{2.294\}\; \{H\_\; \{n\}\; ^\; \{0,486\}\}\}\}$

$D\; e\; Знак\; равно\; 84,5\; (0,79\; +\; 1,602\; N\; s)\; H\; N\; 60\; *\; \Omega \; \{\backslash \; displaystyle\; D\_\; \{e\}\; =\; 84,5\; (0,79\; +\; 1,602N\_\; \{s\})\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; sqrt\; \{H\_\; \{n\}\}\}\; \{60\; *\; \backslash \; Omega\; \}\}\}$

$D\; e\; \{\backslash \; displaystyle\; D\_\; \{e\}\}$= 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 - не менее 100 или более, все в британских единицах измерения.

• Насос
• Чистый положительный напор на всасывании
• Водяная турбина

1. ^Шепард, Деннис Г. (1956). Принципы турбомашин. Макмиллан. ISBN 0 - 471 - 85546 - 4. LCCN 56002849.
2. ^«Удельная скорость». McNally Institute. Проверено 13 июля 2007 г.
3. ^«NPSH и удельная скорость всасывания - насосы Goulds - ITT Corporation». Корпорация ITT. Проверено 13 июля 2007 г.
4. ^«Статья № 3: Удельная скорость всасывания (NSS)». Насосное оборудование. Проверено 9 июня 2016 г.
5. ^«Удельная скорость всасывания для насосов». Инженерный инструментарий. Проверено 13 июля 2007 г.
6. ^http://www.thermopedia.com/content/859/
7. ^«Технический вывод основ физики импульсных турбин Дж. Калверта». Mysite.du.edu. Проверено 8 июля 2012 г.
8. ^Sayers, A. T. (1990). Гидравлические и сжимаемые турбомашины. Mcgraw Hill Book Co Ltd. ISBN 978-0-07-707219-3.