Удельная скорость - Specific speed

Удельная скорость N_s, используется для характеристики турбомашина скорость.^[1] 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 это классифицирует насос рабочие колеса что касается их вида и пропорций. В Имперские единицы она определяется как скорость в число оборотов в минуту при котором работало бы геометрически похожее рабочее колесо, если бы оно было такого размера, чтобы подавать один галлон в минуту на один фут гидравлическая головка. 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 обеспечения безразмерной добродетель. Результирующий рисунок можно было бы более описательно назвать «характеристикой идеального эталонного устройства». Это результирующее безразмерное соотношение можно условно выразить как «скорость» только потому, что производительность эталонного идеального насоса линейно зависит от его скорости, так что отношение [характеристики устройства к производительности эталонного устройства] составляет также увеличенная скорость, с которой эталонное устройство должно будет 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 крыльчатка. Именно «форма» этого рабочего колеса позволяет прогнозировать его характеристики расхода и напора, чтобы проектировщик мог 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 малой удельной скорости развиваются гидравлическая головка в основном через центробежная сила. 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 от 500 до 4000, со смешанным потоком от 2000 до 8000 и насосы с осевым потоком на 7000-20,000. Значения удельной скорости менее 500 связаны с поршневые насосы.

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.

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

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 наилучшего КПД

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 (м³/ с или л / с и метры напора), изменяя значения, указанные выше.

Следующее уравнение дает безразмерную удельную скорость.${\displaystyle N_{s}={\frac {n{\sqrt {Q}}}{(gH)^{3/4}}}}$

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.^[2] Он определяется присущими центробежным и осевым насосам физическими характеристиками и рабочей точкой.^[3] Удельная скорость всасывания насоса определяет рабочий диапазон, в котором насос будет работать стабильно.^[4] 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:^[5]

${\displaystyle N_{ss}={\frac {n{\sqrt {Q}}}{{NPSH}_{R}^{0.75}}}}$

куда:

${\displaystyle N_{ss}=}$чистая удельная скорость всасывания

${\displaystyle n=}$частота вращения насоса в об / мин

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

${\displaystyle {NPSH}_{R}=}$ Чистая положительная высота всасывания (NPSH) требуется 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).^[6] Конкретная частота вращения турбины указывается производителем (вместе с другими номиналами) 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. п_s значения, обычно от 1 до 10, a Колесо Пелтона обычно около 4, Турбины Фрэнсиса попадают в диапазон от 10 до 100, а Турбины каплана не менее 100 или больше, все в британских единицах.^[7]

${\displaystyle n_{s}=n{\sqrt {P}}/H^{5/4}}$ (размерный параметр), ${\displaystyle n}$ = об / мин ^[8]

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

Выражено в Английские единицы, "удельная скорость" определяется как п_s = п √п/час^5/4

• куда п скорость колеса в об / мин
• п сила в Лошадиные силы
• час высота воды в футах

Метрические единицы

Выражено в метрические единицы, «удельная скорость» равна п_s = 0.2626 п √п/час^5/4

• куда п скорость колеса в об / мин
• п сила в киловатты
• час напор воды в метрах

Коэффициент 0,2626 требуется только в том случае, если конкретная скорость должна быть приведена в английские единицы. В странах, использующих метрическую систему, коэффициент не указывается, и, соответственно, указанная конкретная скорость больше.^{[нужна цитата ]}

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

• Насос
• Чистая положительная высота всасывания
• Водяная турбина

Рекомендации

1. Шепард, Деннис Г. (1956). Принципы турбомашин. Макмиллан. ISBN  0 - 471 - 85546 - 4. LCCN  56002849.
2. «Удельная скорость». McNally Institute. Получено 2007-07-13.
3. «NPSH и удельная скорость всасывания - насосы Goulds - корпорация ITT». Корпорация ITT. Получено 2007-07-13.
4. «Статья № 3: Удельная скорость всасывания (NSS)». Насосное оборудование. Получено 2016-06-09.
5. «Удельная скорость всасывания для насосов». Набор инструментов для проектирования. Получено 2007-07-13.
6. http://www.thermopedia.com/content/859/
7. "Технический вывод основ физики импульсных турбин Дж. Калверта". Mysite.du.edu. Получено 2012-07-08.
8. Сэйерс, А. Т. (1990). Гидравлические и сжимаемые турбомашины. Mcgraw Hill Book Co Ltd. ISBN  978-0-07-707219-3.