Spezifische Drehzahl der Kreiselpumpe
Die spezifische Drehzahl ist ein 1915 für Wasserturbinen entwickeltes Konzept, das später auf Kreiselpumpen angewendet wurde (Stepanoff, 1948). Die spezifische Geschwindigkeit ist eine Möglichkeit, die Leistung dieser hydraulischen Maschinen zu „normalisieren“.
Die häufig verwendete Gleichung für die spezifische Geschwindigkeit lautet wie folgt:
Als ich zum ersten Mal mit spezifischer Geschwindigkeit vertraut gemacht wurde, muss ich zugeben, dass ich unbeeindruckt war. Mir schien, dass das Konzept für Pumpendesigner nützlich sein könnte, aber ich konnte keinen Wert für den Endverbraucher erkennen. Später erfuhr ich, dass das Konzept für den Designer unerlässlich ist und – weil es die Form des Kopfes, die Leistungs- und Effizienzkurven und die maximal erreichbare Effizienz anzeigt – auch für den Endverbraucher von Wert ist.
Eine der Definitionen der spezifischen Geschwindigkeit ist, dass es die Geschwindigkeit ist, mit der eine modellierte Pumpe laufen würde, um eine Förderhöhe von einem Fuß zu erzeugen, wenn eine Gallone pro Minute gepumpt wird, aber ich finde diese Definition umständlich.
Ich stelle es mir lieber als Indexzahl vor. In Europa wird die spezifische Geschwindigkeit manchmal als „Formzahl“ bezeichnet, und ich bevorzuge diesen Namen. Sie gibt die Formen der Leistungskurven an und bestimmt auch maßgeblich die Profilform des Laufrades.
Ein Laufrad mit niedriger spezifischer Drehzahl hat ein dünnes Profil (die Deckbänder liegen eng beieinander) und einen großen Außendurchmesser (OD) im Verhältnis zum Augendurchmesser. Ein Laufrad mit hoher spezifischer Drehzahl hat ein fettes Profil (die Deckbänder sind weit auseinander) und hat einen Augendurchmesser, der näher am Außendurchmesser des Laufrads liegt.
Abbildung 1 hilft bei der Veranschaulichung des Konzepts. Das Diagramm wurde vor Jahren von der Worthington Group entwickelt und wird von der Industrie ausgiebig verwendet. Beachten Sie, dass die Werte der spezifischen Geschwindigkeit in US-Einheiten am unteren Rand des Diagramms tabellarisch aufgeführt sind. Die kleinen Zeichnungen unter der Grafik zeigen die Profile der Laufräder, die den spezifischen Drehzahlzahlen entsprechen.
Abbildung 1
Die kleinen Leistungskurven am oberen Rand des Diagramms veranschaulichen die typischen Formen der Leistungskurven, die den Werten der spezifischen Geschwindigkeit entsprechen. Beachten Sie, dass Pumpen mit niedriger spezifischer Drehzahl eine flache Förderhöhenkurve haben, manchmal mit einem leichten Absinken beim Abschalten (Nullleistung). Eine solche Abweichung macht die Pumpe nicht instabil. Die Leistungskurve ist steil. Sie steigt vom Abschalten bis zum Best Efficiency Point (BEP) deutlich an.
Im mittleren Bereich der NS-Werte steigt die Förderhöhe kontinuierlich bis zur Abschaltung an, und die Leistungskurve ändert sich von der Abschaltung bis zum BEP kaum. Wenn NS etwa 5.000 überschreitet, kehrt sich die Steigung der Leistungskurve um, wobei der Maximalwert beim Abschalten liegt, und die Druckkurve ist sehr steil, wobei der Abschaltwert das Dreifache des BEP-Werts beträgt. (Starten Sie einen dieser Typen nicht mit geschlossenem Auslassventil.)
Ableitung
Für diejenigen, die eine Ableitung von NS sehen möchten, wird Folgendes angeboten. Ich verwende das sogenannte „Modellgesetz“ oder „Modellgesetz“ oder „Factoringgesetz“. Dieses „Gesetz“ wird verwendet, wenn ein Konstrukteur eine Pumpe auf eine Pumpe mit einer anderen Größe „modellieren“ möchte.
Das Ergebnis ist die spezifische Geschwindigkeit. Wenn eine Pumpe von einer anderen modelliert wird, haben beide Pumpen die gleiche spezifische Drehzahl.
Einheitslos machen
Es wird allgemein gesagt, dass die spezifische Geschwindigkeit keine Einheit hat, aber normalerweise ist sie es nicht. In den USA ist es mit den oben genannten Einheiten nicht einheitenlos. Es kann jedoch einheitenlos gemacht werden, indem die Geschwindigkeit in Radiant/Sekunde, die Kapazität in Kubikfuß/Sekunde umgerechnet und die Förderhöhe mit der Gravitationskonstante „g“ multipliziert wird.
Die NS-Werte im Worthington-Diagramm reichen von 500 bis 15.000. Was wären die Werte, wenn wir in einheitenlose Zahlen umwandeln würden? Wir müssen N durch 9,55 teilen, um es in Radiant/Sekunde umzurechnen. Q muss durch 449 geteilt werden, um in ft3/Sekunde umzurechnen, und H muss mit 32,2 multipliziert werden.
Gibt es eine Bedeutung für die maximalen Wirkungsgrade, die auftreten, wenn die einheitslose NS 1,0 ist? Ich weiß es nicht, aber es scheint sicher ein glücklicher Zufall zu sein.
Verweise
Stepanoff, AJ, Zentrifugal- und Axialpumpen, John Wiley & Sons, New York, 1948.
Stepanoff, AJ, Pumpen und Gebläse – Zweiphasenströmung, John Wiley & Sons, New York, 1965.
Anmerkungen
Eine Reaktionsturbine ist im Grunde nur eine rückwärts laufende Kreiselpumpe, durch die die Flüssigkeit rückwärts gedrückt wird.
Wenn es sich um ein doppelt saugendes Laufrad handelt, teilen Sie nicht durch 2. Bei der saugspezifischen Drehzahl teilen wir die Kapazität durch 2, aber nicht bei der (ausstoß-)spezifischen Drehzahl