Koji je glavni izvor aksijalne sile u vodoravnoj centrifugalnoj pumpi

Vodoravne centrifugalne pumpe su najčešće korištena oprema za transport tekućine u industrijskim procesima, a njihova operativna pouzdanost izravno utječe na učinkovitost proizvodnje. U ovom profesionalnom polju, aksijalni potisak je ključni parametar dizajna i rada. Razumijevanje mehanizma stvaranja aksijalnog potiska i kako uravnotežiti to je ključno za odabir pumpe, ugradnju, rješavanje problema i proširenje vijeka ležajeva i mehaničkih brtvila.

1. Izvor jezgre aksijalne sile: razlika tlaka preko rotora

Temeljni uzrok aksijalne sile je neravnoteža tlaka tekućine na obje strane rotora. To je primarni i često najveći izvor aksijalne sile.

Jednostruki, jednosmjerni rotor je najtipičniji primjer. Kada radi centrifugalna pumpa:

Na prednjoj strani rotora (usisna strana): središnje područje rotora je zona niskog tlaka, s tlakom blizu ili ispod atmosferskog tlaka (ovisno o NPSH).

Stražnja stražnja platna (leđa): Dok tekućina teče iz rotora i u volutu, dio tekućine visokog tlaka provirivat će se kroz praznine u nošenim prstenima do stražnjeg dijela rotora. Nadalje, visoki tlak u izlazu voluta također vrši pritisak na stražnjem dijelu rotora. Stoga je prosječni pritisak na stražnjoj strani rotora obično mnogo veći nego sprijeda.

Ova razlika tlaka između prednjeg i stražnjeg dijela rotora, projicirana na efektivno područje, stvara reakcijsku silu usmjerenu prema usisnom luku - aksijalnoj sili. Jačina ove sile izravno je povezana s glavom pumpe, promjerom rotora i jaznom za nošenje. Viša glava povećava razliku tlaka i, prema tome, aksijalnu silu.

2. Učinak promjene zamaha u prolazu protoka rotora

Drugi važan izvor aksijalne sile je reakcijska sila promjene zamaha koja se stvara kada tekućina mijenja smjer i brzinu unutar unutarnjeg protoka protoka rotora.

Kad tekućina uđe u rotor iz usisnog priključka, protok se mijenja od aksijalne (paralelne s osi crpke) u radijalnu (okomito na osi crpke). Prema Newtonovom drugom zakonu, kada tekućina prolazi ovu promjenu usmjerenja unutar rotora, to neizbježno stvara reakcijsku silu na rotor. Komponenta ove reakcijske sile, koja djeluje duž osovine crpke, predstavlja aksijalnu silu u suprotnom smjeru.

U većini dizajna rotora s jednim prostorom, smjer ove aksijalne sile izazvane momentom suprotan je aksijalnoj sili uzrokovanoj diferencijalom tlaka, ali njegova je veličina obično manja od aksijalne sile uzrokovane diferencijalom tlaka.

3. Utjecaj brtve osovine i rupa za uravnoteženje: lokalna raspodjela tlaka

Dizajn i radni uvjeti površine brtve osovine također utječu na lokalnu raspodjelu aksijalne sile.

Mehanički brtvi/kutija za nadjev: Na brtvi osovine, sila koja djeluje na osovinu crpke je kombinirana sila tekućeg tlaka unutar komore brtve i atmosferskog tlaka. Ako je tlak unutar brtvene komore visok, gura osovinu prema van po osovini crpke.

Rupe za ravnotežu: Za rodnice koji koriste rupe za uravnoteženje za uravnoteženje aksijalnih sila, funkcija rupa za uravnoteženje je učinkovito smanjenje tlaka iza rotora usmjeravanjem tekućine visokog tlaka na stražnjem dijelu rotora natrag u usisni otvor ili područje niskog tlaka. Dizajn promjera rupe za uravnoteženje i broj izravno određuje stupanj do kojeg se eliminira razlika tlaka između prednje i stražnje površine rotora.

4. Dvostrukog prostora za utočište i inherentna ravnoteža aksijalnih sila

Vrijedno je napomenuti da su u centrifugalnim crpkama dvostruke funkcije, ronilaca dizajnirana s bilateralno simetričnim usisavanjem.

Simetrična struktura: tekućina ulazi u središte rotora istovremeno i simetrično s obje strane.

Mehaničko otkazivanje: To znači da je geometrija protočnog puta dvaju rogača potpuno simetrična, a raspodjela tlaka na obje strane također je u osnovi simetrična. Tijekom rada, aksijalne sile koje generiraju dva rogača jednake su po veličini i suprotno u smjeru, teoretski postižući ravnotežu automatske aksijalne sile. Ovo je jedna od ključnih strukturnih prednosti pumpi s dvostrukim prostorima koje im omogućuju da se obrate visokim uvjetima protoka.

5. Važnost balansiranja aksijalne sile i protumjera

U dizajnu centrifugalne pumpe ključno je uklanjanje ili minimiziranje zaostalih aksijalnih sila. Inače, prekomjerne aksijalne sile mogu dovesti do:

Preopterećenje ležaja: Kontinuirane aksijalne sile postavljaju značajna opterećenja na potisni ležaj, ubrzavajuće habanje i kvar. Ovo je jedan od najčešćih načina neuspjeha u centrifugalnim pumpama.

Mehanička oštećenja brtve: Oštre promjene aksijalnih sila mogu uzrokovati prekomjernu kompresiju ili odvajanje između rotirajućih i stacionarnih prstenova mehaničkog brtve, što rezultira curenjem ili jakim trošenjem.

Stoga, pored samo-uravnoteženog dizajna ronilaca s dvostrukim prostorima, sljedeći specijalizirani mehanizmi često se koriste u inženjerskim nacrtima za uravnoteženje aksijalnih sila:

Rupe u ravnoteži i leđa: Koristi se u pumpama za jednokreveni.

Diskovi/bubnjevi uravnoteženi: obično se koriste uređaji za uravnoteženje visokog tlaka u višenacionalnim pumpama.

Precizno kontroliranje aksijalnih sila horizontalnih centrifugalnih crpki i osiguravanje stabilnosti osovine crpke su temeljni tehnički zahtjevi za osiguranje dugoročnog, pouzdanog rada opreme.