Jaký je hlavní zdroj axiální síly v horizontálním odstředivém čerpadle

Horizontální odstředivá čerpadla jsou nejčastěji používaným transportním zařízením pro tekutiny v průmyslových procesech a jejich provozní spolehlivost přímo ovlivňuje účinnost výroby. V tomto profesionálním poli je axiální tah klíčovým designem a provozním parametrem. Pochopení mechanismu generování axiálních tahů a jak jej vyvážit, je zásadní pro výběr čerpadla, instalaci, odstraňování problémů a prodloužení životnosti ložisek a mechanických těsnění.

1. Základní zdroj axiální síly: Rozdíl tlaku přes oběžné kolo

Základní příčinou axiální síly je nerovnováha tlaku kapaliny na obou stranách oběžného kola. Toto je primární a často největší zdroj axiální síly.

Nejtypičtějším příkladem je jednostupňová jednostupňová jednostupňová oběžná voják. Když funguje odstředivé čerpadlo:

Na straně oběžného oběžného kola (sací strana): Centrální oblast oběžného kola je nízkotlaká zóna s tlakem téměř nebo pod atmosférickým tlakem (v závislosti na NPSH).

Oběžná zadní strana krytu (dozadu): Jak tekutina vytéká z oběžného kola a do volby, některé vysokotlaké kapaliny proniknou nebo protékají zpět mezerami v opotřebovacích kroužcích na zadní část oběžného kola. Kromě toho vysoký tlak na výstupu voluty také vyvíjí tlak na zadní část oběžného kola. Průměrný tlak v zadní části oběžného kola je proto obvykle mnohem vyšší než vpředu.

Tento tlakový rozdíl mezi přední a zadní částí oběžného kola, promítaného na účinnou oblast, vytváří reakční sílu směřující k sacímu portu - axiální sílu. Velikost této síly je přímo spojena s hlavou čerpadla, průměrem oběžného kola a mezerou na nošení kruhu. Vyšší hlava zvyšuje rozdíl tlaku a následně axiální sílu.

2. účinek změny hybnosti v průchodu toku oběžného kola

Druhým důležitým zdrojem axiální síly je reakční síla hybnosti generovaná, když tekutina mění směr a rychlost v rámci vnitřního průchodu oběžného kola.

Když kapalina vstoupí do oběžného kola z sacího portu, tok se změní z axiálního (rovnoběžného s osou čerpadla) na radiální (kolmé k ose čerpadla). Podle Newtonova druhého zákona, když tekutina podstoupí tuto směrovou změnu v oběžném oběžném oběžném místě, nevyhnutelně generuje reakční sílu na oběžné kolo. Složka této reakční síly působící podél hřídele čerpadla tvoří axiální sílu v opačném směru.

Ve většině návrhů oběžného kola s jedním směrem je směr této axiální síly vyvolané hybností opačný k axiální síle způsobené diferenciálem tlaku, ale jeho velikost je obvykle menší než axiální síla způsobená tlakovým rozdílem.

3. vliv těsnění hřídele a vyvážení děr: Lokální distribuce tlaku

Konstrukční a provozní podmínky oblasti těsnění hřídele také ovlivňují rozložení místní axiální síly.

Mechanická oblast těsnění/nádivkového boxu: U těsnění hřídele je síla působící na hřídeli čerpadla kombinovaná síla tlaku kapaliny v těsnicí komoře a atmosférickém tlaku. Pokud je tlak v těsnicí komoře vysoký, tlačí hřídel směrem ven podél hřídele čerpadla.

Vyvažovací otvory: U oběžných kol, které používají vyvažovací otvory k vyvážení axiálních sil, je funkcí vyrovnávacích otvorů účinně snížit tlak za oběžným oběžným kočárkem nasměrováním vysokotlaké kapaliny na zadní straně oběžného kola zpět do sacího portu nebo nízkotlaké oblasti. Konstrukce průměru a počtu vyvažovací díry přímo určuje stupeň, v jakém je eliminován rozdíl tlaku mezi předními a zadními povrchy oběžného kola.

4. Oběžné kolo a vlastní rovnováha axiálních sil

Stojí za zmínku, že v odstředivých čerpacích s dvojitým nastavením jsou oběžné kolo navrženy s bilaterálně symetrickým sání.

Symetrická struktura: Kapalina vstupuje do středu oběžného kola současně a symetricky z obou stran.

Mechanická zrušení: To znamená, že geometrie průtoku obou oběžných kol je zcela symetrická a rozdělení tlaku na obou stranách je také v podstatě symetrické. Během provozu jsou axiální síly generované dvěma oběžné voliči stejné ve směru a opačném směru, teoreticky dosahují automatické rovnováhy axiální síly. Toto je jedna z klíčových strukturálních výhod čerpadel s dvojitou mírou, která jim umožňují zvládnout podmínky vysokého toku.

5. Důležitost vyrovnávání a axiálních sil a protiopatření

V konstrukci odstředivého čerpadla je zásadní eliminace nebo minimalizace zbytkových axiálních sil. Jinak mohou nadměrné axiální síly vést k:

Přetížení ložiska: Nepřetržité axiální síly umístí významné zatížení na ložisko tahu, zrychlení opotřebení a selhání. Toto je jeden z nejčastějších režimů selhání v odstředivých čerpacích.

Mechanické poškození těsnění: Ostré změny axiálních sil mohou způsobit nadměrné komprese nebo separaci mezi rotujícími a stacionárními kroužky mechanického těsnění, což má za následek únik nebo těžké opotřebení.

Proto se kromě sebevyrovnávacího návrhu kol s dvojitým nastavením často používají následující specializované mechanismy v inženýrských návrzích k vyvážení axiálních sil:

Vyvažovací otvory a zadní lopatky: Používá se v jednofákových čerpacích.

Vyvažovací disky/bubny: běžně používaná vysokotlaká vyvažovací zařízení ve vícestupňových čerpadlech.

Přesně ovládání axiálních sil horizontálních odstředivých čerpadel a zajištění stability hřídele čerpadla jsou základními technickými požadavky na zajištění dlouhodobého a spolehlivého provozu zařízení.