1. Aksiale kraggenerering en balanseringsbeginsels

Die aksiale kragte in multistap  vertikale turbine pompe  bestaan ​​hoofsaaklik uit twee komponente:

● Sentrifugale krag komponent:Vloeistof radiale vloei as gevolg van sentrifugale krag skep 'n drukverskil tussen die voor- en agterdeksels van die stuwer, wat lei tot 'n aksiale krag (tipies gerig na die suiginlaat).

● Drukdifferensiële effek:Die kumulatiewe drukverskil oor elke stadium verhoog die aksiale krag verder.

Balanseringsmetodes:

● Simmetriese waaierrangskikking:Die gebruik van dubbelsuigwaaiers (vloeistof kom van beide kante in) verminder eenrigting drukverskil, wat aksiale krag verlaag tot aanvaarbare vlakke (10%-30%).

● Balans gat ontwerp:Radiale of skuins gate in die waaier se agterblad herlei hoëdrukvloeistof terug na die inlaat, wat drukverskille balanseer. Gatgrootte moet geoptimaliseer word deur middel van vloeidinamika-berekeninge om doeltreffendheidverlies te vermy.

● Omgekeerde lemontwerp:Die byvoeging van omgekeerde lemme (teenoor die hooflemme) in die laaste stadium genereer teensentrifugale krag om aksiale ladings te verreken. Word algemeen gebruik in hoë-kop pompe (bv. meerfase vertikale turbinepompe).

2. Radiale lasgenerering en balansering

Radiale ladings ontstaan ​​uit traagheidskragte tydens rotasie, ongelyke vloeistofdinamiese drukverspreiding en oorblywende wanbalans in rotormassa. Opgehoopte radiale vragte in multi-stadium pompe kan laer oorverhitting, vibrasie, of rotor wanbelyning veroorsaak.

Balanseringstrategieë:

● Impeller-simmetrie-optimering:

o Ongelyke lemme wat ooreenstem (bv. 5 lemme + 7 lemme) versprei radiale kragte eweredig.

o Dinamiese balansering verseker dat elke stuwer se sentroïed in lyn is met die rotasie-as, wat die oorblywende wanbalans tot die minimum beperk.

● Strukturele versterking:

o Rigiede tussenlaerhuise beperk radiale verplasing.

o Gekombineerde laers (bv. dubbelry-drukkogellaers + silindriese rollaers) hanteer aksiale en radiale ladings afsonderlik.

● Hidrouliese kompensasie:

o Geleidingsvinne of terugvoerkamers in waaierspelings optimeer vloeipaaie, verminder plaaslike draaikolke en radiale kragskommelings.

3. Ladingtransmissie in Multi-stadium waaiers

Aksiale kragte akkumuleer stadiumsgewys en moet bestuur word om spanningskonsentrasies te voorkom:

● Stadiumgewyse balansering:Die installering van 'n balansskyf (bv. in multi-stadium sentrifugale pompe) gebruik aksiale gaping druk verskille om aksiale kragte outomaties aan te pas.

● Styfheid optimering:Pompasse is gemaak van hoësterkte-legerings (bv. 42CrMo) en word bekragtig deur eindige-element-analise (FEA) vir defleksiegrense (tipies ≤ 0.1 mm/m).

4. Ingenieursgevallestudie en berekeningverifikasie

voorbeeld:'n Chemiese meerfase-vertikale turbinepomp (6 fases, totale hoogte 300 m, vloeitempo 200 m³/h):

● Berekening van aksiale krag:

o Aanvanklike ontwerp (enkelsuigwaaier): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), wat lei tot 1.8×106N.

o Na omskakeling na dubbelsuigwaaier en byvoeging van balansgate: Aksiale krag verminder tot 5×105N, voldoen aan API 610-standaarde (≤1.5× gegradeerde drywingskrag).

● Radiale las simulasie:

o ANSYS Fluent CFD het plaaslike drukpieke (tot 12 kN/m²) in ongeoptimaliseerde waaiers geopenbaar. Die bekendstelling van leisnye het pieke met 40% verminder en laertemperatuur styg met 15°C.

5. Sleutelontwerpkriteria en -oorwegings

● Aksiale kraglimiete: Tipies ≤ 30% van pompas treksterkte, met stootlaertemperatuur ≤ 70°C.

● Impeller-spelingbeheer: Gehandhaaf tussen 0.2-0.5 mm (te klein veroorsaak wrywing; te groot lei tot lekkasie).

● Dinamiese toetsing: Volspoed-balanseringstoetse (G2.5-graad) verseker stelselstabiliteit voor ingebruikneming.

Gevolgtrekking

Balansering van aksiale en radiale ladings in multifase vertikale turbinepompe is 'n komplekse stelselingenieurswese uitdaging wat vloeistofdinamika, meganiese ontwerp en materiaalwetenskap behels. Die optimalisering van waaiergeometrie, die integrasie van balanseringstoestelle en presiese vervaardigingsprosesse verbeter pompbetroubaarheid en lewensduur aansienlik. Toekomstige vooruitgang in KI-gedrewe numeriese simulasies en bykomende vervaardiging sal gepersonaliseerde waaierontwerp en dinamiese lasoptimalisering verder moontlik maak.

Let wel: Pasgemaakte ontwerp vir spesifieke toepassings (bv. vloeistof eienskappe, spoed, temperatuur) moet voldoen aan internasionale standaarde soos API en ISO.