يتوقع كل من المستخدمين والمصنعين مضخة حالة الانقسام المحوري للعمل دائمًا بأفضل نقطة كفاءة (BEP). لسوء الحظ، ولأسباب عديدة، تنحرف معظم المضخات عن أفضل الممارسات البيئية (أو تعمل بحمل جزئي)، لكن الانحراف يختلف. لهذا السبب، من الضروري فهم ظواهر التدفق تحت الحمل الجزئي.

عملية التحميل الجزئي

تشير عملية التحميل الجزئي إلى حالة تشغيل المضخة التي لا تصل إلى الحمل الكامل (عادةً نقطة التصميم أو أفضل نقطة كفاءة).

الظواهر الظاهرة للمضخة تحت الحمل الجزئي

عندما مضخة حالة الانقسام المحوري عندما يتم تشغيله بحمل جزئي، فإنه يحدث عادةً: انحسار التدفق الداخلي، وتقلبات الضغط (أي ما يسمى بقوة الإثارة)، وزيادة القوة الشعاعية، وزيادة الاهتزاز، وزيادة الضوضاء. في الحالات الشديدة، قد يحدث أيضًا تدهور الأداء والتجويف.

قوة مثيرة ومصدر

في ظل ظروف التحميل الجزئي، يحدث فصل التدفق وإعادة التدوير في المكره والناشر أو الحلزوني. ونتيجة لذلك، يتم إنشاء تقلبات الضغط حول المكره، مما يولد ما يسمى بالقوة المثيرة التي تعمل على دوار المضخة. في المضخات عالية السرعة، عادة ما تتجاوز هذه القوى الهيدروليكية غير المستقرة قوى عدم الاتزان الميكانيكية، وبالتالي فهي عادة المصدر الرئيسي لإثارة الاهتزاز.

تؤدي إعادة تدوير التدفق من الناشر أو الحلزوني إلى المكره ومن المكره إلى منفذ الشفط إلى حدوث تفاعل قوي بين هذه المكونات. وهذا له تأثير كبير على استقرار منحنى تدفق الرأس وقوى الإثارة.

يتفاعل أيضًا السائل المعاد تدويره من الناشر أو الحلزوني مع السائل الموجود بين الجدار الجانبي للمكره والغلاف. ولذلك، فإنه له تأثير على الدفع المحوري والسائل المتدفق عبر الفجوة، والذي بدوره له تأثير كبير على الأداء الديناميكي للمضخة الدوارة. لذلك، من أجل فهم اهتزاز دوار المضخة، ينبغي فهم ظاهرة التدفق تحت الحمل الجزئي.

ظاهرة تدفق السوائل تحت الحمل الجزئي

مع زيادة الفرق بين نقطة حالة التشغيل ونقطة التصميم (عادةً أفضل نقطة كفاءة) تدريجيًا (التحول نحو اتجاه التدفق الصغير)، سيتم تشكيل حركة سائلة غير مستقرة على المكره أو شفرات الناشر بسبب تدفق الاقتراب غير المواتي، مما سيؤدي إلى فصل التدفق (de-flow) والاهتزاز الميكانيكي، مصحوبًا بزيادة الضوضاء والتجويف. عند التشغيل بحمل جزئي (أي معدلات تدفق منخفضة)، تظهر ملفات تعريف الشفرات ظواهر تدفق غير مستقرة للغاية - لا يمكن للسائل أن يتبع محيط جانب الشفط للشفرات، مما يؤدي إلى فصل التدفق النسبي. يعد فصل الطبقة الحدودية للسوائل عملية تدفق غير مستقرة وتتداخل بشكل كبير مع انحراف وتحول السائل عند جوانب الشفرة، وهو أمر ضروري للرأس. ويؤدي إلى نبضات ضغط السائل المعالج في مسار تدفق المضخة أو المكونات المتصلة بالمضخة والاهتزازات والضوضاء. بالإضافة إلى فصل الطبقة الحدودية للسوائل، فإن خصائص تشغيل التحميل الجزئي غير المواتية باستمرار حالة الانقسام تتأثر المضخة أيضًا بعدم استقرار إعادة تدوير الجزء الخارجي من الحمل عند مدخل المكره (تدفق العودة للمدخل) وإعادة تدوير الجزء الداخلي عند مخرج المكره (تدفق العودة للمخرج). تحدث إعادة التدوير الخارجي عند مدخل المكره إذا كان هناك فرق كبير بين معدل التدفق (التدفق السفلي) ونقطة التصميم. في ظروف التحميل الجزئي، يكون اتجاه التدفق لإعادة تدوير المدخل معاكسًا لاتجاه التدفق الرئيسي في أنبوب الشفط - ويمكن اكتشافه على مسافة تقابل عدة أقطار لأنبوب الشفط في الاتجاه المعاكس للتدفق الرئيسي. يتم تقييد توسيع التدفق المحوري لإعادة التدوير، على سبيل المثال، من خلال الأقسام والمرفقين والتغييرات في المقطع العرضي للأنبوب. إذا كان الانقسام المحوري مضخة القضية مع ارتفاع الرأس وقوة المحرك العالية عند التحميل الجزئي أو الحد الأدنى أو حتى عند النقطة الميتة، سيتم نقل طاقة الخرج العالية للسائق إلى السائل الذي يتم التعامل معه، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته بسرعة. وهذا بدوره سيؤدي إلى تبخر الوسط الذي تم ضخه، مما سيؤدي إلى إتلاف المضخة (بسبب تشويش الفجوة) أو حتى انفجار المضخة (زيادة ضغط البخار).

الحد الأدنى لمعدل التدفق المستقر المستمر

بالنسبة لنفس المضخة، هل الحد الأدنى لمعدل التدفق المستقر المستمر (أو النسبة المئوية لأفضل معدل تدفق لنقطة الكفاءة) هو نفسه عند تشغيلها بسرعة ثابتة وسرعة متغيرة؟

الجواب هو نعم. نظرًا لأن الحد الأدنى لمعدل التدفق المستقر المستمر لمضخة العلبة المنقسمة المحورية يرتبط بالسرعة المحددة للشفط، بمجرد تحديد حجم هيكل نوع المضخة (مكونات تمرير التدفق)، يتم تحديد سرعة الشفط المحددة لها، والنطاق الذي يمكن أن تكون فيه المضخة يمكن تحديد القدرة على العمل بثبات (كلما زادت سرعة الشفط المحددة، قل نطاق التشغيل المستقر للمضخة)، أي يتم تحديد الحد الأدنى لمعدل التدفق المستقر المستمر للمضخة. ولذلك، بالنسبة للمضخة ذات حجم هيكل معين، سواء كانت تعمل بسرعة ثابتة أو بسرعة متغيرة، فإن الحد الأدنى لمعدل التدفق الثابت المستمر (أو النسبة المئوية لأفضل معدل تدفق لنقطة الكفاءة) هو نفسه.