1. Առանցքային ուժերի առաջացման և հավասարակշռման սկզբունքները

Առանցքային ուժերը բազմաստիճան  ուղղահայաց տուրբինային պոմպեր  հիմնականում կազմված են երկու բաղադրիչներից.

● Կենտրոնախույս ուժի բաղադրիչ.Հեղուկի շառավղային հոսքը կենտրոնախույս ուժի պատճառով ճնշում է դիֆերենցիալ շարժիչի առջևի և հետևի ծածկույթների միջև, ինչը հանգեցնում է առանցքային ուժի (սովորաբար ուղղված դեպի ներծծման մուտքը):

● Ճնշման դիֆերենցիալ ազդեցություն.Յուրաքանչյուր փուլում ճնշման կուտակային տարբերությունն ավելի է մեծացնում առանցքային ուժը:

Հավասարակշռման մեթոդներ.

● Շարժիչի սիմետրիկ դասավորվածություն.Կրկնակի ներծծող շարժիչների օգտագործումը (հեղուկը ներթափանցում է երկու կողմերից) նվազեցնում է միակողմանի ճնշման դիֆերենցիալը, առանցքային ուժն իջեցնելով ընդունելի մակարդակների (10%-30%):

● Հաշվեկշռային անցքի ձևավորում.Շառավղային կամ թեք անցքերն անիվների հետևի կափարիչի վրա վերահղում են բարձր ճնշման հեղուկը դեպի մուտքը` հավասարակշռելով ճնշման տարբերությունները: Անցքի չափը պետք է օպտիմալացվի հեղուկի դինամիկայի հաշվարկների միջոցով՝ արդյունավետության կորուստից խուսափելու համար:

● Հակադարձ սայրի ձևավորում.Հակադարձ շեղբերների ավելացումը (հիմնական շեղբերին հակառակ) վերջին փուլում առաջացնում է հակակենտրոնախույս ուժ՝ առանցքային բեռները փոխհատուցելու համար: Սովորաբար օգտագործվում է բարձր պոմպերում (օրինակ՝ բազմաստիճան ուղղահայաց տուրբինային պոմպեր):

2. Ճառագայթային բեռի առաջացում և հավասարակշռում

Ճառագայթային բեռները առաջանում են պտտման ժամանակ իներցիայի ուժերից, հեղուկի դինամիկ ճնշման անհավասար բաշխումից և ռոտորի զանգվածի մնացորդային անհավասարակշռությունից: Բազմաստիճան պոմպերում կուտակված շառավղային բեռները կարող են առաջացնել առանցքակալների գերտաքացում, թրթռում կամ ռոտորի անհամապատասխանություն:

Հավասարակշռման ռազմավարություններ.

● Շարժիչի սիմետրիայի օպտիմալացում.

o Կենտ-զույգ շեղբերի համընկնումը (օրինակ՝ 5 սայր + 7 սայր) հավասարաչափ բաշխում է ճառագայթային ուժերը:

o Դինամիկ հավասարակշռումն ապահովում է շարժիչի յուրաքանչյուր կենտրոնաձիգը պտտվող առանցքի հետ՝ նվազագույնի հասցնելով մնացորդային անհավասարակշռությունը:

● Կառուցվածքային ամրացում.

o Կոշտ միջանկյալ առանցքակալների պատյանները սահմանափակում են ճառագայթային տեղաշարժը:

o Համակցված առանցքակալները (օրինակ՝ կրկնակի շարվածքով գնդիկավոր առանցքակալներ + գլանաձև գլանաձև առանցքակալներ) առանցքային և շառավղային բեռներն առանձին են ընդունում:

● Հիդրավլիկ փոխհատուցում.

o Ուղեկցող թիակները կամ հետադարձ խցիկները շարժիչի բացվածքներում օպտիմալացնում են հոսքի ուղիները՝ նվազեցնելով տեղային պտույտները և ճառագայթային ուժի տատանումները:

3. Բեռի փոխանցում բազմաստիճան շարժիչներով

Առանցքային ուժերը կուտակվում են փուլային առումով և պետք է կառավարվեն՝ կանխելու սթրեսի կոնցենտրացիաները.

● Փուլային հավասարակշռում.Հավասարակշռության սկավառակի տեղադրումը (օրինակ՝ բազմաստիճան կենտրոնախույս պոմպերում) օգտագործում է առանցքային բացերի ճնշման տարբերությունները՝ առանցքային ուժերը ավտոմատ կերպով կարգավորելու համար:

● Կոշտության օպտիմալացում.Պոմպի լիսեռները պատրաստված են բարձր ամրության համաձուլվածքներից (օրինակ՝ 42CrMo) և վավերացված են վերջավոր տարրերի վերլուծության (FEA) միջոցով՝ շեղման սահմանների համար (սովորաբար ≤ 0.1 մմ/մ):

4. Ինժեներական դեպքի ուսումնասիրություն և հաշվարկի ստուգում

Example:Քիմիական բազմաստիճան տուրբինային պոմպ (6 աստիճան, ընդհանուր գագաթը 300 մ, հոսքի արագությունը 200 մ³/ժ).

● Սռնու ուժի հաշվարկ.

o Նախնական ձևավորում (մեկ ներծծող շարժիչ)՝ F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), որի արդյունքում ստացվում է 1.8×106N։

o Կրկնակի ներծծվող շարժիչի փոխարկվելուց և հավասարակշռության անցքեր ավելացնելուց հետո. առանցքային ուժը կրճատվել է մինչև 5×105N՝ համապատասխանելով API 610 ստանդարտներին (≤1.5× գնահատված հզորության ոլորող մոմենտ):

● Ճառագայթային բեռի մոդելավորում.

o ANSYS Fluent CFD-ն հայտնաբերել է ճնշման տեղական գագաթնակետեր (մինչև 12 կՆ/մ²) չօպտիմիզացված շարժիչներում: Ուղեկցող թիակների ներմուծումը նվազեցրեց գագաթները 40%-ով և կրող ջերմաստիճանի բարձրացումը 15°C-ով:

5. Դիզայնի հիմնական չափանիշները և նկատառումները

● Առանցքային ուժի սահմաններ. Սովորաբար պոմպի լիսեռի առաձգական ուժի ≤ 30%-ը, մղման կրող ջերմաստիճանը ≤ 70°C:

● Շարժիչի մաքրման հսկողություն. պահպանվում է 0.2-0.5 մմ միջակայքում (շատ փոքրը հանգեցնում է շփման, չափազանց մեծը հանգեցնում է արտահոսքի):

● Դինամիկ փորձարկում. Ամբողջ արագության հավասարակշռման թեստերը (G2.5 աստիճան) ապահովում են համակարգի կայունությունը մինչև շահագործման հանձնելը:

Եզրափակում

Ուղղահայաց տուրբինային պոմպերի բազմաստիճան առանցքային և շառավղային բեռների հավասարակշռումը բարդ համակարգերի ինժեներական մարտահրավեր է, որը ներառում է հեղուկների դինամիկան, մեխանիկական դիզայնը և նյութագիտությանը: Շարժիչի երկրաչափության օպտիմալացումը, հավասարակշռող սարքերի ինտեգրումը և ճշգրիտ արտադրական գործընթացները զգալիորեն մեծացնում են պոմպի հուսալիությունը և կյանքի տևողությունը: Արհեստական ​​ինտելեկտի վրա հիմնված թվային սիմուլյացիաների և հավելումների արտադրության հետագա զարգացումները հետագայում հնարավորություն կտան անհատականացված շարժիչի նախագծմանը և դինամիկ բեռի օպտիմալացմանը:

Նշում. Հատուկ ծրագրերի համար հարմարեցված դիզայնը (օրինակ՝ հեղուկի հատկությունները, արագությունը, ջերմաստիճանը) պետք է համապատասխանի միջազգային ստանդարտներին, ինչպիսիք են API-ն և ISO-ն: