1. Indar axialak sortzea eta orekatzeko printzipioak

Indar axialak etapa anitzetan  turbina-ponpa bertikalak  bi osagaiz osatuta daude nagusiki:

● Indar zentrifugoaren osagaia:Indar zentrifugoaren ondorioz fluxu erradial likidoak bulgailuaren aurrealdeko eta atzeko estalkien artean presio-diferentzia bat sortzen du, indar axiala (normalean xurgapen-sarrerarantz zuzenduta) eraginez.

● Presio diferentziala efektua:Etapa bakoitzean dagoen presio-diferentzia metatuak indar axiala areagotzen du.

Orekatze metodoak:

● Buldadorearen antolamendu simetrikoa:Xurgapen bikoitzeko bultzagailuak erabiltzeak (likidoa bi aldeetatik sartzen da) norabide bakarreko presio diferentziala murrizten du, indar axiala maila onargarrietara jaitsiz (%10-%30).

● Oreka-zuloen diseinua:Atzeko estalkiaren zulo erradialak edo zeiharkoak presio handiko likidoa sarrerara birbideratzen dute, presio desberdintasunak orekatuz. Zuloaren tamaina fluido-dinamikako kalkuluen bidez optimizatu behar da eraginkortasun-galera saihesteko.

● Alderantzizko pala diseinua:Azken fasean alderantzizko palak (pala nagusien aurkakoak) gehitzeak indar kontrazentrifugoa sortzen du karga axialak konpentsatzeko. Buru handiko ponpetan erabili ohi da (adibidez, etapa anitzeko turbina-ponpetan).

2. Karga erradialak sortzea eta orekatzea

Karga erradialak errotazioan zehar inertzi-indarren, likidoen presio dinamikoen banaketa irregularretatik eta errotorearen masaren hondar desorekatik sortzen dira. Etapa anitzeko ponpetan metatutako karga erradialak errodamenduen gehiegizko berotzea, bibrazioak edo errotorearen desegokitzea eragin dezake.

Orekatzeko estrategiak:

● Buldadorearen simetriaren optimizazioa:

o Pala bakoiti-bikoitiak (adibidez, 5 pala + 7 pala) indar erradialak uniformeki banatzen ditu.

o Orekatze dinamikoak bultzatzaile bakoitzaren erdigunea errotazio-ardatzarekin lerrokatzen dela ziurtatzen du, hondar desoreka gutxituz.

● Egiturazko errefortzua:

o Tarteko errodamenduen karkasa zurrunek desplazamendu erradiala mugatzen dute.

o Errodamendu konbinatuek (adibidez, ilara biko bola-errodamenduak + errodamendu zilindrikoek) karga axialak eta erradialak bereizten dituzte.

● Konpentsazio hidraulikoa:

o Gida-palek edo itzulerako ganberek bulkagailuen hutsuneetan fluxu-bideak optimizatzen dituzte, tokiko zurrunbiloak eta indar erradialen gorabeherak murriztuz.

3. Karga-transmisioa etapa anitzeko bultzagailuetan

Indar axialak etapaka metatzen dira eta tentsio-kontzentrazioak saihesteko kudeatu behar dira:

● Etapakako oreka:Balantze-disko bat instalatzeak (adibidez, etapa anitzeko ponpa zentrifugoetan) tarte axialaren presio desberdintasunak erabiltzen ditu indar axialak automatikoki doitzeko.

● Zurruntasunaren optimizazioa:Ponpen-ardatzak erresistentzia handiko aleazioez eginak dira (adibidez, 42CrMo) eta elementu finituen analisiaren bidez (FEA) baliozkotzen dira deflexio-mugetarako (normalean ≤ 0.1 mm/m).

4. Ingeniaritza kasuaren azterketa eta kalkuluaren egiaztapena

Adibidea:Etapa anitzeko turbina-ponpa kimiko bat (6 etapa, guztira 300 m-ko altuera, 200 m³/h-ko emaria):

● Indar axialen kalkulua:

o Hasierako diseinua (xurgapen bakarreko bulkada): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), 1.8×106N lortuz.

o Xurgapen bikoitzeko bultzadore bihurtu eta oreka-zuloak gehitu ondoren: Indar axiala 5×105N-ra murriztu da, API 610 arauak betez (≤1.5× potentzia-momentu nominala).

● Karga erradialen simulazioa:

o ANSYS Fluent CFD-k tokiko presio-gailurrak (12 kN/m²-ra arte) agerian utzi zituen optimizatu gabeko bultzatzaileetan. Gida-palek sartzeak gailurrak %40 murriztu zituen eta errodamenduen tenperatura 15°C igo zen.

5. Diseinurako funtsezko irizpideak eta gogoetak

● Indar axialaren mugak: normalean ponparen ardatzaren trakzio-erresistentziaren % 30 ≤ ≤ 70 °C-ko bultzada-erresistentearekin.

● Impulsorearen sakearen kontrola: 0.2-0.5 mm artean mantentzen da (txikiegiak marruskadura eragiten du; handiegiak ihesak eragiten ditu).

● Proba dinamikoak: Abiadura osoko orekatze probek (G2.5 kalifikazioa) sistemaren egonkortasuna bermatzen dute martxan jarri aurretik.

Ondorioa

Karga axialak eta erradialak orekatzea etapa anitzeko turbina-ponpa bertikaletan sistemen ingeniaritzako erronka konplexua da, fluidoen dinamika, diseinu mekanikoa eta materialen zientziak barne hartzen dituena. Impulsorearen geometria optimizatzeak, orekatzeko gailuak integratzeak eta fabrikazio prozesu zehatzek nabarmen hobetzen dute ponparen fidagarritasuna eta iraupena. AI-k bultzatutako zenbakizko simulazioetan eta fabrikazio gehigarrietan etorkizuneko aurrerapenek bultzatzaileen diseinu pertsonalizatua eta karga dinamikoa optimizatuko dituzte.

Oharra: Aplikazio zehatzetarako (adibidez, fluidoen propietateak, abiadura, tenperatura) diseinu pertsonalizatuak API eta ISO bezalako nazioarteko estandarrak bete behar ditu.