1. Вызначэнне і асноўныя наступствы зазору крыльчаткі

Зазор крыльчаткі адносіцца да радыяльнага зазору паміж крыльчаткай і корпусам помпы (або кольцам накіроўвалай лопасці), які звычайна складае ад 0.2 мм да 0.5 мм. Гэты разрыў істотна ўплывае на прадукцыйнасць  шматступенныя вертыкальныя турбінныя помпы у двух асноўных аспектах:

● Гідраўлічныя страты: Празмерныя зазоры павялічваюць паток уцечкі, зніжаючы аб'ёмны ККД; празмерна малыя зазоры могуць выклікаць знос трэннем або кавітацыю.

● Характарыстыкі патоку: Памер зазору непасрэдна ўплывае на аднастайнасць патоку на выхадзе з крыльчаткі, тым самым уплываючы на ​​крывыя напору і эфектыўнасці.

2. Тэарэтычныя асновы для аптымізацыі зазору крыльчаткі

2.1 Павышэнне аб'ёмнай эфектыўнасці

Аб'ёмны ККД (ηₛ) вызначаецца як стаўленне фактычнага выходнага патоку да тэарэтычнага:

ηₛ = 1 − QQуцечка

дзе Qleak - гэта паток уцечкі, выкліканы зазорам крыльчаткі. Аптымізацыя зазору значна памяншае ўцечку. Напрыклад:

● Памяншэнне зазору з 0.3 мм да 0.2 мм памяншае ўцечку на 15–20%.

● У шматступеністых помпах сукупная аптымізацыя паміж прыступкамі можа палепшыць агульны ККД на 5–10%.

2.2 Зніжэнне гідраўлічных страт

Аптымізацыя зазору паляпшае аднастайнасць патоку на выхадзе з крыльчаткі, памяншаючы турбулентнасць і, такім чынам, мінімізуючы страты напору. Напрыклад:

● Мадэляванне CFD паказвае, што памяншэнне зазору з 0.4 мм да 0.25 мм зніжае турбулентную кінэтычную энергію на 30%, што адпавядае зніжэнню спажывання энергіі на вале на 4–6%.

2.3 Павышэнне прадукцыйнасці кавітацыі

Вялікія зазоры ўзмацняюць пульсацыі ціску на ўваходзе, павялічваючы рызыку кавітацыі. Аптымізацыя зазору стабілізуе паток і павялічвае запас NPSHr (чыстая станоўчая вышыня ўсмоктвання), што асабліва эфектыўна ва ўмовах нізкага патоку.

3. Эксперыментальная праверка і інжынерныя выпадкі

3.1 Дадзеныя лабараторных даследаванняў

Даследчы інстытут правёў параўнальныя выпрабаванні на а шматступенны вертыкальны турбінны помпа (параметры: 2950 абаротаў у хвіліну, 100 м³/ч, напор 200 м).

3.2 Прыклады прамысловага прымянення

● Мадэрнізацыя нафтахімічнага цыркуляцыйнага помпы: нафтаперапрацоўчы завод скараціў зазор крыльчаткі з 0.4 мм да 0.28 мм, дасягнуўшы штогадовай эканоміі энергіі ў 120 кВт·г і зніжэння эксплуатацыйных выдаткаў на 8%.

● Аптымізацыя ін'екцыйнага помпы марской платформы: з дапамогай лазернай інтэрфераметрыі для кантролю зазору (±0.02 мм) аб'ёмны ККД помпы палепшыўся з 81% да 89%, вырашаючы праблемы з вібрацыяй, выкліканыя празмернымі зазорамі.

4. Метады аптымізацыі і этапы рэалізацыі

4.1. Матэматычная мадэль для аптымізацыі разрываў

На падставе законаў падабенства цэнтрабежных помпаў і папраўчых каэфіцыентаў залежнасць паміж зазорам і ККД:

η = η₀(1 − k·δD)

дзе δ - значэнне зазору, D - дыяметр працоўнага кола, а k - эмпірычны каэфіцыент (звычайна 0.1-0.3).

4.2. Ключавыя тэхналогіі ўкаранення

●Дакладная вытворчасць: Станкі з ЧПУ і шліфавальныя інструменты дасягаюць мікраметровай дакладнасці (IT7–IT8) для працоўных колаў і корпусаў.

●Вымярэнне на месцы: Інструменты лазернага выраўноўвання і ультрагукавыя толщиномеры кантралююць зазоры падчас зборкі, каб пазбегнуць адхіленняў.

● Дынамічная налада: Для высокатэмпературных або агрэсіўных асяроддзяў выкарыстоўваюцца зменныя ўшчыльняльныя кольцы з тонкай наладай на нітах.

4.3 Меркаванні

● Баланс трэння і зносу: Заніжаныя зазоры павялічваюць механічны знос; цвёрдасць матэрыялу (напрыклад, Cr12MoV для крыльчатак, HT250 для корпусаў) і ўмовы эксплуатацыі павінны быць збалансаваны.

● Кампенсацыя цеплавога пашырэння: Зарэзерваваныя зазоры (0.03–0.05 мм) неабходныя для прымянення пры высокіх тэмпературах (напрыклад, помпаў з гарачым алеем).

5. Будучыя тэндэнцыі

●Лічбавы дызайн: Алгарытмы аптымізацыі на аснове штучнага інтэлекту (напрыклад, генетычныя алгарытмы) будуць хутка вызначаць аптымальныя прабелы.

●Адытыўная вытворчасць: 3D-друк на метале дазваляе ствараць інтэграваныя канструкцыі крыльчаткі і корпуса, памяншаючы памылкі зборкі.

●Разумны маніторынг: Валаконна-аптычныя датчыкі ў спалучэнні з лічбавымі двайнікамі дазволяць у рэжыме рэальнага часу кантраляваць разрыў і прагназаваць пагаршэнне прадукцыйнасці.

Conclusion

Аптымізацыя зазору крыльчаткі - адзін з самых прамых метадаў павышэння эфектыўнасці шматступеннага вертыкальнага турбіннага помпы. Спалучэнне дакладнай вытворчасці, дынамічнай рэгулявання і інтэлектуальнага маніторынгу дазваляе дасягнуць павышэння эфектыўнасці на 5–15%, знізіць спажыванне энергіі і знізіць выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне. Дзякуючы прагрэсу ў вырабе і аналітыцы, аптымізацыя зазораў будзе развівацца ў бок больш высокай дакладнасці і інтэлекту, становячыся асноўнай тэхналогіяй для мадэрнізацыі энергетычных помпаў.

нататка: Практычныя інжынерныя рашэнні павінны аб'ядноўваць уласцівасці асяроддзя, умовы эксплуатацыі і абмежаванні па выдатках, пацверджаныя аналізам кошту жыццёвага цыкла (LCC).