১. অক্ষীয় বল উৎপাদন এবং ভারসাম্য নীতিমালা

বহুস্তরে অক্ষীয় বল  উল্লম্ব টারবাইন পাম্প  মূলত দুটি উপাদান নিয়ে গঠিত:

● কেন্দ্রাতিগ বল উপাদান:কেন্দ্রাতিগ বলের কারণে তরল রেডিয়াল প্রবাহ ইম্পেলারের সামনের এবং পিছনের কভারের মধ্যে একটি চাপের পার্থক্য তৈরি করে, যার ফলে একটি অক্ষীয় বল তৈরি হয় (সাধারণত সাকশন ইনলেটের দিকে নির্দেশিত)।

● চাপের পার্থক্যমূলক প্রভাব:প্রতিটি পর্যায়ে ক্রমবর্ধমান চাপের পার্থক্য অক্ষীয় বলকে আরও বৃদ্ধি করে।

ভারসাম্য পদ্ধতি:

● প্রতিসম ইমপেলার বিন্যাস:ডাবল-সাকশন ইমপেলার (উভয় দিক থেকে তরল প্রবেশ করে) ব্যবহার করলে একমুখী চাপের পার্থক্য কমে যায়, অক্ষীয় বল গ্রহণযোগ্য মাত্রায় (১০%-৩০%) কমে যায়।

● ব্যালেন্স হোল ডিজাইন:ইমপেলারের পিছনের কভারের রেডিয়াল বা তির্যক ছিদ্রগুলি উচ্চ-চাপের তরলকে ইনলেটে ফিরিয়ে আনে, চাপের পার্থক্যের ভারসাম্য বজায় রাখে। দক্ষতা হ্রাস এড়াতে তরল গতিবিদ্যা গণনার মাধ্যমে গর্তের আকার অপ্টিমাইজ করতে হবে।

● বিপরীত ব্লেড ডিজাইন:শেষ পর্যায়ে বিপরীত ব্লেড (প্রধান ব্লেডের বিপরীতে) যোগ করলে অক্ষীয় লোড অফসেট করার জন্য প্রতি-কেন্দ্রিক বল উৎপন্ন হয়। সাধারণত উচ্চ-হেড পাম্পগুলিতে (যেমন, মাল্টিস্টেজ ভার্টিকাল টার্বাইন পাম্প) ব্যবহৃত হয়।

2. রেডিয়াল লোড জেনারেশন এবং ব্যালেন্সিং

ঘূর্ণনের সময় জড়তা বল, অসম তরল গতিশীল চাপ বিতরণ এবং রটার ভরের অবশিষ্ট ভারসাম্যহীনতা থেকে রেডিয়াল লোড উৎপন্ন হয়। মাল্টি-স্টেজ পাম্পগুলিতে জমে থাকা রেডিয়াল লোড বিয়ারিং অতিরিক্ত গরম, কম্পন বা রটারের ভুল সারিবদ্ধকরণের কারণ হতে পারে।

ভারসাম্য রক্ষার কৌশল:

● ইমপেলার সিমেট্রি অপ্টিমাইজেশন:

o জোড়-বিজোড় ব্লেড মিল (যেমন, ৫টি ব্লেড + ৭টি ব্লেড) রেডিয়াল বল সমানভাবে বিতরণ করে।

o গতিশীল ভারসাম্য নিশ্চিত করে যে প্রতিটি ইম্পেলারের সেন্ট্রয়েড ঘূর্ণন অক্ষের সাথে সারিবদ্ধ থাকে, অবশিষ্ট ভারসাম্যহীনতা কমিয়ে আনে।

● কাঠামোগত শক্তিবৃদ্ধি:

o অনমনীয় মধ্যবর্তী বিয়ারিং হাউজিংগুলি রেডিয়াল স্থানচ্যুতি সীমাবদ্ধ করে।

o সম্মিলিত বিয়ারিং (যেমন, ডাবল-রো থ্রাস্ট বল বিয়ারিং + নলাকার রোলার বিয়ারিং) অক্ষীয় এবং রেডিয়াল লোড আলাদাভাবে পরিচালনা করে।

● জলবাহী ক্ষতিপূরণ:

o ইমপেলার ক্লিয়ারেন্সে গাইড ভ্যান বা রিটার্ন চেম্বারগুলি প্রবাহ পথগুলিকে সর্বোত্তম করে তোলে, স্থানীয় ঘূর্ণি এবং রেডিয়াল বলের ওঠানামা হ্রাস করে।

3. মাল্টি-স্টেজ ইমপেলারে লোড ট্রান্সমিশন

অক্ষীয় বল পর্যায়ক্রমে জমা হয় এবং চাপের ঘনত্ব রোধ করার জন্য এটি পরিচালনা করতে হবে:

● পর্যায়ক্রমে ভারসাম্য:একটি ব্যালেন্স ডিস্ক ইনস্টল করার সময় (যেমন, মাল্টি-স্টেজ সেন্ট্রিফিউগাল পাম্পে) অক্ষীয় ফাঁক চাপের পার্থক্য ব্যবহার করে স্বয়ংক্রিয়ভাবে অক্ষীয় বল সামঞ্জস্য করা হয়।

● দৃঢ়তা অপ্টিমাইজেশন:পাম্প শ্যাফ্টগুলি উচ্চ-শক্তির সংকর ধাতু (যেমন, 42CrMo) দিয়ে তৈরি এবং বিচ্যুতি সীমার জন্য (সাধারণত ≤ 0.1 মিমি/মিটার) সসীম উপাদান বিশ্লেষণ (FEA) দ্বারা যাচাই করা হয়।

৪. ইঞ্জিনিয়ারিং কেস স্টাডি এবং গণনা যাচাইকরণ

উদাহরণ:একটি রাসায়নিক বহুস্তরীয় উল্লম্ব টারবাইন পাম্প (৬টি পর্যায়, মোট মাথা ৩০০ মিটার, প্রবাহ হার ২০০ মিটার/ঘন্টা):

● অক্ষীয় বল গণনা:

o প্রাথমিক নকশা (একক-সাকশন ইমপেলার): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), যার ফলে 1.8×106N হয়।

o ডাবল-সাকশন ইমপেলারে রূপান্তরিত করার পরে এবং ব্যালেন্স হোল যোগ করার পরে: অক্ষীয় বল 5×105N এ কমানো হয়েছে, API 610 মান পূরণ করে (≤1.5× রেটেড পাওয়ার টর্ক)।

● রেডিয়াল লোড সিমুলেশন:

o ANSYS Fluent CFD অপ্টিমাইজড ইম্পেলারগুলিতে স্থানীয় চাপের সর্বোচ্চ (১২ kN/m² পর্যন্ত) প্রকাশ করেছে। গাইড ভ্যান প্রবর্তনের ফলে সর্বোচ্চ ৪০% হ্রাস পেয়েছে এবং বিয়ারিং তাপমাত্রা ১৫°C বৃদ্ধি পেয়েছে।

৫. মূল নকশার মানদণ্ড এবং বিবেচনা

● অক্ষীয় বল সীমা: সাধারণত পাম্প শ্যাফ্টের প্রসার্য শক্তির ≤ 30%, থ্রাস্ট বিয়ারিং তাপমাত্রা ≤ 70°C।

● ইম্পেলার ক্লিয়ারেন্স নিয়ন্ত্রণ: 0.2-0.5 মিমি এর মধ্যে বজায় রাখা (খুব কম হলে ঘর্ষণ হয়; খুব বেশি হলে লিকেজ হয়)।

● গতিশীল পরীক্ষা: পূর্ণ-গতির ভারসাম্য পরীক্ষা (G2.5 গ্রেড) কমিশনিংয়ের আগে সিস্টেমের স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে।

উপসংহার

মাল্টিস্টেজ ভার্টিক্যাল টারবাইন পাম্পগুলিতে অক্ষীয় এবং রেডিয়াল লোডের ভারসাম্য বজায় রাখা একটি জটিল সিস্টেম ইঞ্জিনিয়ারিং চ্যালেঞ্জ যার মধ্যে রয়েছে তরল গতিবিদ্যা, যান্ত্রিক নকশা এবং উপাদান বিজ্ঞান। ইমপেলার জ্যামিতি অপ্টিমাইজ করা, ব্যালেন্সিং ডিভাইসগুলিকে একীভূত করা এবং সুনির্দিষ্ট উৎপাদন প্রক্রিয়াগুলি পাম্পের নির্ভরযোগ্যতা এবং আয়ুষ্কাল উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। AI-চালিত সংখ্যাসূচক সিমুলেশন এবং সংযোজন উৎপাদনে ভবিষ্যতের অগ্রগতি ব্যক্তিগতকৃত ইমপেলার ডিজাইন এবং গতিশীল লোড অপ্টিমাইজেশনকে আরও সক্ষম করবে।

দ্রষ্টব্য: নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য কাস্টমাইজড ডিজাইন (যেমন, তরল বৈশিষ্ট্য, গতি, তাপমাত্রা) অবশ্যই API এবং ISO এর মতো আন্তর্জাতিক মান মেনে চলতে হবে।