1. Definicija i ključni utjecaji razmaka radnog kola

Razmak radnog kola se odnosi na radijalni zazor između radnog kola i kućišta pumpe (ili prstena vodeće lopatice), obično u rasponu od 0.2 mm do 0.5 mm. Ovaj jaz značajno utiče na performanse  višestepene vertikalne turbinske pumpe u dva glavna aspekta:

● Hidraulički gubici: Prekomerni zazori povećavaju protok curenja, smanjujući volumetrijsku efikasnost; pretjerano mali zazori mogu uzrokovati trošenje trenjem ili kavitaciju.

● Karakteristike protoka: Veličina zazora direktno utiče na ujednačenost protoka na izlazu radnog kola, čime utiče na krivulje glave i efikasnosti.

2. Teorijska osnova za optimizaciju zazora radnog kola

2.1 Poboljšanje zapreminske efikasnosti

Volumetrijska efikasnost (ηₛ) je definirana kao omjer stvarnog izlaznog protoka i teoretskog protoka:

ηₛ = 1 − QQleak

gdje je Qleak protok curenja uzrokovan razmakom radnog kola. Optimizacija zazora značajno smanjuje curenje. na primjer:

● Smanjenje zazora sa 0.3 mm na 0.2 mm smanjuje curenje za 15–20%.

● Kod višestepenih pumpi, kumulativna optimizacija između stupnjeva može poboljšati ukupnu efikasnost za 5–10%.

2.2 Smanjenje hidrauličnih gubitaka

Optimizacija zazora poboljšava ujednačenost protoka na izlazu radnog kola, smanjujući turbulenciju i na taj način minimizirajući gubitak glave. na primjer:

● CFD simulacije pokazuju da smanjenje razmaka sa 0.4 mm na 0.25 mm smanjuje turbulentnu kinetičku energiju za 30%, što odgovara smanjenju potrošnje energije osovine za 4–6%.

2.3 Poboljšanje performansi kavitacije

Veliki zazori pogoršavaju pulsiranje pritiska na ulazu, povećavajući rizik od kavitacije. Optimizacija zazora stabilizuje protok i podiže marginu NPSHr (neto pozitivna usisna glava), posebno efikasno u uslovima niskog protoka.

3. Eksperimentalna verifikacija i inženjerski slučajevi

3.1 Podaci o laboratorijskim ispitivanjima

Istraživački institut je sproveo uporedna ispitivanja na a višestepena vertikalna turbinska pumpa (parametri: 2950 o/min, 100 m³/h, 200 m napona).

3.2 Primjeri industrijske primjene

● Rekonstrukcija petrohemijske cirkulacione pumpe: Rafinerija je smanjila zazor radnog kola sa 0.4 mm na 0.28 mm, postižući godišnju uštedu energije od 120 kW·h i smanjenje operativnih troškova od 8%.

● Optimizacija pumpe za ubrizgavanje platforme na moru: Korišćenjem laserske interferometrije za kontrolu razmaka (±0.02 mm), zapreminska efikasnost pumpe je poboljšana sa 81% na 89%, rešavajući probleme sa vibracijama izazvanim prekomernim prazninama.

4. Metode optimizacije i koraci implementacije

4.1 Matematički model za optimizaciju jaza

Na osnovu zakona sličnosti centrifugalne pumpe i koeficijenata korekcije, odnos između jaza i efikasnosti je:

η = η₀(1 − k·δD)

gdje je δ vrijednost zazora, D je promjer radnog kola, a k je empirijski koeficijent (obično 0.1–0.3).

4.2 Ključne tehnologije implementacije

●Precizna proizvodnja: CNC mašine i alati za brušenje postižu preciznost na nivou mikrometara (IT7–IT8) za impelere i kućišta.

●Mjerenje na licu mjesta: Laserski alati za poravnanje i ultrazvučni mjerači debljine prate praznine tokom montaže kako bi se izbjegla odstupanja.

● Dinamičko podešavanje: Za medije visoke temperature ili korozivne, koriste se zamjenjivi zaptivni prstenovi s finim podešavanjem na bazi vijaka.

4.3 Razmatranja

● Balans trenja i habanja: Manji razmaci povećavaju mehaničko habanje; tvrdoća materijala (npr. Cr12MoV za impelere, HT250 za kućišta) i radni uslovi moraju biti izbalansirani.

● Kompenzacija termičke ekspanzije: Rezervisani razmaci (0.03–0.05 mm) su neophodni za primene na visokim temperaturama (npr. pumpe za vrelo ulje).

5. Budući trendovi

●Digitalni dizajn: Algoritmi za optimizaciju zasnovani na AI (npr. genetski algoritmi) će brzo odrediti optimalne praznine.

●aditivna proizvodnja: Metalna 3D štampa omogućava integrisane dizajne kućišta radnog kola, smanjujući greške pri montaži.

●Pametno praćenje: Optički senzori upareni s digitalnim blizancima omogućit će praćenje jaza u realnom vremenu i predviđanje degradacije performansi.

zaključak

Optimizacija zazora radnog kola je jedna od najdirektnijih metoda za poboljšanje efikasnosti višestepenih vertikalnih turbinskih pumpi. Kombinovanjem precizne proizvodnje, dinamičkog prilagođavanja i inteligentnog nadzora može se postići povećanje efikasnosti od 5–15%, smanjenje potrošnje energije i niži troškovi održavanja. Sa napretkom u proizvodnji i analitici, optimizacija jaza će evoluirati prema većoj preciznosti i inteligenciji, postajući osnovna tehnologija za rekonstrukciju energije pumpe.

Bilješka: Praktična inženjerska rješenja moraju integrirati svojstva medija, radne uvjete i ograničenja troškova, potvrđena analizom troškova životnog ciklusa (LCC).