1. Definicija i ključni utjecaji zazora impelera

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

● Hidraulički gubici: Pretjerani razmaci povećavaju protok curenja, smanjujući volumetrijsku učinkovitost; pretjerano mali razmaci mogu uzrokovati trošenje zbog trenja ili kavitaciju.

● Karakteristike protoka: Veličina raspora izravno utječe na jednolikost protoka na izlazu rotora, čime utječe na visinu i krivulje učinkovitosti.

2. Teorijska osnova za optimizaciju zazora impelera

2.1 Poboljšanje volumetrijske učinkovitosti

Volumetrijska učinkovitost (ηₛ) definirana je kao omjer stvarnog izlaznog protoka i teorijskog protoka:

ηₛ = 1 − QQ curenje

gdje je Qleak protok propuštanja uzrokovan razmakom rotora. Optimiziranje razmaka značajno smanjuje curenje. Na primjer:

● Smanjenje razmaka s 0.3 mm na 0.2 mm smanjuje curenje za 15–20%.

● U višestupanjskim crpkama, kumulativna optimizacija između stupnjeva može poboljšati ukupnu učinkovitost za 5–10%.

2.2 Smanjenje hidrauličkih gubitaka

Optimiziranje razmaka poboljšava ujednačenost protoka na izlazu rotora, smanjujući turbulenciju i time minimalizirajući gubitak tlaka. Na primjer:

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

2.3 Poboljšanje učinka kavitacije

Veliki razmaci pogoršavaju pulsacije tlaka na ulazu, povećavajući rizik od kavitacije. Optimiziranje raspora stabilizira protok i podiže marginu NPSHr (neto pozitivna usisna visina), posebno učinkovito u uvjetima slabog protoka.

3. Eksperimentalna verifikacija i inženjerski slučajevi

3.1 Podaci laboratorijskih ispitivanja

Istraživački institut proveo je usporedna ispitivanja na a višestupanjska vertikalna turbinska pumpa (parametri: 2950 o/min, 100 m³/h, 200 m visina).

3.2 Primjeri industrijske primjene

● Retrofit petrokemijske cirkulacijske pumpe: Rafinerija je smanjila razmak rotora s 0.4 mm na 0.28 mm, postigavši ​​godišnju uštedu energije od 120 kW·h i 8% smanjenje operativnih troškova.

● Optimizacija pumpe za ubrizgavanje na offshore platformi: korištenjem laserske interferometrije za kontrolu razmaka (±0.02 mm), volumetrijska učinkovitost pumpe poboljšana je s 81% na 89%, rješavajući probleme s vibracijama uzrokovane prekomjernim razmacima.

4. Metode optimizacije i koraci implementacije

4.1 Matematički model za optimizaciju praznina

Na temelju zakona sličnosti centrifugalne pumpe i korekcijskih koeficijenata, odnos između razmaka i učinkovitosti je:

η = η₀(1 − k·δD)

gdje je δ vrijednost razmaka, D je promjer impelera, a k je empirijski koeficijent (obično 0.1–0.3).

4.2 Ključne tehnologije implementacije

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

●Mjerenje na licu mjesta: Alati za lasersko poravnanje i ultrazvučni mjerači debljine prate praznine tijekom sastavljanja kako bi se izbjegla odstupanja.

● Dinamička prilagodba: Za visokotemperaturne ili korozivne medije koriste se zamjenjivi brtveni prstenovi s finim podešavanjem na bazi vijaka.

4.3 Razmatranja

● Ravnoteža trenja i trošenja: Premali razmaci povećavaju mehaničko trošenje; tvrdoća materijala (npr. Cr12MoV za impelere, HT250 za kućišta) i radni uvjeti moraju biti uravnoteženi.

● Kompenzacija toplinske ekspanzije: Rezervirani razmaci (0.03–0.05 mm) potrebni su za primjene na visokim temperaturama (npr. pumpe za vruće ulje).

5. Budući trendovi

●Digitalni dizajn: Optimizacijski algoritmi temeljeni na umjetnoj inteligenciji (npr. genetski algoritmi) brzo će odrediti optimalne praznine.

●Aditivna proizvodnja: Metalni 3D ispis omogućuje integrirani dizajn rotora i kućišta, čime se smanjuju pogreške pri sklapanju.

●Pametni nadzor: Senzori od optičkih vlakana upareni s digitalnim blizancima omogućit će praćenje razmaka u stvarnom vremenu i predviđanje degradacije performansi.

Zaključak

Optimizacija zazora rotora jedna je od najizravnijih metoda za poboljšanje učinkovitosti višestupanjske vertikalne turbinske pumpe. Kombinacija precizne proizvodnje, dinamičke prilagodbe i inteligentnog nadzora može postići povećanje učinkovitosti od 5-15%, smanjiti potrošnju energije i smanjiti troškove održavanja. S napretkom u proizvodnji i analitici, optimizacija razmaka će se razviti prema višoj preciznosti i inteligenciji, postajući temeljna tehnologija za naknadnu ugradnju energije crpke.

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