Očekávají jak uživatelé, tak výrobci čerpadlo s axiálním děleným pouzdrem vždy pracovat v bodě nejlepší účinnosti (BEP). Bohužel z mnoha důvodů se většina čerpadel odchyluje od BEP (nebo pracují při částečném zatížení), ale odchylka se liší. Z tohoto důvodu je nutné chápat jevy proudění při částečném zatížení.

Provoz při částečné zátěži

Provoz při částečném zatížení se týká provozního stavu čerpadla, které nedosahuje plného zatížení (obvykle bod návrhu nebo bod nejlepší účinnosti).

Zjevné jevy čerpadla při částečném zatížení

Když čerpadlo s axiálním děleným pouzdrem je provozován při částečném zatížení, obvykle se vyskytuje: vnitřní přetékání, kolísání tlaku (tj. tzv. budící síla), zvýšená radiální síla, zvýšené vibrace a zvýšený hluk. V závažných případech může také dojít ke snížení výkonu a kavitaci.

Vzrušující síla a zdroj

Za podmínek částečného zatížení dochází v oběžném kole a difuzoru nebo spirále k oddělení proudění a recirkulaci. V důsledku toho dochází ke kolísání tlaku kolem oběžného kola, které generuje tzv. budicí sílu působící na rotor čerpadla. U vysokorychlostních čerpadel tyto nestabilní hydraulické síly obvykle daleko převyšují síly mechanické nevyváženosti a jsou proto obvykle hlavním zdrojem buzení vibrací.

Recirkulace proudu z difuzoru nebo spirály zpět do oběžného kola az oběžného kola zpět do sacího otvoru způsobuje silnou interakci mezi těmito součástmi. To má velký vliv na stabilitu křivky proudění hlavy a na budicí síly.

Kapalina recirkulovaná z difuzoru nebo spirály také interaguje s kapalinou mezi boční stěnou oběžného kola a skříní. Má tedy vliv na axiální tah a kapalinu proudící mezerou, což má zase velký vliv na dynamický výkon rotoru čerpadla. Proto, abychom porozuměli vibracím rotoru čerpadla, je třeba porozumět jevu proudění při částečném zatížení.

Jevy proudění tekutin při částečném zatížení

Jak se rozdíl mezi bodem provozního stavu a bodem návrhu (většinou bod nejlepší účinnosti) postupně zvětšuje (posouvá se směrem k malému proudění), bude se na oběžném kole nebo lopatkách difuzoru vytvářet nestabilní pohyb tekutiny v důsledku nepříznivého nájezdového proudění, což povede k oddělení proudění (de-flow) a mechanickým vibracím, doprovázeným zvýšeným hlukem a kavitací. Při provozu při částečném zatížení (tj. nízké průtoky) vykazují profily lopatek velmi nestabilní jevy proudění - kapalina nemůže sledovat obrys sací strany lopatek, což vede k oddělení relativního proudění. Oddělování mezní vrstvy tekutiny je procesem nestabilního proudění a značně narušuje vychylování a otáčení tekutiny na profilech lopatek, což je pro hlavu nezbytné. Vede k tlakovým pulzacím zpracovávané kapaliny v průtokové cestě čerpadla nebo komponentech připojených k čerpadlu, vibracím a hluku. Kromě oddělování mezní vrstvy tekutiny, trvale nepříznivé provozní charakteristiky částečného zatížení rozdělené pouzdro čerpadla jsou také ovlivněny nestabilitou externí částečné zátěže recirkulace na vstupu oběžného kola (vstupní zpětný tok) a vnitřní částečné zátěže recirkulace na výstupu oběžného kola (výstupní zpětný tok). K vnější recirkulaci na vstupu oběžného kola dochází, pokud je velký rozdíl mezi průtokem (podproudem) a návrhovým bodem. V podmínkách částečného zatížení je směr proudění vstupní recirkulace opačný ke směru hlavního proudění v sacím potrubí - lze jej detekovat ve vzdálenosti odpovídající několika průměrům sacího potrubí v opačném směru hlavního toku. Rozšíření axiálního proudění recirkulace je omezeno např. přepážkami, koleny a změnami průřezu potrubí. Pokud axiální rozštěp pouzdrové čerpadlo s vysokou dopravní výškou a vysokým výkonem motoru je provozován při částečném zatížení, minimálním limitu nebo dokonce v mrtvém bodě, vysoký výstupní výkon driveru se přenese na kapalinu, se kterou se manipuluje, což způsobí rychlé zvýšení její teploty. To následně povede k odpařování čerpaného média, což poškodí čerpadlo (vzhledem k zablokování mezery) nebo dokonce způsobí prasknutí čerpadla (zvýšení tlaku par).

Minimální trvalý stabilní průtok

Je u stejného čerpadla jeho minimální stálý stabilní průtok (nebo procento nejlepšího bodového průtoku s nejlepší účinností) stejný, když běží při pevných otáčkách a proměnných otáčkách?

Odpověď je ano. Protože minimální trvalý stabilní průtok čerpadla s axiálním děleným pouzdrem souvisí se specifickou rychlostí sání, jakmile je určena velikost konstrukce typu čerpadla (součásti procházející prouděním), určí se jeho specifická rychlost na sání a rozsah, ve kterém čerpadlo je určeno, zda může pracovat stabilně (čím větší je specifická rychlost sání, tím menší je rozsah stabilního provozu čerpadla), to znamená, že je stanoven minimální trvalý stabilní průtok čerpadla. Proto je u čerpadla s určitou velikostí konstrukce, ať už běží při pevných otáčkách nebo proměnných otáčkách, jeho minimální trvalý stabilní průtok (nebo procento bodového průtoku s nejlepší účinností) stejný.