1. Definition og nøglevirkninger af pumpehjulsgab

Løbehjulsgabet refererer til den radiale afstand mellem pumpehjulet og pumpehuset (eller ledeskovlens ring), typisk i området fra 0.2 mm til 0.5 mm. Denne kløft påvirker i høj grad ydeevnen af  flertrins vertikale turbinepumper i to hovedaspekter:

● Hydrauliske tab: For store mellemrum øger lækageflowet, hvilket reducerer den volumetriske effektivitet; for små mellemrum kan forårsage friktionsslid eller kavitation.

● Flowkarakteristika: Spaltestørrelsen påvirker direkte strømningsensartetheden ved pumpehjulets udløb og påvirker derved løftehøjde og effektivitetskurver.

2. Teoretisk grundlag for optimering af impellergab

2.1 Volumetrisk effektivitetsforbedring

Volumetrisk effektivitet (ηₛ) er defineret som forholdet mellem faktisk udgangsflow og teoretisk flow:

ηₛ = 1 − QQlæk

hvor Qleak er lækagestrømmen forårsaget af pumpehjulsgabet. Optimering af mellemrummet reducerer lækage betydeligt. For eksempel:

● Reduktion af mellemrummet fra 0.3 mm til 0.2 mm reducerer lækagen med 15–20 %.

● I flertrinspumper kan kumulativ optimering på tværs af stadier forbedre den samlede effektivitet med 5-10 %.

2.2 Reduktion af hydrauliske tab

Optimering af spalten forbedrer flowens ensartethed ved pumpehjulsudløbet, hvilket reducerer turbulens og minimerer dermed tryktab. For eksempel:

● CFD-simuleringer viser, at reduktion af afstanden fra 0.4 mm til 0.25 mm sænker turbulent kinetisk energi med 30 %, svarende til en reduktion på 4–6 % i akseleffektforbruget.

2.3 Kavitationsforbedring

Store mellemrum forværrer trykpulseringer ved indløbet, hvilket øger kavitationsrisikoen. Optimering af spalten stabiliserer flowet og hæver NPSHr-marginen (netto positivt sugehoved), særligt effektivt under lav-flow-forhold.

3. Eksperimentel verifikation og tekniske sager

3.1 Laboratorietestdata

Et forskningsinstitut udførte sammenlignende test på en flertrins vertikal turbinepumpe (parametre: 2950 rpm, 100 m³/h, 200 m løftehøjde).

3.2 Eksempler på industriel anvendelse

● Eftermontering af petrokemisk cirkulationspumpe: Et raffinaderi reducerede pumpehjulsgabet fra 0.4 mm til 0.28 mm, hvilket opnåede årlige energibesparelser på 120 kW·h og en reduktion på 8 % i driftsomkostningerne.

● Offshore platform injektionspumpeoptimering: Ved at bruge laserinterferometri til at kontrollere mellemrummet (±0.02 mm) blev en pumpes volumetriske effektivitet forbedret fra 81 % til 89 %, hvilket løste vibrationsproblemer forårsaget af for store mellemrum.

4. Optimeringsmetoder og implementeringstrin

4.1 Matematisk model for gap-optimering

Baseret på centrifugalpumpens lighedslove og korrektionskoefficienter er forholdet mellem gap og effektivitet:

η = η₀(1 − k·δD)

hvor δ er spalteværdien, D er pumpehjulets diameter, og k er en empirisk koefficient (typisk 0.1-0.3).

4.2 Nøgleimplementeringsteknologier

●Præcisionsfremstilling: CNC-maskiner og slibeværktøjer opnår præcision på mikrometerniveau (IT7–IT8) for pumpehjul og huse.

●In-situ måling: Laserjusteringsværktøjer og ultralydstykkelsesmålere overvåger huller under samlingen for at undgå afvigelser.

● Dynamisk justering: Til højtemperatur- eller korrosive medier anvendes udskiftelige tætningsringe med boltbaseret finjustering.

4.3 Overvejelser

● Friktions-slidbalance: Underdimensionerede mellemrum øger mekanisk slid; materialehårdhed (f.eks. Cr12MoV til løbehjul, HT250 til foringsrør) og driftsforhold skal afbalanceres.

● Termisk udvidelseskompensation: Reserverede mellemrum (0.03-0.05 mm) er nødvendige til højtemperaturapplikationer (f.eks. varmoliepumper).

5. Fremtidige tendenser

●Digitalt design: AI-baserede optimeringsalgoritmer (f.eks. genetiske algoritmer) vil hurtigt bestemme optimale huller.

●Additiv fremstilling: Metal 3D-print muliggør integrerede impeller-husdesign, hvilket reducerer monteringsfejl.

●Smart overvågning: Fiberoptiske sensorer parret med digitale tvillinger vil muliggøre afstandsovervågning i realtid og forudsigelse af ydeevneforringelse.

Konklusion

Optimering af løbehjulsgabet er en af ​​de mest direkte metoder til at forbedre effektiviteten af ​​flertrins vertikal turbinepumpe. Ved at kombinere præcisionsfremstilling, dynamisk justering og intelligent overvågning kan der opnås effektivitetsgevinster på 5-15 %, reducere energiforbruget og sænke vedligeholdelsesomkostningerne. Med fremskridt inden for fremstilling og analyse vil gap-optimering udvikle sig mod højere præcision og intelligens og blive en kerneteknologi til eftermontering af pumpeenergi.

Bemærk: Praktiske tekniske løsninger skal integrere middelegenskaber, driftsforhold og omkostningsbegrænsninger, valideret gennem livscyklusomkostningsanalyse (LCC).