1. Definitie en belangrijkste effecten van waaierspleet

De waaieropening verwijst naar de radiale speling tussen de waaier en de pompbehuizing (of geleideschoepenring), die doorgaans varieert van 0.2 mm tot 0.5 mm. Deze opening heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties van  meertraps verticale turbinepompen in twee hoofdaspecten:

● Hydraulische verliezen: Te grote openingen verhogen de lekstroom, waardoor de volumetrische efficiëntie afneemt; te kleine openingen kunnen wrijvingsslijtage of cavitatie veroorzaken.

● Stromingseigenschappen: De spleetgrootte heeft rechtstreeks invloed op de uniformiteit van de stroming bij de uitlaat van de waaier, en beïnvloedt daarmee de opvoerhoogte en de efficiëntiecurves.

2. Theoretische basis voor optimalisatie van de waaieropening

2.1 Verbetering van de volumetrische efficiëntie

Het volumetrisch rendement (ηₛ) wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de werkelijke uitvoerstroom en de theoretische stroom:

ηₛ = 1 − QQ-lek

waarbij Qleak de lekstroom is die wordt veroorzaakt door de waaieropening. Het optimaliseren van de opening vermindert lekkage aanzienlijk. Bijvoorbeeld:

● Door de opening te verkleinen van 0.3 mm naar 0.2 mm, wordt de lekkage met 15–20% verminderd.

● Bij meertrapspompen kan cumulatieve optimalisatie over de verschillende trappen heen de totale efficiëntie met 5–10% verbeteren.

2.2 Vermindering van hydraulische verliezen

Optimalisatie van de opening verbetert de stromingsuniformiteit bij de waaieruitlaat, waardoor turbulentie wordt verminderd en dus het drukverlies wordt geminimaliseerd. Bijvoorbeeld:

● CFD-simulaties tonen aan dat het verkleinen van de opening van 0.4 mm naar 0.25 mm de turbulente kinetische energie met 30% verlaagt, wat overeenkomt met een vermindering van 4–6% in het asvermogenverbruik.

2.3 Cavitatie prestatieverbetering

Grote openingen verergeren drukpulsaties bij de inlaat, waardoor het risico op cavitatie toeneemt. Optimalisatie van de opening stabiliseert de stroming en verhoogt de NPSHr (net positive suck head) marge, wat vooral effectief is bij lage stromingsomstandigheden.

3. Experimentele verificatie- en engineeringcases

3.1 Laboratoriumtestgegevens

Een onderzoeksinstituut heeft vergelijkende tests uitgevoerd op een meertraps verticale turbinepomp (parameters: 2950 tpm, 100 m³/u, 200 m opvoerhoogte).

3.2 Voorbeelden van industriële toepassingen

● Retrofit van petrochemische circulatiepomp: een raffinaderij verkleinde de waaierspleet van 0.4 mm tot 0.28 mm, wat resulteerde in een jaarlijkse energiebesparing van 120 kWh en een verlaging van 8% van de bedrijfskosten.

● Optimalisatie van injectiepompen op offshoreplatforms: door laserinterferometrie te gebruiken om de opening (±0.02 mm) te regelen, verbeterde de volumetrische efficiëntie van een pomp van 81% naar 89%, waardoor trillingsproblemen veroorzaakt door te grote openingen werden opgelost.

4. Optimalisatiemethoden en implementatiestappen

4.1 Wiskundig model voor gap-optimalisatie

Op basis van de gelijkeniswetten en correctiecoëfficiënten van centrifugaalpompen is de relatie tussen spleet en efficiëntie:

η = η₀(1 − k·δD)

waarbij δ de spleetwaarde is, D de waaierdiameter en k een empirische coëfficiënt (meestal 0.1–0.3).

4.2 Belangrijkste implementatietechnologieën

●Precisieproductie: CNC-machines en slijpgereedschappen bereiken een precisie op micrometerniveau (IT7–IT8) voor waaiers en behuizingen.

●In-situ meting: Laseruitlijningsinstrumenten en ultrasone diktemeters controleren de openingen tijdens de montage om afwijkingen te voorkomen.

● Dynamische aanpassing: Bij media met een hoge temperatuur of bij corrosieve media worden vervangbare afdichtringen met een fijnafstelling op basis van bouten gebruikt.

4.3 overwegingen

● Wrijving-slijtagebalans: Te kleine openingen verhogen de mechanische slijtage; de ​​hardheid van het materiaal (bijv. Cr12MoV voor waaiers, HT250 voor behuizingen) en de bedrijfsomstandigheden moeten in evenwicht zijn.

● Compensatie van thermische uitzetting: Voor toepassingen met hoge temperaturen (bijvoorbeeld hete oliepompen) zijn gereserveerde openingen (0.03–0.05 mm) nodig.

5. Toekomstige trends

●Digitaal ontwerp: Optimalisatiealgoritmen op basis van AI (bijvoorbeeld genetische algoritmen) kunnen snel de optimale tussenruimtes bepalen.

●Additieve productie: Met 3D-metaalprinten zijn geïntegreerde waaierbehuizingsontwerpen mogelijk, waardoor montagefouten worden verminderd.

●Slimme bewaking: Glasvezelsensoren in combinatie met digitale tweelingen maken realtime monitoring van hiaten en voorspelling van prestatievermindering mogelijk.

Conclusie

Impeller gap optimization is een van de meest directe methoden om de efficiëntie van verticale turbinepompen met meerdere fasen te verbeteren. Door precisieproductie, dynamische aanpassing en intelligente monitoring te combineren, kunnen efficiëntiewinsten van 5-15% worden behaald, het energieverbruik worden verlaagd en de onderhoudskosten worden verlaagd. Met de vooruitgang in fabricage en analyse zal gap optimization evolueren naar hogere precisie en intelligentie, en een kerntechnologie worden voor pompenergie-retrofit.

Opmerking: Praktische technische oplossingen moeten mediumeigenschappen, operationele omstandigheden en kostenbeperkingen integreren, gevalideerd via een levenscycluskostenanalyse (LCC).