1. Tööratta tühimiku määratlus ja peamised mõjud

Tööratta vahe viitab radiaalsele kliirensile tiiviku ja pumba korpuse (või juhtlaba rõnga) vahel, mis jääb tavaliselt vahemikku 0.2 mm kuni 0.5 mm. See lõhe mõjutab oluliselt jõudlust  mitmeastmelised vertikaalsed turbiinpumbad kahes peamises aspektis:

● Hüdraulilised kaod: liigsed vahed suurendavad lekkevoolu, vähendades mahulist efektiivsust; liiga väikesed vahed võivad põhjustada hõõrdumist või kavitatsiooni.

● Vooluomadused: pilu suurus mõjutab otseselt voolu ühtlust tiiviku väljalaskeava juures, mõjutades seeläbi tõstekõrgust ja tõhususe kõveraid.

2. Tööratta vahe optimeerimise teoreetiline alus

2.1 Mahutõhususe parandamine

Mahutõhusus (ηₛ) on defineeritud kui tegeliku väljundvoolu ja teoreetilise voolu suhe:

ηₛ = 1 − QQleke

kus Qleak on tiiviku vahest põhjustatud lekkevool. Pilu optimeerimine vähendab oluliselt leket. Näiteks:

● Vahe vähendamine 0.3 mm-lt 0.2 mm-le vähendab leket 15–20%.

● Mitmeastmeliste pumpade puhul võib astmetevaheline kumulatiivne optimeerimine parandada koguefektiivsust 5–10%.

2.2 Hüdrauliliste kadude vähendamine

Pilu optimeerimine parandab voolu ühtlust tiiviku väljalaskeava juures, vähendades turbulentsi ja minimeerides seega peakadu. Näiteks:

● CFD simulatsioonid näitavad, et vahe vähendamine 0.4 mm-lt 0.25 mm-le vähendab turbulentset kineetilist energiat 30%, mis vastab 4–6% võlli võimsuse tarbimise vähenemisele.

2.3 Kavitatsiooni jõudluse parandamine

Suured vahed süvendavad rõhu pulsatsioone sisselaskeava juures, suurendades kavitatsiooniriski. Pilu optimeerimine stabiliseerib voolu ja tõstab NPSHr (positiivse neto imemiskõrguse) marginaali, mis on eriti tõhus madala vooluhulga tingimustes.

3. Eksperimentaalne kontrollimine ja insenerijuhtumid

3.1 Laboratoorsete testide andmed

Uurimisinstituut viis läbi võrdlevaid teste a mitmeastmeline vertikaalne turbiinpump (parameetrid: 2950 p/min, 100 m³/h, 200 m kõrgust).

3.2 Tööstusliku rakenduse näited

● Naftakeemia tsirkulatsioonipumba moderniseerimine: rafineerimistehas vähendas tiiviku vahet 0.4 mm-lt 0.28 mm-ni, saavutades aastase energiasäästu 120 kW·h ja 8% väiksemat tegevuskulusid.

● Avamereplatvormi sissepritsepumba optimeerimine: laserinterferomeetria abil vahe (±0.02 mm) juhtimiseks paranes pumba mahuline efektiivsus 81%-lt 89%-le, lahendades liigsetest tühikutest põhjustatud vibratsiooniprobleemid.

4. Optimeerimismeetodid ja rakendamise etapid

4.1 Matemaatiline mudel tühimiku optimeerimiseks

Tsentrifugaalpumba sarnasuse seaduste ja paranduskoefitsientide põhjal on vahe ja efektiivsuse vaheline seos:

η = η₀(1 − k·δD)

kus δ on tühimiku väärtus, D on tiiviku läbimõõt ja k on empiiriline koefitsient (tavaliselt 0.1–0.3).

4.2 Peamised rakendustehnoloogiad

●Täppis tootmine: CNC-pingid ja lihvimistööriistad saavutavad tiivikute ja korpuste jaoks mikromeetrise täpsuse (IT7–IT8).

●Kohapealne mõõtmine: Laseri joondustööriistad ja ultraheli paksusmõõturid jälgivad kokkupaneku ajal lünki, et vältida kõrvalekaldeid.

● Dünaamiline reguleerimine: Kõrge temperatuuriga või söövitava kandja jaoks kasutatakse vahetatavaid poldipõhise peenhäälestusega tihendusrõngaid.

4.3 Kaalutlused

● Hõõrde-kulumise tasakaal: Alamõõdulised vahed suurendavad mehaanilist kulumist; materjali kõvadus (nt Cr12MoV tiivikutel, HT250 korpustel) ja töötingimused peavad olema tasakaalus.

● Soojuspaisumise kompenseerimine: Reserveeritud vahed (0.03–0.05 mm) on vajalikud kõrge temperatuuriga rakenduste jaoks (nt kuuma õlipumbad).

5. Tulevikutrendid

●Digitaalne disain: AI-põhised optimeerimisalgoritmid (nt geneetilised algoritmid) määravad kiiresti optimaalsed lüngad.

●Lisandite tootmine: Metallist 3D-printimine võimaldab integreeritud tiiviku korpuse kujundust, vähendades monteerimisvigu.

●Nutikas jälgimine: Digitaalsete kaksikutega ühendatud fiiberoptilised andurid võimaldavad reaalajas lünkade jälgimist ja jõudluse halvenemise prognoosimist.

Järeldus

Tööratta vahe optimeerimine on üks otsesemaid meetodeid mitmeastmelise vertikaalse turbiinpumba efektiivsuse suurendamiseks. Täppistootmise, dünaamilise reguleerimise ja intelligentse jälgimise kombineerimine võib saavutada 5–15% efektiivsuse kasvu, vähendada energiatarbimist ja hoolduskulusid. Tootmise ja analüütika edusammudega areneb lünkade optimeerimine suurema täpsuse ja intelligentsuse suunas, muutudes pumbaenergia moderniseerimise põhitehnoloogiaks.

Märkus Praktilised insenerilahendused peavad integreerima keskmised omadused, töötingimused ja kulupiirangud, mis on kinnitatud elutsükli kulude (LCC) analüüsi kaudu.