1. Axial Force Generation at Balancing Principles

Ang axial pwersa ay inmultistage  vertical turbine pump  Pangunahing binubuo ng dalawang sangkap:

● Bahagi ng centrifugal force:Ang likidong radial flow dahil sa centrifugal force ay lumilikha ng pressure differential sa pagitan ng harap at likod na mga takip ng impeller, na nagreresulta sa isang axial force (karaniwang nakadirekta sa suction inlet).

● Pressure differential effect:Ang pinagsama-samang pagkakaiba sa presyon sa bawat yugto ay higit na nagpapataas ng puwersa ng ehe.

Mga Paraan ng Balanse:

● Symmetrical impeller arrangement:Ang paggamit ng mga double-suction impeller (pumapasok ang likido mula sa magkabilang panig) ay binabawasan ang unidirectional pressure differential, na nagpapababa ng axial force sa mga katanggap-tanggap na antas (10%-30%).

● Disenyo ng butas ng balanse:Ang mga radial o oblique na butas sa impeller na takip sa likod ay nagre-redirect ng high-pressure na likido pabalik sa pumapasok, binabalanse ang mga pagkakaiba sa presyon. Ang laki ng butas ay dapat na i-optimize sa pamamagitan ng mga kalkulasyon ng fluid dynamics upang maiwasan ang pagkawala ng kahusayan.

● Reverse blade na disenyo:Ang pagdaragdag ng mga reverse blades (kabaligtaran ng mga pangunahing blades) sa huling yugto ay bumubuo ng counter-centrifugal force upang i-offset ang mga axial load. Karaniwang ginagamit sa mga high-head pump (hal., multistage verticalturbinepumps).

2. Radial Load Generation at Balancing

Ang mga radial load ay nagmumula sa inertia forces sa panahon ng pag-ikot, hindi pantay na likidong dynamic na pamamahagi ng presyon, at natitirang kawalan ng timbang sa rotor mass. Ang mga naipon na radial load sa mga multi-stage na pump ay maaaring magdulot ng bearing overheating, vibration, o rotor misalignment.

Mga Istratehiya sa Pagbalanse:

● Impeller symmetry optimization:

o Odd-even blade matching (hal., 5 blades + 7 blades) ay namamahagi ng radial forces nang pantay-pantay.

o Tinitiyak ng dinamikong pagbabalanse na nakahanay ang centroid ng bawat impeller sa rotational axis, na pinapaliit ang natitirang imbalance.

● Structural reinforcement:

o Ang mga matibay na intermediate bearing housing ay naghihigpit sa radial displacement.

o Pinagsamang mga bearings (hal., double-row thrust ball bearings + cylindrical roller bearings) hiwalay na humahawak ng axial at radial load.

● Hydraulic compensation:

o Ang mga guide vane o return chamber sa mga impeller clearance ay nag-o-optimize ng mga daanan ng daloy, na binabawasan ang mga lokal na vortex at radial force fluctuations.

3. Load Transmission sa Multi-Stage Impeller

Ang mga puwersa ng axial ay nag-iipon ng antas-matalino at dapat na pamahalaan upang maiwasan ang mga konsentrasyon ng stress:

● Stage-wise na pagbabalanse:Ang pag-install ng balance disk (hal., sa mga multi-stage na centrifugal pump) ay gumagamit ng mga pagkakaiba sa presyon ng axial gap upang awtomatikong ayusin ang mga puwersa ng ehe.

● Pag-optimize ng paninigas:Ang mga pump shaft ay gawa sa mga high-strength alloys (hal., 42CrMo) at na-validate sa pamamagitan ng finite element analysis (FEA) para sa mga limitasyon ng deflection (karaniwang ≤ 0.1 mm/m).

4. Pag-aaral ng Kaso ng Engineering at Pag-verify ng Pagkalkula

Halimbawa:Isang kemikal na multistagevertical turbine pump (6 na yugto, kabuuang ulo 300 m, bilis ng daloy 200 m³/h):

● Pagkalkula ng axial force:

o Paunang disenyo (single-suction impeller): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), na nagreresulta sa 1.8×106N.

o Pagkatapos mag-convert sa double-suction impeller at magdagdag ng mga butas ng balanse: Nabawasan ang puwersa ng axial sa 5×105N, na nakakatugon sa mga pamantayan ng API 610 (≤1.5× na na-rate na power torque).

● Radial load simulation:

o Ang ANSYS Fluent CFD ay nagpahayag ng mga lokal na peak ng presyon (hanggang 12 kN/m²) sa mga hindi na-optimize na impeller. Ang pagpapakilala ng mga guide vane ay nabawasan ang mga taluktok ng 40% at ang pagtaas ng temperatura ng bearing ng 15°C.

5. Pangunahing Pamantayan at Pagsasaalang-alang sa Disenyo

● Axial force limits: Karaniwang ≤ 30% ng pump shaft tensile strength, na may thrust bearing temperature ≤ 70°C.

● Kontrol ng clearance ng impeller: Pinapanatili sa pagitan ng 0.2-0.5 mm (masyadong maliit ay nagiging sanhi ng friction; masyadong malaki ay humahantong sa pagtagas).

● Dynamic na pagsubok: Tinitiyak ng mga full-speed balancing test (G2.5 grade) ang katatagan ng system bago i-commissioning.

Konklusyon

Ang pagbabalanse ng axial at radial load sa mga multistage vertical turbine pump ay isang kumplikadong hamon sa engineering ng system na kinasasangkutan ng fluid dynamics, mekanikal na disenyo, at materyal na agham. Ang pag-optimize ng geometry ng impeller, pagsasama ng mga kagamitan sa pagbabalanse, at mga tumpak na proseso ng pagmamanupaktura ay makabuluhang nagpapahusay sa pagiging maaasahan at habang-buhay ng pump. Ang mga pagsulong sa hinaharap sa mga numerical simulation na hinimok ng AI at additive na pagmamanupaktura ay higit na magbibigay-daan sa naka-personalize na disenyo ng impeller at dynamic na pag-optimize ng load.

Tandaan: Ang naka-customize na disenyo para sa mga partikular na application (hal., mga katangian ng likido, bilis, temperatura) ay dapat sumunod sa mga internasyonal na pamantayan gaya ng API at ISO.