1. Definición e impactos clave do impulsor Gap

A fenda do impulsor refírese ao xogo radial entre o impulsor e a carcasa da bomba (ou anel de paletas guía), normalmente oscilando entre 0.2 mm e 0.5 mm. Esta brecha afecta significativamente o rendemento de  bombas de turbina vertical multietapa en dous aspectos principais:

● Perdas hidráulicas: os ocos excesivos aumentan o fluxo de fugas, reducindo a eficiencia volumétrica; fendas excesivamente pequenas poden causar desgaste por fricción ou cavitación.

● Características do fluxo: o tamaño da brecha inflúe directamente na uniformidade do fluxo na saída do impulsor, afectando así as curvas de cabeza e eficiencia.

2. Bases teóricas para a optimización do espazo entre impulsores

2.1 Mellora da eficiencia volumétrica

A eficiencia volumétrica (ηₛ) defínese como a relación entre o fluxo de saída real e o fluxo teórico:

ηₛ = 1 − QQfuga

onde Qleak é o fluxo de fuga causado pola brecha do impulsor. A optimización da brecha reduce significativamente as fugas. Por exemplo:

● Ao reducir a brecha de 0.3 mm a 0.2 mm diminúe as fugas nun 15-20%.

● Nas bombas de varias etapas, a optimización acumulada entre as etapas pode mellorar a eficiencia total nun 5-10%.

2.2 Redución das perdas hidráulicas

A optimización da brecha mellora a uniformidade do fluxo na saída do impulsor, reducindo as turbulencias e minimizando así a perda de carga. Por exemplo:

● As simulacións CFD mostran que a redución da brecha de 0.4 mm a 0.25 mm reduce a enerxía cinética turbulenta nun 30 %, o que corresponde a unha redución do 4-6 % no consumo de enerxía do eixe.

2.3 Mellora do rendemento da cavitación

Os grandes espazos exacerba as pulsacións de presión na entrada, aumentando o risco de cavitación. A optimización da brecha estabiliza o fluxo e aumenta a marxe NPSHr (cabeza de succión positiva neta), especialmente eficaz en condicións de baixo fluxo.

3. Casos experimentais de verificación e enxeñería

3.1 Datos das probas de laboratorio

Un instituto de investigación realizou probas comparativas sobre a bomba de turbina vertical multietapa (parámetros: 2950 rpm, 100 m³/h, 200 m de altura).

3.2 Exemplos de aplicacións industriais

● Acondicionamento da bomba de circulación petroquímica: unha refinería reduciu a fenda do impulsor de 0.4 mm a 0.28 mm, conseguindo un aforro enerxético anual de 120 kW·h e unha redución do 8% dos custos operativos.

● Optimización da bomba de inxección de plataformas offshore: utilizando interferometría láser para controlar a brecha (±0.02 mm), a eficiencia volumétrica dunha bomba mellorou do 81% ao 89%, resolvendo os problemas de vibración causados ​​por espazos excesivos.

4. Métodos de optimización e pasos de implantación

4.1 Modelo matemático para a optimización de fendas

Baseándose nas leis de semellanza das bombas centrífugas e nos coeficientes de corrección, a relación entre a diferenza e a eficiencia é:

η = η₀(1 − k·δD)

onde δ é o valor da separación, D é o diámetro do impulsor e k é un coeficiente empírico (normalmente 0.1–0.3).

4.2 Tecnoloxías clave de implantación

●Fabricación de precisión: As máquinas CNC e as ferramentas de rectificado alcanzan unha precisión de nivel micrométrico (IT7–IT8) para impulsores e carcasas.

●Medición in situ: As ferramentas de aliñamento con láser e os medidores de espesores ultrasónicos supervisan as lagoas durante a montaxe para evitar desviacións.

● Axuste dinámico: Para medios de alta temperatura ou corrosivos, utilízanse aneis de selado substituíbles con axuste fino a base de parafusos.

4.3 Consideracións

● Equilibrio fricción-desgaste: As fendas de tamaño inferior aumentan o desgaste mecánico; A dureza do material (por exemplo, Cr12MoV para os impulsores, HT250 para as carcasas) e as condicións de funcionamento deben estar equilibradas.

● Compensación de expansión térmica: Os espazos reservados (0.03–0.05 mm) son necesarios para aplicacións a altas temperaturas (por exemplo, bombas de aceite quente).

5. Tendencias futuras

●Deseño dixital: Os algoritmos de optimización baseados na IA (por exemplo, os algoritmos xenéticos) determinarán rapidamente as lagoas óptimas.

●Fabricación aditiva: A impresión 3D metálica permite deseños integrados de carcasa de impulsor, reducindo os erros de montaxe.

●Monitorización intelixente: Os sensores de fibra óptica combinados con xemelgos dixitais permitirán o seguimento en tempo real da brecha e a predición da degradación do rendemento.

Conclusión

A optimización do espazo do impulsor é un dos métodos máis directos para mellorar a eficiencia da bomba de turbina vertical multietapa. A combinación da fabricación de precisión, o axuste dinámico e a vixilancia intelixente pode conseguir un aumento da eficiencia do 5-15 %, reducir o consumo de enerxía e reducir os custos de mantemento. Cos avances na fabricación e na análise, a optimización das brechas evolucionará cara a unha maior precisión e intelixencia, converténdose nunha tecnoloxía básica para a adaptación da enerxía das bombas.

Nota: As solucións prácticas de enxeñería deben integrar propiedades medias, condicións operativas e restricións de custo, validadas mediante a análise do custo do ciclo de vida (LCC).