1. ღერძული ძალების გენერირებისა და დაბალანსების პრინციპები

ღერძული ძალები მრავალსაფეხურიანია  ვერტიკალური ტურბინის ტუმბოები  ძირითადად შედგება ორი კომპონენტისგან:

● ცენტრიდანული ძალის კომპონენტი:თხევადი რადიალური ნაკადი ცენტრიდანული ძალის გამო ქმნის წნევის დიფერენციალს იმპულს წინა და უკანა საფარებს შორის, რაც იწვევს ღერძულ ძალას (როგორც წესი, მიმართულია შეწოვის შესასვლელისკენ).

● წნევის დიფერენციალური ეფექტი:კუმულაციური წნევის სხვაობა თითოეულ საფეხურზე კიდევ უფრო ზრდის ღერძულ ძალას.

დაბალანსების მეთოდები:

● იმპულსების სიმეტრიული განლაგება:ორმაგი შეწოვის იმპულერების გამოყენება (თხევადი ორივე მხრიდან შემოდის) ამცირებს ცალმხრივი წნევის დიფერენციალს, ამცირებს ღერძულ ძალას დასაშვებ დონემდე (10%-30%).

● ბალანსის ხვრელის დიზაინი:რადიალური ან ირიბი ხვრელები იმპულსების უკანა საფარში გადამისამართებენ მაღალი წნევის სითხეს უკან შესასვლელში, ბალანსირებს წნევის განსხვავებებს. ხვრელის ზომა უნდა იყოს ოპტიმიზირებული სითხის დინამიკის გამოთვლებით, რათა თავიდან იქნას აცილებული ეფექტურობის დაკარგვა.

● საპირისპირო დანის დიზაინი:საპირისპირო პირების დამატება (მთავარი პირების საპირისპიროდ) ბოლო ეტაპზე წარმოქმნის კონტრცენტრიფუგაულ ძალას ღერძული დატვირთვების კომპენსირებისთვის. ჩვეულებრივ გამოიყენება მაღალი დონის ტუმბოებში (მაგ., მრავალსაფეხურიანი ვერტიკალური ტურბინის ტუმბოები).

2. რადიალური დატვირთვის გენერაცია და დაბალანსება

რადიალური დატვირთვები წარმოიქმნება ბრუნვის დროს ინერციის ძალებისგან, სითხის დინამიური წნევის არათანაბარი განაწილებისა და როტორის მასის ნარჩენი დისბალანსისგან. მრავალსაფეხურიან ტუმბოებში დაგროვილმა რადიალურმა დატვირთვებმა შეიძლება გამოიწვიოს ტარების გადახურება, ვიბრაცია ან როტორის არასწორი განლაგება.

დაბალანსების სტრატეგიები:

● იმპულსების სიმეტრიის ოპტიმიზაცია:

o კენტი და ლუწი დანის შესატყვისი (მაგ., 5 პირი + 7 პირი) თანაბრად ანაწილებს რადიალურ ძალებს.

o დინამიური დაბალანსება უზრუნველყოფს თითოეული იმპულსების ცენტროიდის გასწორებას ბრუნვის ღერძთან, რაც ამცირებს ნარჩენ დისბალანსს.

● სტრუქტურული გამაგრება:

o ხისტი შუალედური ტარების კორპუსები ზღუდავს რადიალურ გადაადგილებას.

o კომბინირებული საკისრები (მაგ., ორრიგიანი ბურთულიანი საკისრები + ცილინდრული საკისრები) ამუშავებს ღერძულ და რადიალურ დატვირთვებს ცალკე.

● ჰიდრავლიკური კომპენსაცია:

o გზამკვლევი ფარები ან დასაბრუნებელი კამერები იმპულსების კლირენსებში ოპტიმიზაციას უკეთებს დინების ბილიკებს, ამცირებს ლოკალურ მორევებს და რადიალური ძალის რყევებს.

3. დატვირთვის გადაცემა მრავალსაფეხურიან იმპულერებში

ღერძული ძალები გროვდება ეტაპობრივად და მათი მართვა უნდა მოხდეს სტრესის კონცენტრაციის თავიდან ასაცილებლად:

● ეტაპობრივი დაბალანსება:ბალანსის დისკის დაყენება (მაგ., მრავალსაფეხურიან ცენტრიფუგა ტუმბოებში) იყენებს ღერძულ უფსკრული წნევის განსხვავებას ღერძული ძალების ავტომატურად რეგულირებისთვის.

● სიმყარის ოპტიმიზაცია:ტუმბოს ლილვები დამზადებულია მაღალი სიმტკიცის შენადნობებისგან (მაგ., 42CrMo) და დამოწმებულია სასრული ელემენტების ანალიზით (FEA) გადახრის ლიმიტებისთვის (ჩვეულებრივ ≤ 0.1 მმ/მ).

4. საინჟინრო საქმის შესწავლა და გაანგარიშების შემოწმება

მაგალითი:ქიმიური მრავალსაფეხურიანი ტურბინის ტუმბო (6 საფეხური, მთლიანი სიმაღლე 300 მ, ნაკადის სიჩქარე 200 მ³/სთ):

● ღერძული ძალის გამოთვლა:

o საწყისი დიზაინი (ერთშემწოვი იმპულერი): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), რის შედეგადაც 1.8×106N.

o ორმაგი შეწოვის იმპულერზე გადაყვანის და ბალანსის ხვრელების დამატების შემდეგ: ღერძული ძალა შემცირდა 5×105N-მდე, შეესაბამება API 610 სტანდარტებს (≤1.5× რეიტინგული სიმძლავრის ბრუნვის მომენტი).

● რადიალური დატვირთვის სიმულაცია:

o ANSYS Fluent CFD-მ გამოავლინა წნევის ადგილობრივი პიკები (12 კნ/მ²-მდე) არაოპტიმიზებულ იმპულერებში. გზამკვლევი ფილების შემოღებამ შეამცირა მწვერვალები 40%-ით და ტარების ტემპერატურის მატება 15°C-ით.

5. ძირითადი დიზაინის კრიტერიუმები და მოსაზრებები

● ღერძული ძალის შეზღუდვები: ჩვეულებრივ ≤ ტუმბოს ლილვის დაჭიმვის სიმტკიცის ≤ 30%, ბიძგების ტარების ტემპერატურით ≤ 70°C.

● იმპულს კლირენსის კონტროლი: შენარჩუნებულია 0.2-0.5 მმ-მდე (ძალიან მცირე იწვევს ხახუნს; ძალიან დიდი იწვევს გაჟონვას).

● დინამიური ტესტირება: სრული სიჩქარით დაბალანსების ტესტები (G2.5 კლასი) უზრუნველყოფს სისტემის სტაბილურობას ექსპლუატაციაში გაშვებამდე.

დასკვნა

მრავალსაფეხურიანი ვერტიკალური ტურბინის ტუმბოების მრავალსაფეხურიანი ღერძული და რადიალური დატვირთვების დაბალანსება არის რთული სისტემების საინჟინრო გამოწვევა, რომელიც მოიცავს სითხის დინამიკას, მექანიკურ დიზაინს და მასალის მეცნიერებას. იმპულსების გეომეტრიის ოპტიმიზაცია, დამაბალანსებელი მოწყობილობების ინტეგრირება და ზუსტი წარმოების პროცესები მნიშვნელოვნად აძლიერებს ტუმბოს საიმედოობას და სიცოცხლის ხანგრძლივობას. AI-ზე დაფუძნებული რიცხვითი სიმულაციებისა და დანამატების წარმოებაში მომავალი მიღწევები საშუალებას მისცემს პერსონალიზებულ იმპულს დიზაინს და დინამიური დატვირთვის ოპტიმიზაციას.

შენიშვნა: მორგებული დიზაინი კონკრეტული აპლიკაციებისთვის (მაგ., სითხის თვისებები, სიჩქარე, ტემპერატურა) უნდა შეესაბამებოდეს საერთაშორისო სტანდარტებს, როგორიცაა API და ISO.