Τόσο οι χρήστες όσο και οι κατασκευαστές αναμένουν αξονική αντλία διαιρούμενης θήκης να λειτουργεί πάντα στο σημείο βέλτιστης απόδοσης (BEP). Δυστυχώς, για πολλούς λόγους, οι περισσότερες αντλίες αποκλίνουν από το BEP (ή λειτουργούν με μερικό φορτίο), αλλά η απόκλιση ποικίλλει. Για το λόγο αυτό, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα φαινόμενα ροής υπό μερικό φορτίο.

Λειτουργία μερικού φορτίου

Η λειτουργία μερικού φορτίου αναφέρεται στην κατάσταση λειτουργίας της αντλίας που δεν φτάνει σε πλήρες φορτίο (συνήθως το σημείο σχεδιασμού ή το σημείο βέλτιστης απόδοσης).

Εμφανή φαινόμενα της αντλίας υπό μερικό φορτίο

Όταν ο αξονική αντλία διαιρούμενης θήκης λειτουργεί με μερικό φορτίο, συνήθως συμβαίνει: εσωτερική επαναροή, διακυμάνσεις πίεσης (δηλαδή, η λεγόμενη διεγερτική δύναμη), αυξημένη ακτινική δύναμη, αυξημένος κραδασμός και αυξημένος θόρυβος. Σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί επίσης να εμφανιστεί υποβάθμιση της απόδοσης και σπηλαίωση.

Συναρπαστική δύναμη και πηγή

Υπό συνθήκες μερικού φορτίου, ο διαχωρισμός της ροής και η ανακυκλοφορία συμβαίνουν στην πτερωτή και στο διαχύτη ή στο σπειροειδές. Ως αποτέλεσμα, δημιουργούνται διακυμάνσεις της πίεσης γύρω από την πτερωτή, η οποία δημιουργεί τη λεγόμενη διεγερτική δύναμη που ενεργεί στον ρότορα της αντλίας. Στις αντλίες υψηλής ταχύτητας, αυτές οι ασταθείς υδραυλικές δυνάμεις συνήθως υπερβαίνουν κατά πολύ τις δυνάμεις μηχανικής ανισορροπίας και επομένως είναι συνήθως η κύρια πηγή διέγερσης των κραδασμών.

Η ανακυκλοφορία της ροής από τον διαχύτη ή το σπειροειδές πίσω στην πτερωτή και από την πτερωτή πίσω στη θύρα αναρρόφησης προκαλεί μια ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των εξαρτημάτων. Αυτό έχει μεγάλη επίδραση στη σταθερότητα της καμπύλης ροής κεφαλής και στις δυνάμεις διέγερσης.

Το υγρό που ανακυκλοφορείται από τον διαχύτη ή το σπειροειδές αλληλεπιδρά επίσης με το ρευστό μεταξύ του πλευρικού τοιχώματος της πτερωτής και του περιβλήματος. Επομένως, έχει αντίκτυπο στην αξονική ώθηση και στο ρευστό που ρέει μέσα από το διάκενο, το οποίο με τη σειρά του έχει μεγάλη επίδραση στη δυναμική απόδοση του ρότορα της αντλίας. Επομένως, για να κατανοήσουμε τη δόνηση του ρότορα της αντλίας, θα πρέπει να γίνουν κατανοητά τα φαινόμενα ροής υπό μερικό φορτίο.

Φαινόμενα ροής ρευστού υπό μερικό φορτίο

Καθώς η διαφορά μεταξύ του σημείου κατάστασης λειτουργίας και του σημείου σχεδιασμού (συνήθως το καλύτερο σημείο απόδοσης) αυξάνεται σταδιακά (μετατόπιση προς την κατεύθυνση της μικρής ροής), θα σχηματιστεί ασταθής κίνηση ρευστού στην πτερωτή ή στα πτερύγια του διαχύτη λόγω της δυσμενούς ροής προσέγγισης. που θα οδηγήσει σε διαχωρισμό ροής (de-flow) και μηχανική δόνηση, συνοδευόμενη από αυξημένο θόρυβο και σπηλαίωση. Όταν λειτουργεί με μερικό φορτίο (δηλαδή χαμηλές ταχύτητες ροής), τα προφίλ λεπίδων εμφανίζουν πολύ ασταθή φαινόμενα ροής - το υγρό δεν μπορεί να ακολουθήσει το περίγραμμα της πλευράς αναρρόφησης των λεπίδων, γεγονός που οδηγεί σε διαχωρισμό της σχετικής ροής. Ο διαχωρισμός του οριακού στρώματος του ρευστού είναι μια ασταθής διαδικασία ροής και παρεμποδίζει σε μεγάλο βαθμό την εκτροπή και την περιστροφή του ρευστού στα προφίλ της λεπίδας, κάτι που είναι απαραίτητο για το κεφάλι. Οδηγεί σε παλμούς πίεσης του επεξεργασμένου ρευστού στη διαδρομή ροής της αντλίας ή σε εξαρτήματα που συνδέονται με την αντλία, δονήσεις και θόρυβο. Εκτός από τον διαχωρισμό του οριακού στρώματος ρευστού, τα επίμονα δυσμενή χαρακτηριστικά λειτουργίας μερικού φορτίου του χωρισμένη θήκη Η αντλία επηρεάζεται επίσης από την αστάθεια της ανακυκλοφορίας εξωτερικού μερικού φορτίου στην είσοδο της πτερωτής (ροή επιστροφής εισόδου) και της εσωτερικής ανακυκλοφορίας μερικού φορτίου στην έξοδο της πτερωτής (ροή επιστροφής εξόδου). Η εξωτερική ανακυκλοφορία στην είσοδο της πτερωτής συμβαίνει εάν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ του ρυθμού ροής (υπορροή) και του σημείου σχεδιασμού. Σε συνθήκες μερικού φορτίου, η κατεύθυνση ροής της ανακυκλοφορίας εισόδου είναι αντίθετη από την κύρια κατεύθυνση ροής στον σωλήνα αναρρόφησης - μπορεί να ανιχνευθεί σε απόσταση που αντιστοιχεί σε πολλές διαμέτρους σωλήνα αναρρόφησης στην αντίθετη κατεύθυνση από την κύρια ροή. Η επέκταση της αξονικής ροής της ανακυκλοφορίας περιορίζεται, για παράδειγμα, από χωρίσματα, αγκώνες και αλλαγές στη διατομή του σωλήνα. Εάν μια αξονική διάσπαση αντλία θήκης με υψηλή κεφαλή και υψηλή ισχύ κινητήρα λειτουργεί με μερικό φορτίο, ελάχιστο όριο ή ακόμα και σε νεκρό σημείο, η υψηλή ισχύς εξόδου του οδηγού θα μεταφερθεί στο υγρό που χειρίζεται, προκαλώντας ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας του. Αυτό με τη σειρά του θα οδηγήσει σε εξάτμιση του αντλούμενου μέσου, το οποίο θα καταστρέψει την αντλία (λόγω εμπλοκής του διακένου) ή ακόμη και θα προκαλέσει τη διάρρηξη της αντλίας (αύξηση της πίεσης ατμών).

Ελάχιστος συνεχής σταθερός ρυθμός ροής

Για την ίδια αντλία, η ελάχιστη συνεχής σταθερή ροή της (ή το ποσοστό της παροχής του σημείου βέλτιστης απόδοσης) είναι η ίδια όταν λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα και μεταβλητή ταχύτητα;

Η απάντηση είναι ναι. Επειδή ο ελάχιστος συνεχής σταθερός ρυθμός ροής της αξονικής αντλίας διαιρούμενης θήκης σχετίζεται με την ειδική ταχύτητα αναρρόφησης, αφού προσδιοριστεί το μέγεθος δομής τύπου αντλίας (εξαρτήματα διέλευσης ροής), προσδιορίζεται η ειδική ταχύτητα αναρρόφησης και η περιοχή στην οποία η αντλία προσδιορίζεται η δυνατότητα σταθερής λειτουργίας (όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική ταχύτητα αναρρόφησης, τόσο μικρότερο είναι το εύρος λειτουργίας της σταθερής αντλίας), δηλαδή προσδιορίζεται ο ελάχιστος συνεχής σταθερός ρυθμός ροής της αντλίας. Επομένως, για μια αντλία με συγκεκριμένο μέγεθος δομής, είτε λειτουργεί με σταθερή είτε με μεταβλητή ταχύτητα, η ελάχιστη συνεχής σταθερή ροή της (ή το ποσοστό της βέλτιστης παροχής σημείου απόδοσης) είναι η ίδια.