גם המשתמשים וגם היצרנים מצפים משאבה צירית מפוצלת לפעול תמיד בנקודת היעילות הטובה ביותר (BEP). לרוע המזל, מסיבות רבות, רוב המשאבות חורגות מה-BEP (או פועלות בעומס חלקי), אך הסטייה משתנה. מסיבה זו, יש צורך להבין את תופעות הזרימה בעומס חלקי.

פעולת עומס חלקי

פעולת עומס חלקי מתייחסת למצב הפעולה של המשאבה שלא מגיעה לעומס מלא (בדרך כלל נקודת התכנון או נקודת היעילות הטובה ביותר).

תופעות לכאורה של המשאבה בעומס חלקי

כאשר משאבה צירית מפוצלת מופעל בעומס חלקי, הוא מתרחש בדרך כלל: זרימה חוזרת פנימית, תנודות לחץ (כלומר, מה שנקרא כוח מרגש), כוח רדיאלי מוגבר, רטט מוגבר ורעש מוגבר. במקרים חמורים, עלולים להתרחש גם ירידה בביצועים וקוויטציה.

כוח ומקור מרגש

בתנאי עומס חלקי, הפרדת זרימה וסחרור חוזרים מתרחשים באימפלר ובמפזר או הוולוט. כתוצאה מכך נוצרות תנודות לחץ סביב האימפלר, מה שיוצר את מה שנקרא כוח מרגש הפועל על רוטור המשאבה. במשאבות מהירות, הכוחות ההידראוליים הלא יציבים הללו בדרך כלל עולים בהרבה על כוחות חוסר האיזון המכניים ולכן הם בדרך כלל המקור העיקרי לעירור רטט.

מחזור הזרימה מהמפזר או הוולוט בחזרה לאימפלר ומהאימפלר חזרה לפתח היניקה גורם לאינטראקציה חזקה בין רכיבים אלו. יש לכך השפעה רבה על היציבות של עקומת זרימת הראש ועל כוחות העירור.

הנוזל המוחזר מהמפזר או הנדנד יוצר אינטראקציה עם הנוזל בין דופן האימפלר למארז. לכן, יש לו השפעה על הדחף הצירי והנוזל הזורם דרך הפער, אשר בתורו משפיע מאוד על הביצועים הדינמיים של רוטור המשאבה. לכן, על מנת להבין את הרטט של רוטור המשאבה, יש להבין את תופעות הזרימה בעומס חלקי.

תופעות זרימת נוזלים בעומס חלקי

ככל שההבדל בין נקודת מצב ההפעלה לנקודת התכנון (בדרך כלל נקודת היעילות הטובה ביותר) גדל בהדרגה (הזזה לכיוון זרימה קטנה), תיווצר תנועת נוזלים לא יציבה על האימפלר או להבי המפזר עקב זרימת הגישה הלא טובה, מה שיוביל להפרדת זרימה (דה-זרימה) ורטט מכאני, מלווה ברעש מוגבר וקוויטציה. כאשר פועלים בעומס חלקי (כלומר קצבי זרימה נמוכים), פרופילי הלהב מציגים תופעות זרימה מאוד לא יציבות – הנוזל אינו יכול לעקוב אחר קו המתאר של צד היניקה של הלהבים, מה שמוביל להפרדה של הזרימה היחסית. ההפרדה של שכבת גבול הנוזל היא תהליך זרימה לא יציב ומפריעה מאוד להסטה והסתובבות של הנוזל בפרופילי הלהב, הנחוצה לראש. זה מוביל לפעימות לחץ של הנוזל המעובד בנתיב זרימת המשאבה או לרכיבים המחוברים למשאבה, לרעידות ולרעש. בנוסף להפרדה של שכבת גבול הנוזל, מאפייני פעולת עומס החלק הבלתי חיוביים המתמשכים של תיק מפוצל המשאבה מושפעת גם מחוסר היציבות של מחזור עומס החלק החיצוני בכניסת האימפלר (זרימת החזרה בכניסה) וממחזור עומס החלק הפנימי ביציאת האימפלר (זרימת החזרת היציאה). המחזור החיצוני בכניסת האימפלר מתרחש אם יש הבדל גדול בין קצב הזרימה (תת הזרימה) לנקודת התכנון. בתנאי עומס חלקי, כיוון הזרימה של מחזור הכניסה מנוגד לכיוון הזרימה הראשית בצינור היניקה - ניתן לזהות אותו במרחק המתאים למספר קוטרי צינור יניקה בכיוון ההפוך לזרימה הראשית. הרחבת הזרימה הצירית של המחזור מוגבל על ידי, למשל, מחיצות, מרפקים ושינויים בחתך הצינור. אם פיצול צירי משאבת מארז עם ראש גבוה והספק מנוע גבוה מופעל בעומס חלקי, מגבלה מינימלית, או אפילו בנקודת מת, כוח המוצא הגבוה של הנהג יועבר לנוזל המטופל, ויגרום לטמפרטורה שלו לעלות במהירות. זה בתורו יוביל לאידוי המדיום הנשאב, מה שיפגע במשאבה (עקב חסימת מרווחים) או אפילו יגרום להתפוצצות המשאבה (עלייה בלחץ האדים).

קצב זרימה יציבה מינימלית רציפה

האם עבור אותה משאבה, האם קצב הזרימה המינימלי והיציבה הרציפה שלה (או אחוז מקצב הזרימה הטוב ביותר של נקודת היעילות) זהה כאשר היא פועלת במהירות קבועה ובמהירות משתנה?

התשובה היא כן. מכיוון שקצב הזרימה המינימלי והיציבה הרציפה של המשאבה המפוצלת הצירית קשורה למהירות היניקה הספציפית, לאחר קביעת גודל מבנה סוג המשאבה (רכיבי זרימה עוברים), מהירות היניקה הספציפית שלה נקבעת והטווח שבו המשאבה יכול לפעול ביציבות נקבע (ככל שמהירות היניקה הספציפית גדולה יותר, כך טווח הפעולה היציב של המשאבה קטן יותר), כלומר, נקבע קצב הזרימה היציבה המינימלית הרציפה של המשאבה. לכן, עבור משאבה עם גודל מבנה מסוים, בין אם היא פועלת במהירות קבועה או מהירות משתנה, קצב הזרימה המינימלי היציבה הרציפה שלה (או אחוז מקצב נקודת היעילות הטובה ביותר) זהה.