1. Áskraftsmyndun og jafnvægisreglur

Áskraftarnir fjölbreytast  lóðréttar hverfildælur  eru fyrst og fremst samsett úr tveimur þáttum:

● Miðflóttakraftshluti:Geislaflæði vökva vegna miðflóttakrafts skapar þrýstingsmun á milli fram- og bakhliðar hjólsins, sem leiðir til áskrafts (sem beinist venjulega að soginntakinu).

● Þrýstimunur áhrif:Uppsafnaður þrýstingsmunur yfir hvert þrep eykur axial kraftinn enn frekar.

Jafnvægisaðferðir:

● Samhverft hjólaskipan:Notkun tvísogshjóla (vökvi kemur inn frá báðum hliðum) dregur úr einstefnuþrýstingsmun, lækkar áskraftinn niður í viðunandi gildi (10%-30%).

● Hönnun jafnvægishola:Geislalaga eða ská göt á bakhlið hjólsins vísa háþrýstingsvökva aftur að inntakinu og jafna þrýstingsmun. Stærð holunnar verður að fínstilla með vökvavirkniútreikningum til að forðast tap á skilvirkni.

● Hönnun á öfugu blaði:Með því að bæta við öfugum blöðum (öfugt við aðalblöð) á síðasta stigi myndast gagnmiðjuflóttakraftur til að vega upp á móti ásálagi. Algengt notað í dælur með háum haus (td lóðréttum túrbínudælum í mörgum þrepa).

2. Myndun og jafnvægi á geislaálagi

Geislamyndaálag stafar af tregðukrafti við snúning, ójafnri kraftmikilli þrýstingsdreifingu vökva og ójafnvægi sem eftir stendur í massa snúnings. Uppsafnað geislaálag í fjölþrepa dælum getur valdið ofhitnun legu, titringi eða rangstöðu í snúningi.

Jafnvægisaðferðir:

● Fínstilling hjólasamhverfu:

o Jafnt blaðasamsvörun (td 5 blöð + 7 blöð) dreifir geislamyndakrafti jafnt.

o Kvik jafnvægi tryggir að miðpunktur hvers hjóls er í takt við snúningsásinn, sem lágmarkar ójafnvægi sem eftir er.

● Byggingarstyrking:

o Stíf millilagerhús takmarka geislatilfærslu.

o Samsettar legur (td tvíraða kúlulegur + sívalur rúllulegur) höndla axial- og geislaálag sérstaklega.

● Vökvajöfnun:

o Leiðskífur eða afturhólf í hjólabilum hámarka flæðisleiðir, draga úr staðbundnum hvirfli og sveiflur í geislamyndakrafti.

3. Hleðslusending í fjölþrepa hjólum

Áskraftar safnast upp stigslega og verður að stjórna þeim til að koma í veg fyrir álagsstyrk:

● Stigsbundið jafnvægi:Þegar jafnvægisskífa er sett upp (td í fjölþrepa miðflóttadælum) er þrýstingsmunur á ásbili notaður til að stilla áskrafta sjálfkrafa.

● Stífni fínstilling:Dæluöxlar eru gerðir úr hástyrktar málmblöndur (td 42CrMo) og staðfestar með endanlegum þáttum (FEA) fyrir sveigjumörk (venjulega ≤ 0.1 mm/m).

4. Verkfræðitilvik og sannprófun útreikninga

Dæmi:Kemísk fjölþrepa lóðrétt hverfildæla (6 þrep, heildarhæð 300 m, rennsli 200 m³/klst.):

● Útreikningur áskrafts:

o Upphafleg hönnun (einsogshjól): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), sem leiðir til 1.8×106N.

o Eftir að hafa verið breytt í tvísogshjól og bætt við jafnvægisholum: Áskraftur minnkaður í 5×105N, uppfyllir API 610 staðla (≤1.5× nafnafl tog).

● Uppgerð geislaálags:

o ANSYS Fluent CFD sýndi staðbundna þrýstingstoppa (allt að 12 kN/m²) í óhagkvæmum hjólum. Með því að kynna stýrispinna minnkaði topparnir um 40% og leguhitastigið hækkaði um 15°C.

5. Helstu hönnunarviðmiðanir og sjónarmið

● Áskraftsmörk: Venjulega ≤ 30% af togstyrk dæluskafts, með hitastigi þrýstingslaga ≤ 70°C.

● Stýring á úthreinsun hjóla: Haldið á milli 0.2-0.5 mm (of lítill veldur núningi; of stór leiðir til leka).

● Kvik prófun: Jafnvægispróf á fullum hraða (G2.5 gráðu) tryggja stöðugleika kerfisins áður en það er tekið í notkun.

Niðurstaða

Jafnvægi ás- og geislaálags í fjölþrepa lóðréttum hverfildælum er flókin kerfisfræðileg áskorun sem felur í sér vökvavirkni, vélrænni hönnun og efnisfræði. Að fínstilla rúmfræði hjólhjólsins, samþætta jafnvægisbúnað og nákvæma framleiðsluferla auka verulega áreiðanleika og líftíma dælunnar. Framtíðarframfarir í gervigreindardrifnum tölulegum uppgerðum og aukefnaframleiðslu munu enn frekar gera persónulega hjólhönnun og kraftmikla fínstillingu álags kleift.

Athugið: Sérsniðin hönnun fyrir tiltekin forrit (td vökvaeiginleika, hraða, hitastig) verður að vera í samræmi við alþjóðlega staðla eins og API og ISO.