1. Darbaračio tarpo apibrėžimas ir pagrindiniai poveikiai

Darbaračio tarpas reiškia radialinį tarpą tarp sparnuotės ir siurblio korpuso (arba kreipiamosios mentės žiedo), kuris paprastai svyruoja nuo 0.2 mm iki 0.5 mm. Šis atotrūkis labai paveikia našumą  daugiapakopiai vertikalūs turbininiai siurbliai dviem pagrindiniais aspektais:

● Hidrauliniai nuostoliai: per dideli tarpai padidina nuotėkio srautą, mažina tūrinį efektyvumą; per maži tarpai gali sukelti trinties susidėvėjimą arba kavitaciją.

● Srauto charakteristikos: tarpo dydis tiesiogiai įtakoja srauto vienodumą prie sparnuotės išleidimo angos, taip paveikdamas slėgio ir efektyvumo kreives.

2. Darbaračio tarpo optimizavimo teorinis pagrindas

2.1 Tūrinio efektyvumo didinimas

Tūrinis efektyvumas (ηₛ) apibrėžiamas kaip faktinio išėjimo srauto ir teorinio srauto santykis:

ηₛ = 1 − QQ nuotėkis

kur Qleak yra nuotėkio srautas, kurį sukelia sparnuotės tarpas. Optimizavus tarpą žymiai sumažėja nuotėkis. Pavyzdžiui:

● Sumažinus tarpą nuo 0.3 mm iki 0.2 mm, nuotėkis sumažėja 15–20%.

● Daugiapakopiuose siurbliuose bendras optimizavimas įvairiais etapais gali pagerinti bendrą efektyvumą 5–10 %.

2.2 Hidraulinių nuostolių sumažinimas

Optimizavus tarpą pagerėja srauto tolygumas prie sparnuotės išėjimo, sumažėja turbulencija ir taip sumažinamas slėgio praradimas. Pavyzdžiui:

● CFD modeliavimas rodo, kad sumažinus tarpą nuo 0.4 mm iki 0.25 mm, turbulentinė kinetinė energija sumažėja 30 %, o tai reiškia, kad veleno energijos suvartojimas sumažėja 4–6 %.

2.3 Kavitacijos efektyvumo didinimas

Dideli tarpai padidina slėgio pulsavimą įleidimo angoje, todėl padidėja kavitacijos rizika. Tarpo optimizavimas stabilizuoja srautą ir padidina NPSHr (grynojo teigiamo siurbimo aukščio) ribą, ypač efektyviai esant mažo srauto sąlygoms.

3. Eksperimentinė patikra ir inžineriniai atvejai

3.1 Laboratorinių tyrimų duomenys

Mokslinių tyrimų institutas atliko lyginamuosius bandymus a daugiapakopis vertikalus turbininis siurblys (parametrai: 2950 aps./min., 100 m³/h, 200 m aukštis).

3.2 Pramoninio pritaikymo pavyzdžiai

● Naftos chemijos cirkuliacinio siurblio modernizavimas: naftos perdirbimo gamykla sumažino sparnuotės tarpą nuo 0.4 mm iki 0.28 mm, kasmet sutaupo 120 kW·h energijos ir 8 % sumažino veiklos sąnaudas.

● Offshore platformos įpurškimo siurblio optimizavimas: naudojant lazerinį interferometriją tarpo (±0.02 mm) valdymui, siurblio tūrinis efektyvumas pagerėjo nuo 81 % iki 89 %, todėl buvo išspręstos vibracijos problemos, kurias sukelia per dideli tarpai.

4. Optimizavimo metodai ir įgyvendinimo žingsniai

4.1 Matematinis spragų optimizavimo modelis

Remiantis išcentrinio siurblio panašumo dėsniais ir korekcijos koeficientais, tarpo ir efektyvumo ryšys yra toks:

η = η₀(1 − k·δD)

kur δ yra tarpo reikšmė, D yra sparnuotės skersmuo, o k yra empirinis koeficientas (paprastai 0.1–0.3).

4.2 Pagrindinės diegimo technologijos

●Tiksli gamyba: CNC staklės ir šlifavimo įrankiai pasiekia mikrometrų tikslumą (IT7–IT8) sparnuotėms ir korpusams.

●Matavimas vietoje: Lazeriniai derinimo įrankiai ir ultragarsiniai storio matuokliai stebi tarpelius surinkimo metu, kad būtų išvengta nukrypimų.

● Dinaminis koregavimas: Aukštos temperatūros arba korozinėms terpėms naudojami keičiami sandarinimo žiedai su varžtais pagrįstu koregavimu.

4.3 Pasvarstymai

● Trinties ir nusidėvėjimo balansas: Per mažo dydžio tarpai padidina mechaninį susidėvėjimą; medžiagos kietumas (pvz., Cr12MoV sparnuotėms, HT250 korpusams) ir eksploatacinės sąlygos turi būti subalansuotos.

● Šiluminio plėtimosi kompensavimas: Rezervuoti tarpai (0.03–0.05 mm) yra būtini aukštoje temperatūroje (pvz., karšto aliejaus siurbliuose).

5. Ateities tendencijos

●Skaitmeninis dizainas: Dirbtinio intelekto optimizavimo algoritmai (pvz., genetiniai algoritmai) greitai nustatys optimalias spragas.

●Priedų gamyba: Metalinis 3D spausdinimas įgalina integruotą sparnuotės korpuso dizainą ir sumažina surinkimo klaidas.

●Išmanusis stebėjimas: Šviesolaidiniai jutikliai, suporuoti su skaitmeniniais dvyniais, leis realiuoju laiku stebėti spragą ir numatyti našumo pablogėjimą.

Išvada

Darbo rato tarpo optimizavimas yra vienas iš tiesiausių būdų padidinti daugiapakopių vertikalių turbininių siurblių efektyvumą. Derinant tikslią gamybą, dinaminį reguliavimą ir pažangų stebėjimą galima pasiekti 5–15% efektyvumo padidėjimą, sumažinti energijos sąnaudas ir priežiūros išlaidas. Tobulėjant gamybai ir analitikai, spragų optimizavimas tobulės siekiant didesnio tikslumo ir intelektualumo, tapdamas pagrindine siurblio energijos modifikavimo technologija.

Bendroji informacija – Praktiniai inžineriniai sprendimai turi integruoti vidutines savybes, eksploatavimo sąlygas ir sąnaudų apribojimus, patvirtintus gyvavimo ciklo sąnaudų (LCC) analize.