1. Дефиниција и клучни влијанија на јазот на работното коло

Јазот на работното коло се однесува на радијалниот клиренс помеѓу работното коло и куќиштето на пумпата (или прстенот на водечката крила), вообичаено во опсег од 0.2 mm до 0.5 mm. Овој јаз значително влијае на перформансите на  повеќестепени вертикални турбински пумпи во два главни аспекти:

● Хидраулични загуби: прекумерните празнини го зголемуваат протокот на истекување, намалувајќи ја волуметриската ефикасност; Претерано малите празнини може да предизвикаат триење или кавитација.

● Карактеристики на проток: големината на празнината директно влијае на униформноста на протокот на излезот на работното коло, а со тоа влијае на кривите на главата и на ефикасноста.

2. Теоретска основа за оптимизација на јазот на работното коло

2.1 Подобрување на волуметриската ефикасност

Волуметриската ефикасност (ηₛ) е дефинирана како однос на реалниот излезен проток на теоретскиот проток:

ηₛ = 1 − QQleak

каде што Qleak е протокот на истекување предизвикан од јазот на работното коло. Оптимизирањето на јазот значително го намалува истекувањето. На пример:

● Намалувањето на јазот од 0.3 mm на 0.2 mm го намалува истекувањето за 15–20%.

● Кај повеќестепените пумпи, кумулативната оптимизација низ фазите може да ја подобри вкупната ефикасност за 5–10%.

2.2 Намалување на хидраулични загуби

Оптимизирањето на јазот ја подобрува униформноста на протокот на излезот на работното коло, намалувајќи ги турбуленциите и со тоа минимизирајќи ја загубата на главата. На пример:

● Симулациите на CFD покажуваат дека намалувањето на јазот од 0.4 mm на 0.25 mm ја намалува турбулентната кинетичка енергија за 30%, што одговара на намалување од 4–6% во потрошувачката на енергија на вратилото.

2.3 Подобрување на перформансите на кавитација

Големите празнини ги влошуваат пулсирањата на притисокот на влезот, зголемувајќи го ризикот од кавитација. Оптимизирањето на јазот го стабилизира протокот и ја зголемува маргината на NPSHr (нето позитивна глава за вшмукување), особено ефикасна при услови со низок проток.

3. Експериментална верификација и инженерски случаи

3.1 Податоци за лабораториски тестови

Истражувачки институт спроведе компаративни тестови на а повеќестепена вертикална турбинска пумпа (параметри: 2950 вртежи во минута, 100 m³/h, 200 m глава).

3.2 Примери за индустриска примена

● Надополнување на петрохемиската циркулациона пумпа: Рафинеријата го намали јазот на работното коло од 0.4 mm на 0.28 mm, постигнувајќи годишна заштеда на енергија од 120 kW·h и намалување на оперативните трошоци за 8%.

● Оптимизација на пумпата за вбризгување на офшор платформа: со користење на ласерска интерферометрија за контрола на јазот (±0.02 mm), волуметриската ефикасност на пумпата се подобри од 81% на 89%, решавајќи ги проблемите со вибрациите предизвикани од прекумерните празнини.

4. Методи за оптимизација и чекори за имплементација

4.1 Математички модел за оптимизација на празнините

Врз основа на законите за сличност на центрифугалната пумпа и коефициентите за корекција, односот помеѓу јазот и ефикасноста е:

η = η₀(1 − k·δD)

каде δ е вредноста на јазот, D е дијаметарот на работното коло, а k е емпириски коефициент (обично 0.1-0.3).

4.2 Клучни технологии за имплементација

●Прецизно производство: CNC машините и алатите за брусење постигнуваат прецизност на ниво на микрометар (IT7–IT8) за работни кола и куќишта.

●Мерење на самото место: Алатките за ласерско усогласување и ултразвучните мерачи на дебелина ги следат празнините за време на склопувањето за да се избегнат отстапувања.

● Динамичко прилагодување: За високотемпературни или корозивни медиуми, се користат заменливи заптивни прстени со фино подесување на завртки.

4.3 Размислувања

● Баланс на триење-абење: Маломерните празнини го зголемуваат механичкото абење; цврстината на материјалот (на пр. Cr12MoV за работни кола, HT250 за куќишта) и условите за работа мора да бидат избалансирани.

● Компензација за термичка експанзија: Резервираните празнини (0.03–0.05 mm) се неопходни за апликации на висока температура (на пр. пумпи за топло масло).

5. Идни трендови

●Дигитален дизајн: Алгоритмите за оптимизација базирани на вештачка интелигенција (на пример, генетски алгоритми) брзо ќе ги одредат оптималните празнини.

●Производство на адитиви: Металното 3D печатење овозможува интегрирани дизајни на куќиштето на работното коло, намалувајќи ги грешките при монтажата.

●Паметно следење: Сензорите со оптички влакна спарени со дигитални близнаци ќе овозможат следење на јазот во реално време и предвидување на деградација на перформансите.

Заклучок

Оптимизацијата на јазот на работното коло е еден од најдиректните методи за подобрување на ефикасноста на повеќестепената вертикална турбинска пумпа. Со комбинирање на прецизно производство, динамично прилагодување и интелигентно следење може да се постигне зголемување на ефикасноста од 5–15%, намалување на потрошувачката на енергија и помали трошоци за одржување. Со напредокот во изработката и аналитиката, оптимизацијата на јазот ќе се развива кон поголема прецизност и интелигенција, станувајќи основна технологија за доградба на енергијата на пумпата.

Забелешка: Практичните инженерски решенија мора да ги интегрираат својствата на медиумот, оперативните услови и ограничувањата на трошоците, потврдени преку анализа на трошоците за животниот циклус (LCC).