1. Definisi dan Kesan Utama Jurang Pendesak

Jurang pendesak merujuk kepada kelegaan jejari antara pendesak dan selongsong pam (atau gelang ram pemandu), biasanya antara 0.2 mm hingga 0.5 mm. Jurang ini memberi kesan ketara kepada prestasi  pam turbin menegak berbilang peringkat dalam dua aspek utama:

● Kerugian Hidraulik: Jurang yang berlebihan meningkatkan aliran kebocoran, mengurangkan kecekapan isipadu; jurang yang terlalu kecil boleh menyebabkan kehausan geseran atau peronggaan.

● Ciri Aliran: Saiz jurang secara langsung mempengaruhi keseragaman aliran pada alur keluar pendesak, dengan itu menjejaskan kepala dan lengkung kecekapan.

2. Asas Teori untuk Pengoptimuman Jurang Pendesak

2.1 Peningkatan Kecekapan Isipadu

Kecekapan isipadu (ηₛ) ditakrifkan sebagai nisbah aliran keluaran sebenar kepada aliran teori:

ηₛ = 1 − QQleak

di mana Qleak ialah aliran kebocoran yang disebabkan oleh jurang pendesak. Mengoptimumkan jurang mengurangkan kebocoran dengan ketara. Contohnya:

● Mengurangkan jurang daripada 0.3 mm kepada 0.2 mm mengurangkan kebocoran sebanyak 15–20%.

● Dalam pam berbilang peringkat, pengoptimuman kumulatif merentas peringkat boleh meningkatkan jumlah kecekapan sebanyak 5–10%.

2.2 Pengurangan Kerugian Hidraulik

Mengoptimumkan jurang meningkatkan keseragaman aliran pada alur keluar pendesak, mengurangkan pergolakan dan dengan itu meminimumkan kehilangan kepala. Contohnya:

● Simulasi CFD menunjukkan bahawa mengurangkan jurang daripada 0.4 mm kepada 0.25 mm mengurangkan tenaga kinetik gelora sebanyak 30%, bersamaan dengan pengurangan 4–6% dalam penggunaan kuasa aci.

2.3 Peningkatan Prestasi Peronggaan

Jurang yang besar memburukkan denyutan tekanan pada salur masuk, meningkatkan risiko peronggaan. Mengoptimumkan jurang menstabilkan aliran dan meningkatkan margin NPSHr (kepala sedutan positif bersih), terutamanya berkesan dalam keadaan aliran rendah.

3. Pengesahan Eksperimen dan Kes Kejuruteraan

3.1 Data Ujian Makmal

Sebuah institut penyelidikan menjalankan ujian perbandingan ke atas a pam turbin menegak berbilang peringkat (parameter: 2950 rpm, 100 m³/j, 200 m kepala).

3.2 Contoh Aplikasi Perindustrian

● Retrofit Pam Edaran Petrokimia: Sebuah kilang penapisan mengurangkan jurang pendesak daripada 0.4 mm kepada 0.28 mm, mencapai penjimatan tenaga tahunan sebanyak 120 kW·j dan pengurangan 8% dalam kos operasi.

● Pengoptimuman Pam Suntikan Platform Luar Pesisir: Menggunakan interferometri laser untuk mengawal jurang (±0.02 mm), kecekapan isipadu pam meningkat daripada 81% kepada 89%, menyelesaikan isu getaran yang disebabkan oleh jurang yang berlebihan.

4. Kaedah Pengoptimuman dan Langkah Pelaksanaan

4.1 Model Matematik untuk Pengoptimuman Jurang

Berdasarkan undang-undang persamaan pam emparan dan pekali pembetulan, hubungan antara jurang dan kecekapan ialah:

η = η₀(1 − k·δD)

dengan δ ialah nilai jurang, D ialah diameter pendesak, dan k ialah pekali empirikal (biasanya 0.1–0.3).

4.2 Teknologi Pelaksanaan Utama

●Pembuatan Ketepatan: Mesin CNC dan alat pengisar mencapai ketepatan tahap mikrometer (IT7–IT8) untuk pendesak dan selongsong.

●Pengukuran In-Situ: Alat penjajaran laser dan tolok ketebalan ultrasonik memantau jurang semasa pemasangan untuk mengelakkan penyelewengan.

● Pelarasan Dinamik: Untuk media suhu tinggi atau menghakis, gelang pengedap yang boleh diganti dengan penalaan halus berasaskan bolt digunakan.

4.3 Pertimbangan

● Imbangan Haus Geseran: Jurang bersaiz kecil meningkatkan haus mekanikal; kekerasan bahan (cth, Cr12MoV untuk pendesak, HT250 untuk selongsong) dan keadaan operasi mesti seimbang.

● Pampasan Pengembangan Terma: Jurang terpelihara (0.03–0.05 mm) diperlukan untuk aplikasi suhu tinggi (cth, pam minyak panas).

5. Aliran Masa Depan

●Reka Bentuk Digital: Algoritma pengoptimuman berasaskan AI (cth, algoritma genetik) akan menentukan jurang optimum dengan pantas.

●Pembuatan Aditif: Pencetakan 3D logam membolehkan reka bentuk sarung pendesak bersepadu, mengurangkan ralat pemasangan.

●Pemantauan Pintar: Penderia gentian optik yang dipasangkan dengan kembar digital akan membolehkan pemantauan jurang masa nyata dan ramalan kemerosotan prestasi.

Kesimpulan

Pengoptimuman jurang pendesak adalah salah satu kaedah paling langsung untuk meningkatkan kecekapan pam turbin menegak berbilang peringkat. Menggabungkan pembuatan ketepatan, pelarasan dinamik dan pemantauan pintar boleh mencapai peningkatan kecekapan sebanyak 5–15%, mengurangkan penggunaan tenaga dan mengurangkan kos penyelenggaraan. Dengan kemajuan dalam fabrikasi dan analitik, pengoptimuman jurang akan berkembang ke arah ketepatan dan kecerdasan yang lebih tinggi, menjadi teknologi teras untuk pengubahsuaian tenaga pam.

Catatan: Penyelesaian kejuruteraan praktikal mesti menyepadukan sifat sederhana, keadaan operasi dan kekangan kos, disahkan melalui analisis kos kitaran hayat (LCC).