1. Penjanaan Daya Paksi dan Prinsip Pengimbangan

Daya paksi inmultistage  pam turbin menegak  terutamanya terdiri daripada dua komponen:

● Komponen daya emparan:Aliran jejari cecair disebabkan oleh daya emparan mewujudkan perbezaan tekanan antara penutup hadapan dan belakang pendesak, menghasilkan daya paksi (biasanya menghala ke arah salur masuk sedutan).

● Kesan pembezaan tekanan:Perbezaan tekanan terkumpul merentasi setiap peringkat meningkatkan lagi daya paksi.

Kaedah Pengimbangan:

● Susunan pendesak simetri:Menggunakan pendesak sedutan dua kali (cecair masuk dari kedua-dua belah) mengurangkan perbezaan tekanan satu arah, merendahkan daya paksi ke tahap yang boleh diterima (10%-30%).

● Reka bentuk lubang imbangan:Lubang jejari atau serong dalam penutup belakang pendesak mengubah hala cecair tekanan tinggi kembali ke salur masuk, mengimbangi perbezaan tekanan. Saiz lubang mesti dioptimumkan melalui pengiraan dinamik bendalir untuk mengelakkan kehilangan kecekapan.

● Reka bentuk bilah terbalik:Menambah bilah terbalik (bertentangan dengan bilah utama) pada peringkat terakhir menjana daya emparan balas untuk mengimbangi beban paksi. Biasa digunakan dalam pam berkepala tinggi (cth, pam turbin menegak berbilang peringkat).

2. Penjanaan dan Pengimbangan Beban Jejari

Beban jejari berpunca daripada daya inersia semasa putaran, pengagihan tekanan dinamik cecair tidak sekata, dan ketidakseimbangan baki dalam jisim rotor. Beban jejari terkumpul dalam pam berbilang peringkat boleh menyebabkan galas terlalu panas, getaran atau salah penjajaran rotor.

Strategi Pengimbangan:

● Pengoptimuman simetri pendesak:

o Padanan bilah ganjil genap (cth, 5 bilah + 7 bilah) mengagihkan daya jejari secara sama rata.

o Pengimbangan dinamik memastikan setiap centroid pendesak sejajar dengan paksi putaran, meminimumkan ketidakseimbangan baki.

● Pengukuhan struktur:

o Perumah galas perantaraan tegar mengehadkan anjakan jejari.

o Galas gabungan (cth, galas bebola tujah dua baris + galas penggelek silinder) mengendalikan beban paksi dan jejarian secara berasingan.

● Pampasan hidraulik:

o Bim pemandu atau ruang balik dalam kelegaan pendesak mengoptimumkan laluan aliran, mengurangkan vorteks tempatan dan turun naik daya jejarian.

3. Penghantaran Beban dalam Pendesak Berbilang Peringkat

Daya paksi terkumpul mengikut peringkat dan mesti diuruskan untuk mengelakkan kepekatan tegasan:

● Pengimbangan mengikut peringkat:Memasang cakera imbangan (cth, dalam pam emparan berbilang peringkat) menggunakan perbezaan tekanan jurang paksi untuk melaraskan daya paksi secara automatik.

● Pengoptimuman kekakuan:Aci pam diperbuat daripada aloi berkekuatan tinggi (cth, 42CrMo) dan disahkan melalui analisis unsur terhingga (FEA) untuk had pesongan (biasanya ≤ 0.1 mm/m).

4. Kajian Kes Kejuruteraan dan Pengesahan Pengiraan

Contoh:Pam turbin berbilang peringkat kimia (6 peringkat, jumlah kepala 300 m, kadar aliran 200 m³/j):

● Pengiraan daya paksi:

o Reka bentuk awal (pendesak sedutan tunggal): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), menghasilkan 1.8×106N.

o Selepas menukar kepada pendesak sedutan dua kali dan menambah lubang imbangan: Daya paksi dikurangkan kepada 5×105N, memenuhi piawaian API 610 (≤1.5× tork kuasa berkadar).

● Simulasi beban jejari:

o ANSYS Fluent CFD mendedahkan puncak tekanan tempatan (sehingga 12 kN/m²) dalam pendesak yang tidak dioptimumkan. Memperkenalkan ram pemandu mengurangkan puncak sebanyak 40% dan kenaikan suhu galas sebanyak 15°C.

5. Kriteria dan Pertimbangan Reka Bentuk Utama

● Had daya paksi: Biasanya ≤ 30% daripada kekuatan tegangan aci pam, dengan suhu galas tujahan ≤ 70°C.

● Kawalan kelegaan pendesak: Dikekalkan antara 0.2-0.5 mm (terlalu kecil menyebabkan geseran; terlalu besar membawa kepada kebocoran).

● Ujian dinamik: Ujian pengimbangan kelajuan penuh (gred G2.5) memastikan kestabilan sistem sebelum pentauliahan.

Kesimpulan

Mengimbangi beban paksi dan jejarian dalam pam turbin menegak berbilang peringkat ialah cabaran kejuruteraan sistem yang kompleks yang melibatkan dinamik bendalir, reka bentuk mekanikal dan sains bahan. Mengoptimumkan geometri pendesak, menyepadukan peranti pengimbangan, dan proses pembuatan yang tepat dengan ketara meningkatkan kebolehpercayaan pam dan jangka hayat. Kemajuan masa depan dalam simulasi berangka dipacu AI dan pembuatan bahan tambahan akan membolehkan reka bentuk pendesak diperibadikan dan pengoptimuman beban dinamik.

Nota: Reka bentuk tersuai untuk aplikasi tertentu (cth, sifat bendalir, kelajuan, suhu) mesti mematuhi piawaian antarabangsa seperti API dan ISO.