१. अक्षीय बल उत्पादन र सन्तुलन सिद्धान्तहरू

बहुचरणमा अक्षीय बलहरू  ठाडो टर्बाइन पम्पहरू  मुख्यतया दुई घटकहरू मिलेर बनेको हुन्छ:

● केन्द्रापसारक बल घटक:केन्द्रापसारक बलको कारणले तरल रेडियल प्रवाहले इम्पेलरको अगाडि र पछाडिको आवरणहरू बीच दबाब भिन्नता सिर्जना गर्दछ, जसको परिणामस्वरूप अक्षीय बल (सामान्यतया सक्शन इनलेट तिर निर्देशित) हुन्छ।

● दबाव भिन्नता प्रभाव:प्रत्येक चरणमा संचयी दबाव भिन्नताले अक्षीय बललाई अझ बढाउँछ।

सन्तुलन विधिहरू:

● सममित इम्पेलर व्यवस्था:डबल-सक्शन इम्पेलरहरू (दुवै तर्फबाट तरल पदार्थ प्रवेश गर्छ) प्रयोग गर्नाले एकदिशात्मक दबाव भिन्नता कम हुन्छ, अक्षीय बललाई स्वीकार्य स्तर (१०%-३०%) मा घटाउँछ।

● ब्यालेन्स प्वाल डिजाइन:इम्पेलर ब्याक कभरमा रेडियल वा ओब्लिक प्वालहरूले उच्च-दबाव तरल पदार्थलाई इनलेटमा फिर्ता रिडिरेक्ट गर्दछ, दबाब भिन्नताहरूलाई सन्तुलनमा राख्छ। दक्षता हानिबाट बच्नको लागि प्वालको आकार तरल गतिशीलता गणना मार्फत अनुकूलित गर्नुपर्छ।

● उल्टो ब्लेड डिजाइन:अन्तिम चरणमा रिभर्स ब्लेडहरू (मुख्य ब्लेडहरूको विपरीत) थप्दा अक्षीय भारहरू अफसेट गर्न प्रति-केन्द्रापसारक बल उत्पन्न हुन्छ। सामान्यतया उच्च-हेड पम्पहरूमा प्रयोग गरिन्छ (जस्तै, बहु-चरण ठाडो टर्बाइन पम्पहरू)।

२. रेडियल लोड उत्पादन र सन्तुलन

रेडियल भारहरू घुमाउने क्रममा जडत्व बल, असमान तरल गतिशील दबाव वितरण, र रोटर द्रव्यमानमा अवशिष्ट असंतुलनबाट उत्पन्न हुन्छन्। बहु-चरण पम्पहरूमा संचित रेडियल भारहरूले बेयरिङ ओभरहिटिंग, कम्पन, वा रोटर गलत अलाइनमेन्ट निम्त्याउन सक्छ।

सन्तुलन रणनीतिहरू:

● इम्पेलर सममिति अनुकूलन:

o बिजोर-बिजोर ब्लेड मिलान (जस्तै, ५ ब्लेड + ७ ब्लेड) ले रेडियल बललाई समान रूपमा वितरण गर्छ।

o गतिशील सन्तुलनले प्रत्येक इम्पेलरको सेन्ट्रोइड घुमाउने अक्षसँग पङ्क्तिबद्ध भएको सुनिश्चित गर्दछ, अवशिष्ट असंतुलनलाई कम गर्दछ।

● संरचनात्मक सुदृढीकरण:

o कठोर मध्यवर्ती बियरिङ हाउसिङहरूले रेडियल विस्थापनलाई प्रतिबन्धित गर्छन्।

o संयुक्त बियरिङहरू (जस्तै, डबल-रो थ्रस्ट बल बियरिङहरू + बेलनाकार रोलर बियरिङहरू) ले अक्षीय र रेडियल भारहरूलाई छुट्टाछुट्टै ह्यान्डल गर्छन्।

● हाइड्रोलिक क्षतिपूर्ति:

o इम्पेलर क्लियरेन्समा रहेका गाइड भ्यान वा रिटर्न चेम्बरहरूले प्रवाह मार्गहरूलाई अनुकूलन गर्छन्, जसले गर्दा स्थानीय भोर्टिस र रेडियल बलको उतारचढाव कम हुन्छ।

३. बहु-चरण इम्पेलरहरूमा लोड ट्रान्समिशन

अक्षीय बलहरू चरणबद्ध रूपमा जम्मा हुन्छन् र तनाव सांद्रता रोक्नको लागि व्यवस्थापन गर्नुपर्छ:

● चरणगत सन्तुलन:ब्यालेन्स डिस्क स्थापना गर्दा (जस्तै, बहु-चरण केन्द्रापसारक पम्पहरूमा) अक्षीय बलहरू स्वचालित रूपमा समायोजन गर्न अक्षीय अन्तर दबाब भिन्नताहरू प्रयोग गरिन्छ।

● कठोरता अनुकूलन:पम्प शाफ्टहरू उच्च-शक्ति मिश्र धातुहरू (जस्तै, 42CrMo) बाट बनेका हुन्छन् र विक्षेपन सीमाहरू (सामान्यतया ≤ 0.1 मिमी/मीटर) को लागि परिमित तत्व विश्लेषण (FEA) मार्फत प्रमाणित गरिन्छ।

४. इन्जिनियरिङ केस स्टडी र गणना प्रमाणीकरण

उदाहरण:रासायनिक बहु-चरणीय ठाडो टर्बाइन पम्प (६ चरणहरू, कुल हेड ३०० मिटर, प्रवाह दर २०० m³/घण्टा):

● अक्षीय बल गणना:

o प्रारम्भिक डिजाइन (एकल-सक्शन इम्पेलर): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), परिणामस्वरूप १.८×१०६N हुन्छ।

o डबल-सक्शन इम्पेलरमा रूपान्तरण गरेपछि र ब्यालेन्स होलहरू थपेपछि: अक्षीय बल ५×१०५N मा घटाइयो, API ६१० मापदण्डहरू पूरा गर्दै (≤१.५× रेटेड पावर टर्क)।

● रेडियल लोड सिमुलेशन:

o ANSYS फ्लुएन्ट CFD ले अप्टिमाइज नगरिएका इम्पेलरहरूमा स्थानीय दबाव शिखरहरू (१२ kN/m² सम्म) प्रकट गर्‍यो। गाइड भ्यानहरू प्रस्तुत गर्नाले शिखरहरू ४०% ले घटाइयो र बेयरिङ तापमान १५°C ले बढ्यो।

५. मुख्य डिजाइन मापदण्ड र विचारहरू

● अक्षीय बल सीमा: सामान्यतया पम्प शाफ्टको तन्य शक्तिको ≤ ३०%, थ्रस्ट बेयरिङ तापक्रम ≤ ७०°C हुन्छ।

● इम्पेलर क्लियरेन्स नियन्त्रण: ०.२-०.५ मिमी बीचमा राखिएको (धेरै सानो हुँदा घर्षण हुन्छ; धेरै ठूलो हुँदा चुहावट हुन्छ)।

● गतिशील परीक्षण: पूर्ण-गति सन्तुलन परीक्षण (G2.5 ग्रेड) ले कमिसन गर्नु अघि प्रणाली स्थिरता सुनिश्चित गर्दछ।

निष्कर्ष

बहु-चरणीय ठाडो टर्बाइन पम्पहरूमा अक्षीय र रेडियल भारहरू सन्तुलन गर्नु तरल गतिशीलता, मेकानिकल डिजाइन, र भौतिक विज्ञान समावेश गर्ने एक जटिल प्रणाली इन्जिनियरिङ चुनौती हो। इम्पेलर ज्यामिति अनुकूलन, सन्तुलन उपकरणहरू एकीकृत गर्ने, र सटीक उत्पादन प्रक्रियाहरूले पम्प विश्वसनीयता र आयुमा उल्लेखनीय रूपमा वृद्धि गर्दछ। एआई-संचालित संख्यात्मक सिमुलेशन र एडिटिभ निर्माणमा भविष्यको प्रगतिले व्यक्तिगत इम्पेलर डिजाइन र गतिशील लोड अप्टिमाइजेसनलाई अझ सक्षम बनाउनेछ।

नोट: विशिष्ट अनुप्रयोगहरू (जस्तै, तरल पदार्थ गुण, गति, तापक्रम) को लागि अनुकूलित डिजाइनले API र ISO जस्ता अन्तर्राष्ट्रिय मापदण्डहरूको पालना गर्नुपर्छ।