1. Definisjon og nøkkelvirkninger av impellergap

Løftehjulsgapet refererer til den radielle klaringen mellom pumpehjulet og pumpehuset (eller ledeskovlens ring), vanligvis fra 0.2 mm til 0.5 mm. Dette gapet påvirker ytelsen til  flertrinns vertikale turbinpumper i to hovedaspekter:

● Hydrauliske tap: For store hull øker lekkasjestrømmen, og reduserer volumetrisk effektivitet; for små mellomrom kan forårsake friksjonsslitasje eller kavitasjon.

● Strømningsegenskaper: Spaltstørrelsen påvirker direkte strømningsensartetheten ved pumpehjulets utløp, og påvirker derved hode- og effektivitetskurver.

2. Teoretisk grunnlag for optimalisering av impellergap

2.1 Volumetrisk effektivitetsforbedring

Volumetrisk effektivitet (ηₛ) er definert som forholdet mellom faktisk utgangsstrøm og teoretisk strømning:

ηₛ = 1 − QQlekkasje

der Qleak er lekkasjestrømmen forårsaket av impellergapet. Optimalisering av gapet reduserer lekkasje betydelig. For eksempel:

● Redusering av gapet fra 0.3 mm til 0.2 mm reduserer lekkasje med 15–20 %.

● I flertrinnspumper kan kumulativ optimalisering på tvers av trinn forbedre total effektivitet med 5–10 %.

2.2 Reduksjon i hydrauliske tap

Optimalisering av gapet forbedrer jevn strømning ved pumpehjulets utløp, reduserer turbulens og minimerer dermed tap av trykk. For eksempel:

● CFD-simuleringer viser at reduksjon av gapet fra 0.4 mm til 0.25 mm senker turbulent kinetisk energi med 30 %, tilsvarende en 4–6 % reduksjon i akselkraftforbruk.

2.3 Kavitasjonsforbedring

Store hull forverrer trykkpulsasjoner ved innløpet, og øker kavitasjonsrisikoen. Optimalisering av gapet stabiliserer strømningen og øker NPSHr-marginen (netto positivt sugehode), spesielt effektivt under forhold med lav strømning.

3. Eksperimentell verifikasjon og tekniske tilfeller

3.1 Laboratorietestdata

Et forskningsinstitutt gjennomførte komparative tester på en flertrinns vertikal turbinpumpe (parametere: 2950 rpm, 100 m³/t, 200 m hode).

3.2 Industrielle anvendelseseksempler

● Ettermontering av petrokjemisk sirkulasjonspumpe: Et raffineri reduserte impellergapet fra 0.4 mm til 0.28 mm, og oppnådde årlige energibesparelser på 120 kW·h og en 8 % reduksjon i driftskostnadene.

● Offshore-plattforminjeksjonspumpeoptimalisering: Ved å bruke laserinterferometri for å kontrollere gapet (±0.02 mm), ble en pumpes volumetriske effektivitet forbedret fra 81 % til 89 %, og løste vibrasjonsproblemer forårsaket av for store gap.

4. Optimaliseringsmetoder og implementeringstrinn

4.1 Matematisk modell for gapoptimalisering

Basert på sentrifugalpumpens likhetslover og korreksjonskoeffisienter, er forholdet mellom gap og effektivitet:

η = η₀(1 − k·δD)

hvor δ er gap-verdien, D er impellerdiameteren, og k er en empirisk koeffisient (typisk 0.1–0.3).

4.2 Viktige implementeringsteknologier

●Presisjonsproduksjon: CNC-maskiner og slipeverktøy oppnår presisjon på mikrometernivå (IT7–IT8) for løpehjul og foringsrør.

●Måling på stedet: Laserjusteringsverktøy og ultralydtykkelsesmålere overvåker gap under montering for å unngå avvik.

● Dynamisk justering: For høytemperatur- eller korrosive medier brukes utskiftbare tetningsringer med boltbasert finjustering.

4.3 Hensyn

● Friksjon-slitasjebalanse: Underdimensjonerte hull øker mekanisk slitasje; materialhardhet (f.eks. Cr12MoV for løpehjul, HT250 for foringsrør) og driftsforhold må balanseres.

● Kompensasjon for termisk ekspansjon: Reserverte mellomrom (0.03–0.05 mm) er nødvendig for høytemperaturapplikasjoner (f.eks. varmeoljepumper).

5. Fremtidige trender

●Digital design: AI-baserte optimaliseringsalgoritmer (f.eks. genetiske algoritmer) vil raskt bestemme optimale gap.

●Tilsetningsstoffproduksjon: Metall 3D-utskrift muliggjør integrerte impellerhusdesign, noe som reduserer monteringsfeil.

●Smart overvåking: Fiberoptiske sensorer sammenkoblet med digitale tvillinger vil muliggjøre gapovervåking i sanntid og forutsigelse av ytelsesdegradering.

Konklusjon

Impeller gap optimering er en av de mest direkte metodene for å forbedre flertrinns vertikal turbinpumpeeffektivitet. Ved å kombinere presisjonsproduksjon, dynamisk justering og intelligent overvåking kan man oppnå effektivitetsgevinster på 5–15 %, redusere energiforbruket og redusere vedlikeholdskostnadene. Med fremskritt innen fabrikasjon og analyse vil gap-optimalisering utvikle seg mot høyere presisjon og intelligens, og bli en kjerneteknologi for ettermontering av pumpeenergi.

OBS: Praktiske tekniske løsninger må integrere middels egenskaper, driftsforhold og kostnadsbegrensninger, validert gjennom livssykluskostnadsanalyse (LCC).