Oczekują tego zarówno użytkownicy, jak i producenci osiowa pompa z dzieloną obudową aby zawsze działać w punkcie najlepszej wydajności (BEP). Niestety, z wielu powodów, większość pomp odbiega od BEP (lub pracuje przy częściowym obciążeniu), ale odchylenie jest różne. Z tego powodu konieczne jest zrozumienie zjawisk przepływu pod częściowym obciążeniem.

Praca z częściowym obciążeniem

Praca przy częściowym obciążeniu odnosi się do stanu pracy pompy, który nie osiąga pełnego obciążenia (zwykle jest to punkt projektowy lub punkt najlepszej wydajności).

Widoczne zjawiska pracy pompy przy częściowym obciążeniu

Podczas osiowa pompa z dzieloną obudową pracuje przy częściowym obciążeniu, zazwyczaj występują: przepływ wewnętrzny, wahania ciśnienia (tzw. siła wzbudzająca), zwiększona siła promieniowa, zwiększone wibracje i zwiększony hałas. W ciężkich przypadkach może również wystąpić pogorszenie wydajności i kawitacja.

Ekscytująca siła i źródło

W warunkach częściowego obciążenia w wirniku i dyfuzorze lub spirali następuje separacja przepływu i recyrkulacja. W efekcie wokół wirnika powstają wahania ciśnienia, co generuje tzw. siłę wzbudzającą działającą na wirnik pompy. W pompach szybkoobrotowych te niestabilne siły hydrauliczne zwykle znacznie przekraczają siły niewyważenia mechanicznego i dlatego są zwykle głównym źródłem wzbudzenia drgań.

Recyrkulacja przepływu z dyfuzora lub spirali z powrotem do wirnika i z wirnika z powrotem do króćca ssawnego powoduje silną interakcję pomiędzy tymi elementami. Ma to duży wpływ na stabilność krzywej przepływu i sił wzbudzających.

Płyn recyrkulowany z dyfuzora lub spirali oddziałuje również z płynem pomiędzy ścianą boczną wirnika a obudową. Ma to zatem wpływ na nacisk osiowy i płyn przepływający przez szczelinę, co z kolei ma duży wpływ na pracę dynamiczną wirnika pompy. Dlatego, aby zrozumieć drgania wirnika pompy, należy poznać zjawiska przepływowe pod częściowym obciążeniem.

Zjawiska przepływu płynu pod częściowym obciążeniem

W miarę stopniowego zwiększania się różnicy pomiędzy punktem warunków pracy a punktem obliczeniowym (zwykle punktem najlepszej wydajności) (przesuwając się w kierunku małego przepływu), na łopatkach wirnika lub dyfuzora będzie powstawał niestabilny ruch płynu na skutek niekorzystnego przepływu dopływowego, co doprowadzi do separacji przepływu (odpływu) i wibracji mechanicznych, którym towarzyszy zwiększony hałas i kawitacja. Podczas pracy przy częściowym obciążeniu (tj. przy małych natężeniach przepływu) profile łopatek wykazują bardzo niestabilne zjawiska przepływu – ciecz nie może podążać za konturem strony ssącej łopatek, co prowadzi do rozdzielenia przepływu względnego. Oddzielenie warstwy granicznej płynu jest procesem niestabilnym przepływowym i w dużym stopniu zakłóca ugięcie i obrót płynu na profilach łopatek, niezbędny dla głowicy. Prowadzi to do pulsacji ciśnienia przetwarzanej cieczy w torze przepływu pompy lub elementów podłączonych do pompy, drgań i hałasu. Oprócz oddzielenia warstwy granicznej płynu, utrzymujące się niekorzystne właściwości pracy przy częściowym obciążeniu podzielona sprawa na wlocie pompy wpływa także niestabilność zewnętrznej recyrkulacji częściowego obciążenia na wlocie wirnika (wlotowy przepływ powrotny) i wewnętrznej recyrkulacji częściowego obciążenia na wylocie wirnika (wylotowy przepływ powrotny). Zewnętrzna recyrkulacja na wlocie wirnika ma miejsce, jeśli istnieje duża różnica między natężeniem przepływu (niedomiarem) a punktem obliczeniowym. W warunkach częściowego obciążenia kierunek przepływu recyrkulacji wlotowej jest przeciwny do głównego kierunku przepływu w rurze ssącej – można to wykryć w odległości odpowiadającej kilku średnicom rury ssawnej w kierunku przeciwnym do głównego przepływu. Rozszerzanie się przepływu osiowego recyrkulacji jest ograniczane np. przez przegrody, kolanka i zmiany przekroju rury. Jeśli podział osiowy obudowa pompy przy dużej wysokości podnoszenia i dużej mocy silnika pracuje przy częściowym obciążeniu, minimalnym limicie lub nawet w martwym punkcie, duża moc wyjściowa sterownika zostanie przeniesiona na tłoczony płyn, powodując gwałtowny wzrost jego temperatury. To z kolei doprowadzi do odparowania pompowanego medium, co może spowodować uszkodzenie pompy (na skutek zakleszczenia szczeliny) lub nawet spowodować rozerwanie pompy (wzrost ciśnienia pary).

Minimalne ciągłe, stabilne natężenie przepływu

Czy w przypadku tej samej pompy minimalne, ciągłe, stabilne natężenie przepływu (lub procent natężenia przepływu w punkcie najlepszej sprawności) jest takie samo, gdy pracuje ona ze stałą i zmienną prędkością?

Odpowiedź brzmi: tak. Ponieważ minimalne, ciągłe, stabilne natężenie przepływu pompy z dzielonym korpusem osiowym jest powiązane z prędkością właściwą ssania, po określeniu rozmiaru konstrukcji typu pompy (elementów przepuszczających przepływ), określa się jej prędkość właściwą ssania oraz zakres, w jakim pompa może pracować stabilnie (im większa prędkość właściwa ssania, tym mniejszy zakres stabilnej pracy pompy), to znaczy określane jest minimalne ciągłe stabilne natężenie przepływu pompy. Dlatego w przypadku pompy o określonej wielkości konstrukcji, niezależnie od tego, czy pracuje ona ze stałą, czy zmienną prędkością, jej minimalne ciągłe stabilne natężenie przepływu (lub procent natężenia przepływu w punkcie najlepszej wydajności) jest takie samo.