1. Definiția și impactul cheie al decalajului rotorului

Intervalul rotorului se referă la jocul radial dintre rotor și carcasa pompei (sau inelul paletei de ghidare), variind de obicei de la 0.2 mm la 0.5 mm. Acest decalaj afectează semnificativ performanța  pompe cu turbină verticală multietajată sub doua aspecte principale:

● Pierderi hidraulice: golurile excesive cresc debitul de scurgere, reducand randamentul volumetric; golurile excesiv de mici pot cauza uzură prin frecare sau cavitație.

● Caracteristici de curgere: Dimensiunea golului influențează direct uniformitatea debitului la ieșirea rotorului, afectând astfel curbele de înălțime și de eficiență.

2. Baza teoretică pentru optimizarea decalajului rotorului

2.1 Îmbunătățirea eficienței volumetrice

Eficiența volumetrică (ηₛ) este definită ca raportul dintre debitul efectiv de ieșire și debitul teoretic:

ηₛ = 1 − QQleak

unde Qleak este debitul de scurgere cauzat de golul rotorului. Optimizarea decalajului reduce semnificativ scurgerea. De exemplu:

● Reducerea decalajului de la 0.3 mm la 0.2 mm scade scurgerea cu 15–20%.

● În pompele cu mai multe trepte, optimizarea cumulativă între etape poate îmbunătăți eficiența totală cu 5–10%.

2.2 Reducerea Pierderilor Hidraulice

Optimizarea decalajului îmbunătățește uniformitatea debitului la ieșirea rotorului, reducând turbulențele și reducând astfel la minimum pierderea de sarcină. De exemplu:

● Simulările CFD arată că reducerea decalajului de la 0.4 mm la 0.25 mm scade energia cinetică turbulentă cu 30%, ceea ce corespunde unei reduceri de 4–6% a consumului de putere a arborelui.

2.3 Creșterea performanței cavitației

Golurile mari exacerbează pulsațiile de presiune la intrare, crescând riscul de cavitație. Optimizarea decalajului stabilizează debitul și crește marja NPSHr (capul net pozitiv de aspirație), deosebit de eficientă în condiții de debit scăzut.

3. Cazuri de verificare și inginerie experimentală

3.1 Date ale testelor de laborator

Un institut de cercetare a efectuat teste comparative pe a pompă cu turbină verticală în mai multe trepte (parametri: 2950 rpm, 100 m³/h, 200 m înălțime).

3.2 Exemple de aplicații industriale

● Modernizare pompe de circulație petrochimice: O rafinărie a redus decalajul rotorului de la 0.4 mm la 0.28 mm, realizând economii anuale de energie de 120 kW·h și o reducere cu 8% a costurilor de operare.

● Optimizarea pompei de injecție a platformei offshore: Utilizând interferometria laser pentru a controla golul (±0.02 mm), eficiența volumetrică a unei pompe s-a îmbunătățit de la 81% la 89%, rezolvând problemele de vibrație cauzate de goluri excesive.

4. Metode de optimizare și pași de implementare

4.1 Model matematic pentru optimizarea decalajului

Pe baza legilor de similitudine a pompelor centrifuge și a coeficienților de corecție, relația dintre decalaj și eficiență este:

η = η₀(1 − k·δD)

unde δ este valoarea intervalului, D este diametrul rotorului și k este un coeficient empiric (de obicei 0.1–0.3).

4.2 Tehnologii cheie de implementare

●Fabricare de precizie: Mașinile CNC și uneltele de șlefuit ating o precizie la nivel de micrometru (IT7–IT8) pentru rotoare și carcase.

●Măsurare in situ: Instrumentele de aliniere cu laser și instrumentele de măsurare a grosimii cu ultrasunete monitorizează golurile în timpul asamblarii pentru a evita abaterile.

● Ajustare dinamică: Pentru medii de înaltă temperatură sau corozive, se folosesc inele de etanșare înlocuibile cu reglaj fin pe bază de șuruburi.

4.3 Considerații

● Echilibrul frecare-uzură: Golurile subdimensionate cresc uzura mecanică; duritatea materialului (de exemplu, Cr12MoV pentru rotoare, HT250 pentru carcase) și condițiile de funcționare trebuie echilibrate.

● Compensarea expansiunii termice: Spațiile rezervate (0.03–0.05 mm) sunt necesare pentru aplicații la temperaturi înalte (de exemplu, pompe de ulei fierbinte).

5. Tendințe viitoare

●Design digital: Algoritmii de optimizare bazați pe inteligență artificială (de exemplu, algoritmii genetici) vor determina rapid decalajele optime.

●Producție aditivă: Imprimarea 3D din metal permite proiectarea integrată a carcasei rotorului, reducând erorile de asamblare.

●Monitorizare inteligentă: Senzorii cu fibră optică împerecheați cu gemeni digitali vor permite monitorizarea în timp real a decalajului și predicția degradării performanței.

Concluzie

Optimizarea decalajului rotorului este una dintre cele mai directe metode de îmbunătățire a eficienței pompei verticale cu turbină în mai multe etape. Combinând producția de precizie, reglarea dinamică și monitorizarea inteligentă, se poate obține câștiguri de eficiență de 5-15%, poate reduce consumul de energie și costurile de întreținere mai mici. Odată cu progresele în fabricație și analiză, optimizarea decalajului va evolua către o precizie și o inteligență mai ridicate, devenind o tehnologie de bază pentru modernizarea energiei pompelor.

Notă: Soluțiile practice de inginerie trebuie să integreze proprietăți medii, condiții operaționale și constrângeri de cost, validate prin analiza costului ciclului de viață (LCC).