1. Дефиниција и кључни утицаји зазора радног кола

Размак радног кола се односи на радијални зазор између радног кола и кућишта пумпе (или прстена водеће лопатице), обично у распону од 0.2 мм до 0.5 мм. Овај јаз значајно утиче на перформансе  вишестепене вертикалне турбинске пумпе у два главна аспекта:

● Хидраулички губици: Прекомерни зазори повећавају проток цурења, смањујући запреминску ефикасност; претерано мали зазори могу изазвати хабање трењем или кавитацију.

● Карактеристике протока: Величина зазора директно утиче на уједначеност протока на излазу радног кола, утичући на тај начин на криве главе и ефикасности.

2. Теоријске основе за оптимизацију зазора радног кола

2.1 Побољшање запреминске ефикасности

Волуметријска ефикасност (ηₛ) се дефинише као однос стварног излазног протока и теоријског протока:

ηₛ = 1 − ККлеак

где је Клеак проток цурења изазван зазором радног кола. Оптимизација зазора значајно смањује цурење. на пример:

● Смањење зазора са 0.3 мм на 0.2 мм смањује цурење за 15–20%.

● У вишестепеним пумпама, кумулативна оптимизација између фаза може побољшати укупну ефикасност за 5–10%.

2.2 Смањење хидрауличних губитака

Оптимизација зазора побољшава уједначеност протока на излазу радног кола, смањујући турбуленцију и на тај начин минимизирајући губитак главе. на пример:

● ЦФД симулације показују да смањење зазора са 0.4 мм на 0.25 мм смањује турбулентну кинетичку енергију за 30%, што одговара смањењу потрошње енергије осовине за 4–6%.

2.3 Побољшање перформанси кавитације

Велики зазори погоршавају пулсирање притиска на улазу, повећавајући ризик од кавитације. Оптимизација зазора стабилизује проток и подиже маргину НПСХр (нето позитивна усисна глава), посебно ефикасно у условима ниског протока.

3. Експериментална верификација и инжењерски случајеви

3.1 Подаци о лабораторијским испитивањима

Истраживачки институт је спровео упоредна испитивања на а вишестепена вертикална турбинска пумпа (параметри: 2950 о/мин, 100 м³/х, 200 м напона).

3.2 Примери индустријске примене

● Реконструкција петрохемијске циркулационе пумпе: Рафинерија је смањила зазор радног кола са 0.4 мм на 0.28 мм, постижући годишњу уштеду енергије од 120 кВ·х и смањење оперативних трошкова од 8%.

● Оптимизација пумпе за убризгавање платформе на мору: Коришћењем ласерске интерферометрије за контролу зазора (±0.02 мм), запреминска ефикасност пумпе је побољшана са 81% на 89%, решавајући проблеме са вибрацијама изазваним превеликим празнинама.

4. Методе оптимизације и кораци имплементације

4.1 Математички модел за оптимизацију јаза

На основу закона сличности центрифугалне пумпе и коефицијената корекције, однос између јаза и ефикасности је:

η = η₀(1 − к·δД)

где је δ вредност зазора, Д је пречник радног кола, а к је емпиријски коефицијент (обично 0.1–0.3).

4.2 Кључне технологије имплементације

●Прецизна производња: ЦНЦ машине и алати за брушење постижу прецизност на нивоу микрометара (ИТ7–ИТ8) за радна кола и кућишта.

●Мерење на лицу места: Ласерски алати за поравнање и ултразвучни мерачи дебљине прате празнине током монтаже како би се избегла одступања.

● Динамичко подешавање: За високотемпературне или корозивне медије користе се заменљиви заптивни прстенови са финим подешавањем на бази вијака.

4.3 Разматрања

● Баланс трења и хабања: Мале празнине повећавају механичко хабање; тврдоћа материјала (нпр. Цр12МоВ за импелере, ХТ250 за кућишта) и радни услови морају бити избалансирани.

● Компензација термичке експанзије: Резервисани размаци (0.03–0.05 мм) су неопходни за примене на високим температурама (нпр. пумпе за врело уље).

5. Будући трендови

●Дигитални дизајн: Алгоритми за оптимизацију засновани на вештачкој интелигенцији (нпр. генетски алгоритми) ће брзо одредити оптималне празнине.

●адитивна производња: Метална 3Д штампа омогућава интегрисане дизајне кућишта радног кола, смањујући грешке при монтажи.

●Паметно надгледање: Оптички сензори упарени са дигиталним близанцима омогућиће праћење јаза у реалном времену и предвиђање деградације перформанси.

Zakljucak

Оптимизација зазора радног кола је једна од најдиректнијих метода за побољшање ефикасности вишестепених вертикалних турбинских пумпи. Комбиновањем прецизне производње, динамичког прилагођавања и интелигентног надзора може се постићи повећање ефикасности од 5–15%, смањење потрошње енергије и нижи трошкови одржавања. Са напретком у производњи и аналитици, оптимизација зазора ће еволуирати ка већој прецизности и интелигенцији, постајући основна технологија за реконструкцију енергије пумпи.

Белешка: Практична инжењерска решења морају интегрисати својства медија, услове рада и ограничења трошкова, потврђена анализом трошкова животног циклуса (ЛЦЦ).