Očakávajú používatelia aj výrobcovia čerpadlo s axiálnym deleným puzdrom aby vždy fungoval v bode najlepšej účinnosti (BEP). Bohužiaľ, z mnohých dôvodov sa väčšina čerpadiel odchyľuje od BEP (alebo pracuje pri čiastočnom zaťažení), ale odchýlka sa líši. Z tohto dôvodu je potrebné pochopiť javy prúdenia pri čiastočnom zaťažení.

Prevádzka s čiastočným zaťažením

Prevádzka pri čiastočnom zaťažení sa týka prevádzkového stavu čerpadla, ktoré nedosahuje plné zaťaženie (zvyčajne bod návrhu alebo bod s najlepšou účinnosťou).

Zjavné javy čerpadla pri čiastočnom zaťažení

Keď čerpadlo s axiálnym deleným puzdrom prevádzkuje pri čiastočnom zaťažení, zvyčajne sa vyskytuje: vnútorné pretečenie, kolísanie tlaku (tj tzv. budiaca sila), zvýšená radiálna sila, zvýšené vibrácie a zvýšený hluk. V závažných prípadoch môže dôjsť aj k zníženiu výkonu a kavitácii.

Vzrušujúca sila a zdroj

Pri čiastočnom zaťažení dochádza k oddeľovaniu prúdu a recirkulácii v obežnom kolese a difúzore alebo špirále. V dôsledku toho sa okolo obežného kolesa vytvárajú kolísanie tlaku, ktoré generuje takzvanú budiacu silu pôsobiacu na rotor čerpadla. Vo vysokorýchlostných čerpadlách tieto nestabilné hydraulické sily zvyčajne ďaleko prevyšujú mechanické nevyvážené sily, a preto sú zvyčajne hlavným zdrojom budenia vibrácií.

Recirkulácia toku z difúzora alebo špirály späť do obežného kolesa a z obežného kolesa späť do sacieho otvoru spôsobuje silnú interakciu medzi týmito komponentmi. To má veľký vplyv na stabilitu krivky hlavového toku a na budiace sily.

Kvapalina recirkulovaná z difúzora alebo špirály tiež interaguje s tekutinou medzi bočnou stenou obežného kolesa a plášťom. Preto má vplyv na axiálny ťah a kvapalinu prúdiacu cez medzeru, čo má zase veľký vplyv na dynamický výkon rotora čerpadla. Preto, aby sme pochopili vibrácie rotora čerpadla, je potrebné pochopiť javy prúdenia pri čiastočnom zaťažení.

Javy prúdenia tekutín pri čiastočnom zaťažení

Ako sa rozdiel medzi bodom prevádzkového stavu a bodom návrhu (zvyčajne bod s najlepšou účinnosťou) postupne zväčšuje (posúva sa smerom k malému prúdeniu), na lopatkách obežného kolesa alebo difúzora sa v dôsledku nepriaznivého nábehového prúdenia vytvorí nestabilný pohyb tekutiny, čo povedie k oddeleniu prúdenia (de-flow) a mechanickým vibráciám sprevádzaným zvýšeným hlukom a kavitáciou. Pri prevádzke pri čiastočnom zaťažení (t. j. nízke prietoky) profily lopatiek vykazujú veľmi nestabilné javy prúdenia - kvapalina nemôže sledovať obrys nasávacej strany lopatiek, čo vedie k oddeleniu relatívneho prúdenia. Oddeľovanie hraničnej vrstvy tekutiny je procesom nestabilného prúdenia a značne zasahuje do vychyľovania a otáčania tekutiny na profiloch lopatiek, ktoré je potrebné pre hlavu. Vedie k tlakovým pulzáciám spracovávanej tekutiny v dráhe prietoku čerpadla alebo komponentom pripojených k čerpadlu, k vibráciám a hluku. Okrem oddeľovania hraničnej vrstvy tekutiny, trvalo nepriaznivé prevádzkové charakteristiky čiastočného zaťaženia rozdelený prípad čerpadlo sú tiež ovplyvnené nestabilitou externej recirkulácie čiastočného zaťaženia na vstupe obežného kolesa (spätný tok na vstupe) a recirkulácie vnútorného čiastočného zaťaženia na výstupe obežného kolesa (spätný tok výstupu). Vonkajšia recirkulácia na vstupe obežného kolesa nastáva, ak je veľký rozdiel medzi prietokom (podtok) a projektovaným bodom. V podmienkach čiastočného zaťaženia je smer prúdenia vstupnej recirkulácie opačný k hlavnému smeru prúdenia v sacom potrubí - možno ho zistiť vo vzdialenosti zodpovedajúcej niekoľkým priemerom sacieho potrubia v opačnom smere hlavného toku. Rozšírenie axiálneho prúdenia recirkulácie je obmedzené napríklad priečkami, kolenami a zmenami v priereze potrubia. Ak axiálne rozdelenie puzdro pumpa s vysokou dopravnou výškou a vysokým výkonom motora sa prevádzkuje pri čiastočnom zaťažení, minimálnom limite alebo dokonca v mŕtvom bode, vysoký výstupný výkon pohonu sa prenesie do kvapaliny, s ktorou sa manipuluje, čo spôsobí rýchle zvýšenie jej teploty. To následne povedie k odparovaniu čerpaného média, čo poškodí čerpadlo (v dôsledku zaseknutia medzery) alebo dokonca spôsobí prasknutie čerpadla (zvýšenie tlaku pár).

Minimálny nepretržitý stabilný prietok

Je pre to isté čerpadlo jeho minimálny nepretržitý stabilný prietok (alebo percento najlepšieho bodového prietoku účinnosti) rovnaký, keď beží pri pevných otáčkach a premenlivých otáčkach?

Odpoveď je áno. Pretože minimálny nepretržitý stabilný prietok čerpadla s axiálnym deleným puzdrom súvisí so špecifickou rýchlosťou nasávania, akonáhle je určená veľkosť konštrukcie typu čerpadla (komponenty prechádzajúce prietokom), určí sa jeho špecifická rýchlosť nasávania a rozsah, v ktorom čerpadlo je určená stabilná prevádzka (čím väčšia je špecifická rýchlosť nasávania, tým menší je rozsah stabilnej prevádzky čerpadla), to znamená, že sa určí minimálny trvalý stabilný prietok čerpadla. Preto pre čerpadlo s určitou veľkosťou konštrukcie, či už beží pri pevných otáčkach alebo premenlivých otáčkach, je jeho minimálny trvalý stabilný prietok (alebo percento najlepšieho bodového prietoku účinnosti) rovnaký.