1. Uzalishaji wa Nguvu ya Axial na Kanuni za Kusawazisha

Nguvu za axial katika hatua nyingi  pampu za turbine za wima  kimsingi huundwa na vipengele viwili:

● Sehemu ya nguvu ya Centrifugal:Mtiririko wa radial wa kioevu kutokana na nguvu ya katikati hujenga tofauti ya shinikizo kati ya vifuniko vya mbele na vya nyuma vya impela, na kusababisha nguvu ya axial (kawaida inayoelekezwa kwenye ingizo la kunyonya).

● Athari ya kutofautisha ya shinikizo:Tofauti ya shinikizo la mkusanyiko katika kila hatua huongeza zaidi nguvu ya axial.

Mbinu za kusawazisha:

● Mpangilio wa chapa yenye ulinganifu:Kutumia visukuku vya kunyonya mara mbili (kioevu huingia kutoka pande zote mbili) hupunguza tofauti ya shinikizo la unidirectional, kupunguza nguvu ya axial kwa viwango vinavyokubalika (10% -30%).

● Usanifu wa shimo la kusawazisha:Mashimo ya radial au oblique kwenye kifuniko cha nyuma cha impela huelekeza kioevu cha shinikizo la juu kurudi kwenye ingizo, kusawazisha tofauti za shinikizo. Ukubwa wa shimo lazima uboreshwe kupitia hesabu za mienendo ya maji ili kuepuka hasara ya ufanisi.

● Muundo wa blade ya kinyume:Kuongeza vile vile vya nyuma (kinyume na vile vile kuu) katika hatua ya mwisho huzalisha nguvu ya kukabiliana na katikati ili kukabiliana na mizigo ya axial. Kawaida kutumika katika pampu high-head (kwa mfano, multistage verticalturbinepumps).

2. Uzalishaji wa Mzigo wa Radi na Usawazishaji

Mizigo ya radi hutoka kwa nguvu zisizo na nguvu wakati wa kuzunguka, usambazaji usio sawa wa shinikizo la nguvu la kioevu, na usawa wa mabaki katika molekuli ya rota. Mizigo ya radial iliyokusanywa katika pampu za hatua nyingi inaweza kusababisha kuzaa overheating, vibration, au rotor misalignment.

Mikakati ya Kusawazisha:

● Uboreshaji wa ulinganifu wa kisukuma:

o Ulinganishaji wa blade isiyo ya kawaida (kwa mfano, vile 5 + 7) husambaza nguvu za radial sawasawa.

o Usawazishaji unaobadilika huhakikisha kila sehemu ya kati ya impela inalingana na mhimili wa mzunguko, na hivyo kupunguza usawa wa mabaki.

● Uimarishaji wa muundo:

o Nyumba za kuzaa za kati zisizo ngumu huzuia uhamishaji wa radial.

o Bei zilizounganishwa (kwa mfano, fani za mpira wa msukumo wa safu mbili + fani za roller za silinda) hushughulikia mizigo ya axial na radial kando.

● Fidia ya majimaji:

o Vyumba vya kuongozea au vyumba vya kurudisha katika vibali vya impela huboresha njia za mtiririko, kupunguza midundo ya ndani na kushuka kwa nguvu kwa radial.

3. Usambazaji wa Mzigo katika Vichochezi vya Hatua nyingi

Nguvu za axial hujilimbikiza hatua kwa hatua na lazima zidhibitiwe ili kuzuia viwango vya mkazo:

● Usawazishaji wa hatua:Kufunga diski ya usawa (kwa mfano, katika pampu za hatua nyingi za centrifugal) hutumia tofauti za shinikizo la axial pengo ili kurekebisha moja kwa moja nguvu za axial.

● Uboreshaji wa ugumu:Mishimo ya pampu imetengenezwa kwa aloi za nguvu ya juu (kwa mfano, 42CrMo) na kuthibitishwa kupitia uchanganuzi wa vipengele vyenye kikomo (FEA) kwa vikomo vya mkengeuko (kawaida ≤ 0.1 mm/m).

4. Uchunguzi wa Uchunguzi wa Uhandisi na Uthibitishaji wa Kuhesabu

Mfano:Pampu ya turbine yenye hatua nyingi ya kemikali (hatua 6, jumla ya kichwa 300 m, kiwango cha mtiririko 200 m³/h):

● Hesabu ya nguvu ya axial:

o Muundo wa awali (kisukumizi cha kunyonya kimoja): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), na kusababisha 1.8×106N.

o Baada ya kugeuzwa kuwa kisukumizi cha kunyonya mara mbili na kuongeza mashimo ya mizani: Nguvu ya axial imepunguzwa hadi 5×105N, kufikia viwango vya API 610 (≤1.5× lilipimwa torque ya nguvu).

● Uigaji wa upakiaji wa radial:

o ANSYS Fasaha CFD ilifichua viwango vya juu vya shinikizo la ndani (hadi kN 12/m²) katika visukuku ambavyo havijaboreshwa. Kuanzisha vifuniko vya mwongozo vilipunguza vilele kwa 40% na kupanda kwa joto kwa 15°C.

5. Vigezo muhimu vya Kubuni na Mazingatio

● Vikomo vya nguvu za axial: Kwa kawaida ≤ 30% ya nguvu ya kustahimili ya shimoni la pampu, yenye joto la kustahimili msukumo ≤ 70°C.

● Udhibiti wa kibali cha impela: Hudumishwa kati ya 0.2-0.5 mm (ndogo sana husababisha msuguano; kubwa sana husababisha kuvuja).

● Majaribio ya nguvu: Majaribio ya kusawazisha kasi kamili (daraja la G2.5) huhakikisha uthabiti wa mfumo kabla ya kuanza kutumika.

Hitimisho

Kusawazisha mizigo ya axial na radial katika pampu za turbine wima za hatua nyingi ni changamoto changamano ya uhandisi ya mifumo inayohusisha mienendo ya maji, muundo wa kimitambo na sayansi ya nyenzo. Kuboresha jiometri ya impela, kuunganisha vifaa vya kusawazisha, na michakato sahihi ya utengenezaji huongeza kwa kiasi kikubwa uaminifu na maisha ya pampu. Maendeleo ya siku zijazo katika uigaji wa nambari zinazoendeshwa na AI na utengenezaji wa nyongeza yatawezesha zaidi muundo wa kisukuma unaobinafsishwa na uboreshaji wa mzigo unaobadilika.

Kumbuka: Muundo uliogeuzwa kukufaa kwa programu mahususi (km, sifa za umajimaji, kasi, halijoto) lazima uzingatie viwango vya kimataifa kama vile API na ISO.