1. అక్షసంబంధ బల ఉత్పత్తి మరియు సమతుల్య సూత్రాలు

బహుళ దశలలో అక్షసంబంధ శక్తులు  నిలువు టర్బైన్ పంపులు  ప్రధానంగా రెండు భాగాలతో కూడి ఉంటాయి:

● అపకేంద్ర బల భాగం:సెంట్రిఫ్యూగల్ ఫోర్స్ కారణంగా ద్రవ రేడియల్ ప్రవాహం ఇంపెల్లర్ యొక్క ముందు మరియు వెనుక కవర్ల మధ్య పీడన భేదాన్ని సృష్టిస్తుంది, దీని ఫలితంగా అక్షసంబంధ శక్తి (సాధారణంగా చూషణ ఇన్లెట్ వైపు మళ్ళించబడుతుంది) ఏర్పడుతుంది.

● పీడన అవకలన ప్రభావం:ప్రతి దశలో సంచిత పీడన వ్యత్యాసం అక్షసంబంధ బలాన్ని మరింత పెంచుతుంది.

బ్యాలెన్సింగ్ పద్ధతులు:

● సుష్ట ప్రేరేపక అమరిక:డబుల్-చూషణ ఇంపెల్లర్లను (ద్రవం రెండు వైపుల నుండి ప్రవేశిస్తుంది) ఉపయోగించడం వలన ఏకదిశాత్మక పీడన భేదం తగ్గుతుంది, అక్షసంబంధ బలాన్ని ఆమోదయోగ్యమైన స్థాయిలకు (10%-30%) తగ్గిస్తుంది.

● బ్యాలెన్స్ హోల్ డిజైన్:ఇంపెల్లర్ బ్యాక్ కవర్‌లోని రేడియల్ లేదా వాలుగా ఉండే రంధ్రాలు అధిక పీడన ద్రవాన్ని తిరిగి ఇన్లెట్‌కి మళ్ళిస్తాయి, పీడన వ్యత్యాసాలను సమతుల్యం చేస్తాయి. సామర్థ్య నష్టాన్ని నివారించడానికి ద్రవ డైనమిక్స్ లెక్కల ద్వారా రంధ్రం పరిమాణాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయాలి.

● రివర్స్ బ్లేడ్ డిజైన్:చివరి దశలో రివర్స్ బ్లేడ్‌లను (ప్రధాన బ్లేడ్‌లకు ఎదురుగా) జోడించడం వలన అక్షసంబంధ లోడ్‌లను ఆఫ్‌సెట్ చేయడానికి కౌంటర్-సెంట్రిఫ్యూగల్ ఫోర్స్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. సాధారణంగా హై-హెడ్ పంపులలో (ఉదా., మల్టీస్టేజ్ వర్టికల్ టర్బైన్ పంపులు) ఉపయోగిస్తారు.

2. రేడియల్ లోడ్ జనరేషన్ మరియు బ్యాలెన్సింగ్

రేడియల్ లోడ్లు భ్రమణ సమయంలో జడత్వ శక్తులు, అసమాన ద్రవ డైనమిక్ పీడన పంపిణీ మరియు రోటర్ ద్రవ్యరాశిలో అవశేష అసమతుల్యత నుండి ఉద్భవించాయి. బహుళ-దశల పంపులలో సంచిత రేడియల్ లోడ్లు బేరింగ్ వేడెక్కడం, కంపనం లేదా రోటర్ తప్పుగా అమర్చడానికి కారణమవుతాయి.

బ్యాలెన్సింగ్ వ్యూహాలు:

● ఇంపెల్లర్ సిమెట్రీ ఆప్టిమైజేషన్:

o బేసి-సరి బ్లేడ్ మ్యాచింగ్ (ఉదా., 5 బ్లేడ్‌లు + 7 బ్లేడ్‌లు) రేడియల్ బలాలను సమానంగా పంపిణీ చేస్తుంది.

o డైనమిక్ బ్యాలెన్సింగ్ ప్రతి ఇంపెల్లర్ యొక్క సెంట్రాయిడ్ భ్రమణ అక్షంతో సమలేఖనం చేయబడిందని నిర్ధారిస్తుంది, అవశేష అసమతుల్యతను తగ్గిస్తుంది.

● నిర్మాణాత్మక బలోపేతం:

o దృఢమైన ఇంటర్మీడియట్ బేరింగ్ హౌసింగ్‌లు రేడియల్ స్థానభ్రంశాన్ని పరిమితం చేస్తాయి.

o కంబైన్డ్ బేరింగ్‌లు (ఉదా., డబుల్-రో థ్రస్ట్ బాల్ బేరింగ్‌లు + స్థూపాకార రోలర్ బేరింగ్‌లు) అక్షసంబంధ మరియు రేడియల్ లోడ్‌లను విడిగా నిర్వహిస్తాయి.

● హైడ్రాలిక్ పరిహారం:

o ఇంపెల్లర్ క్లియరెన్స్‌లలో గైడ్ వేన్‌లు లేదా రిటర్న్ చాంబర్‌లు ప్రవాహ మార్గాలను ఆప్టిమైజ్ చేస్తాయి, స్థానిక వోర్టిసెస్ మరియు రేడియల్ ఫోర్స్ హెచ్చుతగ్గులను తగ్గిస్తాయి.

3. మల్టీ-స్టేజ్ ఇంపెల్లర్లలో లోడ్ ట్రాన్స్మిషన్

అక్షసంబంధ శక్తులు దశల వారీగా పేరుకుపోతాయి మరియు ఒత్తిడి సాంద్రతలను నివారించడానికి వాటిని నిర్వహించాలి:

● దశల వారీగా బ్యాలెన్సింగ్:బ్యాలెన్స్ డిస్క్‌ను ఇన్‌స్టాల్ చేయడం (ఉదాహరణకు, బహుళ-దశల సెంట్రిఫ్యూగల్ పంపులలో) అక్షసంబంధ గ్యాప్ పీడన వ్యత్యాసాలను ఉపయోగించి అక్షసంబంధ శక్తులను స్వయంచాలకంగా సర్దుబాటు చేస్తుంది.

● దృఢత్వం ఆప్టిమైజేషన్:పంప్ షాఫ్ట్‌లు అధిక-బలం మిశ్రమలోహాలతో (ఉదా., 42CrMo) తయారు చేయబడతాయి మరియు విక్షేపణ పరిమితుల కోసం పరిమిత మూలక విశ్లేషణ (FEA) ద్వారా ధృవీకరించబడతాయి (సాధారణంగా ≤ 0.1 mm/m).

4. ఇంజనీరింగ్ కేస్ స్టడీ మరియు గణన ధృవీకరణ

ఉదాహరణ:ఒక రసాయన మల్టీస్టేజ్ నిలువు టర్బైన్ పంపు (6 దశలు, మొత్తం తల 300 మీ, ప్రవాహ రేటు 200 m³/h):

● అక్షసంబంధ బల గణన:

o ప్రారంభ రూపకల్పన (సింగిల్-చూషణ ఇంపెల్లర్): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), ఫలితంగా 1.8×106N.

o డబుల్-చూషణ ఇంపెల్లర్‌గా మార్చిన తర్వాత మరియు బ్యాలెన్స్ రంధ్రాలను జోడించిన తర్వాత: అక్షసంబంధ శక్తి 5×105Nకి తగ్గించబడింది, API 610 ప్రమాణాలను (≤1.5× రేటెడ్ పవర్ టార్క్) చేరుకుంది.

● రేడియల్ లోడ్ సిమ్యులేషన్:

o ANSYS ఫ్లూయెంట్ CFD ఆప్టిమైజ్ చేయని ఇంపెల్లర్లలో స్థానిక పీడన శిఖరాలను (12 kN/m² వరకు) వెల్లడించింది. గైడ్ వ్యాన్‌లను ప్రవేశపెట్టడం వలన శిఖరాలు 40% తగ్గాయి మరియు బేరింగ్ ఉష్ణోగ్రత 15°C పెరిగింది.

5. కీలక డిజైన్ ప్రమాణాలు మరియు పరిగణనలు

● అక్షసంబంధ బల పరిమితులు: సాధారణంగా పంపు షాఫ్ట్ తన్యత బలంలో ≤ 30%, థ్రస్ట్ బేరింగ్ ఉష్ణోగ్రత ≤ 70°C.

● ఇంపెల్లర్ క్లియరెన్స్ నియంత్రణ: 0.2-0.5 మిమీ మధ్య నిర్వహించబడుతుంది (చాలా చిన్నది ఘర్షణకు కారణమవుతుంది; చాలా పెద్దది లీకేజీకి దారితీస్తుంది).

● డైనమిక్ పరీక్ష: పూర్తి-వేగ బ్యాలెన్సింగ్ పరీక్షలు (G2.5 గ్రేడ్) ప్రారంభించే ముందు సిస్టమ్ స్థిరత్వాన్ని నిర్ధారిస్తాయి.

ముగింపు

మల్టీస్టేజ్ వర్టికల్ టర్బైన్ పంపులలో అక్షసంబంధ మరియు రేడియల్ లోడ్‌లను సమతుల్యం చేయడం అనేది ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్, మెకానికల్ డిజైన్ మరియు మెటీరియల్ సైన్స్‌తో కూడిన సంక్లిష్టమైన సిస్టమ్స్ ఇంజనీరింగ్ సవాలు. ఇంపెల్లర్ జ్యామితిని ఆప్టిమైజ్ చేయడం, బ్యాలెన్సింగ్ పరికరాలను సమగ్రపరచడం మరియు ఖచ్చితమైన తయారీ ప్రక్రియలు పంపు విశ్వసనీయత మరియు జీవితకాలాన్ని గణనీయంగా పెంచుతాయి. AI-ఆధారిత సంఖ్యా అనుకరణలు మరియు సంకలిత తయారీలో భవిష్యత్ పురోగతులు వ్యక్తిగతీకరించిన ఇంపెల్లర్ డిజైన్ మరియు డైనమిక్ లోడ్ ఆప్టిమైజేషన్‌ను మరింతగా ప్రారంభిస్తాయి.

గమనిక: నిర్దిష్ట అనువర్తనాల కోసం అనుకూలీకరించిన డిజైన్ (ఉదా. ద్రవ లక్షణాలు, వేగం, ఉష్ణోగ్రత) API మరియు ISO వంటి అంతర్జాతీయ ప్రమాణాలకు అనుగుణంగా ఉండాలి.