Hvad er den vigtigste kilde til aksial kraft i en vandret centrifugalpumpe

Horisontale centrifugalpumper er det mest almindeligt anvendte fluidtransportudstyr i industrielle processer, og deres operationelle pålidelighed påvirker direkte produktionseffektivitet. På dette professionelle felt er aksial tryk et afgørende design- og driftsparameter. Forståelse af mekanismen for generering af aksial tryk og hvordan man balanserer det er afgørende for valg af pumpe, installation, fejlfinding og udvidelse af lejerne og mekaniske sæler.

1. kernekilde til aksial kraft: trykforskel over pumpehjulet

Den grundlæggende årsag til aksial kraft er ubalance af flydende tryk på begge sider af pumpehjulet. Dette er den primære og ofte den største kilde til aksial kraft.

En enkelt-fase, enkelt-suktionshjul er det mest typiske eksempel. Når en centrifugalpumpe fungerer:

På pumpehjulets fronthylster (sugeside): Det centrale område af pumpehjulet er en lavtrykszone med tryk tæt på eller under atmosfærisk tryk (afhængigt af NPSH).

Impeller baghylster side (ryg): Når væsken strømmer ud af skovlhjulet og ind i den volute, vil nogle af højtryksvæsken sive gennem eller flyde tilbage gennem hullerne i slidringe til bagsiden af ​​pumpehjulet. Endvidere udøver det høje tryk ved det volute udløb også tryk på bagsiden af ​​pumpehjulet. Derfor er det gennemsnitlige tryk på bagsiden af ​​skovlhjulet typisk meget højere end foran.

Denne trykforskel mellem fronten og bagsiden af ​​pumpehjulet, projiceret på det effektive område, skaber en reaktionskraft rettet mod sugeporten - en aksial kraft. Størrelsen af ​​denne kraft er direkte relateret til pumpehovedet, pumpehjulsdiameter og slid ringgap. Højere hoved øger trykforskellen og følgelig den aksiale kraft.

2. Momentumændringseffekt i pumpehjulets flowpassage

En anden vigtig kilde til aksial kraft er momentumændringsreaktionskraften, der genereres, når væsken skifter retning og hastighed inden for pumpehjulets indre strømningspassage.

Når væske kommer ind i skovlhjulet fra sugeporten, ændres strømmen fra aksial (parallel med pumpeaksen) til radial (vinkelret på pumpaksen). I henhold til Newtons anden lov, når væsken gennemgår denne retningsbestemte ændring inden for pumpehjulet, genererer den uundgåeligt en reaktionskraft på pumpehjulet. Komponenten i denne reaktionskraft, der virker langs pumpeakslen, udgør en aksial kraft i den modsatte retning.

I de fleste enkelt-suktionsskarverdesign er retningen af ​​denne momentuminducerede aksiale kraft modsat den aksiale kraft forårsaget af trykforskellen, men dens størrelse er typisk mindre end den aksiale kraft forårsaget af trykforskellen.

3. Indflydelse af skaftstætninger og afbalanceringshuller: lokal trykfordeling

Design- og driftsbetingelserne i skaftstætningsområdet påvirker også den lokale aksiale kraftfordeling.

Mekanisk tætning/fyldningsboksområde: Ved skaftets tætning er kraften, der virker på pumpeakslen, den kombinerede kraft af væsketrykket i tætningskammeret og atmosfæretrykket. Hvis trykket i tætningskammeret er højt, skubber det skaftet udad langs pumpeakslen.

Balancehuller: For pumpehjul, der bruger afbalancering af huller til at afbalancere aksiale kræfter, er funktionen af ​​balanceringshullerne at reducere trykket bag pumpehjulet ved at dirigere højtryksvæske bagpå pumpehjulet tilbage til sugehavnen eller lavtryksområdet. Designet af afbalanceringshuldiameteren og antallet bestemmer direkte, i hvilken grad trykforskellen mellem front- og bagfladerne på pumpehjulet fjernes.

4. dobbelt-suctive drivkraft og iboende balance mellem aksiale kræfter

Det er værd at bemærke, at i dobbelt-suktionscentrifugalpumper er skovlhjulene designet med bilateralt symmetrisk sug.

Symmetrisk struktur: Liquid kommer ind i midten af ​​pumpehjulet samtidig og symmetrisk fra begge sider.

Mekanisk annullering: Dette betyder, at strømningsstien geometri for de to skovlhjul er helt symmetrisk, og trykfordelingen på begge sider også er i det væsentlige symmetrisk. Under drift er de aksiale kræfter, der er genereret af de to skovlhjul, lige i størrelse og modsat i retning, hvilket teoretisk opnås automatisk aksial kraftbalance. Dette er en af ​​de vigtigste strukturelle fordele ved dobbelt-suktionspumper, der sætter dem i stand til at håndtere høje strømningsbetingelser.

5. Betydningen af ​​aksial kraftafbalancering og modforanstaltninger

I centrifugalpumpedesign er eliminering eller minimering af resterende aksiale kræfter afgørende. Ellers kan overdreven aksiale kræfter føre til:

Bærende overbelastning: Kontinuerlige aksiale kræfter placerer betydelige belastninger på tryklaget, accelererer slid og fiasko. Dette er en af ​​de mest almindelige fejltilstande i centrifugalpumper.

Mekanisk forseglingsskade: skarpe ændringer i aksiale kræfter kan forårsage overdreven komprimering eller adskillelse mellem de roterende og stationære ringe i det mekaniske tætning, hvilket resulterer i lækage eller alvorligt slid.

Derfor bruges de følgende specialiserede mekanismer ud over det selvbalancerende design af dobbelt-suksesvækkelseshjul, i tekniske design til at afbalancere aksiale kræfter:

Balance huller og rygskovle: Brugt i enkelt-suktionspumper.

Balanceskiver/trommer: Almindeligt anvendte højtryksbalanceringsenheder i multi-trins pumper.

Nøjagtigt at kontrollere de aksiale kræfter af vandrette centrifugalpumper og sikre pumpeakselstabilitet er grundlæggende tekniske krav til at sikre langsigtet, pålidelig drift af udstyret.