Hva er den viktigste kilden til aksial kraft i en horisontal sentrifugalpumpe

Horisontale sentrifugalpumper er det mest brukte fluidtransportutstyret i industrielle prosesser, og deres operasjonelle pålitelighet påvirker produksjonseffektiviteten direkte. På dette profesjonelle feltet er aksial skyvekraft en avgjørende design- og driftsparameter. Å forstå mekanismen for aksiell skyvegenerering og hvordan man balanserer det er avgjørende for pumpevalg, installasjon, feilsøking og forlengelse av lagre og mekaniske tetninger.

1. Kjernekilde for aksiell kraft: trykkforskjell over løpehjulet

Den grunnleggende årsaken til aksial kraft er ubalansen i væsketrykk på begge sider av løpehjulet. Dette er den primære og ofte den største kilden til aksialkraft.

En enkeltstadium, en-su-impeller er det mest typiske eksemplet. Når en sentrifugalpumpe fungerer:

På løpehjulssiden (sugesiden): det sentrale området av løpehjulet er en lavtrykkssone, med trykk nær eller under atmosfæretrykk (avhengig av NPSH).

Impeller bakhylse side (rygg): Når væsken renner ut av løpehjulet og inn i volum, vil noe av høytrykksvæsken sive gjennom eller flyte tilbake gjennom hullene i slitasjeringene på baksiden av løpehjulet. Videre utøver det høye trykket ved volututtaket også press på baksiden av løpehjulet. Derfor er gjennomsnittlig trykk på baksiden av løpehjulet typisk mye høyere enn foran.

Denne trykkforskjellen mellom front og baksiden av løpehjulet, projisert på det effektive området, skaper en reaksjonskraft rettet mot sugeporten - en aksial kraft. Størrelsen på denne kraften er direkte relatert til pumpehodet, impellerdiameter og slitasje gapet. Høyere hode øker trykkforskjellen og følgelig den aksiale kraften.

2.

En annen viktig kilde til aksial kraft er momentumendringsreaksjonskraften som genereres når væsken endrer retning og hastighet i løpehjulets interne strømningspassasje.

Når væsken kommer inn i løpehjulet fra sugeporten, endres strømmen fra aksial (parallelt med pumpeaksen) til radial (vinkelrett på pumpeaksen). I henhold til Newtons andre lov, når væsken gjennomgår denne retningsendringen i løpehjulet, genererer den uunngåelig en reaksjonskraft på løpehjulet. Komponenten i denne reaksjonskraften, som virker langs pumpeskaftet, utgjør en aksial kraft i motsatt retning.

I de fleste enkeltsuppellerdesign er retningen for denne momentuminduserte aksiale kraften motsatt av den aksiale kraften forårsaket av trykkdifferensialet, men dens størrelse er typisk mindre enn den aksiale kraften forårsaket av trykkdifferensialet.

3. Påvirkning av akseltetninger og balanseringshull: Lokal trykkfordeling

Utformingen og driftsforholdene i akselforseglingsområdet påvirker også den lokale aksiale kraftfordelingen.

Mekanisk tetning/fyllingsboksareal: Ved akselforseglingen er kraften som virker på pumpeskaftet den kombinerte kraften til væsketrykket i tetningskammeret og atmosfæretrykket. Hvis trykket i tetningskammeret er høyt, skyver det akselen utover langs pumpeskaftet.

Balansehull: For løpehjul som bruker balanseringshull for å balansere aksiale krefter, er funksjonen til balanseringshullene å effektivt redusere trykket bak løpehjulet ved å lede høytrykksvæske på baksiden av løpehjulet tilbake til sugeporten eller lavttrykksområdet. Utformingen av balanseringshulldiameteren og antallet bestemmer direkte i hvilken grad trykkforskjellen mellom foran og bakoverflater på løpehjulet elimineres.

4.

Det er verdt å merke seg at i sentrifugalpumper i dobbeltsuksjon er impellerne designet med bilateralt symmetrisk sug.

Symmetrisk struktur: Væske kommer inn i sentrum av løpehjulet samtidig og symmetrisk fra begge sider.

Mekanisk avbestilling: Dette betyr at strømningsveometrien til de to løpehjulene er helt symmetrisk, og trykkfordelingen på begge sider også er i hovedsak symmetrisk. Under drift er de aksiale kreftene som genereres av de to løpehjulene like i størrelsesorden og motsatt i retning, teoretisk oppnår automatisk aksial kraftbalanse. Dette er en av de viktigste strukturelle fordelene med dobbeltsuksjonspumper som gjør dem i stand til å håndtere høye strømningsforhold.

5. Betydningen av aksiell kraftbalansering og mottiltak

I sentrifugalpumpedesign er det avgjørende å eliminere eller minimere gjenværende aksiale krefter. Ellers kan overdreven aksiale krefter føre til:

Bærer overbelastning: Kontinuerlige aksiale krefter plasserer betydelige belastninger på skyvelageret, akselererer slitasje og svikt. Dette er en av de vanligste feilmodusene i sentrifugalpumper.

Mekanisk tetningsskade: Skarpe endringer i aksiale krefter kan forårsake overdreven komprimering eller separasjon mellom roterende og stasjonære ringene til den mekaniske tetningen, noe som resulterer i lekkasje eller alvorlig slitasje.

Derfor, i tillegg til den selvbalanserende utformingen av dobbeltsuksjon, blir følgende spesialiserte mekanismer ofte brukt i ingeniørdesign for å balansere aksiale krefter:

Balanse hull og bakre skovler: Brukes i pumper med ensuasjon.

Balanseskiver/trommer: Vanligvis brukte balanseringsapparater med høytrykk i flertrinns pumper.

Nettopp kontrollere de aksiale kreftene til horisontale sentrifugale pumper og sikre at pumpeskaftstabilitet er kjernetekniske krav for å sikre langsiktig, pålitelig drift av utstyret.