Mi a tengelyirányú erő fő forrása egy vízszintes centrifugális szivattyúban

Vízszintes centrifugális szivattyúk az ipari folyamatokban a leggyakrabban használt folyadékszállító berendezések, és működési megbízhatóságuk közvetlenül befolyásolja a termelési hatékonyságot. Ebben a szakmai területen az axiális tolóerő döntő jelentőségű tervezési és működési paraméter. A tengelyirányú tolóerő -termelés mechanizmusának megértése és az egyensúly megteremtése elengedhetetlen a szivattyúk kiválasztásához, telepítéséhez, hibaelhárításához, valamint a csapágyak és a mechanikus tömítések élettartamának meghosszabbításához.

1. A tengelyirányú erő alapvető forrása: Nyomáskülönbség a járókerék között

A tengelyirányú erő alapvető oka a folyékony nyomás egyensúlyhiánya a járókerék mindkét oldalán. Ez az elsődleges és gyakran a legnagyobb tengelyirányú erő forrása.

A legjellemzőbb példa az egyfokozatú, egyfokozatú, egyszünetű járókerék. Amikor egy centrifugális szivattyú működik:

A járókerék első burkolatán (szívóoldal): A járókerék központi területe alacsony nyomású zóna, a légköri nyomás közelében vagy alatti nyomáson (az NPSH-tól függően).

Kilátó hátsó burkolat oldala (hát): Ahogy a folyadék kiszáll a járókerékből és a Volute-ba, a nagynyomású folyadék némelyike ​​átszivárog vagy visszaáramlik a kopó gyűrűk hiányosságaira a járókerék hátuljára. Ezenkívül a nagynyomású a Volute Outletnél a járókerék hátuljára is nyomást gyakorol. Ezért a járókerék hátulján lévő átlagos nyomás általában sokkal magasabb, mint az elülső részén.

Ez a nyomáskülönbség a járókerék elülső és hátulja között, a tényleges területre vetítve, a szívónyílás felé irányuló reakcióerőt hoz létre - egy axiális erő. Ennek az erőnek a nagysága közvetlenül kapcsolódik a szivattyú fejéhez, a járókerék átmérőjéhez és a viselési gyűrűréshez. A magasabb fej növeli a nyomáskülönbséget és következésképpen az axiális erőt.

2. lendületváltozási hatás a járókerék áramlásának átjárójában

A tengelyirányú erő második fontos forrása a lendületváltozási reakcióerő, amikor a folyadék megváltoztatja az irányt és a sebességet a járókerék belső áramlásán belül.

Amikor a folyadék belép a járókerékbe a szívóportból, az áramlás axiálisról (a szivattyú tengelyével párhuzamosan) sugárirányú (a szivattyú tengelyére merőleges) változik. Newton második törvénye szerint, amikor a folyadék ezen irányított változáson megy keresztül a járókeréken belül, elkerülhetetlenül reakcióerőt generál a járókerékre. Ennek a reakcióerőnek a komponense, amely a szivattyú tengelye mentén hat, tengelyirányú erőt jelent az ellenkező irányban.

A legtöbb egy szünetű járókerék-tervezésnél ennek a lendület-indukált tengelyirányú erőnek az iránya ellentétes a nyomáskülönbség által okozott axiális erővel, de nagysága általában kisebb, mint a nyomáskülönbség által okozott axiális erő.

3.

A tengelytömítés területének tervezési és működési körülményei szintén befolyásolják a helyi tengelyirányú erő eloszlást.

Mechanikus tömítés/töltelékdoboz területe: A tengelytömítésnél a szivattyú tengelyére ható erő a folyékony nyomás kombinált ereje a tömítéskamrában és a légköri nyomáson. Ha a tömítéskamrán belüli nyomás magas, akkor a tengelyt kifelé nyomja a szivattyú tengelye mentén.

Egyensúlyi lyukak: Azok a járókerékek, amelyek kiegyensúlyozó lyukakat használnak a tengelyirányú erők kiegyensúlyozására, az egyensúlyozó lyukak funkciója a járókerék mögötti nyomás hatékony csökkentése azáltal, hogy a járókerék hátulján a nagynyomású folyadékot a szívónyíláshoz vagy az alacsony nyomású területhez irányítja. A kiegyensúlyozó lyuk átmérőjének és számának kialakítása közvetlenül meghatározza, hogy a járókerék elülső és hátsó felületei közötti nyomáskülönbség milyen mértékben távolodik el.

4. Kettős szünetű járókerékek és a tengelyirányú erők velejáró egyensúlya

Érdemes megjegyezni, hogy a kettős szünet centrifugális szivattyúkban a járókereket kétoldalú szimmetrikus szívással tervezték.

Szimmetrikus szerkezet: A folyadék mindkét oldalról egyidejűleg és szimmetrikusan lép be a járókerék középpontjába.

Mechanikus lemondás: Ez azt jelenti, hogy a két járókerék áramlási út geometriája teljesen szimmetrikus, és a nyomás eloszlása ​​mindkét oldalon alapvetően szimmetrikus. Működés közben a két járókerék által generált tengelyirányú erők nagyságrendben és ellentétes irányban vannak, elméletileg elérve az automatikus tengelyirányú erő egyensúlyt. Ez a kettős szivattyú egyik legfontosabb szerkezeti előnye, amely lehetővé teszi számukra a nagy áramlási körülmények kezelését.

5. Az axiális erő kiegyensúlyozásának és az ellenintézkedéseknek a fontossága

A centrifugális szivattyú kialakításában elengedhetetlen a maradék tengelyirányú erők kiküszöbölése vagy minimalizálása. Ellenkező esetben a túlzott axiális erők vezethetnek:

Csapágy túlterhelés: A folyamatos tengelyirányú erők jelentős terheléseket tesznek a tolóerőcsapágyon, a gyorsulás és a meghibásodás. Ez a centrifugális szivattyúk egyik leggyakoribb meghibásodási módja.

Mechanikus tömítéskárosodás: A tengelyirányú erők éles változásai túlzott kompressziót vagy elválasztást okozhatnak a mechanikus tömítés forgó és helyhez kötött gyűrűi között, ami szivárgást vagy súlyos kopást eredményezhet.

Ezért a kettős szünet-székhelyű járókerék önálló kiegyensúlyozó kialakításán kívül a következő speciális mechanizmusokat használják a mérnöki tervekben a tengelyirányú erők kiegyensúlyozására:

Az egyensúly lyukak és a hátsó lapátok: egy szivattyúzáshoz használt szivattyúkban.

Balance lemezek/dobok: A többlépcsős szivattyúkban általánosan használt nagynyomású kiegyensúlyozó eszközök.

A vízszintes centrifugális szivattyúk axiális erőinek pontosan szabályozása és a szivattyú tengely stabilitásának biztosítása alapvető technikai követelmények a berendezés hosszú távú, megbízható működésének biztosításához.