1. Parimet e gjenerimit dhe balancimit të forcës boshtore

Forcat boshtore janë të shumëfishta  pompat vertikale të turbinave  përbëhen kryesisht nga dy komponentë:

● Komponenti i forcës centrifugale:Rrjedha radiale e lëngshme për shkak të forcës centrifugale krijon një diferencë presioni midis mbulesës së përparme dhe të pasme të shtytësit, duke rezultuar në një forcë boshtore (zakonisht e drejtuar drejt hyrjes së thithjes).

● Efekti diferencial i presionit:Diferenca kumulative e presionit në çdo fazë rrit më tej forcën aksiale.

Metodat e balancimit:

● Rregullimi simetrik i shtytësit:Përdorimi i shtytësve me thithje të dyfishtë (lëngu hyn nga të dyja anët) zvogëlon diferencën e presionit të njëdrejtuar, duke ulur forcën aksiale në nivele të pranueshme (10%-30%).

● Dizajni i vrimës së balancës:Vrimat radiale ose të pjerrëta në kapakun e pasmë të shtytësit e ridrejtojnë lëngun me presion të lartë përsëri në hyrje, duke balancuar ndryshimet e presionit. Madhësia e vrimës duhet të optimizohet nëpërmjet llogaritjeve të dinamikës së lëngjeve për të shmangur humbjen e efikasitetit.

● Dizajni i tehut të kundërt:Shtimi i tehuve të kundërt (përballë teheve kryesore) në fazën e fundit gjeneron forcë kundërcentrifugale për të kompensuar ngarkesat boshtore. Përdoret zakonisht në pompat me kokë të lartë (p.sh., pompa vertikale turbine me shumë shkallë).

2. Gjenerimi dhe balancimi i ngarkesës radiale

Ngarkesat radiale vijnë nga forcat e inercisë gjatë rrotullimit, shpërndarjes së pabarabartë të presionit dinamik të lëngut dhe çekuilibrit të mbetur në masën e rotorit. Ngarkesat radiale të akumuluara në pompat me shumë faza mund të shkaktojnë mbinxehje të kushinetave, dridhje ose shtrembërim të rotorit.

Strategjitë e balancimit:

● Optimizimi i simetrisë së shtytësit:

o Përputhja e tehut tek-çift (p.sh., 5 tehe + 7 tehe) shpërndan forcat radiale në mënyrë të barabartë.

o Balancimi dinamik siguron që qendra e çdo shtytëse të përafrohet me boshtin rrotullues, duke minimizuar çekuilibrin e mbetur.

● Përforcimi strukturor:

o Mbështjelljet e ngurta të ndërmjetme kushinetash kufizojnë zhvendosjen radiale.

o Kushinetat e kombinuara (p.sh., kushinetat me shtytje me dy rreshta + kushinetat cilindrike me rul) trajtojnë veçmas ngarkesat boshtore dhe radiale.

● Kompensimi hidraulik:

o Fletët drejtuese ose dhomat e kthimit në hapësirat e shtytësit optimizojnë shtigjet e rrjedhës, duke reduktuar vorbullat lokale dhe luhatjet e forcës radiale.

3. Transmetimi i ngarkesës në shtytës me shumë faza

Forcat boshtore grumbullohen në shkallë dhe duhet të menaxhohen për të parandaluar përqendrimet e stresit:

● Balancimi sipas skenës:Instalimi i një disku balancues (p.sh., në pompat centrifugale me shumë faza) përdor diferencat e presionit të hendekut boshtor për të rregulluar automatikisht forcat boshtore.

● Optimizimi i ngurtësisë:Boshtet e pompës janë bërë nga aliazhe me rezistencë të lartë (p.sh., 42CrMo) dhe vërtetohen nëpërmjet analizës së elementeve të fundme (FEA) për kufijtë e devijimit (zakonisht ≤ 0.1 mm/m).

4. Rast Studimi Inxhinierik dhe Verifikimi i Llogaritjes

Shembull:Një pompë turbine kimike shumëshkallëshe (6 shkallë, koka totale 300 m, shpejtësia e rrjedhës 200 m³/h):

● Llogaritja e forcës boshtore:

o Dizajni fillestar (helikë me një thithje): F=K⋅ρ⋅g⋅Q2⋅H (K=1.2−1.5), duke rezultuar në 1.8×106N.

o Pas konvertimit në shtytës me thithje të dyfishtë dhe shtimit të vrimave të ekuilibrit: Forca aksiale u reduktua në 5×105N, duke përmbushur standardet API 610 (≤1.5× çift rrotullues i vlerësuar i fuqisë).

● Simulimi i ngarkesës radiale:

o ANSYS Fluent CFD zbuloi majat e presionit lokal (deri në 12 kN/m²) në shtytës të pa optimizuar. Futja e fletëve drejtuese reduktoi majat me 40% dhe ngritjen e temperaturës së kushinetave me 15°C.

5. Kriteret dhe konsideratat kryesore të projektimit

● Kufijtë e forcës boshtore: Zakonisht ≤ 30% e forcës në tërheqje të boshtit të pompës, me temperaturë mbajtëse të shtytjes ≤ 70°C.

● Kontrolli i hapjes së shtytësit: Mirëmbajtur midis 0.2-0.5 mm (shumë i vogël shkakton fërkime; shumë i madh çon në rrjedhje).

● Testimi dinamik: Testet e balancimit me shpejtësi të plotë (grada G2.5) sigurojnë stabilitetin e sistemit përpara vënies në punë.

Përfundim

Balancimi i ngarkesave boshtore dhe radiale të pompave vertikale të turbinave në shumë shkallë është një sfidë komplekse inxhinierike e sistemeve që përfshin dinamikën e lëngjeve, dizajnin mekanik dhe shkencën e materialeve. Optimizimi i gjeometrisë së shtytësit, integrimi i pajisjeve balancuese dhe proceset e sakta të prodhimit rritin ndjeshëm besueshmërinë dhe jetëgjatësinë e pompës. Përparimet e ardhshme në simulimet numerike të drejtuara nga AI dhe prodhimin e aditivëve do të mundësojnë më tej dizajnin e personalizuar të shtytësit dhe optimizimin dinamik të ngarkesës.

Shënim: Dizajni i personalizuar për aplikacione specifike (p.sh. vetitë e lëngut, shpejtësia, temperatura) duhet të përputhet me standardet ndërkombëtare si API dhe ISO.