يتوقع كل من المستخدمين والمصنعين أن تعمل مضخة الحالة المنقسمة المحورية دائمًا عند أفضل نقطة كفاءة(BEP). لسوء الحظ، ولأسباب عديدة، تنحرف معظم المضخات عن أفضل نقطة كفاءة (أو تعمل عند الحمل الجزئي)، لكن الانحراف يختلف. ولهذا السبب، من الضروري فهم ظاهرة التدفق تحت الحمل الجزئي.

التشغيل بالحمل الجزئي

يشير التشغيل بالحمل الجزئي إلى حالة تشغيل المضخة التي لا تصل إلى الحمل الكامل (عادةً نقطة التصميم أو أفضل نقطة كفاءة).

الظواهر الظاهرة للمضخة تحت الحمل الجزئي

عندما يتم تشغيل مضخة الحالة المحورية المنقسمة عند الحمل الجزئي، يحدث عادةً: إعادة التدفق الداخلي، وتقلبات الضغط (أي ما يسمى بالقوة المثيرة)، وزيادة القوة الشعاعية، وزيادة الاهتزاز، وزيادة الضوضاء. في الحالات الشديدة، قد يحدث أيضًا تدهور الأداء والتجويف.

القوة المثيرة والمصدر

في ظل ظروف الحمل الجزئي، يحدث فصل التدفق وإعادة التدوير في الدافع والناشر أو الحلزون. ونتيجة لذلك، يتم توليد تقلبات الضغط حول الدافع، مما يولد ما يسمى بالقوة المثيرة التي تعمل على دوار المضخة. في المضخات عالية السرعة، تتجاوز هذه القوى الهيدروليكية غير المستقرة عادةً قوى عدم التوازن الميكانيكية وبالتالي تكون عادةً المصدر الرئيسي لإثارة الاهتزاز.

إن إعادة تدوير التدفق من الناشر أو الحلزوني إلى الدافع ومن الدافع إلى منفذ الشفط يسبب تفاعلًا قويًا بين هذه المكونات. وهذا له تأثير كبير على استقرار منحنى تدفق الرأس وقوى الإثارة.

يتفاعل السائل المعاد تدويره من الناشر أو الحلزوني أيضًا مع السائل بين الجدار الجانبي للدافع والغلاف. وبالتالي، فإنه يؤثر على الدفع المحوري والسائل المتدفق عبر الفجوة، والذي بدوره له تأثير كبير على الأداء الديناميكي لدوار المضخة. لذلك، من أجل فهم اهتزاز دوار المضخة، يجب فهم ظاهرة التدفق تحت الحمل الجزئي.

ظاهرة تدفق السوائل تحت الحمل الجزئي

مع زيادة الفارق بين نقطة حالة التشغيل ونقطة التصميم (عادةً أفضل نقطة كفاءة) تدريجيًا (التحول نحو اتجاه التدفق الصغير)، ستتشكل حركة غير مستقرة للسائل على المكره أو شفرات الناشر بسبب تدفق الاقتراب غير المواتي، مما سيؤدي إلى فصل التدفق (التدفق) والاهتزاز الميكانيكي، مصحوبًا بزيادة الضوضاء والتجويف. عند التشغيل عند الحمل الجزئي (أي معدلات التدفق المنخفضة)، تظهر ملفات تعريف الشفرات ظاهرة تدفق غير مستقرة للغاية - لا يمكن للسائل أن يتبع محيط جانب الشفط للشفرات، مما يؤدي إلى فصل التدفق النسبي. إن فصل طبقة حدود السائل هو عملية تدفق غير مستقرة ويتداخل بشكل كبير مع انحراف ودوران السائل عند ملفات تعريف الشفرات، وهو أمر ضروري للرأس. يؤدي ذلك إلى نبضات ضغط للسائل المعالج في مسار تدفق المضخة أو المكونات المتصلة بالمضخة والاهتزازات والضوضاء. بالإضافة إلى فصل طبقة حدود السوائل، تتأثر أيضًا خصائص تشغيل الحمل الجزئي غير المواتية باستمرار لمضخة العلبة المنقسمة بعدم استقرار إعادة تدوير الحمل الجزئي الخارجي عند مدخل المكره (تدفق العودة عند المدخل) وإعادة تدوير الحمل الجزئي الداخلي عند مخرج المكره (تدفق العودة عند المخرج). تحدث إعادة التدوير الخارجية عند مدخل المكره إذا كان هناك فرق كبير بين معدل التدفق (التدفق السفلي) ونقطة التصميم. في ظروف الحمل الجزئي، يكون اتجاه تدفق إعادة التدوير عند المدخل معاكسًا لاتجاه التدفق الرئيسي في أنبوب الشفط - يمكن اكتشافه على مسافة تتوافق مع عدة أقطار لأنابيب الشفط في الاتجاه المعاكس للتدفق الرئيسي. يتم تقييد توسع التدفق المحوري لإعادة التدوير، على سبيل المثال، بواسطة الأقسام والمرفقين والتغييرات في المقطع العرضي للأنبوب. إذا تم تشغيل مضخة علبة مقسمة محورية ذات رأس مرتفع وقوة محرك عالية عند حمل جزئي أو حد أدنى أو حتى عند نقطة ميتة، فسيتم نقل طاقة الخرج العالية للسائق إلى السائل الذي يتم التعامل معه، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارته بسرعة. سيؤدي هذا بدوره إلى تبخر الوسط المضخوخ، مما يؤدي إلى إتلاف المضخة (بسبب التشويش في الفجوة) أو حتى انفجار المضخة (زيادة في ضغط البخار).

معدل التدفق المستقر المستمر الأدنى

بالنسبة لنفس المضخة، هل يكون معدل التدفق المستقر المستمر الأدنى (أو النسبة المئوية لأفضل معدل تدفق نقطة كفاءة) هو نفسه عندما تعمل بسرعة ثابتة وسرعة متغيرة؟

الإجابة هي نعم. نظرًا لأن معدل التدفق المستقر المستمر الأدنى لمضخة الحالة المحورية المنقسمة مرتبط بسرعة الشفط المحددة، بمجرد تحديد حجم هيكل نوع المضخة (مكونات مرور التدفق)، يتم تحديد سرعتها المحددة للشفط، ويتم تحديد النطاق الذي يمكن للمضخة أن تعمل فيه بثبات (كلما زادت سرعة الشفط المحددة، كلما كان نطاق تشغيل المضخة المستقر أصغر)، أي يتم تحديد معدل التدفق المستقر المستمر الأدنى للمضخة. لذلك، بالنسبة لمضخة ذات حجم هيكل معين، سواء كانت تعمل بسرعة ثابتة أو متغيرة، فإن معدل التدفق المستقر المستمر الأدنى (أو النسبة المئوية لأفضل معدل تدفق نقطة كفاءة) هو نفسه.