Как пользователи, так и производители ожидают, что  насос с осевым разъемом корпуса  всегда будет работать в точке наилучшей эффективности (BEP). К сожалению, по многим причинам большинство насосов отклоняются от BEP (или работают при частичной нагрузке), но отклонение варьируется. По этой причине необходимо понимать явления потока при частичной нагрузке.

Работа с частичной нагрузкой

Работа с частичной нагрузкой относится к рабочему состоянию насоса, не достигающему полной нагрузки (обычно проектной точки или точки наилучшей эффективности).

Видимые явления насоса при частичной нагрузке

Когда насос с осевым разъемным корпусом работает при частичной нагрузке, обычно происходит: внутренний обратный поток, колебания давления (т. е. так называемая возбуждающая сила), повышенная радиальная сила, повышенная вибрация и повышенный шум. В тяжелых случаях также может возникнуть ухудшение производительности и кавитация.

Возбуждающая сила и источник

В условиях частичной нагрузки разделение потока и рециркуляция происходят в рабочем колесе и диффузоре или улитке. В результате возникают колебания давления вокруг рабочего колеса, что создает так называемую возбуждающую силу, действующую на ротор насоса. В высокоскоростных насосах эти нестабильные гидравлические силы обычно намного превышают механические силы дисбаланса и поэтому обычно являются основным источником возбуждения вибрации.

Рециркуляция потока от диффузора или улитки обратно к рабочему колесу и от рабочего колеса обратно к всасывающему отверстию вызывает сильное взаимодействие между этими компонентами. Это оказывает большое влияние на устойчивость кривой напор-расход и силы возбуждения.

Жидкость, рециркулируемая из диффузора или улитки, также взаимодействует с жидкостью между боковой стенкой рабочего колеса и корпусом. Следовательно, она оказывает влияние на осевое усилие и жидкость, протекающую через зазор, что, в свою очередь, оказывает большое влияние на динамические характеристики ротора насоса. Поэтому, чтобы понять вибрацию ротора насоса, следует понимать явления потока при частичной нагрузке.

Явления потока жидкости при частичной нагрузке

Поскольку разница между точкой рабочего состояния и расчетной точкой (обычно точкой наилучшей эффективности) постепенно увеличивается (смещаясь в сторону малого потока), на лопатках рабочего колеса или диффузора будет формироваться неустойчивое движение жидкости из-за неблагоприятного потока набегающего потока, что приведет к разделению потока (оттоку) и механической вибрации, сопровождающейся повышенным шумом и кавитацией. При работе с частичной нагрузкой (т. е. низким расходом) профили лопаток демонстрируют очень нестабильные явления потока - жидкость не может следовать контуру всасывающей стороны лопаток, что приводит к разделению относительного потока. Разделение пограничного слоя жидкости является нестабильным процессом потока и сильно мешает отклонению и повороту жидкости на профилях лопаток, что необходимо для напора. Это приводит к пульсациям давления обрабатываемой жидкости в проточной части насоса или компонентах, подключенных к насосу, вибрациям и шуму. Помимо разделения пограничного слоя жидкости, на постоянно неблагоприятные характеристики работы насоса с разъемным корпусом с частичной нагрузкой влияет также нестабильность внешней рециркуляции частичной нагрузки на входе в рабочее колесо (входной обратный поток) и внутренней рециркуляции частичной нагрузки на выходе рабочего колеса (выходной обратный поток). Внешняя рециркуляция на входе в рабочее колесо возникает, если существует большая разница между расходом (недорасходом) и расчетной точкой. В условиях частичной нагрузки направление потока рециркуляции на входе противоположно направлению основного потока во всасывающей трубе — его можно обнаружить на расстоянии, соответствующем нескольким диаметрам всасывающей трубы в противоположном направлении основного потока. Расширение осевого потока рециркуляции ограничивается, например, перегородками, коленами и изменениями поперечного сечения трубы. Если насос с осевым разъемом корпуса с высоким напором и высокой мощностью двигателя работает при частичной нагрузке, минимальном пределе или даже в мертвой точке, высокая выходная мощность привода будет передаваться перекачиваемой жидкости, что приведет к быстрому повышению ее температуры. Это, в свою очередь, приведет к испарению перекачиваемой среды, что повредит насос (из-за заклинивания зазора) или даже приведет к его разрыву (увеличению давления паров).

Минимальный постоянный стабильный расход

Для одного и того же насоса его минимальный постоянный стабильный расход (или процент от расхода в точке наилучшей эффективности) одинаков при работе с фиксированной и переменной скоростью?

Ответ — да. Поскольку минимальный непрерывный стабильный расход насоса с осевым разъемным корпусом связан с удельной скоростью всасывания, после определения размера конструкции типа насоса (компонентов, пропускающих поток), определяется его удельная скорость всасывания и диапазон, в котором насос может работать стабильно (чем больше удельная скорость всасывания, тем меньше диапазон стабильной работы насоса), то есть определяется минимальный непрерывный стабильный расход насоса. Таким образом, для насоса с определенным размером конструкции, независимо от того, работает ли он с фиксированной или переменной скоростью, его минимальный непрерывный стабильный расход (или процент от расхода в точке наилучшей эффективности) одинаков.