Sellistes tööstusharudes nagu kaevandamine, reoveepuhastus ja jõgede süvendamine  vertikaalsed turbiinpumbad  käitlevad sageli liiva, räbu, kiude või muid tahkeid osakesi sisaldavaid aineid. Kuigi need lisandid võivad tunduda väikesed, ohustavad need tõsiselt pumba pikaealisust, tõhusust ja töökindlust. Kuidas peaksid kasutajad neid väljakutseid teaduslikult lahendama?

I. Tahkete osakeste viis peamist mõju vertikaalsetele turbiinpumpadele

1. Niisutatud komponentide kiirendatud kulumine

• Kulumismehhanismid:

Osakeste ja komponentide (tiivikurattad, juhtlabad, kulumisrõngad) kiired kokkupõrked põhjustavad lõikekulumist (kõvad osakesed) ja väsimusmurdu (pehmed osakesed).

• Tüüpilised andmed (kvartsliiva näide):

2. Tihendussüsteemi rikke riskid

•Osakeste sissetungi teed:

Osakesed imbuvad mehaanilistesse tihenditesse tihenduspindade või loputusvedeliku kaudu, põhjustades pöörlevate/statsionaarsete rõngaste kriimustusi või vedru kinnikiilumist (joonis 1).

• Tagajärjed:

Tihendi lekke tõenäosus suureneb 3–5 korda; vahetustsüklid lühenevad 50–70%.

3. Tõhususe kadu ja energiatarbimise hüppeline tõus

•Suurenenud voolutee karedus:

Tööratta kanalite pinna karedus (Ra) tõuseb 0.8 μm-lt 6.3 μm-ni, suurendades hüdraulilisi kadusid 15–30%.

• Pilu lekke paisumine:

Kulumisrõnga vahe suureneb 0.3 mm-lt 1.5 mm-ni, vähendades mahulist efektiivsust 20–40%.

4. Kavitatsiooni-vibratsiooni siduri kahjustused

•Osakeste ja mullide sünergia:

Osakeste põhjustatud vooluhäired loovad lokaliseeritud madalrõhutsoone, kiirendades kavitatsiooni algust; mulli kokkuvarisemine võimendab osakeste löögienergiat (hävitav jõud suureneb 2–3 korda).

• Liigne vibratsioon:

Tasakaalustamata kulumine nihutab rootori massikeskmeid, suurendades vibratsiooni 4.5 mm/s-lt 12 mm/s-ni, ületades oluliselt ISO 10816 piirnorme.

5. Kontrollimatud hoolduskulud

• Varuosade tarbimine:

Põhikomponendid (tiivikud, kulumisrõngad) vajavad vahetamist 3–8 korda sagedamini; varuosade maksumus tõuseb 20%-lt 60%-le kogukuludest.

• Planeerimata seisakud:

Jõepumbajaama tootlikkus langes sagedaste ummistuste tõttu 35%, lühendades aastast tööaega 8,000 tunnilt 5,000 tunnile.

II. Tahkete osakeste meedia kohandatud disainistrateegiad

1. Materjalide uuendamine: hoone kulumiskindlus

• Niisutatud komponentide materjalid:

Kõrgkroomisisaldusega malm, volframkarbiidkatted, dupleks-roostevaba teras (2205) või keraamilised komposiidid.

• Konstruktsioonitugevdused:

· Paksendatud tiiviku esiservad (1.5–2 × standardpaksus).

· Voolujoonelised profiilid osakeste lööginurkade vähendamiseks (joonis 2).

2. Hüdrauliline disain: efektiivsuse ja vastupidavuse tasakaalustamine

• Madala kiiruse ja suure vooluhulga konfiguratsioon:

Vähendage kiirust 2,900 p/min-lt 1,450 p/min-ni, vähendades tiiviku otsa kiirust 50% ja kulumiskiirust 60–70%.

• Laiakanalilised tiivikud:

30% laiemad vooluteed võimaldavad käidelda kuni 15 mm suuruseid osakesi, minimeerides ummistumist.

• Keerisevastased omadused:

Lisage korpuse seintele juhtribid, et vähendada osakeste kogunemist ja keeriserosiooni.

3. Tihendussüsteemid: osakeste isoleerimine ja isepuhastuvus

• Topeltkassetttihendid:

Kahekordse kaitse tagamiseks kasutage Plan 32 välist loputust + Plan 53A tõkkevedelikku (joonis 3).

• Magnettihendid:

Kontaktivaba disain välistab osakeste sissetungimise, ideaalne ülipeente osakeste (≤0.05 mm) jaoks.

•Isepuhastuvad kanalid:

Tihendikambrite tagasipesuavad võimendavad rõhuerinevusi tihendikambrite puhastamiseks.

 4. Modulaarsed kriitilised komponendid

• Lõhestatud kulumisrõngad:

Kulunud rõngad saab poltidega äärikühenduste abil vahetada 1 tunniga (varem 8 tunniga).

•Reguleeritavad vahekaugused:

Vahekomplektid kompenseerivad kulumisest tingitud efektiivsuskadu tiiviku ja korpuse vahede reguleerimise teel.

5. Nutikas jälgimine: ennustav hooldus

• Reaalajas kulumise jälgimine:

Kulumisrõngastel olevad pöörisvooluandurid jälgivad kliirensit (täpsus ±0.02 mm).

· Häire >0.8 mm juures; seiskamine >1.2 mm juures.

•Osakeste kontsentratsiooni tagasiside:

Sisselasketorudes olevad hägususmõõturid reguleerivad dünaamiliselt loputusvoolu (+20% iga 5 g/l kontsentratsiooni tõusu kohta).

III. Valikujuhend: neljaastmeline optimeerimine

1. Osakeste analüüs:

Suurusjaotus, Mohsi kõvadus, kontsentratsioon, kuju (nurgeline/ümar).

2. Materjali/katte valik:

Hapraks pragunemise vältimiseks järgige põhimõtteid "kõva aluspind + kõva pind".

3. Hüdrauliline valideerimine:

Vooluteede optimeerimine osakeste trajektooride CFD-DEM-seotud simulatsioonide abil.

4. Kulude-tulude analüüs:

Võrdle esialgset investeeringut elutsükli kuludega; sea esikohale alla 2-aastased lahendused, mis toovad investeeringutasuvuse.

Kokkuvõte: Väljakutsetest konkurentsieeliste loomine

Tahkete osakeste hävitav mõju vertikaalsetele turbiinpumpadele nõuab süsteemset kaitsestrateegiat, mis integreerib materjale, tihendamist, jälgimist ja hüdraulikalisi uuendusi. Eelneva disaini kasutuselevõtuga reaktiivsete remonditööde asemel saavad tootjad muuta abrasiivsed väljakutsed operatiivseks tipptasemeks – saavutades pikema kasutusea, väiksema energiatarbimise, suurema töökindluse ja lõppkokkuvõttes murrangulise kulude kokkuhoiu.