แหล่งที่มาหลักของแรงตามแนวแกนในปั๊มหอยโข่งแนวนอนคืออะไร

ปั๊มหอยโข่งแนวนอน เป็นอุปกรณ์ขนส่งของเหลวที่ใช้กันมากที่สุดในกระบวนการทางอุตสาหกรรม และความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต ในสาขาวิชาชีพนี้ แรงขับในแนวแกนถือเป็นพารามิเตอร์การออกแบบและการทำงานที่สำคัญ การทำความเข้าใจกลไกของการสร้างแรงขับในแนวแกนและวิธีการปรับสมดุลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือกปั๊ม การติดตั้ง การแก้ไขปัญหา และการยืดอายุของตลับลูกปืนและซีลเชิงกล

1. แหล่งกำเนิดแกนกลางของแรงตามแนวแกน: ความแตกต่างของแรงดันทั่วทั้งใบพัด

สาเหตุพื้นฐานของแรงในแนวแกนคือความไม่สมดุลของแรงดันของเหลวทั้งสองด้านของใบพัด นี่เป็นแหล่งแรงในแนวแกนหลักและมักเป็นแหล่งแรงในแนวแกนที่ใหญ่ที่สุด

ใบพัดแบบดูดขั้นตอนเดียวเป็นตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุด เมื่อปั๊มแรงเหวี่ยงทำงาน:

ที่ด้านห่อหุ้มด้านหน้าใบพัด (ด้านดูด): บริเวณส่วนกลางของใบพัดเป็นโซนแรงดันต่ำ โดยมีแรงดันใกล้หรือต่ำกว่าความดันบรรยากาศ (ขึ้นอยู่กับ NPSH)

ด้านผ้าห่อศพด้านหลังของใบพัด (ด้านหลัง): ขณะที่ของเหลวไหลออกจากใบพัดและเข้าสู่ก้นหอย ของเหลวแรงดันสูงบางส่วนจะซึมผ่านหรือไหลกลับผ่านช่องว่างในวงแหวนที่สวมไปทางด้านหลังของใบพัด นอกจากนี้ แรงดันสูงที่ทางออกรูปก้นหอยยังสร้างแรงกดดันที่ด้านหลังของใบพัดด้วย ดังนั้นแรงดันเฉลี่ยที่ด้านหลังของใบพัดจึงมักจะสูงกว่าด้านหน้ามาก

ความแตกต่างของแรงดันระหว่างด้านหน้าและด้านหลังของใบพัดซึ่งฉายไปยังพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ จะสร้างแรงปฏิกิริยาที่พุ่งตรงไปยังช่องดูด ซึ่งก็คือแรงตามแนวแกน ขนาดของแรงนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับหัวปั๊ม เส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด และช่องว่างของแหวนสวม หัวที่สูงขึ้นจะเพิ่มความแตกต่างของแรงดันและส่งผลให้มีแรงตามแนวแกนด้วย

2. ผลกระทบการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมในเส้นทางการไหลของใบพัด

แหล่งกำเนิดแรงตามแนวแกนที่สำคัญประการที่สองคือแรงปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่เกิดขึ้นเมื่อของไหลเปลี่ยนทิศทางและความเร็วภายในเส้นทางการไหลภายในของใบพัด

เมื่อของเหลวเข้าสู่ใบพัดจากช่องดูด การไหลจะเปลี่ยนจากแนวแกน (ขนานกับแกนปั๊ม) เป็นแนวรัศมี (ตั้งฉากกับแกนปั๊ม) ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน เมื่อของไหลผ่านการเปลี่ยนแปลงทิศทางภายในใบพัด จะสร้างแรงปฏิกิริยาต่อใบพัดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่วนประกอบของแรงปฏิกิริยานี้ซึ่งกระทำไปตามเพลาปั๊ม ถือเป็นแรงตามแนวแกนในทิศทางตรงกันข้าม

ในการออกแบบใบพัดดูดเดี่ยวส่วนใหญ่ ทิศทางของแรงในแนวแกนที่เกิดจากโมเมนตัมนี้จะตรงข้ามกับแรงในแนวแกนที่เกิดจากความแตกต่างของความดัน แต่โดยทั่วไปขนาดของมันจะเล็กกว่าแรงในแนวแกนที่เกิดจากความแตกต่างของความดัน

3. อิทธิพลของซีลเพลาและรูปรับสมดุล: การกระจายแรงดันในพื้นที่

การออกแบบและสภาพการทำงานของพื้นที่ซีลเพลายังส่งผลต่อการกระจายแรงตามแนวแกนในพื้นที่ด้วย

บริเวณซีลเชิงกล/กล่องบรรจุ: ที่ซีลเพลา แรงที่กระทำต่อเพลาปั๊มคือแรงรวมของแรงดันของเหลวภายในห้องซีลและความดันบรรยากาศ หากความดันภายในห้องซีลสูง มันจะดันเพลาออกไปตามแนวเพลาปั๊ม

Balance Holes: สำหรับใบพัดที่ใช้รูบาลานซ์เพื่อปรับสมดุลแรงตามแนวแกน หน้าที่ของรูบาลานซ์คือการลดแรงดันด้านหลังใบพัดอย่างมีประสิทธิภาพ โดยการจ่ายของเหลวแรงดันสูงที่ด้านหลังของใบพัดกลับไปยังช่องดูดหรือบริเวณแรงดันต่ำ การออกแบบเส้นผ่านศูนย์กลางและจำนวนรูปรับสมดุลจะกำหนดระดับความแตกต่างของแรงดันระหว่างพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของใบพัดโดยตรง

4. ใบพัดดูดคู่และความสมดุลของแรงตามแนวแกน

เป็นที่น่าสังเกตว่าในปั๊มหอยโข่งแบบดูดคู่ ใบพัดได้รับการออกแบบด้วยการดูดแบบสมมาตรทั้งสองข้าง

โครงสร้างสมมาตร: ของเหลวเข้าสู่ศูนย์กลางของใบพัดพร้อมกันและสมมาตรจากทั้งสองด้าน

การยกเลิกกลไก: ซึ่งหมายความว่ารูปทรงเรขาคณิตของเส้นทางการไหลของใบพัดทั้งสองมีความสมมาตรโดยสมบูรณ์ และการกระจายแรงดันทั้งสองด้านก็มีความสมมาตรโดยพื้นฐานเช่นกัน ในระหว่างการทำงาน แรงตามแนวแกนที่เกิดจากใบพัดทั้งสองจะมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม ในทางทฤษฎีแล้วจะทำให้เกิดความสมดุลของแรงตามแนวแกนโดยอัตโนมัติ นี่เป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบทางโครงสร้างที่สำคัญของปั๊มดูดคู่ที่ช่วยให้สามารถรองรับสภาพการไหลที่สูงได้

5. ความสำคัญของการปรับสมดุลแรงตามแนวแกนและมาตรการรับมือ

ในการออกแบบปั๊มหอยโข่ง การกำจัดหรือลดแรงตามแนวแกนที่ตกค้างถือเป็นสิ่งสำคัญ มิฉะนั้น แรงตามแนวแกนที่มากเกินไปอาจนำไปสู่:

แบริ่งรับน้ำหนักเกิน: แรงตามแนวแกนต่อเนื่องทำให้เกิดภาระสำคัญบนแบริ่งแรงขับ เร่งการสึกหรอและความล้มเหลว นี่เป็นหนึ่งในโหมดความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดในปั๊มแรงเหวี่ยง

ความเสียหายของซีลเชิงกล: การเปลี่ยนแปลงแรงตามแนวแกนอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดการบีบอัดหรือการแยกระหว่างวงแหวนหมุนและวงแหวนที่อยู่นิ่งของซีลเชิงกลมากเกินไป ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลหรือการสึกหรออย่างรุนแรง

ดังนั้น นอกเหนือจากการออกแบบใบพัดดูดคู่ให้สมดุลในตัวเองแล้ว กลไกพิเศษต่อไปนี้ยังมักใช้ในการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อสร้างสมดุลแรงในแนวแกน:

รูบาลานซ์และใบพัดด้านหลัง: ใช้ในปั๊มแบบดูดเดียว

จาน/ดรัมปรับสมดุล: อุปกรณ์ปรับสมดุลแรงดันสูงที่ใช้กันทั่วไปในปั๊มแบบหลายใบพัด

การควบคุมแรงตามแนวแกนของปั๊มหอยโข่งแนวนอนอย่างแม่นยำ และการรับประกันความเสถียรของเพลาปั๊มเป็นข้อกำหนดทางเทคนิคหลักเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานของอุปกรณ์ในระยะยาวและเชื่อถือได้