Ce este împingerea axială

Împingerea axială, un factor critic în proiectarea și funcționarea pompei centrifuge, se referă la forța netă care acționează paralel cu arborele pompei. Acest articol analizează cauzele, consecințele și strategiile de management ale tracțiunii axiale în pompele centrifuge, oferind informații valoroase atât pentru ingineri, cât și pentru utilizatorii pompelor.

Componente cheie care contribuie la împingerea axială

1. Forțe hidraulice axiale asupra carcaselor rotorului: Distribuția presiunii pe carcasele din față și din spate ale rotorului creează o forță axială.
2. Forțele de impuls din modificarea vitezei axiale a fluidului: Pe măsură ce fluidul accelerează sau decelerează în direcția axială, acesta exercită o forță asupra rotorului, contribuind la împingerea axială.
3. Forțe generate de diferențele de presiune între garnituri și rulmenți: Dezechilibrele de presiune între etanșările arborelui și rulmenți pot genera forțe axiale suplimentare asupra rotorului pompei.
4. Greutatea componentelor rotorului (pentru pompe verticale): În configurațiile pompe verticale, greutatea ansamblului rotorului, inclusiv rotoarele, arborele și alte componente, contribuie la forța axială generală.

Ecuația pentru calcularea împingerii axiale

Împingerea axială (F) care acționează asupra unui rotor de pompă centrifugă poate fi calculată folosind următoarea ecuație:

F = (P1 – P2) × A + ρ × Q × (V2 – V1)

Unde:

• P1 și P2 sunt presiunile care acționează pe carcasele din față și din spate ale rotorului, respectiv
• A este aria carcasei rotorului
• ρ este densitatea fluidului
• Q este debitul volumetric
• V1 și V2 sunt vitezele axiale ale fluidului la intrarea și respectiv la ieșirea rotorului

Această ecuație ține cont atât de forțele de presiune, cât și de forțele de impuls care acționează asupra rotorului în direcția axială.

Cauzele împingerii axiale în diferite modele de pompe

Pompe cu o singură treaptă

La pompele centrifuge cu o singură treaptă, forța axială apare în principal din diferența de presiune dintre carcasele din față și din spate ale rotorului. Presiunea mai mare pe partea de refulare a rotorului creează o forță netă care împinge rotorul spre partea de aspirație. Această împingere axială poate fi influențată de factori precum designul rotorului, condițiile de funcționare și jocul inelului de uzură.

Pompe cu mai multe trepte

Pompele centrifuge cu mai multe trepte, care au mai multe rotoare aranjate în serie, se confruntă cu provocări suplimentare în gestionarea forței axiale. Presiunea crește în fiecare compus de etapă, rezultând o forță axială semnificativ mai mare în comparație cu pompele cu o singură treaptă. În plus, prezența tamburelor de echilibrare, a discurilor de echilibru sau a pistoanelor de echilibrare, care sunt utilizate pentru a contracara forța axială, introduce o complexitate suplimentară sistemului.

Consecințele împingerii axiale excesive

1. Supraîncărcare și defectare prematură a rulmenților axiali: Forțele axiale mari pot face ca rulmenții axiali să funcționeze peste capacitatea lor nominală, ducând la uzură accelerată și defecțiuni premature.
2. Deformarea excesivă a arborelui și vibrații: Forțele axiale dezechilibrate pot determina deformarea arborelui pompei, rezultând niveluri crescute de vibrații și reducerea duratei de viață a rulmentului.
3. Uzura accelerată a jocurilor interne ale pompei: Împingerea axială poate provoca contact între componentele rotative și staționare, cum ar fi inelele de uzură și tamburele de echilibrare, ceea ce duce la o uzură accelerată și la creșterea jocurilor.
4. Scurgeri și defecțiuni ale etanșării mecanice: Mișcarea axială excesivă a rotorului pompei poate cauza scurgerile sau defectarea prematură a etanșărilor mecanice.
5. Eficiență și fiabilitate reduse ale pompei: Efectele combinate ale vibrațiilor crescute, uzurii și deteriorarea componentelor din cauza forței axiale excesive pot reduce semnificativ eficiența pompei și fiabilitatea generală.

Metode pentru echilibrarea și controlul împingerii axiale

1. Rulmenți axiali și dimensionarea acestora: Rulmenții axiali dimensionați și selectați corespunzător, cum ar fi rulmenții cu bile cu contact unghiular sau rulmenții cu plăcuțe de înclinare, pot suporta eficient sarcinile axiale generate de pompă. Trebuie acordată o atenție deosebită capacității de încărcare a rulmentului, vitezei nominale și cerințelor de lubrifiere.
2. Aranjamentele rotorului: Utilizarea rotoarelor cu aspirație dublă sau a aranjamentelor rotoarelor spate în spate poate ajuta la echilibrarea forțelor axiale care acționează asupra rotorului pompei, reducând forța axială netă.
3. Echilibrați tobe, discuri și pistoane: Aceste dispozitive, montate pe arborele pompei, creează o forță axială care acționează contrar, utilizând diferența de presiune dintre evacuarea și aspirația pompei.
4. Găuri de echilibrare și contra-palete pe rotoare: Găurile sau contra-vanele plasate strategic pe carcasele rotorului pot ajuta la egalizarea distribuției presiunii, reducând forța axială netă care acționează asupra rotorului.
5. Dispozitive de echilibrare hidraulice automate: Dispozitivele hidraulice de echilibrare cu auto-reglare, cum ar fi sistemul „Balanced-Flow” ITT Goulds Pumps, pot menține automat echilibrul optim de tracțiune axială în diferite condiții de funcționare.
6. Efectul jocurilor inelului de uzură: Menținerea unui joc adecvat inelului de uzură este esențială pentru controlul împingerii axiale. Pe măsură ce jocul inelului de uzură crește din cauza uzurii normale, distribuția presiunii în jurul rotorului se modifică, crescând potențial forța axială.

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre rulmenții axiali și radiali?

Rulmenții axiali (axiali) sunt proiectați să suporte sarcini care acționează paralel cu axa arborelui, în timp ce rulmenții radiali susțin sarcini care acționează perpendicular pe axa arborelui.

În pompele centrifuge, rulmenții axiali sunt utilizați pentru a contracara forțele axiale generate de rotoarele pompei și distribuția presiunii în carcasa pompei. Rulmenții radiali susțin greutatea rotorului pompei și orice forțe radiale care decurg din interacțiunile rotorului-carcasa sau nealinierea arborelui.

Concluzie

Înțelegerea și gestionarea eficientă a forței axiale este crucială pentru asigurarea funcționării fiabile și eficiente a pompelor centrifuge. Luând în considerare diferiții factori care contribuie la tracțiunea axială, cum ar fi proiectarea rotorului, configurația pompei și condițiile de funcționare, inginerii pot proiecta și selecta strategii adecvate de echilibrare a forței.

Monitorizarea regulată, întreținerea și aderarea la cele mai bune practici operaționale pot ajuta și mai mult la minimizarea impactului împingerii axiale asupra performanței și longevității pompei.