Eksenel İtme Nedir?

Santrifüj pompa tasarımında ve çalışmasında kritik bir faktör olan eksenel itme, pompa miline paralel etki eden net kuvveti ifade eder. Bu makale, santrifüj pompalardaki eksenel itme kuvvetinin nedenlerini, sonuçlarını ve yönetim stratejilerini inceleyerek hem mühendisler hem de pompa kullanıcıları için değerli bilgiler sağlar.

Eksenel İtme Gücüne Katkıda Bulunan Temel Bileşenler

1. Pervane muhafazalarına uygulanan eksenel hidrolik kuvvetler: Pervanenin ön ve arka muhafazalarındaki basınç dağılımı eksenel bir kuvvet oluşturur.
2. Sıvının eksenel hızındaki değişiklikten kaynaklanan momentum kuvvetleri: Sıvı eksenel yönde hızlandıkça veya yavaşladıkça, pervane üzerine bir kuvvet uygulayarak eksenel itmeye katkıda bulunur.
3. Contalar ve yataklar arasındaki basınç farklılıklarından kaynaklanan kuvvetler: Salmastralar ve yataklar arasındaki basınç dengesizlikleri, pompa rotorunda ek eksenel kuvvetler oluşturabilir.
4. Rotor bileşenlerinin ağırlığı (dikey pompalar için): Dikey pompa konfigürasyonlarında, çarklar, şaft ve diğer bileşenler de dahil olmak üzere rotor grubunun ağırlığı genel eksenel itmeye katkıda bulunur.

Eksenel İtmeyi Hesaplamak İçin Denklem

Santrifüj pompa çarkına etki eden eksenel itme kuvveti (F), aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

F = (P1 – P2) × A + ρ × Q × (V2 – V1)

Nerede:

• P1 ve P2 sırasıyla pervanenin ön ve arka örtülerine etki eden basınçlardır.
• A, pervane örtüsünün alanıdır
• ρ sıvı yoğunluğudur
• Q hacimsel akış hızıdır
• V1 ve V2 sırasıyla çarkın giriş ve çıkışındaki akışkanın eksenel hızlarıdır.

Bu denklem, pervaneye eksenel yönde etki eden hem basınç kuvvetlerini hem de momentum kuvvetlerini hesaba katar.

Farklı Pompa Tasarımlarında Eksenel Baskının Nedenleri

Tek Kademeli Pompalar

Tek aşamalı santrifüj pompalar, eksenel itme öncelikle pervanenin ön ve arka kılıfları arasındaki basınç farkından kaynaklanır. Pervanenin tahliye tarafındaki daha yüksek basınç, pervaneyi emme tarafına doğru iten net bir kuvvet oluşturur. Bu eksenel itme, pervane tasarımı, çalışma koşulları ve aşınma halkası boşlukları gibi faktörlerden etkilenebilir.

Çok Kademeli Pompalar

Seri olarak düzenlenmiş birden fazla pervaneye sahip olan çok kademeli santrifüj pompalar, eksenel itme kuvvetinin yönetilmesinde ek zorluklarla karşı karşıyadır. Basınç her kademeli bileşikte artar, bu da tek kademeli pompalara kıyasla önemli ölçüde daha yüksek bir eksenel kuvvetle sonuçlanır. Ek olarak eksenel itmeyi dengelemek için kullanılan denge tamburları, denge diskleri veya denge pistonlarının varlığı sisteme ilave karmaşıklık katar.

Aşırı Eksenel İtmenin Sonuçları

1. Baskı yataklarının aşırı yüklenmesi ve erken arızalanması: Yüksek eksenel kuvvetler baskı rulmanlarının nominal kapasitesinin üzerinde çalışmasına neden olarak daha hızlı aşınmaya ve erken arızaya neden olabilir.
2. Aşırı şaft sapması ve titreşim: Dengesiz eksenel kuvvetler pompa milinin sapmasına neden olarak titreşim seviyelerinin artmasına ve yatak ömrünün azalmasına neden olabilir.
3. Pompanın iç boşluklarının daha hızlı aşınması: Eksenel baskı, aşınma halkaları ve denge tamburları gibi dönen ve sabit bileşenler arasında temasa neden olarak aşınmanın hızlanmasına ve boşlukların artmasına neden olabilir.
4. Mekanik conta sızıntı ve arıza: Pompa rotorunun aşırı eksenel hareketi, mekanik salmastraların sızmasına veya zamanından önce arızalanmasına neden olabilir.
5. Azalan pompa verimliliği ve güvenilirliği: Artan titreşim, aşınma ve aşırı eksenel itme nedeniyle bileşen hasarının birleşik etkileri, pompa verimliliğini ve genel güvenilirliği önemli ölçüde azaltabilir.

Eksenel İtme Dengeleme ve Kontrol Yöntemleri

1. Baskı yatakları ve boyutları: Eğik bilyalı rulmanlar veya eğilebilir yastıklı rulmanlar gibi uygun boyutta ve seçilmiş baskı rulmanları, pompanın oluşturduğu eksenel yükleri etkili bir şekilde destekleyebilir. Rulmanın yük kapasitesi, hız değeri ve yağlama gereksinimleri dikkatle değerlendirilmelidir.
2. Pervane düzenlemeleri: Çift emişli çarkların veya sırt sırta çark düzenlemelerinin kullanılması, pompa rotoruna etki eden eksenel kuvvetlerin dengelenmesine yardımcı olarak net eksenel itmeyi azaltabilir.
3. Tamburları, diskleri ve pistonları dengeleyin: Pompa miline monte edilen bu cihazlar, pompanın basma ve emme arasındaki basınç farkından yararlanarak ters yönde bir eksenel kuvvet oluşturur.
4. Pervanelerdeki deliklerin ve karşı kanatların dengelenmesi: Pervane muhafazaları üzerine stratejik olarak yerleştirilmiş delikler veya karşı kanatlar, pervaneye etki eden net eksenel kuvveti azaltarak basınç dağılımının eşitlenmesine yardımcı olabilir.
5. Otomatik hidrolik dengeleme cihazları: ITT Goulds Pumps "Dengeli Akış" sistemi gibi kendi kendini ayarlayan hidrolik dengeleme cihazları, değişen çalışma koşulları altında optimum eksenel itme dengesini otomatik olarak koruyabilir.
6. Aşınma halkası açıklıklarının etkisi: Eksenel baskıyı kontrol etmek için aşınma halkası açıklıklarının uygun şekilde korunması önemlidir. Normal aşınma nedeniyle aşınma halkası açıklıkları arttıkça pervane etrafındaki basınç dağılımı değişir ve potansiyel olarak eksenel itme kuvveti artar.

SSS

Eksenel ve radyal baskı yatakları arasındaki fark nedir?

Eksenel (eksenel) rulmanlar, mil eksenine paralel etki eden yükleri desteklemek için tasarlanmıştır; radyal rulmanlar ise mil eksenine dik etki eden yükleri destekler.

Santrifüj pompalarda, pompa çarkları tarafından üretilen eksenel kuvvetleri ve pompa gövdesi içindeki basınç dağılımını engellemek için eksenel baskı yatakları kullanılır. Radyal rulmanlar, pompa rotorunun ağırlığını ve pervane-muhafaza etkileşimlerinden veya şaftın yanlış hizalanmasından kaynaklanan radyal kuvvetleri destekler.

Çözüm

Eksenel baskıyı anlamak ve etkili bir şekilde yönetmek, santrifüj pompaların güvenilir ve verimli çalışmasını sağlamak için çok önemlidir. Mühendisler, çark tasarımı, pompa konfigürasyonu ve çalışma koşulları gibi eksenel itmeye katkıda bulunan çeşitli faktörleri dikkate alarak uygun itme dengeleme stratejilerini tasarlayabilir ve seçebilirler.

Düzenli izleme, bakım ve operasyonel en iyi uygulamalara bağlılık, eksenel itmenin pompa performansı ve ömrü üzerindeki etkisini en aza indirmeye daha da yardımcı olabilir.