Yatay santrifüj pompadaki eksenel kuvvetin ana kaynağı nedir?

Yatay santrifüj pompalar endüstriyel proseslerde en sık kullanılan sıvı taşıma ekipmanlarıdır ve operasyonel güvenilirlikleri üretim verimliliğini doğrudan etkiler. Bu profesyonel alanda eksenel itme çok önemli bir tasarım ve işletme parametresidir. Eksenel itme kuvveti oluşturma mekanizmasını ve bunun nasıl dengeleneceğini anlamak, pompa seçimi, kurulumu, sorun giderme ve rulmanların ve mekanik salmastraların ömrünün uzatılması açısından çok önemlidir.

1. Eksenel Kuvvetin Temel Kaynağı: Pervane Boyunca Basınç Farkı

Eksenel kuvvetin temel nedeni çarkın her iki tarafındaki sıvı basıncının dengesizliğidir. Bu, eksenel kuvvetin birincil ve çoğunlukla en büyük kaynağıdır.

Tek kademeli, tek emişli pervane en tipik örnektir. Santrifüj pompa çalışırken:

Pervane ön örtüsü tarafında (emme tarafı): Pervanenin merkezi alanı, atmosferik basınca yakın veya altında basınca sahip (NPSH'ye bağlı olarak) düşük basınç bölgesidir.

Pervane arka muhafaza tarafı (arka): Sıvı pervaneden salyangozun içine akarken, yüksek basınçlı sıvının bir kısmı aşınma halkalarındaki boşluklardan sızacak veya pervanenin arkasına doğru geri akacaktır. Ayrıca salyangoz çıkışındaki yüksek basınç, pervanenin arka kısmına da baskı uygular. Bu nedenle pervanenin arkasındaki ortalama basınç genellikle ön tarafa göre çok daha yüksektir.

Pervanenin önü ve arkası arasındaki etkili alana yansıtılan bu basınç farkı, emme portuna doğru yönlendirilen bir reaksiyon kuvveti (eksenel bir kuvvet) oluşturur. Bu kuvvetin büyüklüğü doğrudan pompa kafasına, pervane çapına ve aşınma halkası boşluğuna bağlıdır. Yüksek basma yüksekliği basınç farkını ve dolayısıyla eksenel kuvveti artırır.

2. Pervane Akış Geçişinde Momentum Değişim Etkisi

Eksenel kuvvetin ikinci önemli kaynağı, pervanenin iç akış kanalında akışkan yön ve hız değiştirdiğinde oluşan momentum değişikliği reaksiyon kuvvetidir.

Sıvı, emme ağzından pervaneye girdiğinde, akış eksenelden (pompa eksenine paralel) radyal (pompa eksenine dik) olarak değişir. Newton'un ikinci yasasına göre, akışkan çark içinde bu yön değişimine uğradığında kaçınılmaz olarak çark üzerinde bir tepki kuvveti oluşturur. Bu tepki kuvvetinin pompa mili boyunca etki eden bileşeni ters yönde eksenel bir kuvvet oluşturur.

Tek emişli pervane tasarımlarının çoğunda, momentumdan kaynaklanan bu eksenel kuvvetin yönü, basınç farkının neden olduğu eksenel kuvvetin tersidir, ancak büyüklüğü tipik olarak basınç farkının neden olduğu eksenel kuvvetten daha küçüktür.

3. Salmastraların ve Dengeleme Deliklerinin Etkisi: Yerel Basınç Dağılımı

Salmastra alanının tasarımı ve çalışma koşulları aynı zamanda yerel eksenel kuvvet dağılımını da etkiler.

Mekanik Salmastra/Salma Kutusu Alanı: Salmastrada, pompa miline etki eden kuvvet, salmastra haznesi içindeki sıvı basıncı ile atmosfer basıncının birleşik kuvvetidir. Salmastra haznesi içindeki basınç yüksekse, mili pompa mili boyunca dışarı doğru iter.

Denge Delikleri: Eksenel kuvvetleri dengelemek için dengeleme delikleri kullanan pervaneler için dengeleme deliklerinin işlevi, pervanenin arkasındaki yüksek basınçlı sıvıyı emme portuna veya düşük basınç alanına geri yönlendirerek pervanenin arkasındaki basıncı etkili bir şekilde azaltmaktır. Dengeleme deliği çapı ve sayısının tasarımı, pervanenin ön ve arka yüzeyleri arasındaki basınç farkının ne ölçüde ortadan kaldırılacağını doğrudan belirler.

4. Çift emişli çarklar ve eksenel kuvvetlerin doğal dengesi

Çift emişli santrifüj pompalarda çarkların iki taraflı simetrik emiş yapacak şekilde tasarlandığını belirtmekte fayda var.

Simetrik yapı: Sıvı, pervanenin merkezine her iki taraftan aynı anda ve simetrik olarak girer.

Mekanik iptal: Bu, iki pervanenin akış yolu geometrisinin tamamen simetrik olduğu ve her iki taraftaki basınç dağılımının da esasen simetrik olduğu anlamına gelir. Çalışma sırasında, iki pervane tarafından üretilen eksenel kuvvetler eşit büyüklükte ve zıt yönde olup, teorik olarak otomatik eksenel kuvvet dengesi sağlanır. Bu, çift emişli pompaların yüksek akış koşullarıyla başa çıkmalarını sağlayan temel yapısal avantajlarından biridir.

5. Eksenel Kuvvet Dengelemesinin Önemi ve Karşı Tedbirler

Santrifüj pompa tasarımında artık eksenel kuvvetlerin ortadan kaldırılması veya en aza indirilmesi çok önemlidir. Aksi takdirde aşırı eksenel kuvvetler aşağıdakilere yol açabilir:

Rulman aşırı yükü: Sürekli eksenel kuvvetler, baskı yatağına önemli yükler uygulayarak aşınmayı ve arızayı hızlandırır. Bu, santrifüj pompalardaki en yaygın arıza modlarından biridir.

Mekanik salmastra hasarı: Eksenel kuvvetlerdeki keskin değişiklikler, mekanik salmastranın dönen ve sabit halkaları arasında aşırı sıkışmaya veya ayrılmaya neden olarak sızıntıya veya ciddi aşınmaya neden olabilir.

Bu nedenle, çift emişli çarkların kendi kendini dengeleyen tasarımına ek olarak, mühendislik tasarımlarında eksenel kuvvetleri dengelemek için aşağıdaki özel mekanizmalar sıklıkla kullanılır:

Denge delikleri ve arka kanatlar: tek emişli pompalarda kullanılır.

Denge diskleri/tamburları: çok kademeli pompalarda yaygın olarak kullanılan yüksek basınçlı dengeleme cihazları.

Yatay santrifüj pompaların eksenel kuvvetlerinin hassas bir şekilde kontrol edilmesi ve pompa mili stabilitesinin sağlanması, ekipmanın uzun süreli, güvenilir çalışmasını sağlamak için temel teknik gereksinimlerdir.