Nguồn lực dọc trục chính trong máy bơm ly tâm nằm ngang là gì

Bơm ly tâm ngang là thiết bị vận chuyển chất lỏng được sử dụng phổ biến nhất trong các quy trình công nghiệp và độ tin cậy vận hành của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất. Trong lĩnh vực chuyên môn này, lực đẩy dọc trục là một thông số thiết kế và vận hành quan trọng. Hiểu cơ chế tạo lực đẩy dọc trục và cách cân bằng nó là rất quan trọng trong việc lựa chọn, lắp đặt, xử lý sự cố và kéo dài tuổi thọ của vòng bi và phốt cơ khí.

1. Nguồn cốt lõi của lực dọc trục: Chênh lệch áp suất trên bánh công tác

Nguyên nhân cơ bản của lực dọc trục là sự mất cân bằng áp suất chất lỏng ở cả hai phía của bánh công tác. Đây là nguồn lực dọc trục chính và thường lớn nhất.

Cánh quạt một tầng, hút đơn là ví dụ điển hình nhất. Khi bơm ly tâm hoạt động:

Ở mặt che phía trước cánh quạt (phía hút): Khu vực trung tâm của cánh quạt là vùng áp suất thấp, có áp suất gần bằng hoặc thấp hơn áp suất khí quyển (tùy thuộc vào NPSH).

Mặt che phía sau cánh quạt (phía sau): Khi chất lỏng chảy ra khỏi cánh quạt và vào trong ống xoắn ốc, một số chất lỏng áp suất cao sẽ thấm qua hoặc chảy ngược qua các khe hở trên vòng mòn đến mặt sau của cánh quạt. Hơn nữa, áp suất cao ở đầu ra của ống xoắn cũng gây áp lực lên mặt sau của bánh công tác. Do đó, áp suất trung bình ở phía sau cánh quạt thường cao hơn nhiều so với ở phía trước.

Sự chênh lệch áp suất này giữa mặt trước và mặt sau của bánh công tác, chiếu lên vùng hiệu dụng, tạo ra phản lực hướng về cổng hút—lực dọc trục. Độ lớn của lực này liên quan trực tiếp đến đầu bơm, đường kính cánh quạt và khe hở vòng đeo. Đầu cao hơn làm tăng chênh lệch áp suất và do đó làm tăng lực dọc trục.

2. Hiệu ứng thay đổi động lượng trong đoạn dòng cánh quạt

Nguồn lực dọc trục quan trọng thứ hai là lực phản ứng thay đổi động lượng được tạo ra khi chất lỏng thay đổi hướng và vận tốc trong dòng chảy bên trong của bánh công tác.

Khi chất lỏng đi vào bánh công tác từ cổng hút, dòng chảy thay đổi từ hướng trục (song song với trục bơm) sang hướng tâm (vuông góc với trục bơm). Theo định luật thứ hai của Newton, khi chất lỏng trải qua sự thay đổi hướng này trong bánh công tác, nó chắc chắn sẽ tạo ra một phản lực lên bánh công tác. Thành phần của phản lực này tác động dọc theo trục bơm tạo thành lực dọc trục theo hướng ngược lại.

Trong hầu hết các thiết kế cánh quạt hút đơn, hướng của lực dọc trục do động lượng này ngược với lực dọc trục do chênh lệch áp suất gây ra, nhưng độ lớn của nó thường nhỏ hơn lực dọc trục do chênh lệch áp suất gây ra.

3. Ảnh hưởng của phốt trục và lỗ cân bằng: Phân bố áp lực cục bộ

Thiết kế và điều kiện vận hành của khu vực phốt trục cũng ảnh hưởng đến sự phân bổ lực dọc trục cục bộ.

Khu vực phốt cơ khí/hộp nhồi: Tại phốt trục, lực tác dụng lên trục bơm là lực tổng hợp của áp suất chất lỏng bên trong buồng phốt và áp suất khí quyển. Nếu áp suất bên trong buồng làm kín cao, nó sẽ đẩy trục ra ngoài dọc theo trục bơm.

Lỗ cân bằng: Đối với cánh quạt sử dụng lỗ cân bằng để cân bằng lực dọc trục, chức năng của lỗ cân bằng là giảm áp suất phía sau cánh quạt một cách hiệu quả bằng cách dẫn chất lỏng áp suất cao ở phía sau cánh quạt quay trở lại cổng hút hoặc vùng áp suất thấp. Thiết kế đường kính và số lượng lỗ cân bằng xác định trực tiếp mức độ chênh lệch áp suất giữa mặt trước và mặt sau của bánh công tác.

4. Cánh quạt hút kép và sự cân bằng vốn có của lực dọc trục

Điều đáng chú ý là ở máy bơm ly tâm hút đôi, cánh quạt được thiết kế với lực hút đối xứng hai bên.

Cấu trúc đối xứng: Chất lỏng đi vào tâm bánh công tác đồng thời và đối xứng từ cả hai phía.

Hủy bỏ cơ học: Điều này có nghĩa là hình dạng đường dẫn dòng chảy của hai cánh quạt là hoàn toàn đối xứng và sự phân bổ áp suất ở cả hai bên về cơ bản cũng đối xứng. Trong quá trình vận hành, lực dọc trục do hai cánh quạt tạo ra có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau, về mặt lý thuyết đạt được sự cân bằng lực dọc trục tự động. Đây là một trong những lợi thế về cấu trúc quan trọng của máy bơm hút đôi cho phép chúng xử lý các điều kiện dòng chảy cao.

5. Tầm quan trọng của việc cân bằng lực dọc trục và các biện pháp đối phó

Trong thiết kế bơm ly tâm, việc loại bỏ hoặc giảm thiểu lực dọc trục dư là rất quan trọng. Nếu không, lực dọc trục quá mức có thể dẫn đến:

Quá tải ổ trục: Lực dọc trục liên tục đặt tải trọng đáng kể lên ổ trục chặn, làm tăng tốc độ mài mòn và hỏng hóc. Đây là một trong những chế độ hỏng hóc phổ biến nhất ở máy bơm ly tâm.

Hư hỏng phốt cơ khí: Những thay đổi mạnh về lực dọc trục có thể gây ra sự nén hoặc tách quá mức giữa các vòng quay và vòng cố định của phốt cơ khí, dẫn đến rò rỉ hoặc mài mòn nghiêm trọng.

Vì vậy, ngoài thiết kế tự cân bằng của cánh quạt hút đôi, các cơ cấu chuyên dụng sau thường được sử dụng trong thiết kế kỹ thuật để cân bằng lực dọc trục:

Lỗ cân bằng và cánh gạt phía sau: dùng trong máy bơm hút đơn.

Đĩa/trống cân bằng: thiết bị cân bằng áp suất cao thường được sử dụng trong máy bơm nhiều tầng.

Kiểm soát chính xác lực dọc trục của máy bơm ly tâm nằm ngang và đảm bảo độ ổn định của trục bơm là yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để đảm bảo thiết bị hoạt động lâu dài, đáng tin cậy.