Vidalı Pompada Rotor Ne İşe Yarar ve Neden Önemlidir?

Vidalı Pompada Rotorun Rolü

Rotor, vidalı pompanın merkezi çalışma bileşenidir ve sıvıyı pompa içinde hareket ettiren mekanik hareketin yaratılmasından doğrudan sorumludur. Endüstriyel ve proses uygulamalarında en yaygın kullanılan vidalı pompa türü olan aşamalı boşluklu pompada rotor, esnek bir elastomerik statorun içinde eksantrik olarak dönen, hassas bir şekilde işlenmiş sarmal metal bir şafttır. Rotor döndükçe, dış yüzeyi ile statorun iç deliği arasında sürekli bir dizi sızdırmaz boşluklar oluşturur. Bu boşluklar girişte oluşur, çıkışa doğru eksenel olarak ilerler ve boşaltma ucuna ulaştıklarında çökerek sıvının her dönüşte kademeli ve düzgün bir şekilde yer değiştirmesine neden olur. Bu eylem, aşamalı boşluklu pompaya adını verir ve rotora temel önemini verir: Doğru şekilde tasarlanmış ve uygun şekilde bakımı yapılan bir rotor olmadan, pompa, sıvıyı hareket ettirmek için gerekli boşluk geometrisini hiçbir şekilde oluşturamaz.

Esas olarak hidrolik sistemlerde, yakıt aktarımında ve yağlama yağı devrelerinde kullanılan iki vidalı ve üç vidalı pompa konfigürasyonlarında, rotorlar, dönerken sıvıyı dişleri ile pompa gövdesi arasında hapseden, birbirine geçen vida profilli şaftlardır. Bu tasarımlarda, rotor diş profilinin hassasiyeti ve birbirine geçen rotorlar arasındaki açıklık, pompanın hem hacimsel verimliliğini hem de maksimum çalışma basıncını belirler. Tüm vidalı pompa tiplerinde rotor, pompalama performansını tanımlayan bileşendir ve geometrisi, malzemesi, yüzey kalitesi ve durumu doğrudan çıktı kalitesi ve operasyonel güvenilirlikle bağlantılıdır.

Rotor Geometrisi ve Pompa Performansına Etkisi

Vidalı pompa rotorunun geometrisi keyfi değildir; birçok rakip performans gereksinimini dengelemesi gereken hassas mühendislik hesaplamalarının ürünüdür. Aşamalı boşluklu pompa rotorları için temel geometrik parametreler rotor eğimi, eksantriklik, helis açısı ve rotor çapıdır. Bu parametreler birlikte, rotor ile stator arasında oluşan boşlukların boyutunu ve şeklini tanımlar ve dolayısıyla pompanın devir başına yer değiştirmesini, maksimum akış hızını ve basınç oluşturma kapasitesini belirler.

Rotor eğimi - bir tam sarmal devir için eksenel mesafe - doğrudan stator eğimiyle ilişkilidir; bu, tek loblu rotor/çift loblu stator konfigürasyonunda her zaman rotor eğiminin iki katıdır. Daha uzun bir adım, daha büyük boşluklar ve devir başına daha yüksek akış hızı üretir, ancak aynı zamanda belirli bir aşama sayısı için pompanın eksenel uzunluğunu da artırır. Rotorun geometrik merkezi ile dönme ekseni arasındaki sapma olan eksantriklik, boşluğun kesit şeklini belirler ve rotor ile stator arasındaki temas basıncı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Daha yüksek eksantriklik, daha büyük boşluklar yaratır ancak aynı zamanda, özellikle kuru çalışma sırasında veya aşındırıcı çamurların pompalanması sırasında, çalışma sırasında hem rotor hem de stator üzerindeki mekanik gerilimi artırır.

Helisel profilin tek bir rotor içerisinde iki veya daha fazla hatve uzunluğu boyunca tekrarlandığı çok kademeli rotor tasarımları, daha yüksek tahliye basınçları gerektiğinde kullanılır. Her ek aşamada seri olarak bir kapalı boşluk daha eklenir ve aynı akış hızını korurken pompanın dayanabileceği basınç farkı artar. İki kademeli rotorlar, 24 bar'a kadar basınç gerektiren uygulamalarda yaygındır ve yağ üretimi ve susuzlaştırma uygulamalarındaki yüksek basınçlı görevler için dört kademeli veya altı kademeli tasarımlar mevcuttur.

Vidalı Pompa Rotorlarında Kullanılan Malzemeler

Vidalı pompa rotoru için seçilen malzeme, dönme ve eksantrik hareketten kaynaklanan mekanik gerilimlere dayanmalı, pompalanan sıvının neden olduğu aşınma ve korozyona karşı dayanıklı olmalı ve uzun servis aralıkları boyunca boyutsal doğruluğu korumalıdır. Bu nedenle malzeme seçimi, rotor spesifikasyonunda en kritik kararlardan biridir ve özel uygulama koşullarına göre uyarlanmalıdır.

Karbon Çelik ve Alaşımlı Çelik

Genellikle C45 veya eşdeğeri gibi kalitelerden üretilen standart karbon çeliği rotorlar, pompalanan sıvının yeterli yağlama sağladığı korozif olmayan uygulamalar için temel seçimdir. İyi işlenebilirlik ve maliyet etkinliği sunarlar ancak sınırlı korozyon direncine sahiptirler. Krom, molibden veya nikel ilaveleri içeren alaşımlı çelik rotorlar, gelişmiş mekanik mukavemet, sertlik ve bir miktar korozyon direnci sağlayarak onları yüksek basınçlı aşamalar ve aşındırıcı bulamaç uygulamaları dahil daha zorlu endüstriyel görevler için uygun hale getirir.

Sert Krom Kaplama Rotorlar

Çelik bir alt tabaka üzerine uygulanan sert krom kaplama, aşamalı boşluklu pompa rotorları için en yaygın kullanılan yüzey işlemlerinden biridir. Tipik olarak 0,05 ila 0,1 mm kalınlığındaki krom tabakası, pompalanan sıvıdaki askıda katı maddelerden kaynaklanan aşınmaya karşı direnç gösteren, rotor-stator arayüzündeki sürtünme katsayısını azaltan ve hafif agresif ortamlarda orta düzeyde korozyon direnci sunan çok sert bir yüzey (900–1000 HV) sağlar. Sert krom kaplı rotorlar, aşırı malzeme maliyeti olmadan orta derecede aşınma direncinin gerekli olduğu atık su arıtımında, gıda işleme çamurlarında ve genel endüstriyel uygulamalarda standart seçimdir.

Paslanmaz Çelik Rotorlar

En yaygın olarak 316L veya dubleks kalitelerden üretilen paslanmaz çelik rotorlar, korozyon direncinin birincil gereklilik olduğu uygulamalar için belirtilmiştir. Bunlar arasında asitler, alkaliler veya klorür içeren çözeltilerle çalışan kimyasal proses pompaları, hijyen standartlarının krom kaplama kullanımını yasakladığı yiyecek ve içecek işleme ve malzeme izlenebilirliğinin ve FDA veya EHEDG standartlarıyla uyumluluğun zorunlu olduğu farmasötik üretim yer alır. Dubleks paslanmaz çelik kaliteleri, standart ostenitik kalitelere göre daha yüksek mukavemet ve daha iyi çukurlaşma korozyon direnci sunarak, onları agresif deniz veya kimyasal ortamlarda tercih edilir hale getirir.

Tungsten Karbür ve Termal Sprey Kaplamalı Rotorlar

Seramik bulamaçlarının, sondaj çamurlarının, maden atıklarının veya petrol ve gaz operasyonlarında kumla üretilen suyun pompalanması gibi son derece aşındırıcı uygulamalar için, yüksek hızlı oksiyakıt (HVOF) termal sprey ile uygulanan tungsten karbür kaplamalar, sert kromla elde edilebilecek olanın çok ötesinde olağanüstü aşınma direnci sağlar. Tungsten karbür kaplamalı rotorlar, ağır aşındırıcı işlerde standart krom kaplamalı rotorlara kıyasla servis aralıklarını beş kat veya daha fazla uzatabilir ve daha yüksek başlangıç ​​fiyatlarına rağmen bakım maliyetlerini ve arıza sürelerini önemli ölçüde azaltır.

Ortak Rotor Aşınma Mekanizmaları ve Arıza Modları

Vidalı pompa rotorlarının nasıl ve neden aşındığını veya arızalandığını anlamak, etkili bakım programları tasarlamak ve doğru yedek bileşenleri belirlemek için çok önemlidir. Baskın arıza modları uygulama türüne göre değişir, ancak birçoğuna endüstriler arasında sürekli olarak rastlanır.

Aşındırıcı aşınma, bulamaç, çamur veya parçacık yüklü sıvıları içeren uygulamalarda açık ara en yaygın rotor arıza modudur. Rotor yüzeyi aşındıkça, rotor ile stator arasındaki sıkı geçme azalır ve artan miktarda sıvının yüksek basınçlı boşaltma tarafından alçak basınç girişine doğru geri kaymasına izin verilir. Bu kayma, akış hızı ve pompa verimliliğinde kademeli bir azalma olarak kendini gösterir; bu durum, pompa artık proses gereksinimlerini karşılayamayacak hale gelene ve değiştirilmesi kaçınılmaz hale gelene kadar ilerler.

Rotor ve Stator Uyumu: Paraziti ve Etkilerini Anlamak

Aşamalı boşluklu pompanın performansı, rotor ile elastomerik stator arasındaki sıkı geçme uyumuna, yani boşluk oluşumu ve basınç oluşumu için gerekli sızdırmazlık temasını sağlayan hafif boyutsal müdahaleye kritik derecede bağlıdır. Bu girişim, tasarım aşamasında rotor-stator çiftinde oluşturulur ve statorun iç delik boyutları ile rotorun dış profil boyutları arasındaki fark olarak ifade edilir.

Çok az müdahale, özellikle stator elastomerinin yumuşayıp genleştiği yüksek sıcaklıklarda, yetersiz sızdırmazlık, yüksek iç kayma ve düşük verimle sonuçlanır. Çok fazla müdahale, rotor-stator arayüzünde aşırı temas basıncı ve sürtünme yaratarak, statorun daha hızlı aşınmasına, tahrik torku gereksinimlerinin artmasına, aşırı ısınmaya ve her iki bileşenin erken arızalanmasına neden olur. Doğru müdahale seviyesi stator elastomer bileşiğine, pompalanan sıvının yağlama özelliklerine, çalışma sıcaklığına ve gerekli basınç farkına bağlıdır.

Aşınmış bir rotoru değiştirirken, aynı zamanda statorun durumunun da değerlendirilmesi önemlidir. Aşınmış bir statora karşı takılan yeni bir rotor, aşınmış bölgelerde yetersiz etkileşime sahip olacak ve yeni bileşen maliyetine rağmen düşük performans sunacaktır. Çoğu bakım senaryosunda, rotor ve statorun eşleştirilmiş bir çift olarak değiştirilmesi, tam pompa performansının yeniden sağlanması için en uygun maliyetli yaklaşımdır.

Uygulamanız için Doğru Rotoru Seçmek

Doğruyu belirtmek vidalı pompa rotoru Uygulamanın taleplerinin çeşitli temel parametrelere göre sistematik olarak değerlendirilmesini gerektirir. Genel veya uyumsuz bir rotorun kullanılması erken arızaya, zayıf pompa performansına veya önlenebilir bakım maliyetlerine neden olabilir.

• Sıvı aşındırıcılığı: Pompalanan ortamdaki katıların konsantrasyonunu, sertliğini ve parçacık boyutunu değerlendirin. Yüksek kum veya çakıl içeriğine sahip akışkanlar için HVOF tungsten karbür kaplı rotorları tercih edin. Orta derecede aşındırıcı uygulamalar için sert krom kaplama uygun maliyetli bir çözüm sağlar.
• Kimyasal uyumluluk: Pompalanan sıvının pH, oksitleyici maddeler, klorür içeriği ve solvent bileşenleri dahil olmak üzere kimyasal bileşimini tanımlayın. Yayınlanmış direnç verileri veya saha deneyimi yoluyla spesifik akışkan kimyasıyla uyumlu olduğu doğrulanan rotor malzemesini ve yüzey işlemini seçin.
• Çalışma basıncı ve kademe sayısı: Gerekli tahliye basıncını onaylayın ve bunu pompanın mekanik limitleri dahilinde elde etmek için uygun sayıda rotor aşaması seçin. Aşırı aşamalandırma, rotor bükülme momentlerini artırır ve tork gereksinimlerini gereksiz yere artırır.
• Sıcaklık aralığı: Yüksek sıvı sıcaklıkları statordaki elastomer sertliğini azaltır, bu da rotor-stator etkileşimini ve tahrik torkunu etkili bir şekilde artırır. Yüksek sıcaklık uygulamaları için rotor geometrisinin, telafi amacıyla azaltılmış girişimle belirlenmesi gerekebilir.
• Hijyenik gereksinimler: Yiyecek, içecek ve ilaç uygulamaları için yüzey pürüzlülüğü Ra ≤ 0,8 µm olan elektro-parlatılmış paslanmaz çelik rotorları belirtin ve EHEDG veya 3-A Hijyen Standartları gibi geçerli hijyenik tasarım standartlarına uygunluğu onaylayın.
• OEM ve satış sonrası kaynak kullanımı: Orijinal ekipman üreticisinin (OEM) rotorları, orijinal pompa tasarımının hassas boyut toleranslarına göre üretilir ve performans garantilerini korumak için en güvenli seçimdir. Yüksek kaliteli satış sonrası rotorlar, yedek parçalarda maliyet tasarrufu sağlayabilir ancak kurulumdan önce OEM bileşeniyle aynı boyut ve malzeme özelliklerini karşıladıklarının doğrulanması gerekir.

Rotor Hizmet Ömrünü Uzatacak Bakım Uygulamaları

Proaktif bakım, vidalı pompa rotorunun servis ömrünü en üst düzeye çıkarmak ve plansız arıza sürelerini en aza indirmek için en güvenilir ve uygun maliyetli stratejidir. Çeşitli özel uygulamaların tüm uygulama türlerinde rotor ömrü üzerinde kanıtlanmış etkisi vardır.

• Kuru çalışma korumasını takın: Kuru çalışma (birkaç saniye bile olsa) temas arayüzünde sıvı yağlamanın olmaması nedeniyle hem rotor yüzeyinde hem de stator elastomerinde ciddi ve geri dönüşü olmayan hasara neden olabilir. Giriş kurumadan önce pompanın otomatik olarak kapatılması için akış sensörleri, basınç anahtarları veya seviye anahtarları pompanın kontrol sistemine entegre edilmelidir.
• Akış hızı ve verimlilik eğilimlerini izleyin: Pompa akış hızının zaman içinde hıza göre izlenmesi, aşınma nedeniyle artan rotor-stator kayması konusunda erken uyarı sağlar. Hacimsel verimlilikteki kademeli bir düşüş, rotor ve statorun kullanım ömrünün sonuna yaklaştığını gösterir ve büyük bir arıza meydana gelmeden önce planlı değiştirmeye olanak tanır.
• Her bakım aralığında rotor yüzeyini inceleyin: Planlı bakım sırasında rotor çıkarılmalı ve kalibre edilmiş ölçüm aletleri kullanılarak tüm yüzeyi aşınma, korozyon, kaplamanın ayrılması, çatlaklar ve boyutsal değişiklikler açısından incelenmelidir. Üreticinin toleransını aşan lokal aşınma gösteren herhangi bir rotor, hizmete geri gönderilmek yerine değiştirilmelidir.
• Çalışma hızını önerilen sınırlar dahilinde kontrol edin: Üreticinin tavsiye ettiği maksimum rotor hızının aşılması, rotor-stator arayüzündeki sürtünmeden kaynaklanan ısınmayı artırır, statordaki elastomer bozulmasını hızlandırır ve rotor yorulma arızası riskini artırır. Başlatma sırasında rotoru korumak için değişken frekanslı sürücüler uygun hız sınırlayıcılarla ve yumuşak başlatma rampa oranlarıyla ayarlanmalıdır.
• Ayarlanan veya kristalleşen sıvılarla çalışırken kapatmadan önce pompayı yıkayın: Durduğunda sertleşebilen, katılaşabilen veya kristalleşebilen sıvıları (çimento bulamaçları, kireç çözeltileri veya belirli gıda ürünleri gibi) pompalarken, kapatmadan önce pompanın temiz suyla yıkanması, rotorun katılaşmış ürün nedeniyle statörde kilitlenmesini ve bu durumun bir sonraki çalıştırmada şaft hasarına veya statorun yırtılmasına neden olmasını önler.

Vidalı pompa rotoru, basit bir dönen şafttan çok daha fazlasıdır; geometrisi, malzemesi, yüzey durumu ve statora uyumu, pompanın uygulamanın gerektirdiği performansı sağlayıp sağlamadığını toplu olarak belirleyen hassas mühendislik ürünü bir bileşendir. Disiplinli durum izleme ve proaktif bakımla birlikte en başından itibaren doğru rotor spesifikasyonuna yatırım yapmak, ekipmanın tüm hizmet ömrü boyunca düşük toplam sahip olma maliyetine ve tutarlı pompalama sistemi güvenilirliğine giden en güvenilir yoldur.