Shaft Length Design Principles in Vertical Pipeline Centrifugal Pumps

Shaft length is a critical parameter in the design of pompa sentrifugal pipa vertikal , directly affecting pump stability and vibration characteristics. Excessively long shafts increase bending and deflection, causing shaft misalignment and unbalanced operation. Short shafts can negatively impact suction performance and impeller arrangement, reducing overall pump efficiency. Desain panjang poros harus mempertimbangkan head pompa, laju aliran, jumlah impeller, dan struktur casing pompa untuk memastikan tegangan lentur dan defleksi tetap dalam batas aman selama pengoperasian.

Shaft design also requires accounting for fluid-induced loads. Centrifugal forces from the impeller, axial thrust, and pipeline pressure variations contribute additional bending moments on the shaft. Pemilihan diameter poros, bentuk penampang, dan lokasi penyangga yang tepat dapat secara efektif mengurangi tegangan tekuk dan mengurangi masalah getaran. Ujung poros biasanya dirancang untuk dihubungkan dengan bantalan atau segel, mengendalikan gaya aksial dan radial serta memastikan rotasi yang stabil dalam berbagai kondisi pengoperasian.

Faktor Kunci dalam Desain Kekakuan Poros

Shaft stiffness is essential for preventing vibration and enhancing pump reliability. Insufficient stiffness may cause resonance and amplified vibrations under high-speed operation or uneven loading. Shaft stiffness design must consider material strength, diameter, length, and the distance between impellers and bearings. High-strength alloy steel and wear-resistant steels are commonly used to balance rigidity and durability.

Bearing placement significantly influences shaft stiffness. Proper bearing spacing supports the shaft and reduces bending vibration. Dalam pompa vertikal multi-tahap, gaya aksial dari masing-masing impeler harus dihitung, dan diameter poros atau struktur pendukung dioptimalkan untuk meningkatkan kekakuan keseluruhan. Penampang poros biasanya berbentuk silinder padat atau berongga untuk memastikan kekuatan sekaligus mengontrol berat dan inersia, mengurangi getaran selama penyalaan dan pematian.

Shaft stiffness must also match pump speed and operating conditions. Pompa berkecepatan tinggi rentan terhadap getaran dan resonansi sentrifugal, sehingga memerlukan frekuensi alami di atas frekuensi operasi untuk menghindari zona resonansi. Analisis elemen hingga atau simulasi getaran dapat memprediksi defleksi dan tegangan poros dalam berbagai kondisi, sehingga memberikan data penting untuk optimasi desain.

Strategi Terkoordinasi untuk Pengendalian Getaran

Shaft length and stiffness design directly affect vibration mitigation. Overly long or flexible shafts may lead to misalignment, impeller imbalance, or mechanical resonance, generating periodic vibration. Optimizing shaft diameter, length, material, and support structure reduces both radial and axial vibration amplitudes.

Coordination with bearings and seals further suppresses vibration. Bearing arrangement impacts shaft support, while appropriate spacing minimizes axial movement and radial deflection. Seal design must consider added forces and thermal expansion effects to prevent uneven friction-induced vibration. Rigid connection between shaft and pump casing enhances structural stability and vibration resistance.

Pada pompa multi-tahap, panjang poros, kekakuan, dan jarak impeler harus dioptimalkan bersama-sama, memastikan gaya aksial dan radial pada setiap tahap tetap dalam kapasitas dukung. Perhitungan akurat terhadap tegangan lentur poros, mode getaran, dan frekuensi alami secara efektif mencegah resonansi dan kebisingan, sehingga meningkatkan stabilitas operasional dan masa pakai.