Co jsou aerodynamické síly? Zatížení ventilátorů a turbín • Přenosný vyvažovač, analyzátor vibrací "Balanset" pro dynamické vyvažování drtičů, ventilátorů, mulčovačů, šneků na kombajnech, hřídelí, odstředivek, turbín a mnoha dalších rotorů Co jsou aerodynamické síly? Zatížení ventilátorů a turbín • Přenosný vyvažovač, analyzátor vibrací "Balanset" pro dynamické vyvažování drtičů, ventilátorů, mulčovačů, šneků na kombajnech, hřídelí, odstředivek, turbín a mnoha dalších rotorů

Co jsou aerodynamické síly? Zatížení ventilátoru a turbíny

Publikováno uživatelem admin dne

Pochopení aerodynamických sil

Definice: Co jsou aerodynamické síly?

Aerodynamické síly jsou síly působící na rotující a stacionární součásti ventilátorů, dmychadel, kompresorů a turbín pohybem vzduchu nebo plynu. Tyto síly vznikají v důsledku tlakových rozdílů, změn hybnosti proudícího plynu a interakcí mezi kapalinou a strukturou. Aerodynamické síly zahrnují stacionární síly (tah, radiální zatížení) a nestacionární síly (pulzace v frekvence průchodu lopatky, turbulencí vyvolané náhodné síly), které vytvářejí vibrace, zatížení ložisek a konstrukcí a v některých případech i samobuzené nestability.

Aerodynamické síly jsou ekvivalentem hydraulických sil v čerpadlech v plynné fázi, ale s důležitými rozdíly: účinky stlačitelnosti, změny hustoty s tlakem a teplotou a akustická vazba, která může vytvářet rezonance a nestability, které se v nestlačitelných kapalných systémech nevyskytují.

Typy aerodynamických sil

1. Axiální síly

Axiální síly od tlaku působícího na povrchy lopatek:

  • Odstředivé ventilátory: Tlakový rozdíl vytváří tah směrem k vstupu
  • Axiální ventilátory: Reakční síla zrychlení vzduchu
  • Turbíny: Expanze plynu vytváří velký tah na lopatkách
  • Velikost: Úměrné nárůstu tlaku a průtoku
  • Účinek: Zatížení axiální ložiska, vytváří axiální vibrace

2. Radiální síly

Boční síly z nerovnoměrného rozložení tlaku:

Stálá radiální síla

  • Asymetrický tlak v pouzdře/potrubí
  • Liší se v závislosti na provozním bodě (průtoku)
  • Minimální v bodě návrhu
  • Vytváří zatížení ložiska a 1× vibrace

Rotační radiální síla

  • Pokud má oběžné kolo/rotor asymetrické aerodynamické zatížení
  • Síla se otáčí s rotorem
  • Vytváří 1× vibraci jako nevyváženost
  • Lze spojit s mechanickou nevyvážeností

3. Pulzace při průchodu čepelí

Periodické tlakové pulzy při rychlosti průchodu lopatky:

  • Frekvence: Počet lopatek × ot./min / 60
  • Příčina: Každá lopatka narušuje pole proudění a vytváří tlakový impuls
  • Interakce: Mezi rotujícími lopatkami a stacionárními vzpěrami, lopatkami nebo skříní
  • Amplituda: Závisí na vůli mezi lopatkami a statorem a podmínkách proudění
  • Účinek: Primární zdroj tónového hluku a vibrací ventilátoru/kompresoru

4. Síly vyvolané turbulencí

  • Náhodné síly: Od turbulentních vírů a odtržení proudění
  • Širokopásmové spektrum: Energie rozložená v širokém frekvenčním rozsahu
  • Závislé na průtoku: Zvyšuje se s Reynoldsovým číslem a provozem mimo návrh
  • Obavy z únavy: Náhodné zatížení přispívá k únavě součástí

5. Nestabilní proudění

Otočný stánek

  • Lokalizované oddělení proudění rotující kolem prstence
  • Subsynchronní frekvence (0,2–0,8× otáčky rotoru)
  • Vytváří silné nestabilní síly
  • Běžný při nízkém průtoku v kompresorech

Přepětí

  • Oscilace průtoku v celém systému (průtok vpřed a vzad)
  • Velmi nízká frekvence (0,5–10 Hz)
  • Extrémně vysoké amplitudy síly
  • Může zničit kompresory, pokud se zastaví

Vibrace z aerodynamických zdrojů

Frekvence průchodu lopatek (BPF)

  • Dominantní aerodynamická složka vibrací
  • Amplituda se mění v závislosti na provozním bodě
  • Vyšší za podmínek mimo návrh
  • Může vyvolat strukturální rezonance

Nízkofrekvenční pulzace

  • Z recirkulace, zastavení nebo přepětí
  • Často silná amplituda (může překročit 1× vibrace)
  • Označuje provoz daleko od návrhového bodu
  • Vyžaduje změny provozních podmínek

Vibrace širokopásmového připojení

  • Z turbulence a hluku proudění
  • Zvýšené ve vysokorychlostních oblastech
  • Zvyšuje se s průtokem a intenzitou turbulence
  • Méně znepokojivé než tonální složky, ale ukazuje kvalitu toku

Spojení s mechanickými účinky

Aerodynamicko-mechanická interakce

  • Aerodynamické síly vychylují rotor
  • Průhyb mění vůle a ovlivňuje aerodynamické síly
  • Může vytvářet spřažené nestability
  • Příklad: Aerodynamické síly v těsnění přispívající k nestabilitě rotoru

Aerodynamické tlumení

  • Odpor vzduchu tlumí strukturální vibrace
  • Obecně pozitivní (stabilizační) účinek
  • Ale může být negativní (destabilizující) za určitých podmínek proudění
  • Důležité v dynamika rotoru turbosoustrojí

Úvahy o designu

Minimalizace síly

  • Optimalizujte úhly a rozteč lopatek
  • Pro snížení pulzací použijte difuzéry nebo bezlopatkový prostor
  • Konstrukce pro široký stabilní provozní rozsah
  • Zvažte počet lopatek, abyste se vyhnuli akustickým rezonancím

Konstrukční návrh

  • Ložiska dimenzovaná pro aerodynamické zatížení a mechanické zatížení
  • Tuhost hřídele dostatečná pro průhyb vlivem aerodynamických sil
  • Vlastní frekvence lopatek oddělené od zdrojů buzení
  • Skříň a konstrukce navržené pro zatížení tlakovými pulzacemi

Provozní strategie

Optimální provozní bod

  • Provoz v blízkosti návrhového bodu pro minimalizaci aerodynamických sil
  • Zabraňte velmi nízkému průtoku (recirkulace, zablokování)
  • Vyhněte se velmi vysokému průtoku (vysoká rychlost, turbulence)
  • Pro udržení optimálního bodu použijte proměnnou rychlost

Vyhněte se nestabilitám

  • V kompresorech se držte vpravo od přepouštěcího potrubí
  • Implementujte ochranu proti přepětí
  • Monitor pro zahájení stání
  • Ochrana proti minimálnímu průtoku pro ventilátory a kompresory

Aerodynamické síly jsou zásadní pro provoz a spolehlivost zařízení pro pohyb vzduchu a manipulaci s plyny. Pochopení toho, jak se tyto síly mění v závislosti na provozních podmínkách, rozpoznání jejich vibračních podpisů a navrhování/provozování zařízení s cílem minimalizovat nestacionární aerodynamické síly prostřednictvím provozu blízko návrhového bodu, zajišťuje spolehlivý a efektivní výkon ventilátorů, dmychadel, kompresorů a turbín v průmyslových provozech.

← Zpět na hlavní index

Kategorie:
WhatsApp