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

Co jsou hydraulické síly? Zdroje vibrací čerpadla

Publikováno uživatelem admin dne

Pochopení hydraulických sil v čerpadlech

Definice: Co jsou to hydraulické síly?

Hydraulické síly jsou síly vyvíjené na součásti čerpadla proudící kapalinou, včetně tlakově indukovaného zatížení lopatek oběžného kola, axiálního tlaku z tlakových rozdílů, radiálních sil z asymetrického rozložení tlaku a pulzujících sil z turbulence proudění a interakce lopatek a spirály. Tyto síly se liší od mechanických sil (z nevyváženost, nesouosost) v tom, že vznikají v důsledku změn tlaku tekutiny a hybnosti, čímž vytvářejí vibrace komponenty na frekvence průchodu lopatky a související harmonické.

Pochopení hydraulických sil je nezbytné pro spolehlivost čerpadla, protože tyto síly vytvářejí zatížení ložisek, průhyb hřídele a vibrace, které se mění v závislosti na provozních podmínkách (průtok, tlak, vlastnosti kapaliny), což odlišuje chování čerpadla od jiných rotačních strojů, kde jsou síly primárně mechanické.

Typy hydraulických sil

1. Axiální tah (hydraulický tah)

Čistá axiální síla z tlakového rozdílu na oběžném kole:

  • Mechanismus: Výtlačný tlak na jedné straně, sací tlak na druhé straně oběžného kola
  • Směr: Obvykle směrem k sání (zadní část oběžného kola)
  • Velikost: Může vážit tisíce liber i v běžných pumpách
  • Účinek: Zatížení axiálního ložiska může způsobit axiální vibrace
  • Liší se podle: Průtok, tlak, konstrukce oběžného kola

Metody vyvažování tahu

  • Vyvažovací otvory: Otvory v krytu oběžného kola pro vyrovnávání tlaku
  • Zadní lopatky: Lopatky na zadní straně čerpají kapalinu pro snížení tlaku
  • Dvojitě sací oběžná kola: Symetrický design potlačující tah
  • Protiběžná oběžná kola: Vícestupňová čerpadla s oběžnými koly směřujícími proti sobě

2. Radiální síly

Boční síly z asymetrického rozložení tlaku:

V bodě nejlepší účinnosti (BEP)

  • Rozložení tlaku relativně symetrické kolem oběžného kola
  • Radiální síly se vyrovnávají a ruší
  • Minimální čistá radiální síla
  • Podmínky s nejnižšími vibracemi

Vypnuto BEP (nízký průtok)

  • Asymetrické rozložení tlaku ve spirále
  • Čistá radiální síla směrem k spirálnímu jazýčku
  • Velikost síly se zvyšuje s klesajícím průtokem
  • Hmotnost oběžného kola při uzavření může být 20-40%
  • Vytváří 1× vibrace z rotační radiální síly

Vypnuto BEP (vysoký průtok)

  • Různý asymetrický vzor
  • Radiální síla je přítomna, ale obvykle menší než při nízkém průtoku
  • Turbulence proudění přidává náhodné složky síly

3. Pulzace procházející lopatkami

Periodické tlakové pulzy při průchodu lopatek přes vodní hladinu:

  • Frekvence: Počet lopatek × otáčky / 60
  • Mechanismus: Každý průchod lopatky vytváří tlakový impuls
  • Síly: Působí na oběžné kolo, spirálu a těleso
  • Vibrace: Dominantní při frekvenci průchodu lopatky
  • Velikost: Záleží na vůli, provozním bodě a konstrukci

4. Recirkulační síly

  • Nízkofrekvenční nestacionární síly z nestabilit proudění
  • Vyskytují se při velmi nízkých nebo velmi vysokých průtocích
  • Frekvence typicky 0,2–0,8 × rychlost běhu
  • Může vytvářet silné nízkofrekvenční vibrace
  • Označuje provoz daleko od BEP

Vlivy na výkon čerpadla

Zatížení ložiska

  • Hydraulické radiální síly přispívají k mechanickému zatížení
  • Proměnlivé síly vytvářejí cyklické zatížení
  • Maximální zatížení při nízkých průtocích
  • Výběr ložiska musí zohledňovat hydraulické zatížení
  • Životnost ložiska snížená vlivem hydraulických sil (životnost ∝ 1/zatížení³)

Průhyb hřídele

  • Radiální síly vychylují hřídel
  • Mění vůle těsnění a opotřebitelné kroužky
  • Může ovlivnit účinnost
  • Extrémní případy vedou k odření

Generování vibrací

  • 1× Součást: Z ustálené nebo pomalu se měnící radiální síly
  • Komponenta VPF: Z tlakových pulzací
  • Nízká frekvence: Z recirkulace a nestability
  • Závislé na provozním bodě: Vibrace se mění s průtokem

Mechanické namáhání

  • Cyklické síly vytvářejí únavové zatížení
  • Lopatky oběžného kola namáhané tlakovými rozdíly
  • Únava hřídele v důsledku ohybových momentů
  • Napětí v plášti způsobené tlakovými pulzacemi

Minimalizace hydraulické síly

Provozujte v blízkosti BEP

  • Nejúčinnější strategie pro minimalizaci hydraulických sil
  • Pokud je to možné, pracujte v rozmezí 80–1101 TP3T průtoku BEP
  • Minimální radiální síly v bodě BEP
  • Minimalizované vibrace a zatížení ložisek

Konstrukční prvky

  • Difuzní čerpadla: Symetričtější rozložení tlaku než voluta
  • Dvojitá spirála: Dva vodorysky umístěné o 180° od sebe vyrovnávají radiální síly
  • Zvýšené vůle: Snížení pulzací tlaku procházejícího lopatkami (ale snížení účinnosti)
  • Výběr čísla lopatek: Optimalizujte, abyste se vyhnuli akustickým rezonancím

Návrh systému

  • Minimální recirkulace průtoku pro čerpadla základního zatížení
  • Správně dimenzované čerpadlo pro skutečný provoz (vyhněte se předimenzování)
  • Pohon s proměnnou rychlostí pro udržení optimálního provozního bodu
  • Konstrukce vstupu minimalizující předběžné víření a turbulenci

Diagnostické použití

Výkonové křivky a hydraulické síly

  • Graf vibrací v závislosti na průtoku
  • Minimální vibrace obvykle na úrovni BEP nebo v její blízkosti
  • Zvyšující se vibrace při nízkém průtoku indikují vysoké radiální síly
  • Výběr provozního rozsahu průvodců

Analýza VPF

  • Amplituda VPF indikuje závažnost hydraulických pulzací
  • Zvýšení VPF naznačuje zhoršení vůle nebo posun provozního bodu
  • Harmonické složky VPF indikují turbulentní, narušený tok

Úvahy o měření

Místa měření vibrací

  • Ložisková pouzdra: Detekce celkových mechanických a hydraulických sil
  • Těleso čerpadla: Citlivější na hydraulické pulzace
  • Sací a výtlačné potrubí: Přenos tlakových pulzací
  • Více lokalit: Rozlišujte hydraulické a mechanické zdroje

Měření pulzace tlaku

  • Tlakové snímače v sání a výtlaku
  • Přímé měření hydraulických pulzací
  • Korelace s vibracemi
  • Identifikujte akustické rezonance

Hydraulické síly jsou základem provozu čerpadla a hlavním zdrojem vibrací a zatížení čerpadla. Pochopení toho, jak se tyto síly mění v závislosti na provozních podmínkách, rozpoznání jejich charakteristických znaků ve vibračních spektrech a navrhování/provozování čerpadel s cílem minimalizovat hydraulické síly prostřednictvím provozu blízkého nejlepšímu výkonu (BEP), je nezbytné pro dosažení spolehlivého a dlouhodobého výkonu čerpadla v průmyslových aplikacích.

← Zpět na hlavní index

Kategorie:
WhatsApp