Pochopení frekvence průchodu lopatek
Definice: Co je frekvence průchodu lopatek?
Frekvence průchodu lopatek (VPF, nazývaná také frekvence lopatek oběžného kola nebo jednoduše průchod lopatky) je frekvence, s jakou lopatky (lopatky) rotujícího oběžného kola čerpadla procházejí kolem stacionárního referenčního bodu, jako je spirální průřez (jazyk), lopatky difuzoru nebo prvky skříně. Vypočítá se jako počet lopatek oběžného kola vynásobený frekvencí otáčení hřídele (VPF = počet lopatek × ot./min / 60). Toto je ekvivalent čerpadla frekvence průchodu lopatky ve fanoušcích.
VPF je dominantní hydraulický vibrace zdroj v odstředivých čerpadlech, obvykle se objevující v rozsahu 100-500 Hz u průmyslových čerpadel. Monitorování amplitudy VPF a jejích harmonické poskytuje důležité diagnostické informace o stavu oběžného kola, hydraulickém výkonu a problémech s vůlí.
Výpočet a typické hodnoty
Vzorec
- VPF = Nv × N / 60
- Kde Nv = počet lopatek oběžného kola
- N = otáčky hřídele (ot./min)
- Výsledek v Hz
Příklady
Malé čerpadlo
- 5 lopatek při 3500 ot./min
- VPF = 5 × 3500 / 60 = 292 Hz
Velké procesní čerpadlo
- 7 lopatek při 1750 ot./min
- VPF = 7 × 1750 / 60 = 204 Hz
Vysokorychlostní čerpadlo
- 6 lopatek při 4200 ot./min
- VPF = 6 × 4200 / 60 = 420 Hz
Typický počet lopatek
- Odstředivá čerpadla: 3–12 lopatek (nejběžnější 5–7)
- Malá čerpadla: Méně lopatek (3–5)
- Velká čerpadla: Více lopatek (7–12)
- Vysokotlaká čerpadla: Více lopatek pro přenos energie
Fyzikální mechanismus
Tlakové pulzace
VPF vzniká v důsledku kolísání hydraulického tlaku:
- Každá lopatka oběžného kola přenáší kapalinu vysokou rychlostí
- Když lopatka prochází spirálním průřezem, vytváří se tlakový impuls
- Tlakový rozdíl na lopatkách se rychle mění
- Vytváří silové impulsy na oběžné kolo a těleso
- U lopatek Nv se vyskytují pulzy Nv na otáčku
- Pulzační frekvence = rychlost průchodu lopatky = VPF
V bodě návrhu (BEP)
- Úhel proudění odpovídá úhlu lopatky
- Plynulý tok, minimální turbulence
- Amplituda VPF střední a stabilní
- Optimální rozložení tlaku
Mimo návrhový bod
- Úhel proudění neodpovídá úhlu lopatky
- Zvýšená turbulence a separace proudění
- Vyšší tlakové pulzace
- Zvýšená amplituda VPF
- Možné další frekvenční složky
Diagnostická interpretace
Normální amplituda VPF
- Čerpadlo v bodě nejvyšší účinnosti (BEP)
- Amplituda VPF stabilní v čase
- Typicky 10-30% s amplitudou vibrací 1×
- Čisté spektrum s minimálními harmonickými
Zvýšená VPF indikuje
Provoz mimo BEP
- Provoz s nízkým průtokem (< 70% BEP) zvyšuje VPF
- Vysoký průtok (> 120% BEP) také zvyšuje VPF
- Optimální provoz při 80-110% BEP
Problémy s vůlí mezi oběžným kolem a skříní
- Opotřebované těsnicí kroužky zvětšují vůli
- Posun oběžného kola v důsledku opotřebení ložiska
- Amplituda VPF se zvyšuje s nadměrnou vůlí
- Snížení výkonu (vnitřní recirkulace)
Poškození oběžného kola
- Zlomené nebo prasklé lopatky vytvářejí asymetrii
- Amplituda VPF s postranní pásma při rychlosti ±1×
- Eroze nebo usazeniny na lopatkách
- Poškození cizím předmětem
Hydraulická rezonance
- VPF odpovídá akustické rezonanci v potrubí nebo plášti
- Dramatické zesílení amplitudy
- Může způsobovat strukturální vibrace a hluk
- Může vyžadovat úpravy systému
Harmonické složky VPF
2×VPF a vyšší
Více harmonických složek naznačuje problémy:
- 2×VPF přítomno: Nerovnoměrná rozteč lopatek, excentricita oběžného kola
- Více harmonických: Silná hydraulická turbulence, poškození lopatek
- Nadměrné amplitudy: Potenciál únavových poruch
Subharmonické
- Zlomkové složky VPF (VPF/2, VPF/3)
- Indikuje nestability proudění
- Rotující stání nebo separační buňky
- Běžné při velmi nízkých průtocích
Monitorování a trendy
Stanovení základních hodnot
- Zaznamenejte VPF, když je čerpadlo nové nebo čerstvě generálně opraveno.
- Dokument v pracovním bodě návrhu
- Stanovení normálního poměru VPF/1× amplitudy
- Nastavení limitů alarmů (obvykle 2–3× základní amplituda VPF)
Trendové parametry
- Amplituda VPF: Sledujte v čase, zvyšující se stav naznačuje rozvíjející se problém
- Poměr VPF/1×: Mělo by zůstat relativně konstantní
- Harmonický obsah: Vzhled nebo růst 2×VPF, 3×VPF
- Vývoj postranního pásma: Vznik ±1× postranních pásem kolem VPF
Korelace provozních podmínek
- Sledování VPF vs. průtoku
- Určete optimální provozní zónu (minimální VPF)
- Detekce posunu provozního bodu
- Korelace se zhoršením výkonu
Nápravná opatření
Pro zvýšenou VPF
Optimalizace operačního bodu
- Upravte průtok tak, aby se čerpadlo přiblížilo k BEP (nejlepší pracovní teplotě).
- Uvolnění škrticí klapky nebo nastavení odporu systému
- Ověřte, zda jsou sací podmínky dostatečné.
Mechanická korekce
- Vyměňte opotřebované těsnicí kroužky (obnovte vůle)
- Vyměňte opotřebované nebo poškozené oběžné kolo
- Oprava problémů s ložisky, což umožňuje posun oběžného kola
- Ověřte správnou polohu oběžného kola (axiální a radiální)
Hydraulická vylepšení
- Vylepšení konstrukce vstupního potrubí (snížení předběžného víření a turbulence)
- V případě potřeby nainstalujte usměrňovače proudění
- Ověřte dostatečnou rezervu NPSH
- Eliminujte strhávání vzduchu
Vztah k jiným frekvencím
VPF vs. BPF
- Termíny často používané zaměnitelně pro čerpadla vs. ventilátory
- VPF: Preferovaný termín pro čerpadla (lopatky v kapalině)
- BPF: Preferovaný termín pro ventilátory (lopatky ve vzduchu)
- Výpočetní a diagnostický přístup je identický
VPF vs. rychlost běhu
- VPF = Nv × (frekvence provozních otáček)
- VPF vždy vyšší frekvence než 1×
- Pro 7lopatkové oběžné kolo, VPF = 7× otáčky a frekvence chodu
Frekvence otáčení lopatek je základní složkou hydraulických vibrací v odstředivých čerpadlech. Pochopení výpočtu VPF, rozpoznání normálních a zvýšených amplitud a korelace vzorců VPF s provozními podmínkami a stavem čerpadla umožňuje efektivní diagnostiku čerpadla a vede k rozhodování o optimalizaci provozního bodu, obnovení vůle a výměně oběžného kola.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 