Hvad er hydrauliske kræfter? Pumpevibrationskilder • Bærbar balancer, vibrationsanalysator "Balanset" til dynamisk balancering af knusere, ventilatorer, mulchere, snegle på mejetærskere, aksler, centrifuger, turbiner og mange andre rotorer Hvad er hydrauliske kræfter? Pumpevibrationskilder • Bærbar balancer, vibrationsanalysator "Balanset" til dynamisk balancering af knusere, ventilatorer, mulchere, snegle på mejetærskere, aksler, centrifuger, turbiner og mange andre rotorer

Hvad er hydrauliske kræfter? Kilder til pumpevibrationer

Udgivet af admin på

Forståelse af hydrauliske kræfter i pumper

Definition: Hvad er hydrauliske kræfter?

Hydrauliske kræfter er kræfter, der udøves på pumpekomponenter af den strømmende væske, herunder trykinducerede belastninger på impellervinger, aksialt tryk fra trykforskelle, radiale kræfter fra asymmetriske trykfordelinger og pulserende kræfter fra strømningsturbulens og interaktion mellem vinge og spiral. Disse kræfter er forskellige fra mekaniske kræfter (fra ubalance, forskydning) idet de opstår som følge af ændringer i væsketryk og momentum, hvilket skaber vibrationer komponenter ved vingepassagefrekvens og relaterede harmoniske.

Forståelse af hydrauliske kræfter er afgørende for pumpens pålidelighed, fordi disse kræfter skaber lejebelastninger, akseludbøjning og vibrationer, der varierer med driftsforholdene (flowhastighed, tryk, væskeegenskaber), hvilket gør pumpens adfærd anderledes end andre roterende maskiner, hvor kræfterne primært er mekaniske.

Typer af hydrauliske kræfter

1. Aksialtryk (hydraulisk tryk)

Netto aksialkraft fra trykforskel over impelleren:

  • Mekanisme: Udløbstryk på den ene side, sugetryk på den anden side af impelleren
  • Retning: Normalt mod sugning (bagsiden af impelleren)
  • Størrelsesorden: Kan veje tusindvis af pund, selv ved moderate pump
  • Effekt: Belaster axiallejer, kan forårsage aksial vibration
  • Varierer med: Flowhastighed, tryk, impellerdesign

Metoder til afbalancering af tryk

  • Balancehuller: Huller i impellerens hylster udligner trykket
  • Bageste lameller: Lameller på bagsiden pumper væske for at reducere trykket
  • Dobbeltsugende impellere: Symmetrisk design, der annullerer trykkraft
  • Modsatrettede impellere: Flertrinspumper med impeller i modsatte retninger

2. Radiale kræfter

Sidekræfter fra asymmetrisk trykfordeling:

Ved bedste effektivitetspunkt (BEP)

  • Trykfordeling relativt symmetrisk omkring impelleren
  • Radiale kræfter afbalanceres og ophæves
  • Minimal netto radial kraft
  • Laveste vibrationstilstand

Fra BEP (lavt flow)

  • Asymmetrisk trykfordeling i spiralen
  • Netto radial kraft mod spiraltunge
  • Kraftens størrelse øges, når strømmen falder
  • Kan være 20-40% af impellervægten ved afbrydelse
  • Skaber 1× vibration fra roterende radial kraft

Off BEP (Højt flow)

  • Forskelligt asymmetrimønster
  • Radial kraft til stede, men typisk mindre end ved lav strømning
  • Strømningsturbulens tilføjer tilfældige kraftkomponenter

3. Pulseringer ved vingepassering

Periodiske trykpulser, når vinger passerer havvand:

  • Frekvens: Antal skovle × omdr./min. / 60
  • Mekanisme: Hver vingepassage skaber en trykpuls
  • Kræfter: Virker på impeller, spiral og hus
  • Vibration: Dominerende ved vingepassagefrekvens
  • Størrelsesorden: Afhænger af frihøjde, driftspunkt, design

4. Recirkulationskræfter

  • Lavfrekvente ustabile kræfter fra strømningsinstabiliteter
  • Forekommer ved meget lave eller meget høje strømningshastigheder
  • Frekvenser typisk 0,2-0,8× kørehastighed
  • Kan skabe kraftige lavfrekvente vibrationer
  • Angiver drift langt fra BEP

Effekter på pumpens ydeevne

Lejebelastning

  • Hydrauliske radiale kræfter øger mekaniske belastninger
  • Varierende kræfter skaber cyklisk belastning
  • Maksimal belastning ved lave flowforhold
  • Valg af lejer skal tage højde for hydrauliske belastninger
  • Lejelevetid reduceret af hydrauliske kræfter (levetid ∝ 1/belastning³)

Akseludbøjning

  • Radiale kræfter afbøjer akslen
  • Ændrer tætningsafstand og slidringe
  • Kan påvirke effektiviteten
  • Ekstreme tilfælde fører til gnidninger

Vibrationsgenerering

  • 1× Komponent: Fra en konstant eller langsomt varierende radial kraft
  • VPF-komponent: Fra trykpulsationer
  • Lavfrekvens: Fra recirkulation og ustabilitet
  • Afhængig af driftspunkt: Vibration varierer med flowhastigheden

Mekanisk stress

  • Cykliske kræfter skaber udmattelsesbelastning
  • Impellervinger belastet af trykforskelle
  • Akseludmattelse fra bøjningsmomenter
  • Spænding i foringsrøret fra trykpulsationer

Minimering af hydraulisk kraft

Operer i nærheden af BEP

  • Den mest effektive strategi til at minimere hydrauliske kræfter
  • Operer inden for 80-110% af BEP-flowet, når det er muligt
  • Minimum radiale kræfter ved BEP
  • Minimerede vibrationer og lejebelastninger

Designfunktioner

  • Diffusorpumper: Mere symmetrisk trykfordeling end spiralformet
  • Dobbelt volut: To havskær 180° fra hinanden balancerer radiale kræfter
  • Øgede frihøjder: Reducer trykpulseringer ved passering af vingelameller (men lavere effektivitet)
  • Valg af vingenummer: Optimer for at undgå akustiske resonanser

Systemdesign

  • Minimumsflowrecirkulation for grundlastpumper
  • Pumpe af korrekt størrelse til den faktiske drift (undgå overdimensionering)
  • Variabel hastighedsdrev for at opretholde et optimalt driftspunkt
  • Indløbsdesign minimerer forhvirvel og turbulens

Diagnostisk brug

Ydelseskurver og hydrauliske kræfter

  • Plot vibration vs. flowhastighed
  • Minimumsvibration typisk ved eller nær BEP
  • Øget vibration ved lav flow indikerer høje radiale kræfter
  • Guider til valg af driftsområde

VPF-analyse

  • VPF-amplitude angiver den hydrauliske pulsations sværhedsgrad
  • Forøgelse af VPF antyder forringelse af frihøjde eller forskydning af driftspunkt
  • VPF-harmoniske indikerer turbulent, forstyrret strømning

Overvejelser vedrørende måling

Vibrationsmålingssteder

  • Lejehuse: Registrer samlede mekaniske og hydrauliske kræfter
  • Pumpehus: Mere følsom over for hydrauliske pulsationer
  • Suge- og udløbsrør: Trykpulseringstransmission
  • Flere lokationer: Skeln mellem hydrauliske og mekaniske kilder

Måling af trykpulsering

  • Tryktransducere i sugning og udløb
  • Mål hydrauliske pulsationer direkte
  • Korreler med vibration
  • Identificer akustiske resonanser

Hydrauliske kræfter er fundamentale for pumpens drift og en væsentlig kilde til pumpens vibrationer og belastning. Forståelse af, hvordan disse kræfter varierer med driftsforholdene, genkendelse af deres signaturer i vibrationsspektre og design/betjening af pumper for at minimere hydrauliske kræfter gennem næsten BEP-drift er afgørende for at opnå pålidelig pumpeydelse med lang levetid i industrielle applikationer.

← Tilbage til hovedindekset

Kategorier:
WhatsApp