Mis on voolu turbulents? Ebastabiilne voolu vibratsioon • Kaasaskantav tasakaalustaja, vibratsioonianalüsaator "Balanset" purusti, ventilaatorite, multšijate, kombainide kruvide, võllide, tsentrifuugide, turbiinide ja paljude teiste rootorite dünaamiliseks tasakaalustamiseks. Mis on voolu turbulents? Ebastabiilne voolu vibratsioon • Kaasaskantav tasakaalustaja, vibratsioonianalüsaator "Balanset" purusti, ventilaatorite, multšijate, kombainide kruvide, võllide, tsentrifuugide, turbiinide ja paljude teiste rootorite dünaamiliseks tasakaalustamiseks.

Mis on voolu turbulents? Ebastabiilne voolu vibratsioon

Avaldanud admin saidil

Voolu turbulentsi mõistmine

Definitsioon: Mis on voolu turbulents?

Voolu turbulents on kaootiline, ebaregulaarne vedeliku liikumine, mida iseloomustavad juhuslikud kiiruse kõikumised, keerised ja keerised pumpades, ventilaatorites, kompressorites ja torustikusüsteemides. Erinevalt sujuvast laminaarsest voolust, kus vedeliku osakesed liiguvad korrapäraste paralleelsete radade pidi, on turbulentne vool juhuslik kolmemõõtmeline liikumine pidevalt muutuva kiiruse ja rõhuga. Pöörlevates masinates tekitab turbulents tiivikutele ja labadele ebastabiilseid jõude, tekitades lairibaühendust. vibratsioon, müra, energiakaod ja komponentide väsimusele kaasaaitamine.

Kuigi teatav turbulents on paljudes rakendustes vältimatu ja isegi soovitav (turbuline vool tagab parema segamise ja soojusülekande), tekitab halbade sisselasketingimuste, ebaõige töö või voolu eraldumise tõttu tekkiv liigne turbulents vibratsiooniprobleeme, vähendab efektiivsust ning kiirendab pumpade ja ventilaatorite mehaanilist kulumist.

Turbulentse voolu omadused

Voolurežiimi üleminek

Voolu üleminek laminaarsest turbulentseks sõltub Reynoldsi arvust:

  • Reynoldsi arv (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
  • Kus ρ = tihedus, V = kiirus, D = karakteristlik mõõde, µ = viskoossus
  • Laminaarne vool: Uuesti < 2300 (sile, korrastatud)
  • Üleminekuperiood: U 2300-4000
  • Turbulentne vool: Re > 4000 (kaootiline, ebaregulaarne)
  • Tööstusmasinad: Tegutseb peaaegu alati turbulentses režiimis

Turbulentsi omadused

  • Juhuslikud kiiruse kõikumised: Hetkekiirus varieerub keskmise ümber kaootiliselt
  • Edies ja keerised: Erineva suurusega keerlevad struktuurid
  • Energiakaskaad: Suured keerised lagunevad järk-järgult väiksemateks keeristeks
  • Segamine: Impulsi, soojuse ja massi kiire segunemine
  • Energia hajumine: Turbulentne hõõrdumine muudab kineetilise energia soojuseks

Masinate turbulentsi allikad

Sisselaskehäired

  • Halb sisselaskeava disain: Teravad kurvid, takistused, ebapiisav sirge pikkus
  • Keerutamine: Tiivikusse/ventilaatorisse siseneva vedeliku eelpöörlemine
  • Ebaühtlane kiirus: Kiirusprofiil on ideaalist moonutatud
  • Mõju: Suurem turbulentsi intensiivsus, kõrgenenud vibratsioon, vähenenud jõudlus

Voolu eraldamine

  • Ebasoodsad rõhugradiendid: Vool eraldub pindadest
  • Projekteerimisväline toimimine: Valed voolunurgad, mis põhjustavad labade eraldumist
  • Kiosk: Tera imemisküljel ulatuslik eraldamine
  • Tulemus: Väga kõrge turbulentsi intensiivsus, kaootilised jõud

Wake'i piirkonnad

  • Turbulentsed lained labade, tugipostide või takistuste järel
  • Suur turbulentsi intensiivsus järellainetuses
  • Allavoolu komponendid kogevad ebastabiilseid jõude
  • Tera ja äravoolu interaktsioon on mitmeastmeliste masinate puhul oluline

Suure kiirusega piirkonnad

  • Turbulentsi intensiivsus suureneb üldiselt kiirusega
  • Tiiviku otsa piirkonnad, väljalaskeotsakute suure turbulentsusega alad
  • Tekitab lokaalseid suuri jõude ja kulumist

Mõju masinatele

Vibratsiooni genereerimine

  • Lairiba vibratsioon: Turbulents tekitab juhuslikke jõude laias sagedusvahemikus
  • Spekter: Kõrgendatud müratase, mitte diskreetsed piigid
  • Amplituud: Suureneb turbulentsi intensiivsusega
  • Sagedusvahemik: Turbulentsi poolt põhjustatud vibratsiooni puhul tavaliselt 10–500 Hz

Müra tekitamine

  • Turbulents on aerodünaamilise müra peamine allikas
  • Lairibaühenduse “vihin” või “tormav” heli
  • Müratase on proportsionaalne kiirusega^6 (väga tundlik kiiruse suhtes)
  • Võib olla domineeriv müraallikas kiiretel ventilaatoritel

Tõhususe kaod

  • Turbulentne hõõrdumine hajutab energiat
  • Vähendab rõhu tõusu ja vooluhulka
  • Tüüpilised turbulentsikadud: sisendvõimsusest 2–10%
  • Suureneb kavandamata töö korral

Komponentide väsimus

  • Juhuslikud kõikuvad jõud tekitavad tsüklilist pinget
  • Kõrgsageduslik stressitsükkel
  • Aitab kaasa tera ja struktuuri kujunemisele väsimus
  • Eriti murettekitav suurtel kiirustel

Erosioon ja kulumine

  • Turbulents soodustab erosiooni abrasiivses keskkonnas
  • Turbulentsi löögipindade poolt hõljuvad osakesed
  • Kiirendatud kulumine suure turbulentsusega piirkondades

Tuvastamine ja diagnoosimine

Vibratsioonispektri indikaatorid

  • Kõrgendatud lairibaühendus: Kõrge müratase kogu spektris
  • Diskreetsete tippude puudumine: Erinevalt kindla sagedusega mehaanilistest riketest
  • Vooluhulgast sõltuv: Lairibaühenduse tase varieerub voolukiirusega
  • Minimaalne BEP-i väärtus: Madalaim turbulentsus projekteerimispunktis

Akustiline analüüs

  • Helirõhutaseme mõõtmised
  • Lairiba müra suurenemine viitab turbulentsile
  • Vibratsioonispektriga sarnane akustiline spekter
  • Suundmikrofonid suudavad leida turbulentsi allikaid

Voolu visualiseerimine

  • Arvutuslik vedeliku dünaamika (CFD) projekteerimise ajal
  • Vooluribad või suitsu visualiseerimine testis
  • Rõhu mõõtmised näitavad kõikumisi
  • Osakeste kujutise kiirusmõõtmine (PIV) uurimistöös

Leevendamisstrateegiad

Sisselaskeava disaini täiustused

  • Tagage ülesvoolu piisav sirge toru pikkus (vähemalt 5–10 läbimõõtu)
  • Kõrvaldage teravad kurvid vahetult enne sisselaskeava
  • Kasutage voolu sirgendajaid või pöördlabasid
  • Kellukesekujulised või voolujoonelised sisselaskeavad vähendavad turbulentsi teket

Tööpunkti optimeerimine

  • Tegutse parima efektiivsuse punkti (BEP) lähedal
  • Voolunurgad vastavad labade nurkadele, minimeerides eraldumist
  • Minimaalne turbulentsi teke
  • Muutuv kiiruse reguleerimine optimaalse punkti säilitamiseks

Disainimuudatused

  • Sujuvad üleminekud voolukanalites (teravate nurkadeta)
  • Hajuti voolu järkjärguliseks aeglustamiseks
  • Keerise summutid või keerisevastased seadmed
  • Akustiline vooder turbulentsi tekitatud müra neelamiseks

Turbulents vs. muud voolunähtused

Turbulents vs. kavitatsioon

  • Turbulents: Lairiba, pidev, voolust sõltuv
  • Kavitatsioon: Impulsiivne, kõrgema sagedusega, NPSH-st sõltuv
  • Mõlemad: Saavad koos eksisteerida, mõlemad tekitavad lairiba vibratsiooni

Turbulents vs. retsirkulatsioon

  • Turbulents: Juhuslik, lairiba, esineb kõigis voogudes
  • Ringlussevõtt: Organiseeritud ebastabiilsus, madalsageduslikud pulsatsioonid, ainult madala vooluhulga korral
  • Suhe: Ringlusvööndid on väga turbulentsed

Voolu turbulentsus on pöörlevate masinate kiire vedelikuvoolu loomupärane omadus. Kuigi see on vältimatu, saab selle intensiivsust ja mõju minimeerida sisselaskeava õige konstruktsiooni, arvutuspunktile lähedase töötamise ja voolu optimeerimise abil. Turbulentsi mõistmine lairiba vibratsiooni ja müra allikana võimaldab eristada neid diskreetse sagedusega mehaanilistest riketest ning suunab asjakohaseid parandusmeetmeid, mis keskenduvad pigem voolutingimustele kui mehaanilistele remonditöödele.

← Tagasi põhiindeksi juurde

Kategooriad:
WhatsApp