Pumpade hüdrauliliste jõudude mõistmine
Definitsioon: Mis on hüdraulilised jõud?
Hüdraulilised jõud on voolava vedeliku poolt pumba komponentidele avaldatavad jõud, sealhulgas rõhu poolt tiiviku labadele avaldatavad koormused, rõhu diferentsiaalidest tulenev aksiaalne tõukejõud, asümmeetrilisest rõhujaotusest tulenevad radiaaljõud ning voolu turbulentsist ja labade ja spiraali vastastikmõjust tulenevad pulseerivad jõud. Need jõud erinevad mehaanilistest jõududest (alates tasakaalutus, joondusviga) selles mõttes, et need tulenevad vedeliku rõhu ja impulsi muutustest, luues vibratsioon komponendid aadressil labade läbimissagedus ja seotud harmoonilised.
Hüdrauliliste jõudude mõistmine on pumba töökindluse seisukohalt oluline, kuna need jõud tekitavad laagrikoormusi, võlli läbipainde ja vibratsiooni, mis varieeruvad sõltuvalt töötingimustest (voolukiirus, rõhk, vedeliku omadused), muutes pumba käitumise teistest pöörlevatest masinatest erinevaks, kus jõud on peamiselt mehaanilised.
Hüdrauliliste jõudude tüübid
1. Aksiaalne tõukejõud (hüdrauliline tõukejõud)
Rõhu erinevusest tiivikule tekkiv neto aksiaaljõud:
- Mehhanism: Ühel pool tühjendusrõhk, teisel tiiviku küljel imemisrõhk
- Suund: Tavaliselt imemissuunas (tiiviku tagaküljel)
- Suurusjärk: Võib olla tuhandeid naelu isegi mõõdukate pumpadega
- Mõju: Koormab aksiaallaagrit, võib põhjustada aksiaalne vibratsioon
- Varieerub vastavalt: Voolukiirus, rõhk, tiiviku konstruktsioon
Tõukejõu tasakaalustamise meetodid
- Tasakaaluaugud: Tiiviku katte augud võrdsustavad rõhku
- Tagumised labad: Tagaküljel olevad labad pumpavad vedelikku rõhu vähendamiseks
- Topeltimemisega tiivikud: Sümmeetriline disain tühistab tõukejõu
- Vastandlikud tiivikud: Mitmeastmelised pumbad, mille tiivikud on vastassuundades
2. Radiaalsed jõud
Asümmeetrilisest rõhujaotusest tulenevad külgmised jõud:
Parima efektiivsuse punktis (BEP)
- Rõhujaotus tiiviku ümber on suhteliselt sümmeetriline
- Radiaalsed jõud tasakaalustavad ja tühistavad
- Minimaalne radiaaljõud
- Madalaim vibratsioonitingimus
Väljaspool BEP-i (madal vooluhulk)
- Asümmeetriline rõhujaotus voluudis
- Neto radiaaljõud spiraalkeele suunas
- Jõu suurus suureneb voolu vähenedes
- Sulgemisel võib tiiviku kaal olla 20–40%
- Tekitab pöörleva radiaaljõu abil 1× vibratsiooni
Väljaspool BEP-i (suur vooluhulk)
- Erinev asümmeetriamuster
- Radiaaljõud on olemas, kuid tavaliselt väiksem kui madala vooluhulga korral
- Voolu turbulentsus lisab juhuslikke jõukomponente
3. Labade mööduvad pulsatsioonid
Perioodilised rõhuimpulsid, kui labad läbivad lõikevett:
- Sagedus: Labade arv × p/min / 60
- Mehhanism: Iga laba läbimine tekitab rõhuimpulsi
- Jõud: Mõju tiivikule, spiraalrattale ja korpusele
- Vibratsioon: Domineeriv labade möödumissagedusel
- Suurusjärk: Sõltub kliirensist, tööpunktist ja konstruktsioonist
4. Retsirkulatsioonijõud
- Voolu ebastabiilsusest tulenevad madala sagedusega ebastabiilsed jõud
- Esineb väga madala või väga suure voolukiiruse korral
- Sagedused tavaliselt 0,2–0,8 × töökiirus
- Võib tekitada tugevat madalsageduslikku vibratsiooni
- Näitab toimimist BEP-ist kaugel
Mõju pumba jõudlusele
Laagri laadimine
- Hüdraulilised radiaaljõud lisavad mehaanilisi koormusi
- Erinevad jõud tekitavad tsüklilise koormuse
- Maksimaalne koormus madala vooluhulga korral
- Laagri valikul tuleb arvestada hüdrauliliste koormustega
- Laagri eluiga lüheneb hüdrauliliste jõudude tõttu (eluiga ∝ 1/koormus³)
Võlli läbipaine
- Radiaalsed jõud suunavad võlli kõrvale
- Muudab tihendite vahesid ja kulumisrõngaid
- Võib mõjutada efektiivsust
- Äärmuslikud juhud põhjustavad hõõrumisi
Vibratsiooni genereerimine
- 1× Komponent: Püsivast või aeglaselt muutuvast radiaaljõust
- VPF-komponent: Rõhu pulsatsioonidest
- Madalsageduslik: Ringlusse minekust ja ebastabiilsusest
- Tööpunktist sõltuv: Vibratsioon varieerub sõltuvalt voolukiirusest
Mehaaniline pinge
- Tsüklilised jõud tekitavad väsimuskoormust
- Rõhu erinevuste poolt koormatud tiiviku labad
- Võlli väsimus paindemomentidest
- Rõhu pulsatsioonidest tingitud korpuse pinge
Hüdraulilise jõu minimeerimine
Tegutse BEP-i lähedal
- Kõige tõhusam strateegia hüdrauliliste jõudude minimeerimiseks
- Võimalusel töötage BEP voolust 80–110% raadiuses
- Radiaaljõud on minimaalsed BEP-is
- Vibratsioon ja laagrikoormus on minimeeritud
Disainifunktsioonid
- Hajuti pumbad: Sümmeetrilisem rõhujaotus kui voluutil
- Topeltvoluut: Kaks 180° kaugusel asuvat kaldteed tasakaalustavad radiaaljõude
- Suurenenud kliirensid: Vähendab labade läbilaskva rõhu pulsatsiooni (kuid vähendab efektiivsust)
- Labade numbri valik: Optimeeri akustiliste resonantside vältimiseks
Süsteemi disain
- Baaskoormuspumpade minimaalne voolu retsirkulatsioon
- Õige suurusega pump tegeliku töö jaoks (vältige üledimensioneerimist)
- Muutuva kiirusega ajam optimaalse tööpunkti säilitamiseks
- Sisselaskeava disain minimeerib eelkeerist ja turbulentsi
Diagnostiline kasutamine
Jõudluskõverad ja hüdraulilised jõud
- Vibratsiooni ja voolukiiruse graafik
- Minimaalne vibratsioon tavaliselt BEP-i juures või selle lähedal
- Madala vooluhulga korral suurenev vibratsioon viitab suurtele radiaaljõududele
- Juhised tööpiirkonna valikuks
VPF-analüüs
- VPF-i amplituud näitab hüdraulilise pulsatsiooni tugevust
- VPF-i suurenemine viitab kliirensi halvenemisele või tööpunkti nihkele
- VPF harmoonilised näitavad turbulentset, häiritud voolu
Mõõtmise kaalutlused
Vibratsiooni mõõtmise asukohad
- Laagrikorpused: Tuvastage üldised mehaanilised ja hüdraulilised jõud
- Pumba korpus: Hüdrauliliste pulsatsioonide suhtes tundlikum
- Imi- ja väljalasketorustik: Rõhupulsatsiooni edastamine
- Mitmed asukohad: Eristage hüdraulilisi ja mehaanilisi allikaid
Rõhupulsatsiooni mõõtmine
- Rõhuandurid imemis- ja väljalaskesüsteemis
- Hüdrauliliste pulsatsioonide otsene mõõtmine
- Korreleerige vibratsiooniga
- Tuvastage akustilisi resonantse
Hüdraulilised jõud on pumba tööks üliolulised ning pumba vibratsiooni ja koormuse peamine allikas. Tööstuslikes rakendustes usaldusväärse ja pikaealise pumba jõudluse saavutamiseks on oluline mõista, kuidas need jõud töötingimustest olenevalt muutuvad, ära tunda nende signatuure vibratsioonispektrites ning projekteerida/käitada pumpasid nii, et need minimeeriksid hüdraulilisi jõude peaaegu optimaalse efektiivsuse (BEP) lähedase töö abil.
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 