نیروهای آیرودینامیکی چیستند؟ بارهای فن و توربین • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها نیروهای آیرودینامیکی چیستند؟ بارهای فن و توربین • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها

نیروهای آیرودینامیکی چیستند؟ بارهای فن و توربین

منتشر شده توسط admin در

درک نیروهای آیرودینامیکی

تعریف: نیروهای آیرودینامیکی چیستند؟

نیروهای آیرودینامیکی نیروهای آیرودینامیکی، نیروهایی هستند که توسط جریان هوا یا گاز بر اجزای چرخان و ثابت در فن‌ها، دمنده‌ها، کمپرسورها و توربین‌ها اعمال می‌شوند. این نیروها از اختلاف فشار، تغییرات مومنتوم در گاز جاری و برهمکنش‌های سیال-سازه ناشی می‌شوند. نیروهای آیرودینامیکی شامل نیروهای پایدار (نیروی رانش، بارهای شعاعی) و نیروهای ناپایدار (ضربات در ...) فرکانس عبور پره, ، نیروهای تصادفی ناشی از آشفتگی) که ایجاد می‌کنند لرزش, ، بارگذاری روی یاتاقان‌ها و سازه‌ها، و در برخی موارد، ناپایداری‌های خود-تحریک.

نیروهای آیرودینامیکی معادل فاز گازی نیروهای هیدرولیکی در پمپ‌ها هستند، اما با تفاوت‌های مهمی: اثرات تراکم‌پذیری، تغییرات چگالی با فشار و دما، و کوپلینگ آکوستیک که می‌تواند رزونانس‌ها و ناپایداری‌هایی ایجاد کند که در سیستم‌های مایع تراکم‌ناپذیر وجود ندارند.

انواع نیروهای آیرودینامیکی

۱. نیروهای رانش

نیروهای محوری ناشی از فشار وارد بر سطوح پره:

  • فن‌های گریز از مرکز: اختلاف فشار باعث ایجاد نیروی رانش به سمت ورودی می‌شود
  • فن‌های محوری: نیروی واکنش ناشی از شتاب هوا
  • توربین‌ها: انبساط گاز باعث ایجاد نیروی رانش زیاد روی پره‌ها می‌شود.
  • بزرگی: متناسب با افزایش فشار و سرعت جریان
  • اثر: بارها یاتاقان‌های رانشی, ، ایجاد می‌کند ارتعاش محوری

۲. نیروهای شعاعی

نیروهای جانبی ناشی از توزیع فشار غیر یکنواخت:

نیروی شعاعی ثابت

  • فشار نامتقارن در مسکن/کانال کشی
  • با نقطه عملیاتی (دبی) متفاوت است
  • حداقل در نقطه طراحی
  • بارگذاری یاتاقان و ۱× ارتعاش ایجاد می‌کند

نیروی شعاعی چرخشی

  • اگر پروانه/روتور دارای بارگذاری آیرودینامیکی نامتقارن باشد
  • نیرو با روتور می‌چرخد
  • ۱× ارتعاش مانند ایجاد می‌کند عدم تعادل
  • آیا می توان با عدم تعادل مکانیکی کوپل کرد؟

۳. ضربان‌های عبور تیغه

پالس‌های فشار دوره‌ای با نرخ عبور تیغه:

  • فرکانس: تعداد پره‌ها × دور در دقیقه / 60
  • علت: هر تیغه میدان جریان را مختل می‌کند و پالس فشار ایجاد می‌کند.
  • تعامل: بین تیغه‌های چرخان و پایه‌ها، پره‌ها یا محفظه‌های ثابت
  • دامنه: بستگی به فاصله پره تا استاتور و شرایط جریان دارد
  • اثر: منبع اصلی نویز و لرزش فن/کمپرسور

۴. نیروهای ناشی از تلاطم

  • نیروهای تصادفی: از گردابه‌های آشفته و جدایش جریان
  • طیف پهن باند: انرژی در طیف وسیعی از فرکانس‌ها توزیع شده است
  • وابسته به جریان: با عدد رینولدز و عملیات خارج از طراحی افزایش می‌یابد
  • نگرانی در مورد خستگی: بارگذاری تصادفی به خستگی اجزا کمک می‌کند

۵. نیروهای جریان ناپایدار

غرفه چرخان

  • جدایش جریان موضعی با چرخش حول حلقه
  • فرکانس زیرسنکرون (0.2-0.8x سرعت روتور)
  • نیروهای ناپایدار شدیدی ایجاد می‌کند
  • در جریان کم در کمپرسورها رایج است

افزایش ناگهانی

  • نوسان جریان در کل سیستم (جریان رو به جلو و معکوس)
  • فرکانس بسیار پایین (0.5-10 هرتز)
  • دامنه‌های نیروی بسیار بالا
  • در صورت تداوم می‌تواند کمپرسورها را از بین ببرد

ارتعاشات ناشی از منابع آیرودینامیکی

فرکانس عبور پره (BPF)

  • مولفه غالب ارتعاش آیرودینامیکی
  • دامنه با نقطه کار متفاوت است
  • بالاتر در شرایط خارج از طراحی
  • می‌تواند رزونانس‌های ساختاری را تحریک کند

ضربان‌های فرکانس پایین

  • از چرخش مجدد، توقف یا افزایش ناگهانی دما
  • اغلب دامنه شدید (می‌تواند از ۱ برابر ارتعاش تجاوز کند)
  • نشان‌دهنده‌ی عملکرد دور از نقطه‌ی طراحی است
  • نیاز به تغییر شرایط عملیاتی دارد

ارتعاش پهنای باند

  • از آشفتگی و نویز جریان
  • در مناطق با سرعت بالا افزایش می‌یابد
  • با افزایش سرعت جریان و شدت تلاطم، افزایش می‌یابد
  • کمتر از اجزای تُنال نگران‌کننده است، اما کیفیت جریان را نشان می‌دهد

کوپلینگ با اثرات مکانیکی

برهمکنش آیرودینامیکی-مکانیکی

  • نیروهای آیرودینامیکی روتور را منحرف می‌کنند
  • انحراف، فواصل را تغییر می‌دهد و بر نیروهای آیرودینامیکی تأثیر می‌گذارد.
  • می‌تواند ناپایداری‌های جفت‌شده ایجاد کند
  • مثال: نیروهای آیرودینامیکی در آب‌بندها که به ناپایداری روتور کمک می‌کنند

میرایی آیرودینامیکی

  • مقاومت هوا، میرایی ارتعاشات سازه را فراهم می‌کند
  • اثر مثبت (تثبیت‌کننده)
  • اما در برخی شرایط جریان می‌تواند منفی (بی‌ثبات‌کننده) باشد
  • مهم در دینامیک روتور توربوماشین‌ها

ملاحظات طراحی

به حداقل رساندن نیرو

  • بهینه سازی زاویه و فاصله تیغه ها
  • برای کاهش ضربان‌ها از پخش‌کننده‌ها یا فضای بدون پره استفاده کنید
  • طراحی برای محدوده عملیاتی گسترده و پایدار
  • برای جلوگیری از تشدید صوتی، تعداد پره‌ها را در نظر بگیرید

طراحی سازه

  • بلبرینگ‌هایی که برای بارهای آیرودینامیکی و بارهای مکانیکی اندازه‌گیری شده‌اند
  • سختی شفت برای انحراف تحت نیروهای آیرودینامیکی کافی است
  • فرکانس‌های طبیعی پره جدا از منابع تحریک
  • محفظه و سازه طراحی شده برای بارهای فشاری ضربانی

استراتژی‌های عملیاتی

نقطه کار بهینه

  • برای حداقل نیروهای آیرودینامیکی، نزدیک به نقطه طراحی عمل کنید
  • از جریان خیلی کم (چرخش مجدد، استال) خودداری کنید
  • از جریان بسیار بالا (سرعت بالا، تلاطم) اجتناب کنید
  • برای حفظ نقطه بهینه از سرعت متغیر استفاده کنید

از بی‌ثباتی‌ها اجتناب کنید

  • در کمپرسورها، سمت راست خط سرج قرار بگیرید
  • پیاده‌سازی کنترل ضد نوسانات برق
  • مانیتور برای شروع استال
  • حداقل حفاظت جریان برای فن‌ها و کمپرسورها

نیروهای آیرودینامیکی برای عملکرد و قابلیت اطمینان تجهیزات جابجایی هوا و گاز، اساسی هستند. درک چگونگی تغییر این نیروها با شرایط عملیاتی، تشخیص امضاهای ارتعاشی آنها و طراحی/راهبری تجهیزات برای به حداقل رساندن نیروهای آیرودینامیکی ناپایدار از طریق عملکرد نزدیک به نقطه طراحی، عملکرد قابل اعتماد و کارآمد فن‌ها، دمنده‌ها، کمپرسورها و توربین‌ها را در خدمات صنعتی تضمین می‌کند.

← بازگشت به فهرست اصلی

Categories:
واتساپ