درک نیروهای هیدرولیکی در پمپ‌ها
تعریف: نیروهای هیدرولیکی چیستند؟
نیروهای هیدرولیکی نیروهایی هستند که توسط مایع در حال جریان بر اجزای پمپ اعمال می‌شوند، از جمله بارهای ناشی از فشار بر پره‌های پروانه، نیروی محوری ناشی از اختلاف فشار، نیروهای شعاعی ناشی از توزیع فشار نامتقارن و نیروهای ضربانی ناشی از تلاطم جریان و برهمکنش پره-حباب. این نیروها با نیروهای مکانیکی (از) متمایز هستند. عدم تعادل, ناهم‌ترازی) به این دلیل که آنها از تغییرات فشار و تکانه سیال ناشی می‌شوند و ... لرزش اجزا در فرکانس عبور پره و هارمونیک‌های مرتبط.
درک نیروهای هیدرولیکی برای قابلیت اطمینان پمپ ضروری است زیرا این نیروها بارهای یاتاقان، انحراف شفت و ارتعاشی ایجاد می‌کنند که با شرایط عملیاتی (دبی، فشار، خواص سیال) متفاوت است و رفتار پمپ را از سایر ماشین‌های دوار که در آنها نیروها عمدتاً مکانیکی هستند، متفاوت می‌کند.
انواع نیروهای هیدرولیکی
۱. نیروی محوری (نیروی هیدرولیکی)
نیروی محوری خالص ناشی از اختلاف فشار در دو سر پروانه:
- مکانیسم: فشار تخلیه در یک طرف، فشار مکش در طرف دیگر پروانه
- جهت: معمولاً به سمت مکش (پشت پروانه)
- بزرگی: حتی در پمپ‌های متوسط می‌تواند هزاران پوند باشد
- اثر: بارهای ناشی از یاتاقان رانشی، می‌تواند باعث شود ارتعاش محوری
- متفاوت با: دبی، فشار، طراحی پروانه
روش‌های متعادل‌سازی رانش
- سوراخ‌های تعادل: سوراخ‌هایی در پوشش پروانه که فشار را متعادل می‌کنند
- پره‌های پشتی: پره‌هایی در قسمت پشتی برای پمپاژ سیال جهت کاهش فشار
- پروانه‌های دو مکشه: طراحی متقارن برای حذف نیروی رانش
- پروانه‌های روبرو: پمپ‌های چند مرحله‌ای با پروانه‌هایی که در جهت مخالف قرار دارند
۲. نیروهای شعاعی
نیروهای جانبی ناشی از توزیع فشار نامتقارن:
در بهترین نقطه کارایی (BEP)
- توزیع فشار در اطراف پروانه نسبتاً متقارن است
- نیروهای شعاعی متعادل و خنثی می‌شوند
- حداقل نیروی شعاعی خالص
- کمترین شرایط ارتعاش
خاموش BEP (جریان کم)
- توزیع فشار نامتقارن در حلزونی
- نیروی شعاعی خالص به سمت زبانه حلزونی
- با کاهش جریان، مقدار نیرو افزایش می‌یابد
- می‌تواند 20-40% وزن پروانه در حالت خاموش باشد
- ایجاد ۱ برابر ارتعاش از نیروی شعاعی چرخشی
خاموش BEP (جریان بالا)
- الگوی عدم تقارن متفاوت
- نیروی شعاعی وجود دارد اما معمولاً کمتر از حالت جریان کم است
- آشفتگی جریان، مولفه‌های نیروی تصادفی را اضافه می‌کند
۳. ضربان‌های عبوری از پره
پالس‌های فشار دوره‌ای هنگام عبور پره‌ها از برش آب:
- فرکانس: تعداد پره‌ها × دور در دقیقه / ۶۰
- مکانیسم: هر پره که عبور می‌کند، پالس فشار ایجاد می‌کند.
- نیروها: روی پروانه، حلزونی و پوسته عمل کنید
- لرزش: غالب در فرکانس عبور پره
- بزرگی: بستگی به فاصله، نقطه عملیاتی، طراحی دارد
۴. نیروهای گردش مجدد
- نیروهای ناپایدار با فرکانس پایین ناشی از ناپایداری‌های جریان
- در نرخ‌های جریان بسیار پایین یا بسیار بالا رخ می‌دهند
- فرکانس‌ها معمولاً 0.2-0.8 برابر سرعت حرکت
- می‌تواند ارتعاش شدید با فرکانس پایین ایجاد کند
- نشان‌دهنده‌ی عملکرد دور از BEP است
اثرات بر عملکرد پمپ
بارگیری یاتاقان
- نیروهای شعاعی هیدرولیکی به بارهای مکانیکی اضافه می‌شوند
- نیروهای متغیر، بارگذاری چرخه‌ای ایجاد می‌کنند
- حداکثر بارگذاری در شرایط جریان کم
- انتخاب بلبرینگ باید بارهای هیدرولیکی را در نظر بگیرد
- کاهش عمر یاتاقان تحت تأثیر نیروهای هیدرولیکی (عمر ∝ ۱/بار³)
انحراف شفت
- نیروهای شعاعی شفت را منحرف می‌کنند
- فواصل آب‌بندی و حلقه‌های سایشی را تغییر می‌دهد
- می‌تواند بر کارایی تأثیر بگذارد
- موارد شدید منجر به سایش می‌شود
تولید ارتعاش
- ۱× کامپوننت: از نیروی شعاعی ثابت یا با تغییر آهسته
- مولفه VPF: از نوسانات فشار
- فرکانس پایین: از چرخش مجدد و ناپایداری‌ها
- وابسته به نقطه عملیاتی: لرزش با سرعت جریان تغییر می‌کند
تنش مکانیکی
- نیروهای چرخه‌ای بارگذاری خستگی را ایجاد می‌کنند
- پره‌های پروانه تحت تنش ناشی از اختلاف فشار
- خستگی شفت ناشی از گشتاورهای خمشی
- تنش پوشش ناشی از نوسانات فشار
کمینه‌سازی نیروی هیدرولیکی
در نزدیکی BEP فعالیت کنید
- موثرترین استراتژی برای به حداقل رساندن نیروهای هیدرولیکی
- در صورت امکان، در محدوده ۸۰-۱۱۰۱TP3T جریان BEP عمل کنید
- نیروهای شعاعی در نقطه شروع (BEP) حداقل هستند
- لرزش و بارهای یاتاقان به حداقل رسیده است
ویژگی‌های طراحی
- پمپ‌های دیفیوزر: توزیع فشار متقارن‌تر نسبت به حلزونی
- ولت دوبل: دو آب‌شکن با فاصله ۱۸۰ درجه از هم، نیروهای شعاعی را متعادل می‌کنند
- افزایش ترخیص کالا: کاهش نوسانات فشار عبوری از پره (اما کاهش راندمان)
- انتخاب شماره پره: بهینه‌سازی برای جلوگیری از تشدیدهای صوتی
طراحی سیستم
- حداقل گردش مجدد جریان برای پمپ‌های بار پایه
- پمپ با اندازه مناسب برای کار واقعی (از انتخاب پمپ بزرگتر از اندازه واقعی خودداری کنید)
- درایو سرعت متغیر برای حفظ نقطه عملیاتی بهینه
- طراحی ورودی که پیش چرخش و آشفتگی را به حداقل می‌رساند
استفاده تشخیصی
منحنی‌های عملکرد و نیروهای هیدرولیکی
- نمودار ارتعاش در مقابل نرخ جریان
- حداقل لرزش معمولاً در نقطه اوج یا نزدیک به آن
- افزایش ارتعاش در جریان کم، نشان‌دهنده نیروهای شعاعی زیاد است.
- انتخاب محدوده عملیاتی راهنماها
تحلیل VPF
- دامنه VPF نشان دهنده شدت ضربان هیدرولیکی است
- افزایش VPF نشان‌دهنده‌ی تخریب کلیرانس یا تغییر نقطه‌ی عملکرد است.
- هارمونیک‌های VPF نشان‌دهنده جریان آشفته و نامنظم هستند.
ملاحظات اندازه‌گیری
مکان‌های اندازه‌گیری ارتعاش
- محفظه‌های یاتاقان: تشخیص نیروهای مکانیکی و هیدرولیکی کلی
- پوشش پمپ: حساسیت بیشتر به ضربان‌های هیدرولیکی
- لوله کشی مکش و تخلیه: انتقال پالس فشار
- چندین مکان: تشخیص منابع هیدرولیکی از منابع مکانیکی
اندازه‌گیری ضربان فشار
- مبدل‌های فشار در مکش و تخلیه
- اندازه‌گیری مستقیم ضربان‌های هیدرولیکی
- با ارتعاش مرتبط باشید
- شناسایی رزونانس‌های صوتی
نیروهای هیدرولیکی برای عملکرد پمپ اساسی هستند و منبع اصلی ارتعاش و بارگذاری پمپ می‌باشند. درک چگونگی تغییر این نیروها با شرایط عملیاتی، تشخیص اثرات آنها در طیف‌های ارتعاشی و طراحی/بهره‌برداری از پمپ‌ها برای به حداقل رساندن نیروهای هیدرولیکی از طریق عملکرد نزدیک به BEP، برای دستیابی به عملکرد پمپ قابل اعتماد و با عمر طولانی در کاربردهای صنعتی ضروری است.
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 