Pumppujen hydraulisten voimien ymmärtäminen
Määritelmä: Mitä ovat hydrauliset voimat?
Hydrauliset voimat ovat virtaavan nesteen pumpun osiin kohdistamia voimia, mukaan lukien paineen aiheuttamat kuormat juoksupyörän siiville, paine-erojen aiheuttama aksiaalinen työntövoima, epäsymmetristen painejakaumien aiheuttamat radiaaliset voimat sekä virtauksen turbulenssista ja siiven ja kierukan vuorovaikutuksesta johtuvat pulssivoimat. Nämä voimat eroavat mekaanisista voimista (jotka johtuvat epätasapaino, virheasento) siinä mielessä, että ne syntyvät nesteen paineen ja liikemäärän muutoksista, mikä luo tärinä komponentit osoitteessa siiven ohitustaajuus ja niihin liittyvät harmoniset yliaallot.
Hydraulisten voimien ymmärtäminen on olennaista pumpun luotettavuuden kannalta, koska nämä voimat aiheuttavat laakerikuormia, akselin taipumaa ja tärinää, jotka vaihtelevat käyttöolosuhteiden (virtausnopeus, paine, nesteen ominaisuudet) mukaan, mikä tekee pumpun käyttäytymisestä erilaisen kuin muut pyörivät koneet, joissa voimat ovat pääasiassa mekaanisia.
Hydraulisten voimien tyypit
1. Aksiaalinen työntövoima (hydraulinen työntövoima)
Juoksupyörän yli olevan paine-eron aiheuttama aksiaalivoima (netto):
- Mekanismi: Poistopaine toisella puolella, imupaine toisella puolella juoksupyörää
- Suunta: Yleensä imua kohti (juoksupyörän takaosa)
- Suuruus: Voi olla tuhansia puntia jopa kohtuullisilla pumpuilla
- Vaikutus: Kuormittaa työntölaakeria, voi aiheuttaa aksiaalinen värähtely
- Vaihtelee seuraavien mukaan: Virtausnopeus, paine, juoksupyörän rakenne
Työntövoiman tasapainotusmenetelmät
- Tasapainoreiät: Juoksupyörän suojuksen reiät tasaavat paineen
- Takasiivet: Takapuolella olevat siivet pumppaavat nestettä paineen alentamiseksi
- Kaksoisimujuoksupyörät: Symmetrinen muotoilu kumoaa työntövoiman
- Vastakkaiset juoksupyörät: Monivaihepumput, joiden juoksupyörät osoittavat vastakkaisiin suuntiin
2. Radiaaliset voimat
Epäsymmetrisestä painejakaumasta johtuvat sivuttaisvoimat:
Parhaan hyötysuhteen pisteessä (BEP)
- Painejakauma on suhteellisen symmetrinen juoksupyörän ympärillä
- Radiaaliset voimat tasapainottuvat ja kumoavat
- Minimaalinen nettoradiaalivoima
- Alhaisin tärinätila
Pois BEP (alhainen virtaus)
- Epäsymmetrinen painejakauma voluuteissa
- Netto säteittäinen voima kohti kierukkakieltä
- Voiman suuruus kasvaa virtauksen pienentyessä
- Voi olla 20-40% juoksupyörän painosta sulkuhetkellä
- Luo 1× värähtelyn pyörivästä säteittäisestä voimasta
Pois BEP (korkea virtaus)
- Erilainen epäsymmetriakuvio
- Radiaalivoima läsnä, mutta tyypillisesti pienempi kuin pienellä virtauksella
- Virtausturbulenssi lisää satunnaisia voimakomponentteja
3. Siipien ohituspulssit
Säännölliset painepulssit siipien ohittaessa leikkuuveden:
- Taajuus: Siipien lukumäärä × RPM / 60
- Mekanismi: Jokainen siiven ohitus luo painepulssin
- Voimat: Vaikuta juoksupyörään, kierukkaan ja koteloon
- Tärinä: Hallitseva siiven ohitustaajuudella
- Suuruus: Riippuu välyksestä, toimintapisteestä ja suunnittelusta
4. Kierrätysvoimat
- Virtausepästabiilisuuksista johtuvat matalataajuiset epävakaat voimat
- Tapahtuu erittäin pienillä tai erittäin suurilla virtausnopeuksilla
- Taajuudet tyypillisesti 0,2–0,8 × käyntinopeus
- Voi aiheuttaa voimakasta matalataajuista värähtelyä
- Ilmaisee toiminnan kaukana BEP-pisteestä
Vaikutukset pumpun suorituskykyyn
Laakerin kuormitus
- Hydrauliset radiaalivoimat lisäävät mekaanisia kuormia
- Vaihtelevat voimat luovat syklistä kuormitusta
- Maksimikuormitus pienillä virtausolosuhteilla
- Laakerin valinnassa on otettava huomioon hydrauliset kuormat
- Hydraulisten voimien lyhentämä laakerin käyttöikä (Elämäikä ∝ 1/Kuormitus³)
Akselin taipuma
- Radiaaliset voimat taivuttavat akselia
- Muuttaa tiivisteiden välyksiä ja kulutusrenkaita
- Voi vaikuttaa tehokkuuteen
- Äärimmäiset tapaukset johtavat hankaumiin
Tärinän syntyminen
- 1× Komponentti: Tasaisesta tai hitaasti muuttuvasta säteittäisestä voimasta
- VPF-komponentti: Painepulsseista
- Matala taajuus: Kierrätyksestä ja epävakaisuuksista
- Toimintapisteestä riippuvainen: Tärinä vaihtelee virtausnopeuden mukaan
Mekaaninen rasitus
- Sykliset voimat aiheuttavat väsymiskuormitusta
- Paine-erojen rasittamat juoksupyörän siivet
- Akselin väsyminen taivutusmomenteista
- Painepulssien aiheuttama kotelojännitys
Hydraulisen voiman minimointi
Toimi lähellä BEP:iä
- Tehokkain strategia hydraulisten voimien minimoimiseksi
- Käytä BEP-virtausalueen 80–110%:n sisällä, kun mahdollista
- Radiaaliset voimat minimissä BEP:ssä
- Tärinä ja laakerikuormat minimoitu
Suunnitteluominaisuudet
- Hajotinpumput: Symmetrisempi painejakauma kuin voluutissa
- Tuplavoluutti: Kaksi 180° päässä toisistaan olevaa leikkausvettä tasapainottavat säteittäisiä voimia
- Lisääntyneet välykset: Vähentää siiven ohituspaineen pulsaatiota (mutta heikentää tehokkuutta)
- Siipien numeron valinta: Optimoi akustisten resonanssien välttämiseksi
Järjestelmäsuunnittelu
- Peruskuormapumppujen vähimmäisvirtauksen kierrätys
- Oikean kokoinen pumppu todelliseen käyttöön (älä ylimitoita)
- Muuttuvanopeuskäyttö optimaalisen toimintapisteen ylläpitämiseksi
- Imuaukon muotoilu minimoi esipyörteen ja turbulenssin
Diagnostinen käyttö
Suorituskykykäyrät ja hydrauliset voimat
- Piirrä värähtelyn ja virtausnopeuden välinen suhde
- Minimivärähtely tyypillisesti BEP-tasolla tai sen lähellä
- Lisääntyvä värähtely alhaisella virtauksella osoittaa suuria säteittäisiä voimia
- Ohjaa toiminta-alueen valintaa
VPF-analyysi
- VPF-amplitudi osoittaa hydraulisen pulsaation voimakkuuden
- VPF:n kasvu viittaa välyksen heikkenemiseen tai toimintapisteen siirtymiseen
- VPF-harmoniset yliaallot osoittavat turbulenttista, häiriintynyttä virtausta
Mittausnäkökohdat
Tärinän mittauspaikat
- Laakeripesät: Havaitsee mekaaniset ja hydrauliset kokonaisvoimat
- Pumpun kotelo: Herkempi hydraulisille pulsseille
- Imu- ja poistoputket: Painepulssin siirto
- Useita sijainteja: Erota hydrauliset ja mekaaniset lähteet
Painepulssin mittaus
- Paineanturit imu- ja painepuolella
- Mittaa hydraulisia pulsseja suoraan
- Korreloi tärinän kanssa
- Tunnista akustisia resonansseja
Hydrauliset voimat ovat olennaisia pumpun toiminnalle ja merkittävä pumpun tärinän ja kuormituksen lähde. Näiden voimien vaihtelun ymmärtäminen käyttöolosuhteiden mukaan, niiden merkkien tunnistaminen värähtelyspektreissä ja pumppujen suunnittelu/käyttö hydraulisten voimien minimoimiseksi lähes BEP-käytöllä ovat olennaisia luotettavan ja pitkäikäisen pumpun suorituskyvyn saavuttamiseksi teollisissa sovelluksissa.
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 