מהי טורבולנציה של זרימה? רעידות זרימה לא יציבות • מאזן נייד, מנתח רעידות "Balanset" לאיזון דינמי של מכונות ריסוק, מאווררים, מקדחות, מקדחות על קומביינים, פירים, צנטריפוגות, טורבינות ורבים אחרים של רוטורים מהי טורבולנציה של זרימה? רעידות זרימה לא יציבות • מאזן נייד, מנתח רעידות "Balanset" לאיזון דינמי של מכונות ריסוק, מאווררים, מקדחות, מקדחות על קומביינים, פירים, צנטריפוגות, טורבינות ורבים אחרים של רוטורים

מהי טורבולנציה של זרימה? רעידות זרימה לא יציבות

פורסם על ידי admin ב-

הבנת טורבולנציה של זרימה

הגדרה: מהי טורבולנציה של זרימה?

מערבולת זרימה היא תנועת נוזלים כאוטית ולא סדירה המאופיינת בתנודות מהירות אקראיות, מערבולות מסתחררות ומערבולות במשאבות, מאווררים, מדחסים ומערכות צנרת. בניגוד לזרימה למינרית חלקה שבה חלקיקי נוזל נעים במסלולים מקבילים מסודרים, זרימה טורבולנטית מציגה תנועה תלת-ממדית אקראית עם מהירות ולחץ משתנים באופן רציף. במכונות מסתובבות, טורבולנציה יוצרת כוחות לא יציבים על האימפלרים וההלהבים, ויוצרת זרימה רחבת פס. רֶטֶט, רעש, אובדן אנרגיה ותרומה לעייפות רכיבים.

בעוד שחלק מהטורבולנציה היא בלתי נמנעת ואף רצויה ביישומים רבים (זרימה טורבולנטית מספקת ערבוב והעברת חום טובים יותר), טורבולנציה מוגזמת מתנאי כניסה גרועים, פעולה לא מתוכננת או הפרדת זרימה יוצרת בעיות רעידות, מפחיתה את היעילות ומאיצה בלאי מכני במשאבות ובמאווררים.

מאפייני זרימה טורבולנטית

מעבר משטר זרימה

מעברי זרימה מלמינרית לטורבולנטית בהתבסס על מספר ריינולדס:

  • מספר ריינולדס (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
  • כאשר ρ = צפיפות, V = מהירות, D = ממד אופייני, µ = צמיגות
  • זרימה למינרית: מִחָדָשׁ < 2300 (חלק, מסודר)
  • מָעֳבָר: מחדש 2300-4000
  • זרימה טורבולנטית: Re > 4000 (כאוטי, לא סדיר)
  • מכונות תעשייתיות: כמעט תמיד פועל במשטר סוער

מאפייני טורבולנציה

  • תנודות מהירות אקראיות: המהירות הרגעית משתנה באופן כאוטי סביב הממוצע
  • אדי ומערבולות: מבנים מסתחררים בגדלים שונים
  • מפל אנרגיה: מערבולות גדולות מתפרקות למערבולות קטנות יותר ויותר
  • עִרבּוּב: ערבוב מהיר של תנע, חום ומסה
  • פיזור אנרגיה: חיכוך טורבולנטי ממיר אנרגיה קינטית לחום

מקורות טורבולנציה במכונות

הפרעות בכניסה

  • תכנון כניסה לקוי: עיקולים חדים, חסימות, אורך ישר לא מספק
  • מְעַרבּוֹלֶת: סיבוב מקדים של נוזל הנכנס לאימפלר/מאוורר
  • מהירות לא אחידה: פרופיל המהירות מעוות מהאידיאלי
  • אֵפֶקְט: עוצמת טורבולנציה מוגברת, רעידות מוגברות, ביצועים מופחתים

הפרדת זרימה

  • גרדיאנטים של לחץ שלילי: זרימה נפרדת ממשטחים
  • פעולה מחוץ לתכנון: זוויות זרימה שגויות גורמות להפרדה על הלהבים
  • דוּכָן: הפרדה נרחבת בצד יניקה של הלהב
  • תוֹצָאָה: עוצמת טורבולנציה גבוהה מאוד, כוחות כאוטיים

אזורי ווייק

  • ערימות סוערות במורד הזרם של להבים, תמוכות או חסימות
  • עוצמת טורבולנציה גבוהה בעקבות
  • רכיבים במורד הזרם חווים כוחות לא יציבים
  • אינטראקציה בין להב לעורר חשובה במכונות רב-שלביות

אזורים בעלי מהירות גבוהה

  • עוצמת הטורבולנציה עולה בדרך כלל עם המהירות
  • אזורי קצה האימפלר, נחירי פריקה אזורים עם טורבולנציה גבוהה
  • יוצר כוחות גבוהים מקומיים ובלאי

השפעות על מכונות

יצירת רטט

  • רטט בפס רחב: טורבולנציה יוצרת כוחות אקראיים על פני טווח תדרים רחב
  • ספֵּקטרוּם: רצפת רעש מוגברת במקום שיאים נפרדים
  • מִשׂרַעַת: עולה עם עוצמת הטורבולנציה
  • טווח תדרים: בדרך כלל 10-500 הרץ עבור רעידות הנגרמות על ידי טורבולנציה

יצירת רעש

  • טורבולנציה היא המקור העיקרי לרעש אווירודינמי
  • צליל "שושינג" או "מהרה" של פס רחב
  • רמת רעש פרופורציונלית למהירות^6 (רגישה מאוד למהירות)
  • יכול להיות מקור רעש דומיננטי במאווררים בעלי מהירות גבוהה

הפסדי יעילות

  • חיכוך טורבולנטי מפזר אנרגיה
  • מפחית את עליית הלחץ ואת אספקת הזרימה
  • הפסדי טורבולנציה אופייניים: 2-10% של הספק קלט
  • עולה עם פעולה מחוץ לתכנון

Component Fatigue

  • כוחות משתנים אקראיים יוצרים לחץ מחזורי
  • מחזורי מאמץ בתדירות גבוהה
  • תורם ללהב ולמבנה עייפות
  • מדאיג במיוחד במהירויות גבוהות

שחיקה ובלאי

  • טורבולנציה מגבירה את השחיקה בשירות שוחקים
  • חלקיקים התלויים על ידי משטחי פגיעה טורבולנטיים
  • בלאי מואץ באזורים עם טורבולנציה גבוהה

גילוי ואבחון

אינדיקטורים של ספקטרום הרטט

  • פס רחב משופר: רצפת רעש גבוהה על פני הספקטרום
  • חוסר בפסגות נפרדות: שלא כמו תקלות מכניות עם תדרים ספציפיים
  • תלוי זרימה: רמת הפס הרחב משתנה בהתאם לקצב הזרימה
  • מינימום ב-BEP: הטורבולנציה הנמוכה ביותר בנקודת התכנון

ניתוח אקוסטי

  • מדידות רמת לחץ קול
  • עלייה ברעש פס רחב מעידה על טורבולנציה
  • ספקטרום אקוסטי דומה לספקטרום רטט
  • מיקרופונים כיווניים יכולים לאתר מקורות טורבולנציה

ויזואליזציה של זרימה

  • דינמיקת נוזלים חישובית (CFD) במהלך התכנון
  • זרמי זרימה או ויזואליזציה של עשן בבדיקה
  • מדידות לחץ המראות תנודות
  • מהירות תמונת חלקיקים (PIV) במחקר

אסטרטגיות הפחתה

שיפורי עיצוב כניסת הכניסה

  • יש לספק צינור ישר באורך מספק במעלה הזרם (מינימום 5-10 קטרים)
  • יש להסיר כיפופים חדים מיד לפני הכניסה
  • השתמשו במיישרים או במנגנוני סיבוב
  • פתחי כניסה בצורת פעמון או פתחי כניסה יעילים מפחיתים יצירת מערבולת

אופטימיזציה של נקודת הפעלה

  • לפעול ליד נקודת היעילות הטובה ביותר (BEP)
  • זוויות הזרימה תואמות לזוויות הלהב, וממזערות את ההפרדה
  • יצירת טורבולנציה מינימלית
  • בקרת מהירות משתנה לשמירה על נקודה אופטימלית

שינויי עיצוב

  • מעברים חלקים במעברי הזרימה (ללא פינות חדות)
  • מפזרים להאטת הזרימה בהדרגה
  • מדכאי מערבולת או התקני נגד מערבולת
  • ריפוד אקוסטי לבלימת רעש שנוצר על ידי טורבולנציה

טורבולנציה לעומת תופעות זרימה אחרות

טורבולנציה לעומת קוויטציה

  • מְעַרבּוֹלֶת: פס רחב, רציף, תלוי זרימה
  • קוויטציה: אימפולסיבי, בתדירות גבוהה יותר, תלוי NPSH
  • שְׁנֵיהֶם: יכולים להתקיים יחד, שניהם יוצרים רטט פס רחב

טורבולנציה לעומת מחזור

  • מְעַרבּוֹלֶת: אקראי, פס רחב, נוכח בכל הזרימות
  • מחזור: חוסר יציבות מאורגן, פעימות בתדר נמוך, רק בזרימה נמוכה
  • קֶשֶׁר: אזורי מחזור הם סוערים מאוד

טורבולנציה בזרימה היא מאפיין אינהרנטי של זרימת נוזלים במהירות גבוהה במכונות מסתובבות. למרות שהיא בלתי נמנעת, ניתן למזער את עוצמתה ואת השפעותיה באמצעות תכנון כניסה נכון, פעולה קרובה לנקודת התכנון ואופטימיזציה של זרימה. הבנת טורבולנציה כמקור לרעידות ורעש בפס רחב מאפשרת הבחנה בין תקלות מכניות בתדרים בדידים ומנחה פעולות מתקנות מתאימות המתמקדות בתנאי זרימה ולא בתיקונים מכניים.

← חזרה לאינדקס הראשי

קטגוריות:
וואטסאפ