הבנת כוחות הידראוליים במשאבות
הגדרה: מהם כוחות הידראוליים?
כוחות הידראוליים כוחות המופעלים על רכיבי המשאבה על ידי הנוזל הזורם, כולל עומסים המושרים על לחץ על כנפי האימפלר, דחף צירי מהפרשי לחצים, כוחות רדיאליים מהתפלגויות לחץ אסימטריות, וכוחות פועמים מערבולות זרימה ואינטראקציה בין כנפי האימפלר. כוחות אלה נבדלים מכוחות מכניים (מ... לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל, חוסר יישור) בכך שהם נובעים משינויים בלחץ הנוזל ובתנע, ויוצרים רֶטֶט רכיבים ב תדירות מעבר שבבים והרמוניות קשורות.
הבנת הכוחות ההידראוליים חיונית לאמינות המשאבה מכיוון שכוחות אלה יוצרים עומסי מיסב, סטייה של הציר ורעידות המשתנים בהתאם לתנאי ההפעלה (קצב זרימה, לחץ, תכונות נוזל), מה שהופך את התנהגות המשאבה לשונה ממכונות מסתובבות אחרות שבהן הכוחות הם בעיקר מכניים.
סוגי כוחות הידראוליים
1. דחף צירי (דחף הידראולי)
כוח צירי נטו מהפרש לחצים על פני האימפלר:
- מַנגָנוֹן: לחץ פריקה בצד אחד, לחץ יניקה בצד השני של האימפלר
- כיוון: בדרך כלל לכיוון היניקה (האחורי של האימפלר)
- גוֹדֶל: יכול להיות אלפי פאונד אפילו בשאיבות מתונות
- אֵפֶקְט: עומסים על מיסב דחף, עלולים לגרום רטט צירי
- משתנה עם: קצב זרימה, לחץ, עיצוב אימפלר
שיטות איזון דחף
- חורי איזון: חורים במעטפת האימפלר לאיזון לחץ
- כנפי אחוריות: כנפי חילוף בצד האחורי לשאיבת נוזל להפחתת לחץ
- אימפלרים יניקה כפולה: עיצוב סימטרי מבטל דחף
- אימפלרים מנוגדים: משאבות רב-שלביות עם אימפלרים הפונים לכיוונים מנוגדים
2. כוחות רדיאליים
כוחות רוחביים כתוצאה מחלוקת לחץ אסימטרית:
בנקודת היעילות הטובה ביותר (BEP)
- פיזור לחץ סימטרי יחסית סביב האימפלר
- כוחות רדיאליים מאוזנים ומבטלים
- כוח רדיאלי נטו מינימלי
- מצב הרטט הנמוך ביותר
כבוי BEP (זרימה נמוכה)
- פיזור לחץ אסימטרי בוולוטה
- כוח רדיאלי נטו לכיוון הלשון הוולוטית
- גודל הכוח עולה ככל שהזרימה יורדת
- יכול להיות 20-40% של משקל האימפלר בעת כיבוי
- יוצר רטט של × 1 מכוח רדיאלי מסתובב
כבוי BEP (זרימה גבוהה)
- דפוס אסימטריה שונה
- כוח רדיאלי קיים אך בדרך כלל פחות מאשר בזרימה נמוכה
- מערבולת זרימה מוסיפה רכיבי כוח אקראיים
3. פעימות מעבר שבבים
פולסי לחץ מחזוריים כאשר כנפי הלהב עוברות על פני מים חותכים:
- תֶדֶר: מספר כנפי סיבוב × סל"ד / 60
- מַנגָנוֹן: כל מעבר של שבשבת יוצר דופק לחץ
- כוחות: לפעול על האימפלר, הוולוט והמעטפת
- רֶטֶט: דומיננטי בתדירות מעבר הכנף
- גוֹדֶל: תלוי במרווח, נקודת פעולה, תכנון
4. כוחות מחזור
- כוחות לא יציבים בתדר נמוך כתוצאה מחוסר יציבות זרימה
- מתרחשים בקצבי זרימה נמוכים מאוד או גבוהים מאוד
- תדרים בדרך כלל 0.2-0.8× מהירות ריצה
- יכול ליצור רטט חזק בתדר נמוך
- מציין פעולה רחוקה מ-BEP
השפעות על ביצועי המשאבה
טעינת מיסבים
- כוחות רדיאליים הידראוליים מוסיפים לעומסים מכניים
- כוחות משתנים יוצרים עומס מחזורי
- עומס מקסימלי בתנאי זרימה נמוכה
- בחירת המיסבים חייבת להתחשב בעומסים הידראוליים
- אורך חיים של מיסב מופחת עקב כוחות הידראוליים (אורך חיים ∝ 1/עומס³)
סטיית פיר
- כוחות רדיאליים מסיטים את הציר
- משנה את מרווחי האטמים וטבעות הבלאי
- יכול להשפיע על היעילות
- מקרים קיצוניים מובילים לבעיות
יצירת רטט
- רכיב אחד: מכוח רדיאלי קבוע או משתנה באיטיות
- רכיב VPF: מפעימות לחץ
- תדר נמוך: מסירקולציה וחוסר יציבות
- תלוי בנקודת הפעלה: הרטט משתנה עם קצב הזרימה
מאמץ מכני
- כוחות מחזוריים יוצרים עומס עייפות
- סכיני אימפלר תחת לחץ עקב הפרשי לחצים
- עייפות פיר כתוצאה מומנטי כיפוף
- מתח מעטפת כתוצאה מפעימת לחץ
מזעור כוח הידראולי
לפעול ליד BEP
- האסטרטגיה היעילה ביותר למזעור כוחות הידראוליים
- פעל בטווח של 80-110% מזרימת BEP במידת האפשר.
- כוחות רדיאליים מינימליים ב-BEP
- עומסי רעידות ומיסבים ממוזערים
מאפייני עיצוב
- משאבות מפזר: פיזור לחץ סימטרי יותר מאשר וולוט
- וולוט כפול: שני מפרשי מים במרחק של 180° מאזנים כוחות רדיאליים
- סיווגים מוגברים: הפחתת פעימות לחץ במעבר הלהבים (אך יעילות נמוכה יותר)
- בחירת מספר כנף: אופטימיזציה כדי למנוע תהודות אקוסטיות
תכנון מערכת
- מחזור זרימה מינימלי עבור משאבות עומס בסיס
- משאבה בגודל המתאים לעבודה בפועל (יש להימנע מגודל יתר)
- הנעה במהירות משתנה לשמירה על נקודת פעולה אופטימלית
- עיצוב כניסה למזעור טרום-מערבולת וטורבולנציה
שימוש אבחוני
עקומות ביצועים וכוחות הידראוליים
- גרף רטט לעומת קצב זרימה
- רטט מינימלי בדרך כלל ב-BEP או בסמוך לו
- עלייה ברעידות בזרימה נמוכה מצביעה על כוחות רדיאליים גבוהים
- בחירת טווח פעולה מנחה
ניתוח VPF
- אמפליטודת VPF מציינת את חומרת הפעימה ההידראולית
- הגדלת VPF מצביעה על ירידה ברווח או שינוי בנקודת ההפעלה
- הרמוניות VPF מצביעות על זרימה סוערת ומופרעת
שיקולי מדידה
מיקומי מדידת רעידות
- בתי מיסב: זיהוי כוחות מכניים והידראוליים כוללים
- מעטפת משאבה: רגיש יותר לפעימות הידראוליות
- צנרת יניקה ופריקה: העברת פעימות לחץ
- מספר מיקומים: להבחין בין מקורות הידראוליים למכניים
מדידת פעימות לחץ
- מתמרי לחץ ביניקה ובפריקה
- מדידה ישירה של פעימות הידראוליות
- לתאם עם רטט
- זיהוי תהודות אקוסטיות
כוחות הידראוליים הם בסיסיים להפעלת המשאבה ומקור עיקרי לרעידות ועומס על המשאבה. הבנת האופן שבו כוחות אלה משתנים בהתאם לתנאי ההפעלה, זיהוי חתימתם בספקטרום הרעידות, ותכנון/הפעלה של משאבות כדי למזער כוחות הידראוליים באמצעות פעולה קרובה ל-BEP, חיוניים להשגת ביצועי משאבה אמינים וארוכי חיים ביישומים תעשייתיים.
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 