Razumijevanje hidrauličnih sila u pumpama
Definicija: Što su hidraulične sile?
Hidraulične sile su sile koje na komponente pumpe djeluje tekućina koja teče, uključujući opterećenja izazvana tlakom na lopaticama impelera, aksijalni potisak od razlika tlaka, radijalne sile od asimetričnih raspodjela tlaka i pulsirajuće sile od turbulencije protoka i interakcije lopatica i spiralne mase. Ove sile se razlikuju od mehaničkih sila (od neravnoteža, neusklađenost) po tome što nastaju zbog promjena tlaka fluida i količine gibanja, stvarajući vibracija komponente na frekvencija prolaska lopatice i srodne harmonike.
Razumijevanje hidrauličnih sila ključno je za pouzdanost pumpe jer te sile stvaraju opterećenja ležajeva, otklon osovine i vibracije koje se mijenjaju ovisno o radnim uvjetima (protok, tlak, svojstva fluida), što ponašanje pumpe čini drugačijim od drugih rotirajućih strojeva gdje su sile prvenstveno mehaničke.
Vrste hidrauličnih sila
1. Aksijalni potisak (hidraulički potisak)
Neto aksijalna sila od razlike tlaka na rotoru:
- Mehanizam: Ispusni tlak na jednoj strani, usisni tlak na drugoj strani impelera
- Smjer: Obično prema usisu (stražnji dio impelera)
- Magnituda: Može težiti tisuće funti čak i u umjerenim pumpama
- Učinak: Opterećenja aksijalnog ležaja mogu uzrokovati aksijalne vibracije
- Razlikuje se ovisno o: Protok, tlak, dizajn impelera
Metode uravnoteženja potiska
- Rupe za ravnotežu: Rupe u kućištu impelera izjednačavaju tlak
- Stražnje lopatice: Lopatice na stražnjoj strani pumpaju tekućinu za smanjenje tlaka
- Dvostruko usisni impeleri: Simetrični dizajn koji poništava potisak
- Suprotstavljeni impeleri: Višestupanjske pumpe s rotorima okrenutim u suprotnim smjerovima
2. Radijalne sile
Bočne sile zbog asimetrične raspodjele tlaka:
U točki najbolje učinkovitosti (BEP)
- Raspodjela tlaka relativno simetrična oko impelera
- Radijalne sile uravnotežene i poništene
- Minimalna neto radijalna sila
- Najniže stanje vibracija
Isključeno BEP (nizak protok)
- Asimetrična raspodjela tlaka u voluti
- Neto radijalna sila prema spiralnom jezičku
- Veličina sile se povećava kako se protok smanjuje
- Težina impelera može biti 20-40% pri zatvaranju
- Stvara 1× vibraciju rotirajućom radijalnom silom
Isključeno BEP (visoki protok)
- Različiti asimetrični uzorak
- Radijalna sila prisutna, ali obično manja nego pri niskom protoku
- Turbulencija strujanja dodaje slučajne komponente sile
3. Pulsacije prolaska lopatica
Periodični impulsi tlaka dok lopatice prolaze kroz vodotok:
- Frekvencija: Broj lopatica × okretaji u minuti / 60
- Mehanizam: Svaki prolazak lopatice stvara impuls tlaka
- Sile: Djelujte na impeler, spiralu i kućište
- Vibracija: Dominantno pri frekvenciji prolaska lopatica
- Magnituda: Ovisi o razmaku, radnoj točki, dizajnu
4. Recirkulacijske sile
- Niskofrekventne nestacionarne sile uzrokovane nestabilnostima toka
- Javljaju se pri vrlo niskim ili vrlo visokim protocima
- Frekvencije obično 0,2-0,8 × brzina trčanja
- Može stvoriti jake niskofrekventne vibracije
- Označava rad daleko od BEP-a
Utjecaji na performanse pumpe
Opterećenje ležaja
- Hidraulične radijalne sile povećavaju mehanička opterećenja
- Promjenjive sile stvaraju cikličko opterećenje
- Maksimalno opterećenje pri uvjetima niskog protoka
- Odabir ležaja mora uzeti u obzir hidraulična opterećenja
- Vijek trajanja ležaja smanjen hidrauličkim silama (Vijek trajanja ∝ 1/Opterećenje³)
Otklon osovine
- Radijalne sile otklanjaju osovinu
- Mijenja zazore brtvi i prstenove za habanje
- Može utjecati na učinkovitost
- Ekstremni slučajevi dovode do trljanja
Generiranje vibracija
- 1× Komponenta: Od stalne ili sporo promjenjive radijalne sile
- VPF komponenta: Od pulsacija tlaka
- Niska frekvencija: Od recirkulacije i nestabilnosti
- Ovisno o radnoj točki: Vibracije se mijenjaju ovisno o brzini protoka
Mehaničko naprezanje
- Cikličke sile stvaraju opterećenje zamora
- Lopatice impelera opterećene razlikama tlaka
- Zamor osovine od momenata savijanja
- Naprezanje kućišta od pulsacija tlaka
Minimizacija hidraulične sile
Radite u blizini BEP-a
- Najučinkovitija strategija za minimiziranje hidrauličnih sila
- Radite unutar 80-110% protoka BEP-a kad god je to moguće
- Minimalne radijalne sile na BEP-u
- Vibracije i opterećenja ležajeva smanjeni
Značajke dizajna
- Difuzorske pumpe: Simetričnija raspodjela tlaka nego voluta
- Dvostruka spirala: Dva vodobrana udaljena 180° uravnotežuju radijalne sile
- Povećani razmaci: Smanjite pulsacije tlaka prolazeći kroz lopatice (ali smanjite učinkovitost)
- Odabir broja lopatica: Optimizirajte kako biste izbjegli akustične rezonancije
Dizajn sustava
- Minimalna recirkulacija protoka za pumpe osnovnog opterećenja
- Pravilno dimenzionirana pumpa za stvarni rad (izbjegavajte predimenzioniranje)
- Pogon s promjenjivom brzinom za održavanje optimalne radne točke
- Dizajn ulaza koji minimizira prethodno vrtloženje i turbulenciju
Dijagnostička upotreba
Krivulje performansi i hidraulične sile
- Grafikon vibracija u odnosu na brzinu protoka
- Minimalne vibracije obično na ili blizu BEP-a
- Povećanje vibracija pri niskom protoku ukazuje na visoke radijalne sile
- Vodiči za odabir radnog raspona
Analiza VPF-a
- Amplituda VPF-a pokazuje jačinu hidrauličke pulsacije
- Povećanje VPF-a ukazuje na smanjenje zračnosti ili pomicanje radne točke
- VPF harmonici ukazuju na turbulentan, poremećen tok
Razmatranja mjerenja
Lokacije za mjerenje vibracija
- Kućišta ležajeva: Otkrivanje ukupnih mehaničkih i hidrauličnih sila
- Kućište pumpe: Osjetljiviji na hidraulične pulsacije
- Usisne i ispusne cijevi: Prijenos pulsiranja tlaka
- Više lokacija: Razlikujte hidraulične od mehaničkih izvora
Mjerenje pulsiranja tlaka
- Pretvarači tlaka u usisu i ispuhu
- Izravno mjerenje hidrauličnih pulsacija
- Korelacija s vibracijom
- Identificirajte akustične rezonancije
Hidraulične sile su temeljne za rad pumpe i glavni izvor vibracija i opterećenja pumpe. Razumijevanje kako se te sile mijenjaju s radnim uvjetima, prepoznavanje njihovih potpisa u spektrima vibracija i projektiranje/upravljanje pumpama kako bi se hidraulične sile minimizirale radom blizu najbolje moguće radne temperature (BEP) ključni su za postizanje pouzdanih i dugotrajnih performansi pumpe u industrijskim primjenama.
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 