A szivattyúkban lévő hidraulikus erők megértése
Definíció: Mik azok a hidraulikus erők?
Hidraulikus erők Az áramló folyadék által a szivattyú alkatrészeire ható erők, beleértve a járókerék lapátjaira ható nyomás okozta terheléseket, a nyomáskülönbségekből eredő axiális tolóerőt, az aszimmetrikus nyomáseloszlásból eredő radiális erőket, valamint az áramlási turbulenciából és a lapát-spiráltest kölcsönhatásból eredő pulzáló erőket. Ezek az erők különböznek a mechanikai erőktől (a ...-ból/-ből). kiegyensúlyozatlanság, eltérés) abban az értelemben, hogy a folyadéknyomás és a lendület változásaiból erednek, létrehozva rezgés alkatrészek lapát áthaladási frekvencia és a kapcsolódó felharmonikusok.
A hidraulikus erők megértése elengedhetetlen a szivattyú megbízhatóságához, mivel ezek az erők csapágyterheléseket, tengelyelhajlást és rezgést hoznak létre, amelyek az üzemi körülményektől (áramlási sebesség, nyomás, folyadék tulajdonságai) függően változnak, így a szivattyú viselkedése eltér a többi forgógépétől, ahol az erők elsősorban mechanikaiak.
A hidraulikus erők típusai
1. Axiális tolóerő (hidraulikus tolóerő)
A járókerékre nehezedő nyomáskülönbségből eredő nettó axiális erő:
- Mechanizmus: Kimenő nyomás az egyik oldalon, szívónyomás a járókerék másik oldalán
- Irány: Általában a szívóoldal felé (a járókerék hátulja)
- Nagyságrend: Még közepes szivattyúknál is több ezer font lehet
- Hatás: Axiális csapágy terhelése, ami okozhat axiális rezgés
- Változik a következőktől: Áramlási sebesség, nyomás, járókerék kialakítása
Tolóerő-kiegyensúlyozási módszerek
- Egyensúlyozó lyukak: A járókerék burkolatán lévő lyukak kiegyenlítik a nyomást
- Hátsó lapátok: A hátoldalon lévő lapátok folyadékot pumpálnak a nyomás csökkentése érdekében
- Dupla szívókerekek: Szimmetrikus kialakítás, amely kioltja a tolóerőt
- Ellentétes járókerekek: Többfokozatú szivattyúk ellentétes irányba néző járókerekekkel
2. Radiális erők
Oldalirányú erők az aszimmetrikus nyomáseloszlásból:
Legjobb hatásfokú ponton (BEP)
- A nyomáseloszlás viszonylag szimmetrikus a járókerék körül
- A radiális erők kiegyensúlyozottak és kiegyenlítődnek
- Minimális nettó radiális erő
- Legalacsonyabb rezgési állapot
Ki BEP (alacsony áramlás)
- Aszimmetrikus nyomáseloszlás a volutában
- Nettó radiális erő a csigavonal felé
- Az erő nagysága az áramlás csökkenésével növekszik
- A járókerék súlyának 20-40%-ja lehet elzáráskor
- 1× rezgést hoz létre forgó radiális erőből
Ki BEP (nagy áramlás)
- Különböző aszimmetriamintázat
- Radiális erő jelen van, de jellemzően kisebb, mint alacsony áramlásnál
- Az áramlási turbulencia véletlenszerű erőkomponenseket ad hozzá
3. Lapát áthaladó pulzációk
Periodikus nyomásimpulzusok, ahogy a lapátok elhaladnak a vízfolyás felett:
- Frekvencia: Lapátok száma × fordulatszám / 60
- Mechanizmus: Minden áthaladó lapát nyomásimpulzust hoz létre
- Erők: Hatás a járókerékre, a spirálkerékre és a házra
- Rezgés: Domináns a lapát áthaladási frekvenciáján
- Nagyságrend: A szabad távolságtól, a munkaponttól és a kialakítástól függ
4. Recirkulációs erők
- Alacsony frekvenciájú, ingadozó erők az áramlási instabilitásokból
- Nagyon alacsony vagy nagyon magas áramlási sebességnél fordul elő
- Frekvenciák, jellemzően 0,2-0,8× futási sebesség
- Súlyos alacsony frekvenciájú rezgést hozhat létre
- BEP-től távoli működést jelez
A szivattyú teljesítményére gyakorolt hatások
Csapágyterhelés
- A hidraulikus radiális erők növelik a mechanikai terheléseket
- A változó erők ciklikus terhelést hoznak létre
- Maximális terhelés alacsony áramlási körülmények között
- A csapágy kiválasztásánál figyelembe kell venni a hidraulikus terheléseket
- A csapágy élettartamát csökkenti a hidraulikus erő (Élettartam ∝ 1/Terhelés³)
Tengely elhajlása
- A radiális erők eltérítik a tengelyt
- Megváltoztatja a tömítések hézagát és a kopógyűrűket
- Befolyásolhatja a hatékonyságot
- Extrém esetek viszketéshez vezetnek
Rezgésgenerálás
- 1× Alkatrész: Állandó vagy lassan változó radiális erőből
- VPF komponens: A nyomásingadozásokból
- Alacsony frekvencia: A recirkulációból és az instabilitásokból
- Üzemi ponttól függ: A rezgés az áramlási sebességgel változik
Mechanikai feszültség
- Ciklikus erők fáradásos terhelést hoznak létre
- Nyomáskülönbségek által terhelt járókerék lapátok
- Tengelyfáradás hajlítónyomatékokból
- Nyomásingadozás okozta burkolatfeszültség
Hidraulikus erő minimalizálása
Működjön BEP közelében
- A hidraulikus erők minimalizálásának leghatékonyabb stratégiája
- Ha lehetséges, a BEP áramlási irányának 80-110%-jén belül üzemeltesse
- A radiális erők minimuma a BEP-nél
- Minimális rezgés és csapágyterhelés
Tervezési jellemzők
- Diffúzor szivattyúk: Szimmetrikusabb nyomáseloszlás, mint a volutánál
- Dupla voluta: Két, egymástól 180°-ban elhelyezkedő vízlépcső egyensúlyozza ki a radiális erőket
- Megnövelt távolságok: Csökkenti a lapát áthaladó nyomáspulzációját (de alacsonyabb hatásfok)
- Lapátszám kiválasztása: Optimalizálás az akusztikus rezonanciák elkerülése érdekében
Rendszertervezés
- Minimális áramlási recirkuláció alapterhelésű szivattyúknál
- Megfelelően méretezett szivattyú a tényleges igénybevételhez (kerülje a túlméretezést)
- Változtatható sebességű hajtás az optimális munkapont fenntartása érdekében
- A bemeneti kialakítás minimalizálja az előörvénylést és a turbulenciát
Diagnosztikai felhasználás
Teljesítménygörbék és hidraulikus erők
- A rezgés és az áramlási sebesség ábrázolása
- Minimális rezgés jellemzően a BEP-en vagy annak közelében
- Alacsony áramlásnál növekvő rezgés nagy radiális erőkre utal
- Működési tartomány kiválasztásának útmutatói
VPF-elemzés
- A VPF amplitúdója a hidraulikus pulzáció súlyosságát jelzi.
- A VPF növekedése hézagcsökkenésre vagy munkapont-eltolódásra utal
- A VPF felharmonikusok turbulens, zavart áramlást jeleznek
Mérési szempontok
Rezgésmérési helyszínek
- Csapágyházak: Az általános mechanikai és hidraulikus erők észlelése
- Szivattyúház: Érzékenyebb a hidraulikus pulzációkra
- Szívó- és nyomócsővezetékek: Nyomáspulzáció átvitele
- Több helyszín: A hidraulikus és a mechanikus források megkülönböztetése
Nyomáspulzáció mérése
- Nyomástávadók szívó- és nyomóágakban
- Közvetlenül mérje a hidraulikus pulzációkat
- Összefüggés a rezgéssel
- Akusztikus rezonanciák azonosítása
A hidraulikus erők alapvető fontosságúak a szivattyú működéséhez, és a szivattyú rezgésének és terhelésének egyik fő forrásai. Az ipari alkalmazásokban a megbízható, hosszú élettartamú szivattyúteljesítmény eléréséhez elengedhetetlen megérteni, hogy ezek az erők hogyan változnak az üzemi körülmények függvényében, felismerni az előjeleiket a rezgési spektrumokban, és úgy tervezni/üzemeltetni a szivattyúkat, hogy minimalizálják a hidraulikus erőket a közel BEP (before beef extreme emission) működés révén.
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 