Az aerodinamikai erők megértése
Definíció: Mik az aerodinamikai erők?
Aerodinamikai erők Az aerodinamikai erők olyan erők, amelyeket a forgó és álló alkatrészekre hatnak a ventilátorokban, fúvókban, kompresszorokban és turbinákban mozgó levegő vagy gáz. Ezek az erők a nyomáskülönbségekből, az áramló gáz lendületváltozásaiból és a folyadék-szerkezet kölcsönhatásokból erednek. Az aerodinamikai erők közé tartoznak az állandó erők (tolóerő, radiális terhelések) és az ingadozó erők (pulzációk a penge áthaladási frekvenciája, turbulencia által kiváltott véletlenszerű erők), amelyek létrehoznak rezgés, a csapágyakra és szerkezetekre ható terhelés, és bizonyos esetekben öngerjesztett instabilitások.
Az aerodinamikai erők a szivattyúkban lévő hidraulikus erők gázfázisú megfelelői, de fontos különbségekkel: az összenyomhatósági hatások, a sűrűség változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében, valamint az akusztikus csatolás, amely olyan rezonanciákat és instabilitásokat hozhat létre, amelyek az összenyomhatatlan folyékony rendszerekben nem fordulnak elő.
Az aerodinamikai erők típusai
1. Tolóerők
A pengefelületekre ható nyomásból eredő axiális erők:
- Centrifugális ventilátorok: A nyomáskülönbség tolóerőt hoz létre a bemenet felé
- Axiális ventilátorok: Léggyorsulásból származó reakcióerő
- Turbinák: A gáz tágulása nagy tolóerőt hoz létre a pengéken
- Nagyságrend: Arányos a nyomásemelkedéssel és az áramlási sebességgel
- Hatás: Terhelések axiális csapágyak, létrehoz axiális rezgés
2. Radiális erők
Oldalirányú erők az egyenetlen nyomáseloszlásból:
Állandó radiális erő
- Aszimmetrikus nyomás a házban/csővezetékben
- A működési ponttól (áramlási sebességtől) függően változik
- Minimum a tervezési ponton
- Csapágyterhelést és 1× rezgést hoz létre
Forgó radiális erő
- Ha a járókerék/rotor aszimmetrikus aerodinamikai terheléssel rendelkezik
- Az erő a rotorral együtt forog
- 1× rezgést hoz létre, mint például kiegyensúlyozatlanság
- Mechanikus kiegyensúlyozatlanság esetén is csatlakoztatható
3. Pengeáthaladási pulzációk
Periodikus nyomásimpulzusok a lapát áthaladási sebességénél:
- Frekvencia: Kések száma × fordulatszám / 60
- Ok: Minden lapát megzavarja az áramlási mezőt, nyomásimpulzust hoz létre
- Kölcsönhatás: Forgó lapátok és álló rugók, lapátok vagy házak között
- Amplitúdó: A penge és az állórész közötti hézagtól és az áramlási viszonyoktól függ
- Hatás: A ventilátor/kompresszor hangzajának és rezgésének elsődleges forrása
4. Turbulencia által kiváltott erők
- Véletlenszerű erők: Turbulens örvényekből és áramlási szétválásból
- Szélessávú spektrum: Széles frekvenciatartományban elosztott energia
- Áramlásfüggő: Növekszik a Reynolds-számmal és a tervezettnél eltérő működéssel
- Fáradtság miatti aggodalom: A véletlenszerű terhelés hozzájárul az alkatrészek kifáradásához
5. Instabil áramlási erők
Forgó istálló
- Lokalizált áramlási szétválasztás, amely a gyűrű körül forog
- Szinkron alatti frekvencia (0,2-0,8× rotorsebesség)
- Súlyos, ingatag erőket hoz létre
- Gyakori alacsony áramlási sebességnél kompresszorokban
Túlfeszültség
- Rendszerszintű áramlási oszcilláció (előre és hátra áramlás)
- Nagyon alacsony frekvencia (0,5-10 Hz)
- Rendkívül nagy erőamplitúdók
- Tartós hatás esetén tönkreteheti a kompresszorokat
Aerodinamikai forrásokból származó rezgés
Pengeáthaladási frekvencia (BPF)
- Domináns aerodinamikai rezgéskomponens
- Az amplitúdó a munkaponttól függően változik
- Magasabb a tervezési körülményektől eltérő körülmények között
- Szerkezeti rezonanciákat gerjeszthet
Alacsony frekvenciájú pulzációk
- Recirkulációból, leállásból vagy túlfeszültségből
- Gyakran nagy amplitúdójú (meghaladhatja az 1× rezgést)
- A tervezési ponttól távoli működést jelzi
- Működési feltételek megváltoztatását igényli
Szélessávú rezgés
- Turbulenciából és áramlási zajból
- Emelkedett a nagy sebességű régiókban
- Az áramlási sebességgel és a turbulencia intenzitásával növekszik
- Kevésbé aggasztó, mint a tónusos komponensek, de az áramlás minőségére utal
Mechanikai hatásokkal való összekapcsolás
Aerodinamikai-mechanikai kölcsönhatás
- Az aerodinamikai erők eltérítik a rotort
- Az elhajlás megváltoztatja a hézagokat, ami befolyásolja az aerodinamikai erőket
- Kapcsolt instabilitásokat hozhat létre
- Példa: A tömítésekben lévő aerodinamikai erők, amelyek hozzájárulnak a rotor instabilitásához
Aerodinamikai csillapítás
- A légellenállás csillapítja a szerkezeti rezgéseket
- Általában pozitív (stabilizáló) hatás
- De bizonyos áramlási körülmények között negatív (destabilizáló) lehet
- Fontos a rotordinamika a turbógépek
Tervezési szempontok
Erőminimalizálás
- Optimalizálja a pengeszögeket és a távolságot
- Használjon diffúzorokat vagy lapát nélküli teret a pulzáció csökkentése érdekében
- Széles, stabil működési tartományra tervezett kialakítás
- Az akusztikus rezonanciák elkerülése érdekében vegye figyelembe a pengék számát
Szerkezeti tervezés
- Aerodinamikai és mechanikai terhelésekhez méretezett csapágyak
- Aerodinamikai erők hatására bekövetkező elhajláshoz elegendő tengelymerevség
- A gerjesztőforrásoktól elkülönített penge-savanyúságok
- Nyomáspulzációs terhelésre tervezett ház és szerkezet
Működési stratégiák
Optimális működési pont
- A minimális aerodinamikai erők érdekében a tervezési pont közelében kell üzemelni
- Kerülje a nagyon alacsony áramlást (recirkuláció, leállás)
- Kerülje a nagyon nagy áramlást (nagy sebesség, turbulencia)
- Használjon változtatható sebességet az optimális pont fenntartásához
Kerülje az instabilitásokat
- Maradjon a kompresszorok túlfeszültség-vezetékének jobb oldalán
- Túlfeszültség-védelem alkalmazása
- Figyelje az átesés kezdetét
- Minimális áramlásvédelem ventilátorok és kompresszorok számára
Az aerodinamikai erők alapvető fontosságúak a levegőmozgató és gázkezelő berendezések működése és megbízhatósága szempontjából. Az ipari alkalmazásokban használt ventilátorok, fúvók, kompresszorok és turbinák megbízható és hatékony teljesítményét az biztosítja, ha megértjük, hogyan változnak ezek az erők az üzemi körülmények függvényében, felismerjük rezgési jellemzőiket, és olyan berendezéseket tervezünk/üzemeltetünk, amelyek minimalizálják az ingadozó aerodinamikai erőket a tervezési ponthoz közeli 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 