Աերոդինամիկական ուժերի ըմբռնումը
Աերոդինամիկական ուժեր այն ուժերն են, որոնք շարժվող օդը կամ գազը գործադրում է օդափոխիչների, փչողների, կոմպրեսորների և տուրբինների պտտվող և անշարժ բաղադրիչների վրա: Դրանք առաջանում են թևիկների մակերեսների վրա ճնշման տարբերություններից, հոսող գազում իմպուլսի փոփոխություններից և հեղուկի և այն կառուցվածքի միջև շարունակական փոխազդեցությունից, որի վրայով այն հոսում է: Այս ուժերը ներառում են ինչպես կայուն բաղադրիչները՝ շպրոտային և շառավղային բեռնվածքները, այնպես էլ անկայունները, օրինակ՝ պուլսացիաները շեղբերի անցման հաճախականություն և թրթռման պատահական խփոցները: Համատեղ դրանք առաջացնում են տատանում, բեռնում են առանցքակալները և իրանները, և որոշ դեպքերում առաջացնում են ինքնագրգռվող անկայունություններ, որոնք կարող են ոչնչացնել մեքենան:
Օդադինամիկ ուժերը գազային փուլի համարժեքն են հիդրավլիկ ուժեր որոնք հանդիպում են պոմպերում, բայց երեք կարևոր տարբերություններով. գազը սեղմելի է, դրա խտությունը ուժեղ փոխվում է ճնշման և ջերմաստիճանի հետ և այն ակուստիկորեն կապվում է մեքենայի և դրա խողովակաշարի հետ: Այդ ակուստիկ կապը կարող է ստեղծել ռեզոնանսներ և անկայունություններ, որոնք պարզապես չկան անսեղմելի հեղուկային համակարգում, ինչի պատճառով օդափոխիչների և կոմպրեսորների խնդիրները հաճախ սպեկտրի վրա շատ տարբեր են երևում պոմպերի խնդիրներից:
1. Օդադինամիկ ուժերի տեսակները
1. Շպրոտային ուժեր
Սրանք առանցքային ուժեր են, որոնք առաջանում են ճնշման ազդեցությունից թևիկների մակերեսների վրա.
- Կենտրոնախույս օդափոխիչներ. ճնշման տարբերությունը ստեղծում է շպրոտ, որն ուղղված է մուտքի կողմը:
- Առանցքային օդափոխիչներ. օդը արագացնելու ռեակցիան առաջացնում է առանցքային ուժ:
- Տուրբիններ: գազի ընդարձակումը թևիկների վրայով ստեղծում է մեծ շպրոտ:
- Մեծություն: մոտավորապես համեմատական է ճնշման աճին և հոսքի արագությանը:
- Ազդեցություն: այն բեռնում է առանցքակալ (առանցքային) և առաջացնում առանցքային թրթռում.
2. Շառավղային ուժեր
Սրանք կողմնային ուժեր են, որոնք առաջանում են ռոտորի շուրջ ճնշման ոչ համասեռ բաշխումից: Դրանք ունեն երկու տարբեր ձև:
Կայուն շառավղային ուժ.
- Առաջանում է իրանի կամ խողովակաշարի մեջ ասիմետրիկ ճնշումից:
- Փոխվում է աշխատանքային կետի հետ, այսինքն՝ հոսքի արագության:
- Հասնում է նվազագույնի դիզայնային կետում:
- Ստեղծում է առանցքակալի բեռնվածք և 1× տատանումների բաղադրիչ:
Պտտվող շառավղային ուժ.
- Առաջանում է, երբ աշխատանքային անիվը կամ ռոտորը կրում է ասիմետրիկ օդադինամիկ բեռ:
- Ուժը պտտվում է ռոտորի հետ:
- Այն ստեղծում է 1× տատանում, որը նման է անհավասարակշռություն.
- Այն կարող է վեկտորային գումարվել իրական մեխանիկական անհավասարակշռությանը, ինչի պատճառով օդափոխիչը կարող է թվալ, թե «կորցրել է հավասարակշռությունը» միայն այն պատճառով, որ փոխվել է դրա աշխատանքային կետը:
3. Թևիկների անցման պուլսացիաներ
Սրանք պարբերական ճնշման իմպուլսներ են այն հաճախականությամբ, որով թևիկներն անցնում են ֆիքսված կետի մոտ.
- Հաճախություն թևիկների քանակ × RPM / 60 — արժեք, որը մեր Շեղբի անցման հաճախականության հաշվիչ հետադարձում է ուղղակիորեն:
- Պատճառ: յուրաքանչյուր թևիկ խաթարում է հոսքի դաշտը և արձակում ճնշման իմպուլս:
- Փոխազդեցություն: այն տեղի է ունենում պտտվող թևիկների և անշարժ կոճերի, թիթեղների կամ իրանի լեզվակի միջև:
- Ամպլիտուդ: կախված է թևիկից-ստատորի բացակից և հոսքի պայմաններից:
- Ազդեցություն: այն տոնային աղմուկի և տատանումների հիմնական աղբյուրն է օդափոխիչներում և կոմպրեսորներում:
4. Թրթռման առաջացրած ուժեր
- Պատահական ուժեր. առաջանում են թրթռուն պտուտակներից և հոսքի տարանջատումից:
- Լայնաշերտ սպեկտր. էներգիան տարածվում է լայն հաճախականային տիրույթում, այլ ոչ թե կենտրոնացած է տոններում:
- Կախված է հոսքից. դրանք աճում են Ռեյնոլդսի թիվ և ոչ դիզայնային ռեժիմով աշխատելիս:
- Մշտապես անհանգստացնող. այս պատահական բեռնվածքը ժամանակի ընթացքում նպաստում է բաղադրիչների հոգնածությանը:
5. Անկայուն հոսքի ուժեր
Պտտվող կանգ.
- Տեղայնացված հոսքի ճեղքման շրջան, որը պտտվում է օղակի շուրջ։
- Տեսանելի է սուբսինխրոն հաճախությամբ, մոտավորապես ռոտորի պտտաթվի 0,2–0,8×-ը։
- Ստեղծում է խիստ անկայուն ուժեր։
- Սովորական է կոմպրեսորներում ցածր հոսքի դեպքում։
- Համակարգային հոսքի տատանում, որի դեպքում հոսքը հակադարձվում է առաջ և հետ։
- Շատ ցածր հաճախություն, մոտավորապես 0,5–10 Հց։
- Անհամեմատ բարձր ուժերի ամպլիտուդներ։
- Այն կարող է ոչնչացնել կոմպրեսորը, եթե թույլ տրվի շարունակվել։
2. Տատանումներ օդադինամիկ աղբյուրներից
Թևիկների անցման հաճախություն (BPF)
- Դոմինանտ օդադինամիկ տատանումների բաղադրիչ։
- Այնու ամպլիտուդը փոփոխվում է աշխատանքային կետի հետ։
- Ավելի բարձր է ոչ նախագծային պայմաններում։
- Կարող է գրգռել կառուցվածքային կամ թևի ռեզոնանսից.
Ցածր հաճախության թրթռումներ
- Սկիզբ են առնում վերաշրջանառություն, ռոտորային կանգի կամ խփումից։
- Հաճախ խիստ ամպլիտուդով՝ կարող են գերազանցել 1× տատանումները։
- Նշում են աշխատանքը նախագծային կետից հեռու։
- Պահանջում են աշխատանքային պայմանների փոփոխություն, ոչ թե մեխանիկական վերանորոգում։
Լայնաշերտ տատանումներ
- Ստեղծված տուրբուլենտություն և հոսքի աղմուկից։
- Բարձրացած բարձր արագության շրջաններում։
- Աճում է հոսքի արագության և թրթռույթի ինտենսիվության հետ։
- Քիչ անհանգստացնող, քան տոնային բաղադրիչները, բայց օգտակար ցուցանիշ հոսքի որակի համար։
3. Մեխանիկական ազդեցությունների հետ կապը
Օդադինամիկ-մեխանիկական փոխազդեցություն
- Օդադինամիկ ուժերը շեղում են ռոտորը։
- Այդ շեղումը փոխում է աշխատանքային բացակները, ինչը իր հերթին փոխում է օդադինամիկ ուժերը։
- Այդ հետադարձ կապը կարող է ստեղծել կապված անկայունություն։
- Դասական օրինակը սալիկներում օդադինամիկ ուժերն են, որոնք նպաստում են ռոտորի անկայունություն — խիստ կապված շոգեպտույտ տեսանելի տուրբիններում։
Օդադինամիկ մարում
- Օդի դիմադրությունը ընդհանուր առմամբ ապահովում է կառուցվածքային տատանումների մարում։
- Այդ ազդեցությունը սովորաբար դրական է, այսինքն՝ կայունացնող։
- Բայց որոշակի հոսքային պայմաններում այն կարող է դառնալ բացասական և անկայունացնող։
- Այն կարևոր հաշվի առնելիք է ռոտորի դինամիկա տուրբոմեքենաների նախագծման մեջ։
4. Նախագծման հաշվի առնելիքներ
Ուժերի նվազեցում
- Օպտիմալացրեք թևիկների անկյունները և հեռավորությունները։
- Օգտագործեք դիֆուզորներ կամ թևիկներից զուրկ տարածություն՝ թրթռումները նվազեցնելու համար։
- Նախագծեք լայն և կայուն աշխատանքային տիրույթի համար։
- Ընտրեք թևիկների քանակ, որը խուսափում է ակուստիկ ռեզոնանսներից։
Կառուցվածքային նախագծում
- Չափեք առանցքակալները օդադինամիկ բեռնվածքների համար՝ մեխանիկական բեռնվածքների վրա։
- Կատարեք լիսեռը բավականաչափ կոշտ՝ շեղումը սահմանափակելու համար օդադինամիկ ուժի տակ։
- Առանձնացրեք թևիկի սեփական հաճախություններ գրգռման աղբյուրներից։
- Նախագծեք իրանը և կառուցվածքը ճնշման թափահարումների բեռնվածության համար։
5. Աշխատանքային ռազմավարություններ և տեղում չափումներ
Օպտիմալ աշխատանքային կետ
- Աշխատեք դիզայնային կետի մոտ՝ առավելագույնս ցածր օդադինամիկ ուժերի համար։
- Խուսափեք շատ ցածր ծախսից, որը նպաստում է ռեցիռկուլյացիային և ստոլին։
- Խուսափեք շատ բարձր ծախսից, որը մեծացնում է արագությունը և թրթռումը։
- Օգտագործեք փոփոխական պտտաթիվ՝ օպտիմալ կետը պահելու համար, երբ պահանջարկը փոխվում է — միջնորդության օրենքներ կոնկրետացնում են, թե ինչպես են ծախսը, ճնշումը և հզորությունը մասշտաբավորվում պտտաթվի հետ։
Անկայունություններից խուսափելը
- Մնացեք կոմպրեսորների սուրժ գծի աջ կողմում։
- Կիրառեք հակասուրժ կառավարում։
- Մոնիտորավորեք ստոլի սկիզբը։
- Ապահովեք նվազագույն ծախսի պաշտպանություն և՛ օդափոխիչների, և՛ կոմպրեսորների համար։
Տեղում գործնական խնդիրը օդադինամիկ խնդիրը մեխանիկականից տարբերելն է, քանի որ երկուսն էլ կարող են բարձրացնել 1× կամ BPF գագաթները։ Երկու ալիքանի վերլուծիչ, օրինակ Balanset-1A օգնում է այդ գիծը տարաձևել՝ գրավելով հաճախությունների սպեկտրը և 1× ամպլիտուդ և փուլ մի քանի աշխատանքային կետերում՝ ինժեները կարող է տեսնել, թե արդյոք գագաթը հետևում է պտտաթվին և մնում է անփոփոխ բեռնվածության հետ՝ ինչը վկայում է մեխանիկական անհավասարակշռության մասին, թե՞ աճում և տեղաշարժվում է ծախսի փոփոխության հետ՝ ինչը վկայում է օդադինամիկ աղբյուրի մասին։ Երբ 1× բաղադրիչը ապացուցվում է որպես իրական մեխանիկական անհավասարակշռություն, նույն սարքը տեղում հավասարակշռում է օդափոխիչը կամ աշխատանքային անիվը, այնպես որ օդադինամիկ ներդրումը կարող է այնուհետև հասցեագրվել իր սեփական պայմաններով։
Օդադինամիկ ուժերը, վերջիվերջո, հիմնարար են ամեն օդափոխիչ և գազային մեքենայի աշխատանքի և հուսալիության համար։ Իմանալով, թե ինչպես են այդ ուժերը փոխվում աշխատանքային պայմանների հետ, ճանաչելով դրանց առանձնահատուկ տատանումների սիգնատուրաները և ինչպես նախագծել և շահագործել սարքավորումները՝ պահպանելով անկայուն բաղադրիչները փոքր՝ հիմնականում աշխատելով դիզայնային կետի մոտ, ինչը ապահովում է հուսալի, արդյունավետ ծառայություն օդափոխիչներից, փչողներից, կոմպրեսորներից և տուրբիններից ամբողջ արդյունաբերությունում։ Գիտակցելով կապված օդափոխիչների դեֆեկտների և աշխատանքային անիվի դեֆեկտներ որ օդադինամիկ բեռնվածությունը կարող է արագացնել, ավարտում է դիագնոստիկ պատկերը։
